Terwijl fabrieken ernaar streven de productiviteit te verhogen en de operationele kosten te verbeteren, groeit de vraag om nieuwe producten te leveren technologie die intelligentie aan de rand mogelijk maakt, neemt toe. Voor degenen onder u die zich afvragen wat “de rand” betekent, op Maxim, definiëren we "de rand" als waar de machine de echte wereld ontmoet of er interactie mee heeft.
Het versterken van intelligentie aan de rand in fabrieksautomatisering betekent het verminderen van de hoeveelheid verloren productiviteit die een fabriek in een jaar ervaart. Dus wat is er nodig om intelligentie aan de rand te versterken?
Er is een nieuwe manier van denken voor nodig.
As Halfgeleider leveranciers moeten we oplossingen leveren die intelligente sensoren en actuatoren mogelijk maken, softwareconfigureerbare I / O ondersteunen en geavanceerde diagnostiek bieden. Laten we eens kijken naar het belang van deze vier cruciale elementen en de belangrijkste mogelijkheden die ze bieden om intelligentie aan de rand te versterken.
Intelligent sensor technologie
Sensoren zijn overal te vinden! Ze zijn alomtegenwoordig in ons dagelijks leven. In de productieomgeving hebben alle gefabriceerde producten een reeks sensoren nodig die samenwerken om machines te helpen een object te detecteren, de afstand tot een object te bepalen, de kleuren en samenstelling van een object te configureren en de temperatuur en druk van een object of vloeistof.
Het in gebruik nemen van nieuwe sensoren om beschadigde sensoren te vervangen of het aanpassen van een apparaat om de fabricage van een ander product mogelijk te maken, is arbeidsintensief en levert een aanzienlijke kostenpost op vanwege verloren productiviteit. De kosten voor het sturen van een technicus naar de fabrieksvloer om een sensor te vervangen en deze vervolgens opnieuw te kalibreren naar de juiste productieparameters, zijn van invloed op de doorvoer in de fabriek. Als we hetzelfde onderhoudsniveau voor elke sensor in een fabriek vermenigvuldigen, is het wijzigen of opnieuw configureren van een sensor de hoogste kostenpost voor alle productielijnen.
IO-Link is een opwindende nieuwe technologie die intelligente detectie mogelijk maakt tot aan de machines op de fabrieksvloer. Deze nieuwe technologie maakt flexibele productie mogelijk om de doorvoer en operationele efficiëntie van de fabriek te verbeteren. Deze technologie zet traditionele digitale of analoge sensoren om in een intelligente sensor door middel van bidirectionele informatie-uitwisseling met de sensor. Het voegt een nieuw niveau van intelligentie en mogelijkheden toe om de sensor op afstand in bedrijf te stellen, evenals de mogelijkheid om in realtime te reageren door on-the-fly aanpassingen aan de sensorparameters aan te brengen.
Industriële automatiseringsmachines hebben nu een nieuwe intelligentie om dynamisch te reageren op realtime bedrijfsomstandigheden op basis van de gezondheid en status van een netwerk van sensoren op de werkvloer. Door gebruik te maken van deze zee van end-to-end informatie via een netwerk van intelligente sensoren, kan een faciliteit een mapping maken van de fabrieksvloer om betere real-time informatie te verstrekken aan een overkoepelende kunstmatige intelligentie monitoring oplossing die snel knelpunten in de fabricage kan identificeren. en faalpunten en bieden een nieuwe mogelijkheid om de hele fabrieksvloer te optimaliseren voor een betere operationele efficiëntie.
De manier waarop IO-Link-technologie het inbedrijfstellingsproces vereenvoudigt en de doorvoer in de fabriek verbetert, is door sensoren uitwisselbaar te maken via een gemeenschappelijke fysieke interface die gebruikmaakt van een protocolstack en een IO Device Description-bestand (IODD). Hierdoor kunnen technici snel een sensor in gebruik nemen, waardoor de fabrieksuitval wordt verminderd en de productielijn direct opnieuw kan worden geconfigureerd.
IO-Link-hub en softwareconfigureerbare I / O
Hoewel het duidelijk is dat IO-Link-technologie de katalysator is achter een reeks nieuwe intelligente sensoren, biedt het ook nieuwe mogelijkheden die intelligentie naar de rand brengen via IO-Link-huboplossingen. Deze nieuwe IO-Link-hubs bieden een eenvoudige manier om analoge en digitale I / O-uitbreidingskanalen toe te voegen, evenals de integratie van intelligente actuatoren zoals solenoïde en motoraandrijvingen.
De IO-Link-hub biedt een eenvoudige manier om de typen en het aantal kanalen uit te breiden die nodig zijn om onverwachte herconfiguraties van productielijnen te ondersteunen. Deze IO-uitbreidingshubs bieden een oplossing die alle voordelen van IO-Link-technologie benut en de taak vereenvoudigt om digitale en analoge I / O-poorten toe te voegen. Deze nieuwe productklasse maakt de inbedrijfstelling van de sensoren via de IO-Link-hub mogelijk, waardoor de fabrieksuitval wordt verminderd. Voorbeelden van deze oplossingen zijn: Omron's IO-Link Hub NXR productfamilie, waarmee de tijd voor installatie en inbedrijfstelling met 90% wordt verkort.
Softwareconfigureerbare digitale en analoge I / O-oplossingen bieden automatiseringsingenieurs en -technici het gemak van een universele I / O-poort die op afstand in bedrijf kan worden gesteld. Vergelijkbaar met de voordelen die IO-Link biedt, vereenvoudigt deze nieuwe klasse van digitale en analoge softwareconfigureerbare I / O-producten de last van de draadgeleiding in de fabriek en biedt het flexibiliteit om alle digitale en analoge I / O-sensoren of actuatoren fysiek aan te sluiten op alle niet-toegewezen digitale en analoge I / O-poort. Deze softwareconfigureerbare technologie is kosteneffectiever en verhoogt de kanaaldichtheid op de fabrieksvloer.
Omrons NXR-serie IO-Link-controller en IO-Link I / O-hub met de MAX14918, MAX14827A en MAX14912 / 15 (bron: Maxim Integrated)
Intelligente actuatoren
Actuatoren worden gebruikt om de richting en snelheid waarmee een product over de fabrieksvloer beweegt, te beïnvloeden en te regelen. Omdat alle toepassingen een unieke set motion control- en motoraandrijvingseigenschappen vereisen, zullen deze slimme actuatoren zich dynamisch moeten aanpassen aan hun omgeving om dat perfecte mechatronische cyberfysieke systeem te vormen.
Momenteel evolueren intelligente actuatoren om een auto-configuratiemogelijkheid te bieden die autonoom zijn prestatieparameters aanpast om te voldoen aan de eisen van zijn operationele omgeving. Dit is de eerste stap om de actuator zelfbewust te maken van zijn omgeving en het systeem in staat te stellen zijn prestaties te optimaliseren voor maximale doorvoer of om de betrouwbaarheid en operationele prestaties van de actuator op lange termijn te maximaliseren. In beide gevallen levert het resultaat lagere operationele kosten en hogere efficiëntie op.
Om deze combinatie van intelligente beweging mogelijk te maken, is de integratie van twee sleutelelementen vereist.
Het eerste cruciale element is de energiezuinige analoge aandrijftechnologie om hogespanning bedrijf terwijl de gezondheid en status van de lokale omgeving wordt geboden om optimalisatie van de motoren mogelijk te maken en een balans te bereiken tussen hoge efficiëntie en snellere doorvoer.
Het tweede cruciale element is de mogelijkheid om bewegingsbesturingsalgoritmen te bieden om een soepel bewegingsbereik mogelijk te maken. Dit bestaat uit de mogelijkheid om belastingen te detecteren die tijdens bedrijf op de motor worden geplaatst om lijnstoringen te voorkomen en het stroomverbruik te minimaliseren.
Motion control-algoritmen zorgen voor een soepele en nauwkeurige beweging, terwijl de hakalgoritmen zich richten op het energiezuiniger maken van de motor. Bovendien is het belangrijk om de positie van het anker te detecteren om te weten of de motor naar de juiste positie is bewogen. Dit wordt gedaan met magnetische detectie, meestal met behulp van Hall-sensoren of een soort optische coderingsoplossing.
Om de waarde van deze intelligente actuatoren van de volgende generatie te demonstreren, volgen hier twee nieuwe voorbeelden: de PD42-1-1243-IOLINK en het onlangs uitgebrachte End-of-Arm Tooling (EOAT) grijperreferentieontwerp, de TMCM-1617-GRIP-REF. Beide oplossingen demonstreren de kracht van het combineren van intelligente beweging, de driver en IO-Link-communicatietechnologie.
Deze intelligente actuatoren vereenvoudigen de inbedrijfstelling en verhogen de fabrieksproductiviteit door de industriële automatiseringstechnicus toegang te geven tot 50% meer configuratie- en prestatieparameters via de IO-Link-communicatie-interface. Bovendien kunnen deze intelligente actuatoren direct worden aangepast om tegemoet te komen aan veranderingen in de bedrijfsomgeving en om geavanceerde op AI gebaseerde productiviteitsoplossingen te implementeren. Dit vermogen om de prestaties van de actuator vorm te geven op basis van zijn operationele omgeving, is de toekomst van intelligente motion control.
End-of-Arm Tooling (EOAT) grijperreferentieontwerp, de TMCM-1617-GRIP-REF (Bron: Trinamic)
Diagnostiek en realtime besluitvorming
Hogere niveaus van diagnostische mogelijkheden zorgen nog steeds voor een rijkere dataset die real-time, edge-based besluitvorming verbetert om de productiviteit en operationele integriteit op de werkvloer te verbeteren.
Deze krachtige op fabricage gebaseerde AI-algoritmeplatforms zullen naar verwachting groeien van $ 1 miljard in 2018 tot meer dan $ 17 miljard in 2025, of met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van bijna 50%, volgens een MarketsandMarkets-rapport uit 2019 getiteld 'Artificial Intelligence in Manufacturing Market. " Gedurende deze tijd wordt verwacht dat machine learning het hoogste groeisegment in AI zal zijn vanwege de snelle investeringen die worden gedaan om slimme fabrieken te implementeren.
De drijvende kracht achter deze groei komt voort uit de overvloed aan gezondheids- en statusinformatie die wordt gegenereerd door een netwerk van IIoT-apparaten, algoritmen die voorspellende analyses bieden en machine vision-camera's die de kwaliteit van producten bewaken en de status en operationele gezondheid evalueren. van de machines.
Op de IC niveau, wordt steeds meer informatie bewaakt, verzameld en gecommuniceerd via de SPI-bus van en naar een microprocessor. Het volume van deze IC-datagrammen blijft toenemen omdat ze kritieke informatie bevatten, zoals de temperatuurstatus van een apparaat, overspanning, overstroom, open-draaddetectie, kortsluitdetectie, overtemperatuurwaarschuwingen, thermische uitschakeling en CRC.
Als we nu een stap terug doen en het aantal halfgeleiders vermenigvuldigen dat datagrammen levert over de volledige breedte van de apparatuur op een fabrieksvloer, wordt het duidelijk dat een diagnostische mapping van de fabrieksvloer kan worden gemaakt om te anticiperen op, identificeren en diagnosticeren van defecten aan productielijnen. .
Het volgende grote ding
Eén ding is duidelijk: door deze "nieuwe manier van denken" te versterken, kunnen slimme fabrieken profiteren van deze nieuwe mogelijkheden om de doorvoer te verbeteren en de productiviteit te verhogen. Naarmate deze nieuwe technologieën volwassen worden, zal de volgende generatie AI-algoritmen de begunstigden worden door gebruik te maken van de hogere kwaliteit van realtime gegevens die met deze oplossingen worden gegenereerd.
Als gevolg hiervan zullen deze nieuwe zelfbewuste machines automatisch AI-gegenereerde oplossingen implementeren om een productielijn operationeel te houden totdat deze is gerepareerd of onderhouden door een technicus. Dit tijdperk van zelfbewuste machines zal inspireren tot het volgende grote ding in industriële automatisering.
over Maxim Integrated