进入 6 月，半导体供应趋紧的情况并未好转。伺服与运动控制企业一头面对的是设备市场呈现出的爆发式增长；而另一头，则是因为上游半导体元器件供应链紧张，所导致的产能阻滞和压力。身处于这样的冰火两重天之间，企业需要更为缜密地规划自身的发展计划，紧紧跟上当前中国智能制造加速前行的步伐。
对比2020年高潮迭起的口罩机生产热潮，今年的伺服与运动控制市场显得更为错综复杂。位于产业链的中游， 伺服与运动控制企业面对着：一头是由于疫苗普及率迅速提升、全球经济加速复苏、疫情蔓延引发的东南亚和印度部分订单回流国内等因素的作用下，设备市场呈现出的爆发式增长；而另一头，则是因为上游半导体元器件供应链紧张，所导致的产能阻滞和压力。身处于这样的冰火两重天之间，使得部分厂商更为谨慎地接单和安排产能计划， 有的厂商甚至表示，今年的整体业务增长如果能够达到去年同期的水平，就已是一份不错的成绩单了。
01半导体供应链一片涨价潮
眼下最困扰制造业的一大难题，就是风云变幻中的半导体供应链格局。实际上，从2021年2月起，日本福岛地震、美国德克萨斯州出现冬季严寒风暴，造成了瑞萨、恩智浦、英飞凌、三星电子等多家半导体工厂生产中断，丰田等汽车大厂旋即宣告未来将发生由于芯片短缺而不得不减产或停产的状况。
进入6月，半导体供应趋紧的情况并未好转，部分上游元器件供应厂商纷纷发出涨价及货期变更的客户通知函。新冠疫情肆虐，仍然对半导体供应链带来严重冲击。6 月1-14日，马来西亚全国进入全面封锁期，当地半导体封测、被动器件厂商的正常运营再次陷入危机中。在台湾， 5月底至6月初，台积电多名员工确诊导致晶圆供应遭遇暴击 ；此外，另两家封测大厂京元电子、超丰电子也出现大规模员工确诊新冠肺炎，影响正常生产，令全球半导体供应链雪上加霜。
在高盛最新的研究报告中显示，当前全球性芯片短缺的影响不只是在汽车和电子产品这两大领域，全球有多达169个行业在一定程度上受到了芯片短缺的影响，并且受到芯片短缺影响的行业相当广泛，从钢铁、混凝土生产， 到空调、啤酒生产，甚至到肥皂生产等等，都在受影响的范围之内。尽管多家芯片代工商已满负荷运行，部分厂商也在扩大产能，但多位业内人士都认为，全球性的芯片短缺还将持续一段时间。英特尔新任CEO Pat Gelsinger表示，“芯片荒”预计会持续数年，目前，英特尔正在改造部分工厂以增加芯片产量，但供应紧张可能至少要几个月后才能有所缓解。
2021 年下半年部分半导体厂商价格上涨及货期变化统计（根据网络资料整理）
上游芯片、被动元器件的供应紧张同样波及伺服、运动控制行业内的每一家企业。从实际走访中了解到，虽然部分伺服厂商在年初已经做好了充分的物料备货，但库存消耗随着时间的推移，逐渐捉襟见肘，一边是国内制造业市场订单的暴增，另一边则是企业不敢随便接单，得“看米下锅”，需要根据自己手中的库存物料制定生产计划，有的甚至开工率相比去年大幅降低，接下来厂商最重要的任务就是赶紧补充包括明年在内的物料计划，而与此同时，各种芯片、元器件价格的涨幅平均已上升了30%以上，供应交期也大幅后延。
除了供应持续紧张之外，另一个不容忽视的半导体产业的潜在危机，就是英伟达对Arm收购计划的未来走向。Arm凭借其开放性、中立性，在进入中国市场的近二十年时间里，已经建立起了庞大的中国客户群体和产业生态圈，毫不夸张地说，中国半导体产业对于Arm的依赖更甚，其中包括：手机处理器市场、汽车电子市场、物联网市场等等。英伟达在去年9月宣布将收购Arm，整个过程预计将耗时18个月，但此计划也遭到了多方的反对。一旦英伟达对Arm的收购计划成功的话，则无疑会破坏Arm的开放性、中立性（英伟达是一家美国公司），对中国产业带来巨大的影响，同时也将导致以数据为中心的计算市场格局发生变化，甚至形成新的垄断，这些都是当前产业人士密切关注和引发担忧的产业大事件。
02从底层开始的智能自动化
根据市场调研机构Fortune Business Insights的调查数据显示，截至2027年，全球工业自动化市场规模预计将达到3261.4亿美元。物联网和网络边缘计算等技术趋势正在推动智能自动化系统的发展，从而提升生产效率和保障工人安全。
在越来越多工业4.0的实际现场，智能制造被划分为执行层、驱动层、控制层和信息层四个层次，电机驱动与控制在智能制造领域起到关键作用。在主控芯片方面， 市场主流的伺服驱动器多采用的是双核结构（DSP/ARM+FPGA），使用 FPGA，时间紧迫的电流控制执行通过硬件来实现，因此延迟和执行时间是固定的，并且快速而又稳定；另外在进行多轴控制时，FPGA 的硬件特性及可编程特性能够快速进行功能扩展，从而实现在不同轴电机之间的便捷同步，因而大大降低了DSP/ARM 的负荷。
为了因应目前工控领域对低功耗、低延迟、精确可预测性、高稳定性、接口灵活的应用需求，FPGA器件也将发挥更大的作用。全球低功耗可编程器件的领先供应商莱迪思（Lattice）半导体公司近期推出了全新的Lattice Automate™解决方案集合，进一步扩展了基于低功耗FPGA、全面的解决方案集合产品系列。Automate包括软件工具、工业IP核、模块化硬件开发板和软件可编程参考设计和演示，有助于简化和加速实现机器人、具有预测性维护功能和可扩展的多通道马达控制以及实时工业网络等应用。Automate实现的智能工业系统将在未来智能工厂、仓库和商业建筑的自动化过程中发挥至关重要的作用。
莱迪思工业市场营销总监Mark Hoopes表示：“为了让自动化工业系统提供企业所需的高生产效率和安全优势，这类系统需要支持低功耗运行、低数据延时、高可用性和实时处理等特性。Automate解决方案集合为开发人员提供了快速便捷的方式来创建能够利用这些特性支持预测性维护等新兴技术的工业系统。”
Automate解决方案提供下列参考设计和软件工具， 便于快速开发常见的工业应用：
• 可扩展的马达控制方案——加速开发实现灵活的马达控制系统，包括用于系统监控和控制的基于GUI的用户界面工具；
• 预测性维护——通过监视系统中的多个马达，最小化停机时间；
• 嵌入式实时网络——使用莱迪思Nexus™FPGA作为中央控制器，为各种设备实现可扩展的传感和控制系统；
• 网络保护恢复——实现硬件可信根，实时检测、保护基于固件的攻击并从中恢复；
• 易于使用的软件设计方法——Automate支持莱迪思Propel™，使用嵌入式RISC-V处理器，通过软件和硬件协处理简化工业自动化系统的开发。
03驱控一体化开发新进展
驱控一体化是把控制器和伺服驱动器集成在一起，其优势包括：体积小、重量轻、部署灵活、低成本、高可靠性等等。目前大部分厂商开发的驱控一体化集成技术采用的都是分布式多CPU控制器方式，做到一个控制板，彼此之间有物理连接的接口。随着多核芯片技术的能力提升， 分布式CPU方式正朝着整体SoC芯片方案的方向发展，即将伺服驱动、运动控制一体化集成在底层嵌入式系统当中， 这样可极大地降低系统集成的复杂性、成本与体积；并且由于克服了总线通讯的延时，使得运动控制的整体性能也得到了大幅提升。
高性能控制系统制造商ACS新发布的控制模块ECMsa、智能驱动器IDMsa，通过集成多轴控制、电源和精确性实现高性能、灵活、节省成本和友好的全套解决方案。
ECMsa是紧凑、高度集成一体化运动控制器和驱动器解决方案的经济型控制模块(ECM)系列一员，旨在满足OEM设备低成本需求的运动控制应用。其独特的多处理器架构利用了强大的控制算法，实现了同类产品中的优秀性能，而其通用的伺服驱动技术使系统设计者能非常容易地控制大部分类型的电机和运动平台。IDMsa 单轴EtherCAT DS402 智能驱动器，是IDM伺服驱动器系列的一员，旨在为了满足采用EtherCAT控制系统的OEM设备制造商的高精度运动平台需要而设计的驱动器。据介绍，目前ACS产品广泛地应用于半导体制造和检测、SMT设备和其他拾放设备、电子组装和测试、太阳能面板划片/刻线、医学影像设备、大幅面数字印刷机、FPD平板显示检测、精密运动直线平台控制、机器人控制等行业。
另外，随着近年来电子制造、半导体、机器人等行业的发展，设备的复杂程度越来越高，需要的伺服驱动器轴数逐渐增加，但是传统伺服驱动器轴和轴之间的线缆耦合较多，包括通信线缆、电源线缆、动力线缆、编码器线缆、馈能线缆、数字信号线缆、模拟信号线缆、STO线缆等等，复杂的线缆使设备变得极其臃肿。庞大的线缆数量， 不仅带来了设备的可靠性问题，增加了维护成本，也使系统总成本增加。尤其是小而精密的设备，由于空间的限制和高可靠性的需求，对伺服驱动器的高度集成化有更高需求。
为此，Stone Motion Control开发的Ruby系列多轴微型伺服控制器采用新一代伺服技术，除了功率密度比传统多轴交流伺服大十倍以上，尺寸只有传统交流伺服的十分之一，带宽比传统交流伺服高两倍以上之外，进一步对伺服驱动器之间互联的线缆进行内部高度集成，产品内部通信线缆、电源线缆、馈能线缆、数字信号线缆、模拟信号线缆、STO线缆实现共用互联，所有轴之间共用一根网线、共用一根电源线、共用数字信号、共用模拟量信号、共用STO信号，一根电源线实现所有轴能量输入，一根网线实现所有电机、所有数字信号、所有模拟信号的控制和传感，电机的类型可以在旋转伺服电机、音圈电机、直线电机、力矩电机（DD马达）、无刷电机、有刷电机、空心杯电机、无框电机、减速电机之间任意组合。这种多轴微型伺服系统相对于传统伺服系统不仅性能大幅提高、尺寸大幅节省，可以靠近电机安装，在运动机构上进行电源和网络组网，还在最大程度上消灭了多个伺服驱动器之间互联的线缆，只用一根网线即可实现了所有电机、数字信号、模拟信号的控制和传感，不仅大幅度降低了系统总成本和维护成本，大幅提高了设备的可靠性，也把设备的小型化、高度集成化特性发挥到极致。
Stone Motion Control中国区负责人张龙飞表示：
“我们坚持让伺服驱动器更加靠近电机的理念，在运动机构上实现运动控制，同时我们产品支持电机周边配件的控制和传感，比如电磁阀、压力传感器、第二编码器、抱闸等，一根网线即可实现所有运动控制终端部件的控制和传感，通过提高集成性提高设备的可靠性、安全性、易用性，降低设备的系统总成本，尤其是电子制造、半导体、机器人等行业小而精密的设备，比如SMT设备、3-5kg小六轴机器人、SCARA、Delta等。”
04结语
2021年已近过半，全球经济逐步恢复，国际政治经济局势更为复杂，中国制造业面对的是日益严峻的上游供应链格局；与此同时，产业升级以及新兴行业的快速崛起， 蕴藏着无穷的潜力。在激流暗涌中，中国制造业前进的脚步并没有停歇，以半导体制造业为核心，南京正吸引台积电、西门子、舍弗勒等国际大厂展开新一轮的智能制造工厂建设热潮；为了应对中国新能源汽车行业市场的迅猛发展，日本电产将在今后两年招兵买马，扩大其在苏州、大连两地纯电动汽车驱动马达的生产规模；在合肥，大众汽车在华第三家电动汽车工厂开建，工厂完成筹备后会在2023年的下半年正式投入生产……伺服与运动控制产品属于装备制造业的核心部件之一，产业的加速演进，正在促进着这一行业与上游元器件供应商以及下游设备商之间迈向更为紧密的合作关系，尽管身处于冰火两重天之间，但伺服与运动控制行业正紧跟制造业前进的步伐，加紧技术革新，助力实现中国智造的宏伟蓝图。
