瑞萨电子多面出击，加强工业领域优势布局

时间： 2023-10-21 来源：瑞萨电子公众号

技术问答

近年来，德国提出了“工业4.0” 规划，美国提出了“国家制造创新网络”，日本提出了“创新产业结构计划”，中国也提出了“中国制造2025”发展规划，其共同点是充分运用物联网、5G通信、机器人、人工智能等技术手段提升制造业的智能化、无人化程度。

能看到，随着科技的飞速发展，工业领域正在进行着前所未有的转变。“工业物联网”、“智能制造”、“柔性生产”等概念已经或正在全球范围内改变工厂的生产方式、管理方法和商业模式。5G、AI、云计算等一系列新技术的涌现和落地，也正在极大地推动工业自动化发展进程。

在此趋势下，以“碳循新工业，数聚新经济”为主题的第二十三届中国国际工业博览会（以下简称“工博会”）近日在国家会展中心（上海）正式召开。

全球半导体解决方案供应商瑞萨电子亮相工博会现场，此次展会，瑞萨以“智慧、创新、融合，瑞萨MCU/MPU引领工业‘芯’未来”为主题，围绕着“网络通信、多协议以太网通信、嵌入式人工智能、电机驱控/LED控制”等领域展出一系列优势产品及解决方案，包括：

●RX72M 单芯片工业以太网伺服驱动解决方案

●RA6T2 AI电机无传感器异常检测

●基于Arm^® Cortex^®-M85内核MCU的嵌入式AI

●RX23E-A工业秤实现高精度测量

●IO-Link 通信从站&主站整体解决方案

●SLG47105 DC及步进马达控制

●HVPAK^™ SLG47105助推启动和按压停止的玩具车

●符合EtherCAT规范的FSoE网络功能安全协议套件

瑞萨电子作为全球工业数字化转型的引领者和推动者，始终将工业市场视为重要的发展引擎。凭借先进的产品组合与多元化的解决方案，瑞萨电子致力于为工厂自动化、工业4.0和工业物联网（IIoT）等应用铺平道路。

图 1 瑞萨电子展台

展会期间，瑞萨电子工业自动化事业部高级总监徐征、瑞萨电子嵌入式处理器事业部总监沈清向我们分享了行业未来的技术发展趋势和瑞萨电子的创新战略。

在接受采访时，沈清以面向新能源的全数字电源系统、Reality AI工具为例，介绍了瑞萨电子在这方面的方案布局和创新优势。

面向新能源的全数字电源系统

据介绍，面向新能源的全数字电源系统是基于瑞萨高性能RA6T2 Arm核MCU, 采用图腾柱无桥PFC+双有源全桥（DAB）拓扑结构，实现双向能量流动控制，适用于储能、再生能源发电、电池化成、OBC等领域。

图 2面向新能源的全数字电源系统

传统的电源基本都是采用模拟方式控制，而近些年出现的数字电源则是以数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）为控制核心来实现控制、管理和监测功能的电源产品。

通过数字控制设定开关电源的内部参数可以改变电源特性，还可以在实现电源管理的同时最大限度地降低损耗，满足复杂的高性能系统对可控性和快速实时反应的要求。

实现电源数字控制的关键在于控制“核”，作为一款面向工业应用的MCU，RA6T2适用于电源、变频设备、楼宇自动化和工业驱动等应用。

面向新能源的全数字电源系统的推出也实现了瑞萨RA6T2 MCU从电机控制到数字电源的布局，可以帮助实现更高性能、更经济的电源控制功能，并降低材料清单（BOM）成本。

同时，瑞萨在为用户提供双向数字电源转换系统的同时，也打破了DSP在数字电源转换领域的垄断地位。

据介绍，通过在方案中使用过零点电流抑制控制算法，该方案可以有效降低电流的总谐波失真，使系统整体效率达到99.94%的水平；在DC/DC方面，具有极宽范围的电压调节能力，可以扩展到更高的功率等级，它采用了一个多自由度的移项的算法，在全工作的范围内可以实现高效的软开关，能够弥补一些传统控制算法效率低的不足。

Reality AI，预测性维护新升级

另一个亮点产品是Reality AI，这是瑞萨电子在去年收购嵌入式AI解决方案供应商Reality AI后，在AI和微型机器学习（TinyML）解决方案方面取得的最新进展。

沈清指出，Reality AI工具是基于非视觉类的先进信号处理算法，它是专门针对一个系统的预测性维护和提高系统效能的全自动AI建模工具。与其他AI工具相比，一方面，Reality AI可以提供硬件分析服务，不仅对于这个模型，而且对于客户整体的系统架构、传感器的选择、参数的选型、传感器的摆放位置以及整体过程的优化都有这样一个硬件分析。

第二个特点，Reality AI可以给客户一个“可以解释的AI”，客户可以读懂这个AI模型，知道这个AI系统为什么这样做，它都是可视化图形化的界面。

同时，Reality AI占用的资源非常小。沈清指出，只占用了20KB的Flash，对于CPU系统资源的消耗大概在1%到1.5%，它是一个非常轻量级的负荷检测，这可以为客户带来便利，不用更改原来的系统和硬件平台，只需要把AI功能部署进去就可以。

对客户来说，Reality AI提高了芯片的价值，可以实现智能检测电机异常，以进行预防性维护的应用场景。

图 3 AI电机异常监测

瑞萨电子工业自动化事业部高级总监徐征表示，Reality AI在面向电机系统预测性维护应用中，将传统运维工程师的经验转化为系统内部的“know how”。并且，传统运维做定期校对主要靠相关人员的经验，通过部署Reality AI，就可以基于不同设备的实际运行状态，判断设备状态是否在可控范围，是否需要去维护，可以为客户节省大量的维修成本，提升工厂效率。

综合来看，使用Reality AI工具可以支持完整产品开发生命周期的软件环境，用户可自动探索传感器数据并生成优化的模型。Reality AI工具包含分析功能，能够找到最佳传感器或传感器组合、传感器放置的位置并自动生成组件规格，并且以时域/频域的方式完全解释模型函数。Reality AI可为机器学习提供先进的数学方法进行信号处理，从而实现快速、高效的机器学习推理，可适用于小型MCU及强大MPU。

据悉，Reality AI广泛的嵌入式AI和TinyML解决方案，可用于汽车、工业及消费类产品的高级非视觉传感，完美适配瑞萨嵌入式处理及物联网产品。

目前，瑞萨已将其AI技术融入汽车、工业和物联网应用的众多“成功产品组合”中。瑞萨“成功产品组合”依托于相互兼容且可无缝协作的产品，同时采用经过技术验证的系统架构，带来优化的低风险设计。瑞萨现已推出超过400款“成功产品组合”，旨在帮助客户加速设计过程，加快产品上市。

智能制造领域，中国市场迎来转机

在亮点产品之外，两位嘉宾还围绕国内外工业自动化行业的发展现状和趋势进行了分享解读。

徐征表示，从目前工业4.0或智能制造进度来看，国外市场存在领先优势。智能制造的前提是工业自动化，以德国为首的工业强国在二战期间就能达到工业1.0~2.0的阶段，当前正在发展工业4.0，其产品在稳定性和可靠性方面会比较有优势。但国内市场和客户的成长速度很快，以及拥有强大的开发能力和价格竞争力。

沈清对此指出，前几年，国内客户对于工业功能安全和数据安全其实不太敏感，而近年来随着国内行业的水平越来越高，逐步跟国际接轨，因此对功能安全和信息安全两部分的重视程度日益提升。

据了解，瑞萨在这两块都有十年以上的根基，尤其是功能安全方面，瑞萨是业界少有的把SIL3工业功能安全等级全部做的很完整的，相比行业竞争对手，一般做SIL3都是一个自检库，瑞萨是提供一个完整性的解决方案。

在展会现场，瑞萨展出了符合EtherCAT规范的FSoE网络功能安全协议套件，分别由RX72M作为EtherCAT从站通讯以及RX23T两颗MCU搭建的硬件冗余架构组成，这些都是完整性的SIL3的工业功能安全等级的方案，可以在EtherCAT的同一网络中并行传输标准数据以及安全相关数据，是现代网络结构和通信系统不可或缺的一部分。

图 4符合EtherCAT规范的FSoE网络功能安全协议套件

沈清表示，去年年底开始，客户对功能安全的需求喷涌而出，需求激增。瑞萨凭借多年的经验和技术积累，凭借经过SIL3认证的芯片和解决方案，协助客户实现功能安全，同时节省其开发时间和开发成本。

在信息安全部分，瑞萨产品本身就内置了安全加密单元，配合一个系统的信任根，再加一个高性能的加解密硬件，基于这两个特点可开发出非常多的安全解决方案。比如最底层的加解密算法加速，密钥的封装保护，应用层的安全启动，以及安全传输层协议，在每一个系统的不同层级瑞萨都有一个信息安全的加密保护机制在其中。

瑞萨能够提供多种不同的安全产品方案，客户可以根据安全需求来选择不同的解决方案，以保障产品和应用中的功能和信息安全。

徐征强调，中国市场是一个跳跃性市场，中国客户属于创新型客户，成长速度非常快。瑞萨旨在凭借丰富的产品组合和行业经验，为国内客户的快速成长助力赋能。

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