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邊緣智能——提高生產(chǎn)力并降低成本的關(guān)鍵

發(fā)布時間:2022-08-10 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】提高生產(chǎn)力和降低運營成本,是所有企業(yè)/工廠努力追求的目標(biāo),由此引發(fā)對增強邊緣智能新技術(shù)的需求暴增。不過您可能會好奇,“邊緣是什么意思”?在ADI看來,“邊緣”是機器與現(xiàn)實世界融合或交互之地。


聚焦至工廠自動化領(lǐng)域,增強邊緣智能意味著減少工廠停機時間,避免生產(chǎn)線停工,每年可為工廠挽回大量生產(chǎn)力損失。事實上,根據(jù)麥肯錫2018年10月發(fā)表的一篇有關(guān)“數(shù)字化可超越預(yù)測性維護(hù)提升可靠性”的文章,每年工廠生產(chǎn)線的停工時間平均為800小時,或每周平均15小時,對公司收入和利潤的負(fù)面影響不容忽視。舉個例子,當(dāng)工廠停止生產(chǎn)時,汽車制造商每分鐘將損失近22000美元。這意味著每小時損失130萬美元,或每周損失近2000萬美元。而增強邊緣智能可為生產(chǎn)線帶來積極影響,讓生產(chǎn)力提高10%,維護(hù)成本節(jié)省20%。


顯然,增強邊緣智能可提高生產(chǎn)力并降低運營成本,不過真正的問題是“增強邊緣智能需要什么”?


需要全新的思維方式!


作為一家知名半導(dǎo)體供應(yīng)商,ADI對“增強邊緣智能”有獨到見解,并可交付支持智能傳感器和執(zhí)行器、支持軟件可配置IO并提供高級診斷功能的解決方案。下面具體看看這個解決方案中的4個關(guān)鍵要素,以及它們在增強邊緣智能方面提供的核心功能。


智能傳感器技術(shù):


傳感器無處不在!日常生活里,傳感器應(yīng)用十分普遍。在制造環(huán)境中,所有制成品都需要一系列傳感器協(xié)同工作,以幫助機器檢測物體,確定與物體的距離,配置物體的顏色和組成,以及監(jiān)控物體或液體的溫度和壓力。


調(diào)試新傳感器以替換受損的傳感器,或改裝設(shè)備以便制造不同的產(chǎn)品,這需要耗費大量人力,并且由于生產(chǎn)力損失,將造成很大的成本負(fù)擔(dān)。派遣技術(shù)人員到工廠車間更換傳感器,然后重新校準(zhǔn)到正確的制造參數(shù),這些操作成本會影響工廠的吞吐量。如果工廠里的每個傳感器均實施相同的維護(hù)級別,所有生產(chǎn)線的最大一筆費用就是更換或重新配置傳感器。


IO Link是一項激動人心的新技術(shù),能夠讓工廠車間的機器均實現(xiàn)智能檢測。該新技術(shù)可幫助實現(xiàn)靈活制造,從而改善工廠吞吐量,提高運營效率。IO-Link技術(shù)通過提供與傳感器的雙向信息交換,將傳統(tǒng)的數(shù)字或模擬傳感器轉(zhuǎn)換為智能傳感器。該技術(shù)提高了遠(yuǎn)程調(diào)試傳感器的智能和功能水平,并且通過隨時調(diào)整傳感器參數(shù),能夠?qū)崟r作出反應(yīng)?,F(xiàn)在,工廠自動化機械具備全新的智能水平,能夠根據(jù)遍布工廠車間的傳感器網(wǎng)絡(luò)的運行情況和狀態(tài),動態(tài)響應(yīng)實時運行條件。通過利用智能傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的大量端到端信息,工廠可創(chuàng)建其工廠車間的映射,從而為總體人工智能監(jiān)控解決方案提供更好的實時信息,以便能夠快速識別制造瓶頸、故障點,并提供優(yōu)化整個工廠車間的全新思路,從而提高運營效率。


通過使用協(xié)議棧和IO設(shè)備描述(IODD)文件的通用物理接口,IO-Link技術(shù)支持傳感器互換,進(jìn)而簡化調(diào)試過程,提高工廠吞吐量?;诖耍夹g(shù)人員能夠快速調(diào)試傳感器,減少工廠停機時間,允許隨時重新配置生產(chǎn)線。


隨著公司認(rèn)識到使用通用接口的好處,即壓力、近距離和溫度等各個傳感器即插即用,更換起來非常簡單,IO-Link傳感器的采用率不斷加速提高。ResearchAndMarkets表示,IO-Link市場持續(xù)發(fā)展,預(yù)計到2023年,將從2018年的30億美元增長到120億美元,CAGR達(dá)33.56%。


IO Link Hub和軟件可配置IO:


很明顯,IO-Link技術(shù)是催生一系列全新智能傳感器的推動因素,除此之外,IO-Link還可以通過IO-Link Hub解決方案為邊緣賦予智能。這些全新的IO-Link Hub提供一種簡單的方法,能夠添加模擬和數(shù)字IO擴(kuò)展通道,并集成電磁閥和電機驅(qū)動器等智能執(zhí)行器。


IO-Link Hub通過簡單的方式來擴(kuò)展所需的通道類型和數(shù)量,以支持意外的生產(chǎn)線重新配置。這些IO擴(kuò)展中心解決方案充分利用IO-Link技術(shù)的所有優(yōu)勢,并簡化了添加數(shù)字和模擬IO端口的任務(wù)。這些新型產(chǎn)品允許通過IO-Link Hub調(diào)試傳感器,從而減少工廠停機時間。在Omron的NXR系列IO-Link集線器產(chǎn)品系列中可以看到這些解決方案的示例,該產(chǎn)品系列聲稱能夠使設(shè)置和調(diào)試時間減少90%。


利用軟件可配置數(shù)字和模擬IO解決方案,自動化工程師和技術(shù)人員可以輕松地遠(yuǎn)程調(diào)試通用IO端口。這些新型軟件可配置的數(shù)字和模擬IO產(chǎn)品可與IO-Link提供的優(yōu)勢相媲美,不僅簡化了工廠的布線工作,還可靈活地將任何數(shù)字或模擬IO傳感器或執(zhí)行器物理連接至任何未分配的數(shù)字和模擬IO端口。此項軟件可配置技術(shù)可提高成本效益和工廠車間的通道密度。


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Omron:NXR系列IO-Link控制器和采用MAX14819A、MAX14827A、MAX14912/15的IO-Link I/O集線器


智能執(zhí)行器:

執(zhí)行器用于影響和控制工廠車間里產(chǎn)品的移動方向和速度。由于所有應(yīng)用都需要一組獨特的運動控制和電機驅(qū)動特性,因此這些智能執(zhí)行器需要根據(jù)其環(huán)境動態(tài)調(diào)整,形成完善的機電網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)。目前,智能執(zhí)行器不斷發(fā)展以提供自動配置功能,能夠自動調(diào)整其性能參數(shù),從而滿足運營環(huán)境的需求。要想使執(zhí)行器對環(huán)境建立自我意識,允許系統(tǒng)優(yōu)化其性能,同時最大限度提升吞吐量或提高執(zhí)行器的長期可靠性和運行性能,這是第一步。而無論哪種情況,都會降低運營成本和提高效率。


為了實現(xiàn)該智能運動組合,需要將兩個關(guān)鍵要素相集成。


第一個關(guān)鍵要素,是高能效模擬驅(qū)動技術(shù),用于實現(xiàn)高壓操作,同時提供本地環(huán)境的運行狀況和狀態(tài),以實現(xiàn)電機優(yōu)化,進(jìn)而在高效率和更快的吞吐量之間達(dá)到平衡。


第二個關(guān)鍵要素,是能夠提供運動控制算法,以支持順暢的運動范圍。這包括能夠檢測運行期間的電機負(fù)載,以避免生產(chǎn)線故障和最大限度減少功耗。


運動控制算法提供順暢精確的移動,而截斷算法專注于提高電機的能效。此外,要想了解電機是否朝著正確位置移動,檢測電樞的位置至關(guān)重要。通常,這可以使用磁性檢測的霍爾傳感器或某些光學(xué)編碼解決方案來完成。


以下兩個新示例展現(xiàn)了下一代智能執(zhí)行器的價值:PD42-1-1243-IOLINK和最近發(fā)布的機械手末端工具(EoAT)夾具參考設(shè)計TMCM-1617-GRIP-REF。這兩個解決方案演示了融合ADI的智能運動、驅(qū)動器和IO-Link通信技術(shù)后所獲得的強大性能。這些全新的智能執(zhí)行器允許工業(yè)自動化工程師通過IO-Link通信接口訪問50%以上的配置和性能參數(shù),從而簡化調(diào)試,提高工廠生產(chǎn)力。最后,這些智能執(zhí)行器可動態(tài)調(diào)整,以適應(yīng)運行環(huán)境變化和人工智能技術(shù)衍生的高級生產(chǎn)力解決方案的實施。這種根據(jù)運營環(huán)境塑造執(zhí)行器性能的能力,將是智能運動控制的未來。


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智能執(zhí)行器——PD42-1243-IOLINK步進(jìn)電機和EoAT夾具(TMCM-1617-GRIP REF)


診斷和實時決策:

更高級別的診斷功能可不斷提供更豐富的數(shù)據(jù)集,以改善基于邊緣的實時決策,從而提高工廠車間的生產(chǎn)力和運營完整性。根據(jù)MarketsandMarkets在2019年1月發(fā)表的名為《制造市場的人工智能》的報告預(yù)計,到2025年,這些制造領(lǐng)域強大的人工智能算法平臺收入將從2018年的10億美元增加至超過170億美元,或CAGR接近50%。在這段時間里,由于為實施智能工廠所做的快速投資,機器學(xué)習(xí)預(yù)計將是人工智能領(lǐng)域增長率最高的部分。這一增長背后的推動力源自IIoT支持設(shè)備網(wǎng)絡(luò)生成的大量運行狀況和狀態(tài)信息、提供預(yù)測性分析的算法、監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量以及評估機器狀態(tài)和運行狀況的機器視覺攝像頭。


在IC級別,將會監(jiān)控、收集越來越多的信息,并通過SPI總線與微處理器進(jìn)行通信。這些IC數(shù)據(jù)報文的數(shù)量繼續(xù)成倍增加,因為它們攜帶關(guān)鍵信息,如設(shè)備的溫度狀態(tài)、過壓、過流、開路檢測、短路檢測、溫度過高警告、熱關(guān)斷和CRC?,F(xiàn)在如果后退一步,在工廠車間的各種設(shè)備中大幅增加能夠提供診斷信息的半導(dǎo)體芯片數(shù)量,那么將可以實現(xiàn)工廠車間的診斷映射,以預(yù)測、識別和診斷生產(chǎn)線故障。


展望未來


有一點是明確的,通過實施這種“全新思維方式”,智能工廠可利用這些新功能來提高吞吐量和生產(chǎn)力。隨著這些新技術(shù)不斷成熟,下一代人工智能算法將利用這些解決方案生成更高質(zhì)量的實時數(shù)據(jù),產(chǎn)生更多效益。因此,這些具有自我意識的新機器將自動實施人工智能生成的解決方案,使生產(chǎn)線保持正常運行,直到需要技術(shù)人員維修或保養(yǎng)。這個具有自我意識的機器時代,勢必會激發(fā)工業(yè)自動化領(lǐng)域的“新變革”。


關(guān)于ADI公司


ADI是全球領(lǐng)先的高性能模擬技術(shù)公司,致力于解決最艱巨的工程設(shè)計挑戰(zhàn)。憑借杰出的檢測、測量、電源、連接和解譯技術(shù),搭建連接現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的智能化橋梁,從而幫助客戶重新認(rèn)識周圍的世界。詳情請瀏覽ADI官網(wǎng)www.analog.com/cn。


作者:ADI工業(yè)和醫(yī)療健康事業(yè)部工業(yè)通信和運動控制副總裁Jeff DeAngelis



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