進入 6 月，半導體供應趨緊的情況并未好轉。伺服與運動控制企業(yè)一頭面對的是設備市場呈現(xiàn)出的爆發(fā)式增長;而另一頭，則是因為上游半導體元器件供應鏈緊張，所導致的產(chǎn)能阻滯和壓力。身處于這樣的冰火兩重天之間，企業(yè)需要更為縝密地規(guī)劃自身的發(fā)展計劃，緊緊跟上當前中國智能制造加速前行的步伐。

　　對比2020年高潮迭起的口罩機生產(chǎn)熱潮，今年的伺服與運動控制市場顯得更為錯綜復雜。位于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，伺服與運動控制企業(yè)面對著：一頭是由于疫苗普及率迅速提升、全球經(jīng)濟加速復蘇、疫情蔓延引發(fā)的東南亞和印度部分訂單回流國內等因素的作用下，設備市場呈現(xiàn)出的爆發(fā)式增長;而另一頭，則是因為上游半導體元器件供應鏈緊張，所導致的產(chǎn)能阻滯和壓力。身處于這樣的冰火兩重天之間，使得部分廠商更為謹慎地接單和安排產(chǎn)能計劃，有的廠商甚至表示，今年的整體業(yè)務增長如果能夠達到去年同期的水平，就已是一份不錯的成績單了。

　　半導體供應鏈一片漲價潮

　　眼下最困擾制造業(yè)的一大難題，就是風云變幻中的半導體供應鏈格局。實際上，從2021年2月起，日本福島地震、美國德克薩斯州出現(xiàn)冬季嚴寒風暴，造成了瑞薩、恩智浦、英飛凌、三星電子等多家半導體工廠生產(chǎn)中斷，豐田等汽車大廠旋即宣告未來將發(fā)生由于芯片短缺而不得不減產(chǎn)或停產(chǎn)的狀況。

　　進入6月，半導體供應趨緊的情況并未好轉，部分上游元器件供應廠商紛紛發(fā)出漲價及貨期變更的客戶通知函。新冠疫情肆虐，仍然對半導體供應鏈帶來嚴重沖擊。6月1-14日，馬來西亞全國進入全面封鎖期，當?shù)匕雽w封測、被動器件廠商的正常運營再次陷入危機中。在臺灣，5月底至6月初，臺積電多名員工確診導致晶圓供應遭遇暴擊 ;此外，另兩家封測大廠京元電子、超豐電子也出現(xiàn)大規(guī)模員工確診新冠肺炎，影響正常生產(chǎn)，令全球半導體供應鏈雪上加霜。

　　在高盛最新的研究報告中顯示，當前全球性芯片短缺的影響不只是在汽車和電子產(chǎn)品這兩大領域，全球有多達169個行業(yè)在一定程度上受到了芯片短缺的影響，并且受到芯片短缺影響的行業(yè)相當廣泛，從鋼鐵、混凝土生產(chǎn)，到空調、啤酒生產(chǎn)，甚至到肥皂生產(chǎn)等等，都在受影響的范圍之內。盡管多家芯片代工商已滿負荷運行，部分廠商也在擴大產(chǎn)能，但多位業(yè)內人士都認為，全球性的芯片短缺還將持續(xù)一段時間。英特爾新任CEO Pat Gelsinger表示，“芯片荒”預計會持續(xù)數(shù)年，目前，英特爾正在改造部分工廠以增加芯片產(chǎn)量，但供應緊張可能至少要幾個月后才能有所緩解。

2021 年下半年部分半導體廠商價格上漲及貨期變化統(tǒng)計(根據(jù)網(wǎng)絡資料整理)

　　上游芯片、被動元器件的供應緊張同樣波及伺服、運動控制行業(yè)內的每一家企業(yè)。從實際走訪中了解到，雖然部分伺服廠商在年初已經(jīng)做好了充分的物料備貨，但庫存消耗隨著時間的推移，逐漸捉襟見肘，一邊是國內制造業(yè)市場訂單的暴增，另一邊則是企業(yè)不敢隨便接單，得“看米下鍋”，需要根據(jù)自己手中的庫存物料制定生產(chǎn)計劃，有的甚至開工率相比去年大幅降低，接下來廠商最重要的任務就是趕緊補充包括明年在內的物料計劃，而與此同時，各種芯片、元器件價格的漲幅平均已上升了30%以上，供應交期也大幅后延。

　　除了供應持續(xù)緊張之外，另一個不容忽視的半導體產(chǎn)業(yè)的潛在危機，就是英偉達對Arm收購計劃的未來走向。Arm憑借其開放性、中立性，在進入中國市場的近二十年時間里，已經(jīng)建立起了龐大的中國客戶群體和產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，毫不夸張地說，中國半導體產(chǎn)業(yè)對于Arm的依賴更甚，其中包括：手機處理器市場、汽車電子市場、物聯(lián)網(wǎng)市場等等。英偉達在去年9月宣布將收購Arm，整個過程預計將耗時18個月，但此計劃也遭到了多方的反對。一旦英偉達對Arm的收購計劃成功的話，則無疑會破壞Arm的開放性、中立性(英偉達是一家美國公司)，對中國產(chǎn)業(yè)帶來巨大的影響，同時也將導致以數(shù)據(jù)為中心的計算市場格局發(fā)生變化，甚至形成新的壟斷，這些都是當前產(chǎn)業(yè)人士密切關注和引發(fā)擔憂的產(chǎn)業(yè)大事件。

　　從底層開始的智能自動化

　　根據(jù)市場調研機構Fortune Business Insights的調查數(shù)據(jù)顯示，截至2027年，全球工業(yè)自動化市場規(guī)模預計將達到3261.4億美元。物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡邊緣計算等技術趨勢正在推動智能自動化系統(tǒng)的發(fā)展，從而提升生產(chǎn)效率和保障工人安全。

　　在越來越多工業(yè)4.0的實際現(xiàn)場，智能制造被劃分為執(zhí)行層、驅動層、控制層和信息層四個層次，電機驅動與控制在智能制造領域起到關鍵作用。在主控芯片方面，市場主流的伺服驅動器多采用的是雙核結構(DSP/ARM+FPGA)，使用FPGA，時間緊迫的電流控制執(zhí)行通過硬件來實現(xiàn)，因此延遲和執(zhí)行時間是固定的，并且快速而又穩(wěn)定;另外在進行多軸控制時，F(xiàn)PGA 的硬件特性及可編程特性能夠快速進行功能擴展，從而實現(xiàn)在不同軸電機之間的便捷同步，因而大大降低了DSP/ARM 的負荷。為了因應目前工控領域對低功耗、低延遲、精確可預測性、高穩(wěn)定性、接口靈活的應用需求，F(xiàn)PGA器件也將發(fā)揮更大的作用。全球低功耗可編程器件的領先供應商萊迪思(Lattice)半導體公司近期推出了全新的Lattice

　　Automate?解決方案集合，進一步擴展了基于低功耗FPGA、全面的解決方案集合產(chǎn)品系列。Automate包括軟件工具、工業(yè)IP核、模塊化硬件開發(fā)板和軟件可編程參考設計和演示，有助于簡化和加速實現(xiàn)機器人、具有預測性維護功能和可擴展的多通道馬達控制以及實時工業(yè)網(wǎng)絡等應用。Automate實現(xiàn)的智能工業(yè)系統(tǒng)將在未來智能工廠、倉庫和商業(yè)建筑的自動化過程中發(fā)揮至關重要的作用。

　　萊迪思工業(yè)市場營銷總監(jiān)Mark Hoopes表示：“為了讓自動化工業(yè)系統(tǒng)提供企業(yè)所需的高生產(chǎn)效率和安全優(yōu)勢，這類系統(tǒng)需要支持低功耗運行、低數(shù)據(jù)延時、高可用性和實時處理等特性。Automate解決方案集合為開發(fā)人員提供了快速便捷的方式來創(chuàng)建能夠利用這些特性支持預測性維護等新興技術的工業(yè)系統(tǒng)?！?/p>

　　Automate解決方案提供下列參考設計和軟件工具，便于快速開發(fā)常見的工業(yè)應用：

　　? 可擴展的馬達控制方案——加速開發(fā)實現(xiàn)靈活的馬達控制系統(tǒng)，包括用于系統(tǒng)監(jiān)控和控制的基于GUI的用戶界面工具;

　　? 預測性維護——通過監(jiān)視系統(tǒng)中的多個馬達，最小化停機時間;

　　? 嵌入式實時網(wǎng)絡——使用萊迪思Nexus?FPGA作為中央控制器，為各種設備實現(xiàn)可擴展的傳感和控制系統(tǒng);

　　? 網(wǎng)絡保護恢復——實現(xiàn)硬件可信根，實時檢測、保護基于固件的攻擊并從中恢復;

　　? 易于使用的軟件設計方法——Automate支持萊迪思Propel?，使用嵌入式RISC-V處理器，通過軟件和硬件協(xié)處理簡化工業(yè)自動化系統(tǒng)的開發(fā)。

　　驅控一體化開發(fā)新進展

　　驅控一體化是把控制器和伺服驅動器集成在一起優(yōu)勢包括：體積小、重量輕、部署靈活、低成本、高可靠性等等。目前大部分廠商開發(fā)的驅控一體化集成技術采用的都是分布式多CPU控制器方式，做到一個控制板，彼此之間有物理連接的接口。隨著多核芯片技術的能力提升，分布式CPU方式正朝著整體SoC芯片方案的方向發(fā)展，即將伺服驅動、運動控制一體化集成在底層嵌入式系統(tǒng)當中，這樣可極大地降低系統(tǒng)集成的復雜性、成本與體積;并且由于克服了總線通訊的延時，使得運動控制的整體性能也得到了大幅提升。

　　高性能控制系統(tǒng)制造商ACS新發(fā)布的控制模塊ECMsa、智能驅動器IDMsa，通過集成多軸控制、電源和精確性實現(xiàn)高性能、靈活、節(jié)省成本和友好的全套解決方案。

　　ECMsa是緊湊、高度集成一體化運動控制器和驅動器解決方案的經(jīng)濟型控制模塊(ECM)系列一員，旨在滿足OEM設備低成本需求的運動控制應用。其獨特的多處理器架構利用了強大的控制算法，實現(xiàn)了同類產(chǎn)品中的優(yōu)秀性能，而其通用的伺服驅動技術使系統(tǒng)設計者能非常容易地控制大部分類型的電機和運動平臺。 IDMsa 單軸EtherCAT DS402 智能驅動器，是IDM伺服驅動器系列的一員，旨在為了滿足采用EtherCAT控制系統(tǒng)的OEM設備制造商的高精度運動平臺需要而設計的驅動器。據(jù)介紹，目前ACS產(chǎn)品廣泛地應用于半導體制造和檢測、SMT設備和其他拾放設備、電子組裝和測試、太陽能面板劃片/刻線、醫(yī)學影像設備、大幅面數(shù)字印刷機、FPD平板顯示檢測、精密運動直線平臺控制、機器人控制等行業(yè)。

　　另外，隨著近年來電子制造、半導體、機器人等行業(yè)的發(fā)展，設備的復雜程度越來越高，需要的伺服驅動器軸數(shù)逐漸增加，但是傳統(tǒng)伺服驅動器軸和軸之間的線纜耦合較多，包括通信線纜、電源線纜、動力線纜、編碼器線纜、饋能線纜、數(shù)字信號線纜、模擬信號線纜、STO線纜等等，復雜的線纜使設備變得極其臃腫。龐大的線纜數(shù)量，不僅帶來了設備的可靠性問題，增加了維護成本，也使系統(tǒng)總成本增加。尤其是小而精密的設備，由于空間的限制和高可靠性的需求，對伺服驅動器的高度集成化有更高需求。

　　為此，Stone Motion Control開發(fā)的Ruby系列多軸微型伺服控制器采用新一代伺服技術，除了功率密度比傳統(tǒng)多軸交流伺服大十倍以上，尺寸只有傳統(tǒng)交流伺服的十分之一，帶寬比傳統(tǒng)交流伺服高兩倍以上之外，進一步對伺服驅動器之間互聯(lián)的線纜進行內部高度集成，產(chǎn)品內部通信線纜、電源線纜、饋能線纜、數(shù)字信號線纜、模擬信號線纜、STO線纜實現(xiàn)共用互聯(lián)，所有軸之間共用一根網(wǎng)線、共用一根電源線、共用數(shù)字信號、共用模擬量信號、共用STO信號，一根電源線實現(xiàn)所有軸能量輸入，一根網(wǎng)線實現(xiàn)所有電機、所有數(shù)字信號、所有模擬信號的控制和傳感，電機的類型可以在旋轉伺服電機、音圈電機、直線電機、力矩電機(DD馬達)、無刷電機、有刷電機、空心杯電機、無框電機、減速電機之間任意組合。這種多軸微型伺服系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)不僅性能大幅提高、尺寸大幅節(jié)省，可以靠近電機安裝，在運動機構上進行電源和網(wǎng)絡組網(wǎng)，還在最大程度上消滅了多個伺服驅動器之間互聯(lián)的線纜，只用一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)了所有電機、數(shù)字信

　　號、模擬信號的控制和傳感，不僅大幅度降低了系統(tǒng)總成本和維護成本，大幅提高了設備的可靠性，也把設備的小型化、高度集成化特性發(fā)揮到極致。

　　Stone Motion Control中國區(qū)負責人張龍飛表示：“我們堅持讓伺服驅動器更加靠近電機的理念，在運動機構上實現(xiàn)運動控制，同時我們產(chǎn)品支持電機周邊配件的控制和傳感，比如電磁閥、壓力傳感器、第二編碼器、抱閘等，一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)所有運動控制終端部件的控制和傳感，通過提高集成性提高設備的可靠性、安全性、易用性，降低設備的系統(tǒng)總成本，尤其是電子制造、半導體、機器人等行業(yè)小而精密的設備，比如SMT設備、3-5kg小六軸機器人、SCARA、Delta等。”

　　結語

　　2021年已近過半，全球經(jīng)濟逐步恢復，國際政治經(jīng)濟局勢更為復雜，中國制造業(yè)面對的是日益嚴峻的上游供應鏈格局;與此同時，產(chǎn)業(yè)升級以及新興行業(yè)的快速崛起，蘊藏著無窮的潛力。在激流暗涌中，中國制造業(yè)前進的腳步并沒有停歇，以半導體制造業(yè)為核心，南京正吸引臺積電、西門子、舍弗勒等國際大廠展開新一輪的智能制造工廠建設熱潮;為了應對中國新能源汽車行業(yè)市場的迅猛發(fā)展，日本電產(chǎn)將在今后兩年招兵買馬，擴大其在蘇州、大連兩地純電動汽車驅動馬達的生產(chǎn)規(guī)模;在合肥，大眾汽車在華第三家電動汽車工廠開建，工廠完成籌備后會在2023年的下半年正式投入生產(chǎn)……伺服與運動控制產(chǎn)品屬于裝備制造業(yè)的核心部件之一，產(chǎn)業(yè)的加速演進，正在促進著這一行業(yè)與上游元器件供應商以及下游設備商之間邁向更為緊密的合作關系，盡管身處于冰火兩重天之間，但伺服與運動控制行業(yè)正緊跟制造業(yè)前進的步伐，加緊技術革新，助力實現(xiàn)中國智造的宏偉藍圖。