A medida que las fábricas se esfuerzan por aumentar la productividad y mejorar los costos operativos, la demanda de ofrecer nuevos la tecnología que potencia la inteligencia en el borde está aumentando. Para aquellos de ustedes que se preguntan qué significa "el borde", al menos Máxima, definimos "el borde" como el lugar donde la máquina se encuentra o interactúa con el mundo real.
Potenciar la inteligencia en la vanguardia de la automatización de fábricas significa reducir la cantidad de productividad perdida que experimenta una fábrica en un año. Entonces, ¿qué se necesita para potenciar la inteligencia en el borde?
Se necesita una nueva forma de pensar.
As Semiconductores proveedores, necesitamos ofrecer soluciones que permitan sensores y actuadores inteligentes, admitan E / S configurables por software y proporcionen diagnósticos avanzados. Repasemos la importancia de estos cuatro elementos críticos y las capacidades clave que brindan para potenciar la inteligencia en el perímetro.
De Operación sensor la tecnología
¡Los sensores se encuentran en todas partes! Se han vuelto omnipresentes en nuestra vida cotidiana. En el entorno de fabricación, todos los productos fabricados requieren una serie de sensores que funcionan al unísono para ayudar a las máquinas a detectar un objeto, determinar la distancia a un objeto, configurar los colores y la composición de un objeto y controlar la temperatura y la presión de un objeto o líquido.
La puesta en servicio de nuevos sensores para reemplazar los sensores dañados o la adaptación de un equipo para permitir la fabricación de un producto diferente requiere mucha mano de obra y representa una carga de costos significativa debido a la pérdida de productividad. El costo de enviar a un técnico al piso de la fábrica para cambiar un sensor y luego recalibrarlo a los parámetros de fabricación correctos afecta el rendimiento de la fábrica. Si multiplicamos este mismo nivel de mantenimiento para cada sensor en una fábrica, cambiar o reconfigurar un sensor es el mayor gasto en el que incurren todas las líneas de fabricación.
IO-Link es una nueva y emocionante tecnología que permite la detección inteligente hasta las máquinas en la fábrica. Esta nueva tecnología permite una fabricación flexible para mejorar el rendimiento de la fábrica y la eficiencia operativa. Esta tecnología convierte los sensores tradicionales digitales o analógicos en un sensor inteligente al proporcionar un intercambio de información bidireccional con el sensor. Agrega un nuevo nivel de inteligencia y capacidad para poner en marcha el sensor de forma remota, así como la capacidad de reaccionar en tiempo real haciendo ajustes sobre la marcha a los parámetros del sensor.
La maquinaria de automatización industrial ahora tiene una inteligencia recién descubierta para responder dinámicamente a las condiciones de operación en tiempo real según la salud y el estado de una red de sensores ubicados en toda la fábrica. Al aprovechar este mar de información de extremo a extremo a través de una red de sensores inteligentes, una instalación puede crear un mapeo de la planta de su fábrica para proporcionar mejor información en tiempo real a una solución de monitoreo de inteligencia artificial global que puede identificar rápidamente los cuellos de botella de fabricación. y puntos de falla, además de proporcionar una nueva capacidad para optimizar todo el piso de la fábrica para una mejor eficiencia operativa.
La forma en que la tecnología IO-Link simplifica el proceso de puesta en servicio y mejora el rendimiento de fábrica es haciendo que los sensores sean intercambiables a través de una interfaz física común que utiliza una pila de protocolos y un archivo IO Device Description (IODD). Esto permite a los técnicos poner en marcha rápidamente un sensor, lo que reduce el tiempo de inactividad de la fábrica y permite que la línea de fabricación sea reconfigurable sobre la marcha.
Concentrador IO-Link y E / S configurables por software
Si bien está claro que la tecnología IO-Link es el catalizador detrás de un conjunto de nuevos sensores inteligentes, también brinda nuevas oportunidades que llevan la inteligencia al límite a través de las soluciones de concentrador IO-Link. Estos nuevos concentradores IO-Link proporcionan una forma sencilla de agregar canales de expansión de E / S analógicas y digitales, así como la integración de actuadores inteligentes como accionamientos de motor y solenoide.
El concentrador IO-Link proporciona una forma sencilla de ampliar los tipos y la cantidad de canales necesarios para admitir reconfiguraciones inesperadas de la línea de fabricación. Estos concentradores de expansión de E / S brindan una solución que aprovecha todos los beneficios de la tecnología IO-Link y simplifica la tarea de agregar puertos de E / S digitales y analógicos. Esta nueva clase de productos permite la puesta en servicio de los sensores a través del concentrador IO-Link, lo que reduce el tiempo de inactividad de la fábrica. Ejemplos de estas soluciones incluyen Concentrador IO-Link NXR de Omron familia de productos, que logra una reducción del 90% en los tiempos de configuración y puesta en marcha.
Las soluciones de E / S digitales y analógicas configurables por software permiten a los ingenieros y técnicos de automatización la conveniencia de proporcionar un puerto de E / S universal que se puede poner en servicio de forma remota. Comparable con los beneficios que ofrece IO-Link, esta nueva clase de productos de E / S configurables por software digitales y analógicos simplifica la carga de distribución de cables de una fábrica y proporciona flexibilidad para conectar físicamente cualquier sensor o actuador de E / S digital y analógico a cualquier dispositivo no asignado. Puerto de E / S digital y analógico. Esta tecnología configurable por software es más rentable y aumenta la densidad de canales en la fábrica.
Controlador IO-Link de la serie NXR de Omron y concentrador de E / S IO-Link con MAX14918, MAX14827A y MAX14912 / 15 (Fuente: Maxim Integrated)
Actuadores inteligentes
Los actuadores se utilizan para influir y controlar la dirección y la velocidad en que un producto se mueve por la planta. Debido a que todas las aplicaciones requieren un conjunto único de control de movimiento y características de accionamiento del motor, estos actuadores inteligentes deberán ajustarse dinámicamente a su entorno para formar ese sistema ciberfísico mecatrónico perfecto.
Actualmente, los actuadores inteligentes están evolucionando para proporcionar una capacidad de configuración automática que ajusta de forma autónoma sus parámetros de rendimiento para satisfacer las demandas de su entorno operativo. Este es el primer paso para que el actuador sea consciente de su entorno y permita que el sistema optimice su rendimiento para obtener el máximo rendimiento o para maximizar la confiabilidad a largo plazo y el rendimiento operativo del actuador. En cualquier caso, el resultado produce menores costos operativos y una mayor eficiencia.
Para potenciar esta combinación de movimiento inteligente, se requiere la integración de dos elementos clave.
El primer elemento crítico es la tecnología de accionamiento analógico energéticamente eficiente que permitevoltaje operación al tiempo que proporciona la salud y el estado del entorno local para permitir la optimización de los motores y lograr un equilibrio entre una alta eficiencia y un rendimiento más rápido.
El segundo elemento crítico es la capacidad de proporcionar algoritmos de control de movimiento para permitir un rango de movimiento uniforme. Consiste en la capacidad de detectar cargas colocadas en el motor durante la operación para evitar fallas en la línea y minimizar el consumo de energía.
Los algoritmos de control de movimiento brindan un movimiento suave y preciso, mientras que los algoritmos de corte se enfocan en hacer que el motor sea más eficiente en términos de energía. Además, detectar la posición del inducido es importante para saber si el motor se ha movido a la posición correcta. Esto se hace con detección magnética, generalmente utilizando sensores Hall o algún tipo de solución de codificación óptica.
Para demostrar el valor de estos actuadores inteligentes de próxima generación, aquí hay dos nuevos ejemplos: PD42-1-1243-IOENLACE y el diseño de referencia de pinza de herramientas de fin de brazo (EOAT) recientemente lanzado, el TMCM-1617-GRIP-REF. Ambas soluciones demuestran el poder de combinar el movimiento inteligente, el controlador y la tecnología de comunicación IO-Link.
Estos actuadores inteligentes simplifican la puesta en marcha y aumentan la productividad de la fábrica al proporcionar al ingeniero de automatización industrial acceso a un 50% más de parámetros de configuración y rendimiento a través de la interfaz de comunicación IO-Link. Además, estos actuadores inteligentes se pueden ajustar sobre la marcha para adaptarse a los cambios en el entorno operativo y para implementar soluciones de productividad avanzadas derivadas de la IA. Esta capacidad de moldear el rendimiento del actuador en función de su entorno operativo es el futuro del control de movimiento inteligente.
Diseño de referencia de pinza de herramientas de extremo de brazo (EOAT), TMCM-1617-GRIP-REF (Fuente: Trinamic)
Diagnóstico y toma de decisiones en tiempo real
Los niveles más altos de capacidades de diagnóstico continúan proporcionando un conjunto de datos más rico que mejora la toma de decisiones en tiempo real y basada en el borde para mejorar la productividad y la integridad operativa en la fábrica.
Se espera que estas poderosas plataformas de algoritmos de IA basadas en la fabricación crezcan de $ 1 mil millones en 2018 a más de $ 17 mil millones en 2025, o a una tasa de crecimiento anual compuesta cercana al 50%, según un informe de 2019 MarketsandMarkets titulado "Inteligencia artificial en el mercado de fabricación". " Durante este tiempo, se espera que el aprendizaje automático sea el segmento de mayor crecimiento en IA debido a las rápidas inversiones que se realizan para implementar fábricas inteligentes.
La fuerza impulsora detrás de este crecimiento proviene de la abundancia de información de salud y estado que se genera a partir de una red de dispositivos impulsados por IIoT, algoritmos que brindan análisis predictivos y cámaras de visión artificial que monitorean la calidad de los productos y evalúan el estado y la salud operativa. de las máquinas.
En el IC nivel, se monitorea, recopila y comunica cada vez más información a través del bus SPI hacia y desde un microprocesador. El volumen de estos datagramas IC continúa multiplicándose a medida que transportan información crítica como el estado de temperatura de un dispositivo, sobretensión, sobrecorriente, detección de cable abierto, detección de cortocircuito, advertencias de sobrecalentamiento, apagado térmico y CRC.
Si damos un paso atrás ahora y multiplicamos la cantidad de semiconductores que proporcionan datagramas en toda la gama de equipos en una planta, queda claro que se puede lograr un mapeo de diagnóstico de la planta para anticipar, identificar y diagnosticar fallas en la línea de fabricación. .
La próxima gran cosa
Una cosa está clara: al potenciar esta “nueva forma de pensar”, las fábricas inteligentes pueden aprovechar estas nuevas capacidades para mejorar el rendimiento y aumentar la productividad. A medida que estas nuevas tecnologías continúen madurando, la próxima generación de algoritmos de inteligencia artificial se beneficiará al aprovechar la mayor calidad de los datos en tiempo real que se generan a partir de estas soluciones.
Como resultado, estas nuevas máquinas capaces de autoconsciencia implementarán automáticamente soluciones generadas por IA para mantener una línea de fabricación operativa hasta que sea reparada o atendida por un técnico. Esta era de máquinas conscientes de sí mismas inspirará el próximo gran avance en la automatización industrial.
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