Revoluția 4.0 și domeniului electronic
Avantajul senzorilor miniaturali în implementarea rețelelor IioT
Datorită avansării continue a tehnologiei senzorilor și apariției 5G, AI și Machine Learning, se estimează faptul că producătorii de semiconductori vor continua să beneficieze de o implementare la scară largă, prin intermediul IIoT, a senzorilor pentru Industria 4.0. Există mulți factori care susțin acest lucru, de exemplu, dezvoltarea continuă a consumabilelor (ceasuri și telefoane inteligente), dar în cele din urmă, zona care va contribuit radical la creșterea profitului va veni de pe piețele industriale, cum ar fi asistența medicală, sănătatea, auto, asigurările, producția și gestionarea energiei electrice. Creșterea estimată a pieței pentru senzorii industriali este de 7% până în 2026. (Sursa: Global Market Insights, Inc.)Nașterea Industriei 4.0, care a fost formată inițial ca strategie de înaltă tehnologie de către guvernul german în 2011, a venit într-un moment în care conceptul de Internet of Things (IoT) era și el la început. Astăzi, principiile fondatoare ale Industriei 4.0 au ajuns sa fie implementate pe tot globul, datorită compatibilității ridicate dintre Industria 4.0 și Industrial Internet of Things (IIoT).
Două dintre principiile fondatoare ale Industriei 4.0 sunt interconectarea și transparența informațiilor. IIoT se află chiar în centrul interconectării. Premisa de bază din spatele interconectării este de a putea lega digital echipamentele și utilajele de producție prin aplicații de monitorizare, control și analiză. Interconectarea însemnă că orice element de automatizare industrială sau echipament de proces ar putea furniza date în timp real despre starea operațională și performanța sa. Interconectarea este, de asemenea, o comunicare bidirecțională, care permite controlul utilajelor și instalațiilor în mod automat sau prin intervenție umană. Colectarea de date dintr-o întreagă instalație de producție generează volume mari de date, care atunci când sunt prelucrate corespunzător cresc nivelul eficienței operaționale și al eficacității generale a echipamentelor. Menținerea oricărui proces de fabricație sau de producție, cu niveluri ridicate de eficiență depinde de fiabilitatea mașinilor. Din păcate, orice sistem mecanic tinde să aibă piese care se uzează sau se defectează în timp. Pentru un proces de producție liniar, defectarea unui singur echipament poate opri întreaga fabrică, astfel încât, de-a lungul anilor, programele de întreținere, reparare și funcționare au devenit necesare pentru a asigura continuitatea echipamentului de producție. Datorită IIoT este posibilă punerea în aplicare a unei rutine de întreținere preventivă, care oferă supervizorului instalației un avertisment timpuriu cu privire la defecțiunile potențiale ale echipamentului pentru a putea programa intervenția de întreținere în momentul cel mai eficient din punct de vedere operațional.
Achiziționarea datelor critice, necesare atât în scop operațional, cât și de întreținere, provine de la senzorii plasați pe echipamentele de producție. Aici intră în scenă producătorii de semiconductori. Senzorii pot detecta vibrațiile, temperatura, umiditatea, sunetul și o mulțime de alți factori de mediu. Multe dintre aceste date pot fi utilizate pentru a determina durata de funcționare a utilajelor. Un rol mai important din punct de vedere operațional îl are semnalarea oricărei probleme costisitoare ce poate apărea neașteptat.
De asemenea, senzorii de inspecție, cum ar fi senzorii unei camere video, funcționează pe post de intrări pentru sistemele de recunoaștere a imaginii care verifică, de exemplu, dacă o etichetă aplicată pe o sticlă este în conformitate cu toleranțele de plasare corectă.
STMicroelectronics ajută clienții să implementeze programe de întreținere predictivă odată cu lansarea plăcii de evaluare STWIN (Nr. Stoc RS: 193-9794 Cod de producător: STEVAL-STWINKT1) pentru aplicații IIoT. Cu ajutorul acestei plăci, utilizatorul poate beneficia de monitorizarea condițiilor de lucru ale utilajelor critice dintr-o linie de producție.
Inovațiile tehnologice vor conduce la industria 5.0
Înainte ca multe organizații producătoare să termine de implementat tehnologiile aferente Industriei 4.0, acestea au început să vorbească despre Industria 5.0. Aceasta oferă potențialul de a readuce factorul uman din bucla de fabricație, o omisiune notabilă în Industria 4.0.
Implementarea Industriei 4.0 nu a fost lipsită de provocările sale. Spațiul din fabrică este un subiect sensibil în întreaga lume, astfel că multe operațiuni de fabricație au necesitat din ce în ce mai multe sisteme electronice care trebuiau incluse în dulapurile de control existente. În cele mai multe cazuri, acestea erau deja aproape pline, astfel încât ambalarea mai multor tehnologii într-un dulap cu spațiu limitat a necesitat mai multă inovație.
Producătorii de echipamente industriale au fost nevoiți să reducă gabaritul automatelor programabile de control, să le facă mai eficiente din punct de vedere al energiei și să aibă o funcționalitatea mai extinsă. Din fericire, industria semiconductorilor a venit cu răspunsuri inovative care au oferit niveluri mai ridicate de integrare funcțională. IC-urile inteligente de gestionare a energiei și randamentul mai mare al conversiei energiei electrice, prin utilizarea tehnologiilor de proces cu bandă largă, reduc cantitatea de căldură care necesită disipare, ceea ce înseamnă o diminuare a dimensiunii totale a sistemului.
Pentru Industria 5.0, inovațiile din industria semiconductorilor vor continua să fie la mare cerere. Un aspect al Industriei 5.0 este că, pentru unele procese, roboții vor lucra alături de omologi umani calificați. S-au făcut multe cercetări cu privire la utilizarea roboților colaborativi și la modul în care aceștia trebuie să interacționeze cu oamenii din apropiere. Barierele de siguranță de obicei înconjoară roboți industriali pentru a preveni accidentele; cu toate acestea, pentru a fi Co-boți productivi sunt necesare cerințe mai exigente în ceea ce privește implementarea.
O altă lecție învățată din Industria 4.0 și utilizarea rețelelor IIoT este că mulți senzori nu includ niciun element de control; trimit date către sistemul de management al producției la o frecvență stabilită. Considerați drept un sistem unitar cu sute și potențial mii de senzori, acest lucru poate reprezenta o cerință semnificativă pentru lățimea de bandă a datelor. În momentul când senzorul în sine are putere decizională, latența de control a nodului de comunicații implicată în recepția datelor senzorilor pentru a lua măsuri poate fi substanțială, eliminând posibilitatea controlului bazat pe cloud pentru unele sarcini. Noile tipuri de senzori trebuie nu numai să monitorizeze parametrii, ci și să execute anumite acțiuni de control.
Industria semiconductorilor răspunde cu microcontrolere cu putere redusă care includ elemente senzitive și resurse de calcul suficiente pentru a rula algoritmi de inteligență artificială specifici sarcinii. Aceste dispozitive conțin o arhitectură hardware optimizată pentru inferențele dispozitivelor de la marginea rețelei. Senzorii sunt din ce în ce mai inteligenți, fiind capabili să prezică, de exemplu, dacă mâna unui om ar putea fi în calea mișcării intenționate a robotului. Un alt exemplu este utilizarea unui algoritm de învățare automată pentru a monitoriza ieșirea de la un senzor audio montat în carcasa motorului pentru a detecta semne timpurii de uzură.
Inovație constantă
Piața de senzori industriali s-a schimbat foarte mult încă din primele zile ale primilor senzori pe bază de siliciu de la mijlocul anilor ’70. Inovația continuă să răspundă cerințelor celei de-a patra și de-a cincea revoluții industriale dar și celor ale IoT-ului, care acum cuprinde mult mai mult decât fabrici. Apariția orașelor inteligente, caselor inteligente și clădirilor inteligente necesită noi tehnologii pentru senzori. Multe dintre inovațiile pentru senzori destinați Industriei 5.0, își găsesc deja aplicații pe alte piețe orientate către tehnologie. Un exemplu excelent al acestora este industria auto. Desfășurarea rapidă a sistemelor avansate de asistență pentru șoferi în modele noi de vehicule, împreună cu dezvoltarea vehiculelor electrice și a mașinilor semi și complet autonome, au multe cerințe asemănătoare cu sistemele industriale.
Mediul nostru în schimbare rapidă, împreună cu evoluțiile tehnologice, reprezintă un cadru ideal de aplicare a Industriei 4.0 și nu numai. Implementarea principiilor fondatoare a celei de-a 4-a (și a 5-a) revoluții industriale este datorată creșterii continue a automatizărilor industriale. Având în vedere aceste aspecte, rolul pe care producătorii de semiconductori îl joacă în lumea senzorilor industriali trebuie să se afle într-o evoluție constantă, venind cu soluții din ce în ce mai inovative și mai eficiente.
Autor: Nita Emil Ionut
Aurocon COMPEC SRL
Tel: 021 304 62 33
Fax: 021 304 62 34
Email: compec@compec.ro
Site: www.compec.ro