Khi các nhà máy cố gắng tăng năng suất và cải thiện chi phí vận hành, nhu cầu cung cấp sản phẩm mới công nghệ trao quyền cho trí thông minh ở rìa ngày càng tăng. Dành cho những ai đang thắc mắc “the edge” nghĩa là gì, tại Châm ngôn, chúng tôi định nghĩa "rìa" là nơi máy gặp gỡ hoặc tương tác với thế giới thực.
Tăng cường trí thông minh ở vị trí tiên tiến trong tự động hóa nhà máy có nghĩa là giảm lượng năng suất bị mất mà nhà máy phải trải qua trong một năm. Vì vậy, những gì nó cần để trao quyền thông minh ở rìa?
Nó cần một cách suy nghĩ mới.
As Semiconductor nhà cung cấp, chúng tôi cần cung cấp các giải pháp cho phép cảm biến và bộ truyền động thông minh, hỗ trợ I / O có thể cấu hình phần mềm và cung cấp chẩn đoán nâng cao. Chúng ta hãy xem xét tầm quan trọng của bốn yếu tố quan trọng này và những khả năng chính mà chúng cung cấp trong việc nâng cao năng lực trí thông minh.
Thông minh cảm biến công nghệ
Cảm biến được tìm thấy ở khắp mọi nơi! Chúng đã trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Trong môi trường sản xuất, tất cả các sản phẩm được sản xuất đều yêu cầu một loạt các cảm biến hoạt động đồng bộ để giúp máy móc phát hiện một đối tượng, xác định khoảng cách đến một đối tượng, định cấu hình màu sắc và thành phần của một đối tượng, đồng thời theo dõi nhiệt độ và áp suất của một đối tượng hoặc chất lỏng.
Việc đưa vào sử dụng các cảm biến mới để thay thế các cảm biến bị hỏng hoặc điều chỉnh một phần thiết bị để cho phép sản xuất một sản phẩm khác đòi hỏi nhiều lao động và gây ra gánh nặng chi phí đáng kể do năng suất bị mất. Chi phí cử một kỹ thuật viên đến sàn nhà máy để thay đổi một cảm biến và sau đó hiệu chỉnh lại nó về các thông số sản xuất chính xác sẽ ảnh hưởng đến sản lượng của nhà máy. Nếu chúng ta nhân cùng một mức độ bảo trì này cho mọi cảm biến trong một nhà máy, thì việc thay đổi hoặc cấu hình lại cảm biến là khoản chi phí lớn nhất mà tất cả các dây chuyền sản xuất phải gánh chịu.
Liên kết IO là một công nghệ mới thú vị cho phép cảm biến thông minh đến tận các máy móc trong nhà máy. Công nghệ mới này cho phép sản xuất linh hoạt để cải thiện năng suất của nhà máy và hiệu quả hoạt động. Công nghệ này chuyển đổi các cảm biến kỹ thuật số hoặc tương tự truyền thống thành một cảm biến thông minh bằng cách cung cấp trao đổi thông tin hai chiều với cảm biến. Nó bổ sung một cấp độ thông minh mới và khả năng vận hành cảm biến từ xa cũng như khả năng phản ứng trong thời gian thực bằng cách thực hiện các điều chỉnh nhanh chóng đối với các thông số cảm biến.
Máy móc tự động hóa công nghiệp hiện có một trí thông minh mới để phản ứng động với các điều kiện hoạt động thời gian thực dựa trên tình trạng và sức khỏe của một mạng lưới các cảm biến nằm trên sàn nhà máy. Bằng cách khai thác biển thông tin đầu cuối này trên mạng lưới các cảm biến thông minh, một cơ sở có thể tạo bản đồ nền nhà máy của mình để cung cấp thông tin thời gian thực tốt hơn cho một giải pháp giám sát trí tuệ nhân tạo tổng thể có thể nhanh chóng xác định các nút thắt trong sản xuất và các điểm hư hỏng cũng như cung cấp một khả năng mới để tối ưu hóa toàn bộ mặt bằng nhà xưởng nhằm đạt hiệu quả hoạt động tốt hơn.
Cách mà công nghệ IO-Link đơn giản hóa quy trình vận hành và cải thiện thông lượng của nhà máy là làm cho các cảm biến có thể hoán đổi cho nhau thông qua giao diện vật lý chung sử dụng ngăn xếp giao thức và tệp Mô tả thiết bị IO (IODD). Điều này cho phép các kỹ thuật viên nhanh chóng vận hành một cảm biến, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của nhà máy và cho phép dây chuyền sản xuất có thể cấu hình lại một cách nhanh chóng.
Trung tâm IO-Link và I / O có thể định cấu hình phần mềm
Mặc dù rõ ràng rằng công nghệ IO-Link là chất xúc tác đằng sau một loạt các cảm biến thông minh mới, nhưng nó cũng đang cung cấp các cơ hội mới mang lại trí thông minh vượt trội thông qua các giải pháp trung tâm IO-Link. Các trung tâm IO-Link mới này cung cấp một cách đơn giản để thêm các kênh mở rộng I / O tương tự và kỹ thuật số cũng như tích hợp các bộ truyền động thông minh như bộ truyền động điện từ và động cơ.
Trung tâm IO-Link cung cấp một cách đơn giản để mở rộng các loại và số lượng kênh cần thiết để hỗ trợ các cấu hình lại dây chuyền sản xuất không mong muốn. Các trung tâm mở rộng IO này cung cấp giải pháp tận dụng tất cả các lợi ích của công nghệ IO-Link và đơn giản hóa nhiệm vụ thêm các cổng I / O kỹ thuật số và tương tự. Loại sản phẩm mới này cho phép vận hành các cảm biến thông qua trung tâm IO-Link, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của nhà máy. Ví dụ về các giải pháp này bao gồm Trung tâm IO-Link NXR của Omron dòng sản phẩm, giúp giảm 90% thời gian thiết lập và vận hành.
Các giải pháp I / O kỹ thuật số và tương tự có thể cấu hình phần mềm cho phép các kỹ sư và kỹ thuật viên tự động hóa sự tiện lợi trong việc cung cấp một cổng I / O đa năng có thể được vận hành từ xa. So sánh với những lợi ích mà IO-Link cung cấp, loại sản phẩm I / O có thể cấu hình phần mềm kỹ thuật số và tương tự mới này giúp đơn giản hóa gánh nặng điều chỉnh dây của nhà máy và cung cấp sự linh hoạt để kết nối vật lý bất kỳ cảm biến I / O kỹ thuật số và tương tự hoặc thiết bị truyền động nào với bất kỳ thiết bị truyền động nào chưa được chỉ định cổng I / O kỹ thuật số và analog. Công nghệ có thể cấu hình phần mềm này tiết kiệm chi phí hơn và tăng mật độ kênh trên nền nhà máy.
Bộ điều khiển IO-Link NXR-Series của Omron và trung tâm IO-Link I / O với MAX14918, MAX14827A và MAX14912 / 15 (Nguồn: Maxim Integrated)
Bộ truyền động thông minh
Các thiết bị truyền động được sử dụng để tác động và điều khiển hướng và tốc độ mà sản phẩm di chuyển trên sàn nhà máy. Bởi vì tất cả các ứng dụng yêu cầu một bộ đặc tính điều khiển chuyển động và truyền động động cơ duy nhất, các thiết bị truyền động thông minh này sẽ cần phải tự động điều chỉnh theo môi trường của chúng để tạo thành hệ thống vật lý mạng cơ điện tử hoàn hảo đó.
Hiện nay, các thiết bị truyền động thông minh đang phát triển để cung cấp khả năng cấu hình tự động có thể tự động điều chỉnh các thông số hoạt động của nó để đáp ứng nhu cầu của môi trường hoạt động của nó. Đây là bước đầu tiên để làm cho bộ truyền động tự nhận thức về môi trường của nó và cho phép hệ thống tối ưu hóa hiệu suất của nó để đạt được thông lượng tối đa hoặc để tối đa hóa độ tin cậy lâu dài và hiệu suất hoạt động của bộ truyền động. Trong cả hai trường hợp, kết quả mang lại chi phí hoạt động thấp hơn và hiệu quả cao hơn.
Để tạo sức mạnh cho sự kết hợp chuyển động thông minh này, nó đòi hỏi sự tích hợp của hai yếu tố chính.
Yếu tố quan trọng đầu tiên là công nghệ truyền động tương tự tiết kiệm điện để cho phépVôn vận hành đồng thời cung cấp sức khỏe và trạng thái của môi trường cục bộ để cho phép tối ưu hóa động cơ và đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất cao và thông lượng nhanh hơn.
Yếu tố quan trọng thứ hai là khả năng cung cấp các thuật toán điều khiển chuyển động để cho phép phạm vi chuyển động trơn tru. Điều này bao gồm khả năng phát hiện tải đặt trên động cơ trong quá trình hoạt động để tránh sự cố đường dây và giảm thiểu tiêu thụ điện năng.
Các thuật toán điều khiển chuyển động cung cấp chuyển động mượt mà và chính xác, trong khi các thuật toán cắt nhỏ tập trung vào việc làm cho động cơ tiết kiệm điện hơn. Ngoài ra, việc cảm nhận vị trí của phần ứng là rất quan trọng để biết liệu động cơ đã di chuyển đến đúng vị trí chưa. Điều này được thực hiện với cảm biến từ tính, thường sử dụng cảm biến Hall hoặc một số loại giải pháp mã hóa quang học.
Để chứng minh giá trị của các thiết bị truyền động thông minh thế hệ tiếp theo này, đây là hai ví dụ mới: PD42-1-1243-IOLINK và thiết kế tham chiếu của bộ kẹp Dụng cụ cuối cánh tay (EOAT) được phát hành gần đây, TMCM-1617-GRIP-REF. Cả hai giải pháp đều thể hiện sức mạnh của việc kết hợp chuyển động thông minh, trình điều khiển và công nghệ giao tiếp IO-Link.
Các thiết bị truyền động thông minh này đơn giản hóa việc vận hành và tăng năng suất của nhà máy bằng cách cung cấp cho kỹ sư tự động hóa công nghiệp quyền truy cập vào các thông số cấu hình và hiệu suất cao hơn 50% qua giao diện truyền thông IO-Link. Ngoài ra, các thiết bị truyền động thông minh này có thể được điều chỉnh nhanh chóng để thích ứng với những thay đổi trong môi trường hoạt động và để thực hiện các giải pháp năng suất tiên tiến dựa trên AI. Khả năng định hình hiệu suất của cơ cấu chấp hành dựa trên môi trường hoạt động của nó là tương lai của điều khiển chuyển động thông minh.
Thiết kế tham chiếu của bộ kẹp dụng cụ End-of-Arm Tooling (EOAT), TMCM-1617-GRIP-REF (Nguồn: Trinamic)
Chẩn đoán và ra quyết định theo thời gian thực
Khả năng chẩn đoán ở cấp độ cao hơn tiếp tục cung cấp tập dữ liệu phong phú hơn giúp cải thiện việc ra quyết định theo thời gian thực, dựa trên cơ sở để cải thiện năng suất và tính toàn vẹn trong hoạt động của nhà máy.
Các nền tảng thuật toán AI dựa trên sản xuất mạnh mẽ này dự kiến sẽ tăng từ 1 tỷ đô la vào năm 2018 lên hơn 17 tỷ đô la vào năm 2025 hoặc với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm gần 50%, theo một báo cáo của MarketsandMarkets năm 2019 có tên “Trí tuệ nhân tạo trong thị trường sản xuất. ” Trong thời gian này, học máy dự kiến sẽ là phân khúc tăng trưởng cao nhất trong AI do các khoản đầu tư nhanh chóng được thực hiện để triển khai các nhà máy thông minh.
Động lực đằng sau sự tăng trưởng này bắt nguồn từ sự phong phú của thông tin về tình trạng và sức khỏe được tạo ra từ mạng lưới các thiết bị hỗ trợ IIoT, các thuật toán cung cấp phân tích dự đoán và camera thị giác máy giám sát chất lượng sản phẩm cũng như đánh giá trạng thái và tình trạng hoạt động của máy móc.
Tại IC , ngày càng có nhiều thông tin được theo dõi, thu thập và giao tiếp thông qua bus SPI đến và đi từ một bộ vi xử lý. Khối lượng của các biểu đồ dữ liệu IC này tiếp tục nhân lên khi chúng mang thông tin quan trọng như trạng thái nhiệt độ của thiết bị, quá áp, quá dòng, phát hiện dây hở, phát hiện đoản mạch, cảnh báo quá nhiệt, tắt nhiệt và CRC.
Nếu chúng ta lùi lại một bước bây giờ và nhân số lượng chất bán dẫn cung cấp biểu đồ dữ liệu trên toàn bộ thiết bị trên sàn nhà máy, thì rõ ràng có thể đạt được bản đồ chẩn đoán của mặt bằng nhà máy để dự đoán, xác định và chẩn đoán lỗi dây chuyền sản xuất .
Điêu quan trọng tiêp theo
Một điều rõ ràng là: Bằng cách trao quyền cho “lối suy nghĩ mới” này, các nhà máy thông minh có thể tận dụng những khả năng mới này để cải thiện thông lượng và tăng năng suất. Khi các công nghệ mới này tiếp tục phát triển, thế hệ thuật toán AI tiếp theo sẽ trở thành đối tượng hưởng lợi bằng cách tận dụng chất lượng cao hơn của dữ liệu thời gian thực được tạo ra từ các giải pháp này.
Do đó, những cỗ máy có khả năng tự nhận thức mới này sẽ tự động triển khai các giải pháp do AI tạo ra để duy trì dây chuyền sản xuất hoạt động cho đến khi được kỹ thuật viên sửa chữa hoặc bảo dưỡng. Kỷ nguyên của những cỗ máy tự nhận thức này sẽ truyền cảm hứng cho những điều lớn lao tiếp theo trong tự động hóa công nghiệp.
về Maxim Tích hợp