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前言

工業(yè)控制在發(fā)展過(guò)程中已有悠久歷史，對(duì)社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程具有極大的促進(jìn)作用。隨著市場(chǎng)環(huán)境和技術(shù)的更迭，工業(yè)控制的應(yīng)用領(lǐng)域適時(shí)深入和擴(kuò)大，不斷地推動(dòng)整個(gè)社會(huì)的有序發(fā)展。就國(guó)內(nèi)而言，半導(dǎo)體企業(yè)布局工業(yè)控制應(yīng)用的市場(chǎng)涵蓋多種領(lǐng)域，順應(yīng)技術(shù)要求和市場(chǎng)需求的變化，縱深推進(jìn)，其中電機(jī)領(lǐng)域已是深耕已久，產(chǎn)品輩出，而國(guó)內(nèi)電動(dòng)工具領(lǐng)域也緊跟崛起。整體來(lái)看，工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域未來(lái)將會(huì)迎來(lái)更多發(fā)展機(jī)遇和市場(chǎng)容量。

積極布局工業(yè)控制市場(chǎng)

如今，不少國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)已聚焦工業(yè)控制領(lǐng)域，深耕發(fā)展，研發(fā)出自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，進(jìn)一步興起和推動(dòng)著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

工業(yè)控制是珠海極海半導(dǎo)體有限公司(簡(jiǎn)稱：極海半導(dǎo)體)重點(diǎn)布局的市場(chǎng)之一。據(jù)極海半導(dǎo)體市場(chǎng)總監(jiān)劉濤介紹，其產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋電機(jī)控制、伺服控制、儲(chǔ)能及碳中和、智慧出行、5G基站等領(lǐng)域。其中極海半導(dǎo)體32bit ARM Cortex內(nèi)核系列MCU憑借-40~105℃工業(yè)增強(qiáng)級(jí)的溫度適應(yīng)性及高達(dá)8KV的ESD抗干擾能力，在工業(yè)市場(chǎng)得到國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域龍頭企業(yè)的青睞。隨著發(fā)展的進(jìn)一步深入，極海半導(dǎo)體還將全面布局工業(yè)控制領(lǐng)域中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通信加密，電機(jī)和私服控制領(lǐng)域。

國(guó)民技術(shù)股份有限公司工業(yè)互聯(lián)型MCU系列產(chǎn)品作為工業(yè)智能化核心控制器件，覆蓋了數(shù)字電源、工業(yè)電器、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)物聯(lián)、工業(yè)打印機(jī)商顯、智能樓宇、智能交通等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制領(lǐng)域，國(guó)民技術(shù)掌握電機(jī)行業(yè)應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)，電機(jī)MCU芯片融合了自研電機(jī)參數(shù)自識(shí)別算法等多種具有競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)成熟的電機(jī)控制算法庫(kù)，實(shí)現(xiàn)從零速到超高速范圍的全閉環(huán)控制，支持完全獨(dú)立的單電機(jī)、雙電機(jī)、四電機(jī)的協(xié)同控制。

此外，深圳中電港技術(shù)股份有限公司(簡(jiǎn)稱：中電港)一直深耕工業(yè)控制領(lǐng)域，結(jié)合中電港瑞薩產(chǎn)品線在工業(yè)控制的優(yōu)勢(shì)，中電港螢火工場(chǎng)在去年底向市場(chǎng)推出瑞薩RZ/T + Lattice 雙芯片架構(gòu)的伺服方案。這套方案特點(diǎn)是瑞薩RZ/T 600Mhz主頻為主控，F(xiàn)PGA單獨(dú)計(jì)算控制電流環(huán)，實(shí)現(xiàn)高精度，高性能，以最優(yōu)成本實(shí)現(xiàn)單/多軸伺服，同時(shí)，內(nèi)置EtherCAT芯片，可以以單顆芯片快速響應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。產(chǎn)品推出后，該方案在工業(yè)伺服領(lǐng)域，迅速在行業(yè)內(nèi)形成行業(yè)標(biāo)桿。

高性能EtherCAT 伺服解決方案系統(tǒng)框圖

中電港資深產(chǎn)品經(jīng)理劉巧峰告訴記者，繼高端伺服方案推出后，中電港在電機(jī)領(lǐng)域在今年中又推出了可覆蓋全系列的通用變頻器及低成本伺服器的方案，這套方案基于瑞薩RX66T平臺(tái)，最大特點(diǎn)是高性價(jià)比，覆蓋產(chǎn)品廣，給工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域減少備料成本，尤其在今年電子料緊缺的行業(yè)背景，迅速引起客戶的興趣，下一步，中電港會(huì)繼續(xù)細(xì)分電機(jī)領(lǐng)域，會(huì)帶來(lái)基于Arm 核MCU的更愛(ài)開(kāi)放平臺(tái)的電機(jī)方案。

電動(dòng)工具應(yīng)用智能化、無(wú)繩化

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)電動(dòng)工具行業(yè)已形成一批規(guī)模較大的企業(yè)，技術(shù)工藝獲得巨大進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量和性能不斷提升。如今，中國(guó)已成為全球最大的電動(dòng)工具制造基地。隨著電池、電機(jī)、電驅(qū)動(dòng)技術(shù)及供應(yīng)鏈的國(guó)產(chǎn)化，電動(dòng)工具的售價(jià)大幅度降低，中國(guó)制造的電動(dòng)工具在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越強(qiáng)。

另外隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)工具的需求越來(lái)越高，尤其是智能化、無(wú)繩化市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、園林工具、工業(yè)制造等領(lǐng)域。劉濤對(duì)此表示，極海半導(dǎo)體MCU已經(jīng)在電動(dòng)工具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未來(lái)將會(huì)在此領(lǐng)域深耕，給客戶提供更好的解決方案。

同時(shí)，智能化時(shí)代的快速到來(lái)，人們對(duì)電動(dòng)工具提出了智能化和隨需隨用的新需求。在政策導(dǎo)向、鋰電池成本下降、鋰電池大倍率放電下循環(huán)問(wèn)題得以逐步解決的市場(chǎng)背景下，電動(dòng)工具“無(wú)繩化、鋰電化”的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)已經(jīng)形成，無(wú)繩化電動(dòng)工具逐漸成為發(fā)展主流。

國(guó)民技術(shù)表示，目前主流電動(dòng)工具廠商已推出適用于家庭DIY、金屬加工、裝配、磨砂等專業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景的多種產(chǎn)品，并且越來(lái)越多的生產(chǎn)商投入到大功率、高強(qiáng)度、精細(xì)作業(yè)設(shè)備的技術(shù)研發(fā)工作中，電動(dòng)工具應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大至如航天航空、軌道交通等領(lǐng)域，其市場(chǎng)容量將進(jìn)一步擴(kuò)大。

斯達(dá)半導(dǎo)體技術(shù)副總戴志展對(duì)電動(dòng)工具的使用性能做出了具體分析。他認(rèn)為，在作業(yè)上，電動(dòng)工具極具移動(dòng)性，如果長(zhǎng)時(shí)間使用電動(dòng)工具，需要不斷地輸入電，而如果用電池去做儲(chǔ)能，設(shè)備會(huì)更重，實(shí)現(xiàn)無(wú)繩化意義不大。而電動(dòng)工具無(wú)繩化的市場(chǎng)應(yīng)該是間歇性的，并且設(shè)備基本上比較輕。而部分家庭DIY將會(huì)朝著無(wú)繩化方向發(fā)展，部分智能化市場(chǎng)也將進(jìn)一步引導(dǎo)。電動(dòng)工具如果實(shí)現(xiàn)無(wú)繩化，首先整體效率要高，其次要有市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)。

電機(jī)能效新國(guó)標(biāo)6月實(shí)施，促進(jìn)節(jié)能減排

自2021年6月1日起，于2020年5月發(fā)布的中國(guó)最新版強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18613—2020《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》將正式實(shí)施。新國(guó)標(biāo)明確規(guī)定，自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起，IE3能效將成為中國(guó)最低的三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值(三級(jí)能效)，低于IE3能效限定值的三相異步電動(dòng)機(jī)(如YE2系列電機(jī)等)不允許再生產(chǎn)銷售。

劉濤認(rèn)為，新國(guó)標(biāo)直接對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，有利于國(guó)內(nèi)電機(jī)能效水平提升，逐漸達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，對(duì)我國(guó)碳中和節(jié)能減排有著重要意義。同時(shí)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)有較強(qiáng)的政策驅(qū)動(dòng)，尤其是具備FOC電機(jī)控制算法能力的MCU，極海半導(dǎo)體將攜合作伙伴提供全方位解決方案。

節(jié)能減排是永恒的主題，電機(jī)能效新國(guó)標(biāo)提高了對(duì)電機(jī)能效的級(jí)別要求，原有低能效產(chǎn)品將逐步退出市場(chǎng)。這將有利于推動(dòng)高效節(jié)能工業(yè)控制設(shè)備的研發(fā)和推廣應(yīng)用，從而帶動(dòng)電機(jī)芯片等核心器件的應(yīng)用。國(guó)民技術(shù)認(rèn)為，對(duì)于芯片等硬件廠商來(lái)說(shuō)，通過(guò)綜合采用亞閾值低功耗MCU技術(shù)、高集成芯片技術(shù)、低功耗藍(lán)牙技術(shù)、金融級(jí)安全技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，可大大提升MCU、BLE藍(lán)牙芯片、金融級(jí)安全芯片等工業(yè)領(lǐng)域系列芯片產(chǎn)品的處理能力并降低能耗;同時(shí)通過(guò)打造基于單芯片的工業(yè)控制解決方案，可全面降低客戶綜合BOM成本。

戴志展表示，從節(jié)能減排的角度看，提高電機(jī)能效本該生產(chǎn)電器廠商考慮提升的。但是如果不透過(guò)材料或者設(shè)計(jì)理念的變更，得到真正的項(xiàng)目提升，基本上只能往更便宜的做法走，但效能確實(shí)很差，不利于整個(gè)市場(chǎng)的節(jié)能減排，促進(jìn)環(huán)保。

“提升電機(jī)的性能，要在材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上達(dá)到較好的效益點(diǎn)，但制造達(dá)到精準(zhǔn)控制的同時(shí)，也要付出成本，并且得到市場(chǎng)的認(rèn)可。”戴志展說(shuō)道。

工業(yè)控制智能化中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著人力資源成本提升，工業(yè)控制智能化將是大勢(shì)所趨。未來(lái)五年國(guó)內(nèi)工業(yè)控制智能化的發(fā)展將繼續(xù)加速，給工業(yè)控制智能化的產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)積極影響，包括芯片、方案、模塊、解決方案等。劉濤認(rèn)為，工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)浻布筝^高，國(guó)內(nèi)整體水平相比歐美還有較大差距，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作，共同提升，極海半導(dǎo)體也保持開(kāi)放心態(tài)，與上下游合作伙伴積極展開(kāi)合作。

受工控芯片計(jì)算資源和安全能力的局限，工業(yè)控制設(shè)備往往缺乏足夠的信息安全保護(hù)，攻擊者通過(guò)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備很容易對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊和控制，并且隨著工業(yè)設(shè)備的智能化程度增加，實(shí)現(xiàn)的代碼量增加，潛在的代碼漏洞問(wèn)題也越來(lái)越多，成為工業(yè)設(shè)備最易受到攻擊和被利用的短板，因此工業(yè)控制智能化在安全方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。工業(yè)控制通常要求實(shí)時(shí)、高效、安全、可靠等，對(duì)作為智能化控制器核心器件的MCU等芯片產(chǎn)品提出了更高的要求，尤其是在信息安全防護(hù)上，需要采取數(shù)據(jù)加密技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)等密碼安全機(jī)制來(lái)強(qiáng)化保護(hù)工業(yè)控制設(shè)備安全和數(shù)據(jù)安全等。

工業(yè)控制的智能化和安全需求，對(duì)芯片廠商是挑戰(zhàn)同時(shí)也是機(jī)遇。國(guó)民技術(shù)通用安全MCU采用了先進(jìn)的40nm工藝，在設(shè)計(jì)上采用低功耗電源管理、CPU加速、密碼硬件加速等系列先進(jìn)技術(shù)，硬件加速極大提升算法性能，硬件加速后的算法性能是軟件算法的數(shù)十倍甚至百倍，而且在提高安全能力的同時(shí)，不會(huì)影響到本身處理性能。據(jù)介紹，產(chǎn)品具有高性能、高集成度、高可靠性、低能耗、安全等特色，可應(yīng)用于多種工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用場(chǎng)景，包括工業(yè)控制、電機(jī)控制、智能表計(jì)、電池及能源管理、通信、機(jī)器人、汽車(chē)電子等廣泛領(lǐng)域。

工業(yè)控制自動(dòng)化、效率化，市場(chǎng)需求迎來(lái)爆發(fā)

隨著AIoT技術(shù)被應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的結(jié)合成為必然，這使得工業(yè)管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化以及基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)自動(dòng)化目標(biāo)成為可能。管控一體化可以使企業(yè)選擇到真正符合新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的最佳解決方案，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

市場(chǎng)人士預(yù)計(jì)，2021年中國(guó)工業(yè)控制市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到2600億元。未來(lái)工業(yè)控制或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的智能連接數(shù)將大為增加，設(shè)備類型日趨多樣化。接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備數(shù)量和類型越來(lái)越多，產(chǎn)生的海量原始數(shù)據(jù)適合在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行處理，而不需要將其傳輸?shù)皆贫颂幚恚@就更加需要實(shí)時(shí)和智能化的邊緣層處理能力。范琴表示，高性能、高安全、易于管理的邊緣計(jì)算設(shè)備需求將爆發(fā)，并帶動(dòng)MCU、無(wú)線射頻、安全等相關(guān)芯片的銷售增長(zhǎng)。

戴志展說(shuō)：“工業(yè)控制自動(dòng)化、智能化、效率化是必然的趨勢(shì)，已經(jīng)毫無(wú)懸念。我覺(jué)得它的方向還是由市場(chǎng)的領(lǐng)先者左右。智能化產(chǎn)品可以更貼近結(jié)果，但是里面更多的東西并不是硬件，而是算法，存儲(chǔ)。但是讓它走得快的，是市場(chǎng)行為。”

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)工具和電機(jī)作為工業(yè)控制領(lǐng)域中的重要應(yīng)用，隨著行業(yè)技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，也將進(jìn)一步邁向更智能化、便捷化、效率化的進(jìn)程。另有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，工業(yè)控制領(lǐng)域市場(chǎng)容量在2024年將達(dá)到3520億美金，這無(wú)疑給國(guó)內(nèi)企業(yè)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，為其產(chǎn)品研發(fā)也創(chuàng)造了一定的市場(chǎng)空間。然而，在步入更多應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)，企業(yè)仍需尋找到對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)需求，提高產(chǎn)品性能，深入推進(jìn)市場(chǎng)應(yīng)用，為智能化、效率化的發(fā)展創(chuàng)造更為實(shí)在的價(jià)值。