À medida que as fábricas se esforçam para aumentar a produtividade e melhorar os custos operacionais, a procura para fornecer novos tecnologia que capacita a inteligência na borda está aumentando. Para aqueles que estão se perguntando o que significa “o limite”, pelo menos máximo, definimos “a borda” como o local onde a máquina encontra ou interage com o mundo real.
Capacitar a inteligência na ponta da automação de fábrica significa reduzir a quantidade de produtividade perdida que uma fábrica experimenta em um ano. Então, o que é necessário para capacitar a inteligência no limite?
É preciso uma nova maneira de pensar.
As Semicondutores fornecedores, precisamos fornecer soluções que habilitem sensores e atuadores inteligentes, suportem E / S configuráveis por software e forneçam diagnósticos avançados. Vamos revisar a importância desses quatro elementos críticos e os principais recursos que eles fornecem para capacitar a inteligência no limite.
Inteligente sensor tecnologia
Sensores são encontrados em todos os lugares! Eles se tornaram onipresentes em nossa vida cotidiana. No ambiente de manufatura, todos os produtos manufaturados exigem uma série de sensores que funcionam em uníssono para ajudar as máquinas a detectar um objeto, determinar a distância até um objeto, configurar as cores e a composição de um objeto e monitorar a temperatura e a pressão de um objeto ou líquido.
O comissionamento de novos sensores para substituir sensores danificados ou adaptar uma peça do equipamento para permitir a fabricação de um produto diferente é trabalhoso e contribui com uma carga de custo significativa devido à perda de produtividade. O custo de enviar um técnico ao chão de fábrica para trocar um sensor e, em seguida, recalibrá-lo para os parâmetros de fabricação corretos afeta o rendimento da fábrica. Se multiplicarmos esse mesmo nível de manutenção para cada sensor em uma fábrica, alterar ou reconfigurar um sensor é a maior despesa em que todas as linhas de fabricação incorrem.
IO-Link é uma tecnologia nova e empolgante que permite a detecção inteligente até as máquinas no chão de fábrica. Esta nova tecnologia permite uma manufatura flexível para melhorar o rendimento da fábrica e a eficiência operacional. Essa tecnologia converte sensores digitais ou analógicos tradicionais em um sensor inteligente, fornecendo troca de informações bidirecional com o sensor. Ele adiciona um novo nível de inteligência e capacidade de comissionar remotamente o sensor, bem como a capacidade de reagir em tempo real fazendo ajustes instantâneos aos parâmetros do sensor.
As máquinas de automação industrial agora têm uma inteligência recém-descoberta para responder dinamicamente às condições operacionais em tempo real com base na integridade e no status de uma rede de sensores localizados no chão de fábrica. Ao explorar esse mar de informações ponta a ponta em uma rede de sensores inteligentes, uma instalação pode criar um mapeamento de seu chão de fábrica para fornecer melhores informações em tempo real para uma solução de monitoramento de inteligência artificial abrangente que pode identificar rapidamente gargalos de fabricação e pontos de falha, bem como fornecer uma nova capacidade para otimizar todo o chão de fábrica para melhor eficiência operacional.
A maneira como a tecnologia IO-Link simplifica o processo de comissionamento e melhora o rendimento da fábrica é tornando os sensores intercambiáveis por meio de uma interface física comum que usa uma pilha de protocolo e um arquivo IO Device Description (IODD). Isso permite que os técnicos comissionem rapidamente um sensor, o que resulta na redução do tempo de inatividade da fábrica e permite que a linha de fabricação seja reconfigurada em tempo real.
Hub IO-Link e E / S configurável por software
Embora esteja claro que a tecnologia IO-Link é o catalisador por trás de um conjunto de novos sensores inteligentes, ela também está fornecendo novas oportunidades que trazem inteligência para o limite por meio de soluções de hub IO-Link. Esses novos hubs IO-Link fornecem uma maneira simples de adicionar canais de expansão de E / S analógicos e digitais, bem como a integração de atuadores inteligentes, como acionadores de solenóide e motor.
O hub IO-Link oferece uma maneira simples de expandir os tipos e o número de canais necessários para suportar reconfigurações inesperadas da linha de fabricação. Esses hubs de expansão IO fornecem uma solução que aproveita todos os benefícios da tecnologia IO-Link e simplifica a tarefa de adicionar portas I / O digitais e analógicas. Esta nova classe de produtos permite o comissionamento dos sensores por meio do hub IO-Link, o que reduz o tempo de inatividade da fábrica. Exemplos dessas soluções incluem IO-Link Hub NXR da Omron família de produtos, que atinge uma redução de 90% nos tempos de configuração e comissionamento.
As soluções de E / S analógicas e digitais configuráveis por software permitem que os engenheiros e técnicos de automação tenham a conveniência de fornecer uma porta de E / S universal que pode ser comissionada remotamente. Comparável com os benefícios que o IO-Link oferece, esta nova classe de produtos de E / S configuráveis por software digital e analógico simplifica a carga de distribuição de fios de uma fábrica e oferece flexibilidade para conectar fisicamente quaisquer sensores de E / S analógicos e digitais a qualquer porta de E / S digital e analógica. Essa tecnologia configurável por software é mais econômica e aumenta a densidade do canal no chão de fábrica.
Controlador IO-Link da série NXR da Omron e hub I / O IO-Link com o MAX14918, MAX14827A e MAX14912 / 15 (Fonte: Maxim Integrated)
Atuadores inteligentes
Os atuadores são usados para influenciar e controlar a direção e a velocidade com que um produto se move no chão de fábrica. Como todas as aplicações exigem um conjunto exclusivo de características de controle de movimento e acionamento do motor, esses atuadores inteligentes precisarão se ajustar dinamicamente ao seu ambiente para formar aquele sistema ciberfísico mecatrônico perfeito.
Atualmente, os atuadores inteligentes estão evoluindo para fornecer uma capacidade de autoconfiguração que ajusta de forma autônoma seus parâmetros de desempenho para atender às demandas de seu ambiente operacional. Esta é a primeira etapa para tornar o atuador autoconsciente de seu ambiente e permitir que o sistema otimize seu desempenho para rendimento máximo ou para maximizar a confiabilidade de longo prazo e o desempenho operacional do atuador. Em ambos os casos, o resultado gera custos operacionais mais baixos e maior eficiência.
Para potencializar essa combinação de movimento inteligente, é necessária a integração de dois elementos-chave.
O primeiro elemento crítico é a tecnologia de acionamento analógico com baixo consumo de energia para permitirVoltagem operação enquanto fornece a saúde e o status do ambiente local para permitir a otimização dos motores e para alcançar um equilíbrio entre alta eficiência e produção mais rápida.
O segundo elemento crítico é a capacidade de fornecer algoritmos de controle de movimento para permitir uma amplitude de movimento suave. Consiste na capacidade de detectar cargas colocadas no motor durante a operação para evitar falhas na linha e minimizar o consumo de energia.
Os algoritmos de controle de movimento fornecem movimento suave e preciso, enquanto os algoritmos de corte se concentram em tornar o motor mais eficiente em termos de energia. Além disso, detectar a posição da armadura é importante para saber se o motor foi movido para a posição correta. Isso é feito com detecção magnética, normalmente usando sensores Hall ou algum tipo de solução de codificação óptica.
Para demonstrar o valor desses atuadores inteligentes de próxima geração, aqui estão dois novos exemplos: o PD42-1-1243-IOLINK e o recém-lançado projeto de referência da garra End-of-Arm Tooling (EOAT), o TMCM-1617-GRIP-REF. Ambas as soluções demonstram o poder de combinar movimento inteligente, driver e tecnologia de comunicação IO-Link.
Esses atuadores inteligentes simplificam o comissionamento e aumentam a produtividade da fábrica, fornecendo ao engenheiro de automação industrial acesso a 50% mais parâmetros de configuração e desempenho na interface de comunicação IO-Link. Além disso, esses atuadores inteligentes podem ser ajustados em tempo real para acomodar mudanças no ambiente operacional e para implementar soluções de produtividade derivadas de IA avançadas. Essa capacidade de moldar o desempenho do atuador com base em seu ambiente operacional é o futuro do controle de movimento inteligente.
Projeto de referência de garra de ferramenta de fim de braço (EOAT), o TMCM-1617-GRIP-REF (Fonte: Trinamic)
Diagnóstico e tomada de decisão em tempo real
Níveis mais altos de recursos de diagnóstico continuam a fornecer um conjunto de dados mais rico que melhora a tomada de decisões em tempo real e baseada em limites para melhorar a produtividade e a integridade operacional no chão de fábrica.
Espera-se que essas poderosas plataformas de algoritmo de IA baseadas em fabricação cresçam de US $ 1 bilhão em 2018 para mais de US $ 17 bilhões em 2025, ou a uma taxa de crescimento anual composta próxima a 50%, de acordo com um relatório da MarketsandMarkets de 2019 intitulado “Artificial Intelligence in Manufacturing Market. ” Durante esse tempo, espera-se que o aprendizado de máquina seja o segmento de maior crescimento em IA devido aos investimentos rápidos que estão sendo feitos para implementar fábricas inteligentes.
A força motriz por trás desse crescimento vem da abundância de informações de saúde e status geradas a partir de uma rede de dispositivos com IIoT, algoritmos que fornecem análises preditivas e câmeras de visão de máquina monitorando a qualidade dos produtos, bem como avaliando o status e a integridade operacional das máquinas.
No IC nível, mais e mais informações estão sendo monitoradas, coletadas e comunicadas por meio do barramento SPI de e para um microprocessador. O volume desses datagramas de IC continua a se multiplicar à medida que carregam informações críticas, como status de temperatura de um dispositivo, sobretensão, sobrecorrente, detecção de fio aberto, detecção de curto-circuito, avisos de sobretemperatura, desligamento térmico e CRC.
Se dermos um passo para trás agora e multiplicarmos o número de semicondutores fornecendo datagramas em toda a gama de equipamentos em um chão de fábrica, torna-se claro que um mapeamento de diagnóstico do chão de fábrica pode ser alcançado para antecipar, identificar e diagnosticar falhas na linha de fabricação .
A próxima grande coisa
Uma coisa é certa: ao capacitar essa “nova maneira de pensar”, as fábricas inteligentes podem aproveitar essas novas capacidades para melhorar o rendimento e aumentar a produtividade. À medida que essas novas tecnologias continuam a amadurecer, a próxima geração de algoritmos de IA se tornará a beneficiária, aproveitando a maior qualidade dos dados em tempo real gerados a partir dessas soluções.
Como resultado, essas novas máquinas com capacidade autoconsciente implementarão automaticamente soluções geradas por IA para manter uma linha de manufatura operacional até que seja reparada ou reparada por um técnico. Esta era de máquinas autoconscientes inspirará o próximo grande sucesso na automação industrial.
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