【導讀】提高生產(chǎn)力和降低運營(yíng)成本，是所有企業(yè)/工廠(chǎng)努力追求的目標，由此引發(fā)對增強邊緣智能新技術(shù)的需求暴增。不過(guò)您可能會(huì )好奇，“邊緣是什么意思”？在A(yíng)DI看來(lái)，“邊緣”是機器與現實(shí)世界融合或交互之地。
聚焦至工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域，增強邊緣智能意味著(zhù)減少工廠(chǎng)停機時(shí)間，避免生產(chǎn)線(xiàn)停工，每年可為工廠(chǎng)挽回大量生產(chǎn)力損失。事實(shí)上，根據麥肯錫2018年10月發(fā)表的一篇有關(guān)“數字化可超越預測性維護提升可靠性”的文章，每年工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)的停工時(shí)間平均為800小時(shí)，或每周平均15小時(shí)，對公司收入和利潤的負面影響不容忽視。舉個(gè)例子，當工廠(chǎng)停止生產(chǎn)時(shí)，汽車(chē)制造商每分鐘將損失近22000美元。這意味著(zhù)每小時(shí)損失130萬(wàn)美元，或每周損失近2000萬(wàn)美元。而增強邊緣智能可為生產(chǎn)線(xiàn)帶來(lái)積極影響，讓生產(chǎn)力提高10%，維護成本節省20%。
顯然，增強邊緣智能可提高生產(chǎn)力并降低運營(yíng)成本，不過(guò)真正的問(wèn)題是“增強邊緣智能需要什么”？
需要全新的思維方式！
作為一家知名半導體供應商，ADI對“增強邊緣智能”有獨到見(jiàn)解，并可交付支持智能傳感器和執行器、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(gè)解決方案中的4個(gè)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(wú)處不在！日常生活里，傳感器應用十分普遍。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，以及監控物體或液體的溫度和壓力。
調試新傳感器以替換受損的傳感器，或改裝設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擔。派遣技術(shù)人員到工廠(chǎng)車(chē)間更換傳感器，然后重新校準到正確的制造參數，這些操作成本會(huì )影響工廠(chǎng)的吞吐量。如果工廠(chǎng)里的每個(gè)傳感器均實(shí)施相同的維護級別，所有生產(chǎn)線(xiàn)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(dòng)人心的新技術(shù)，能夠讓工廠(chǎng)車(chē)間的機器均實(shí)現智能檢測。該新技術(shù)可幫助實(shí)現靈活制造，從而改善工廠(chǎng)吞吐量，提高運營(yíng)效率。IO-Link技術(shù)通過(guò)提供與傳感器的雙向信息交換，將傳統的數字或模擬傳感器轉換為智能傳感器。該技術(shù)提高了遠程調試傳感器的智能和功能水平，并且通過(guò)隨時(shí)調整傳感器參數，能夠實(shí)時(shí)作出反應?，F在，工廠(chǎng)自動(dòng)化機械具備全新的智能水平，能夠根據遍布工廠(chǎng)車(chē)間的傳感器網(wǎng)絡(luò )的運行情況和狀態(tài)，動(dòng)態(tài)響應實(shí)時(shí)運行條件。通過(guò)利用智能傳感器網(wǎng)絡(luò )提供的大量端到端信息，工廠(chǎng)可創(chuàng )建其工廠(chǎng)車(chē)間的映射，從而為總體人工智能監控解決方案提供更好的實(shí)時(shí)信息，以便能夠快速識別制造瓶頸、故障點(diǎn)，并提供優(yōu)化整個(gè)工廠(chǎng)車(chē)間的全新思路，從而提高運營(yíng)效率。
通過(guò)使用協(xié)議棧和IO設備描述(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(jiǎn)化調試過(guò)程，提高工廠(chǎng)吞吐量?；诖?，技術(shù)人員能夠快速調試傳感器，減少工廠(chǎng)停機時(shí)間，允許隨時(shí)重新配置生產(chǎn)線(xiàn)。
隨著(zhù)公司認識到使用通用接口的好處，即壓力、近距離和溫度等各個(gè)傳感器即插即用，更換起來(lái)非常簡(jiǎn)單，IO-Link傳感器的采用率不斷加速提高。ResearchAndMarkets表示，IO-Link市場(chǎng)持續發(fā)展，預計到2023年，將從2018年的30億美元增長(cháng)到120億美元，CAGR達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(dòng)因素，除此之外，IO-Link還可以通過(guò)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(jiǎn)單的方法，能夠添加模擬和數字IO擴展通道，并集成電磁閥和電機驅動(dòng)器等智能執行器。
IO-Link Hub通過(guò)簡(jiǎn)單的方式來(lái)擴展所需的通道類(lèi)型和數量，以支持意外的生產(chǎn)線(xiàn)重新配置。這些IO擴展中心解決方案充分利用IO-Link技術(shù)的所有優(yōu)勢，并簡(jiǎn)化了添加數字和模擬IO端口的任務(wù)。這些新型產(chǎn)品允許通過(guò)IO-Link Hub調試傳感器，從而減少工廠(chǎng)停機時(shí)間。在Omron的NXR系列IO-Link集線(xiàn)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(chēng)能夠使設置和調試時(shí)間減少90%。
利用軟件可配置數字和模擬IO解決方案，自動(dòng)化工程師和技術(shù)人員可以輕松地遠程調試通用IO端口。這些新型軟件可配置的數字和模擬IO產(chǎn)品可與IO-Link提供的優(yōu)勢相媲美，不僅簡(jiǎn)化了工廠(chǎng)的布線(xiàn)工作，還可靈活地將任何數字或模擬IO傳感器或執行器物理連接至任何未分配的數字和模擬IO端口。此項軟件可配置技術(shù)可提高成本效益和工廠(chǎng)車(chē)間的通道密度。
Omron：NXR系列IO-Link控制器和采用MAX14819A、MAX14827A、MAX14912/15的IO-Link I/O集線(xiàn)器
智能執行器：
執行器用于影響和控制工廠(chǎng)車(chē)間里產(chǎn)品的移動(dòng)方向和速度。由于所有應用都需要一組獨特的運動(dòng)控制和電機驅動(dòng)特性，因此這些智能執行器需要根據其環(huán)境動(dòng)態(tài)調整，形成完善的機電網(wǎng)絡(luò )物理系統。目前，智能執行器不斷發(fā)展以提供自動(dòng)配置功能，能夠自動(dòng)調整其性能參數，從而滿(mǎn)足運營(yíng)環(huán)境的需求。要想使執行器對環(huán)境建立自我意識，允許系統優(yōu)化其性能，同時(shí)最大限度提升吞吐量或提高執行器的長(cháng)期可靠性和運行性能，這是第一步。而無(wú)論哪種情況，都會(huì )降低運營(yíng)成本和提高效率。
為了實(shí)現該智能運動(dòng)組合，需要將兩個(gè)關(guān)鍵要素相集成。
第一個(gè)關(guān)鍵要素，是高能效模擬驅動(dòng)技術(shù)，用于實(shí)現高壓操作，同時(shí)提供本地環(huán)境的運行狀況和狀態(tài)，以實(shí)現電機優(yōu)化，進(jìn)而在高效率和更快的吞吐量之間達到平衡。
第二個(gè)關(guān)鍵要素，是能夠提供運動(dòng)控制算法，以支持順暢的運動(dòng)范圍。這包括能夠檢測運行期間的電機負載，以避免生產(chǎn)線(xiàn)故障和最大限度減少功耗。
運動(dòng)控制算法提供順暢精確的移動(dòng)，而截斷算法專(zhuān)注于提高電機的能效。此外，要想了解電機是否朝著(zhù)正確位置移動(dòng)，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(lái)完成。
以下兩個(gè)新示例展現了下一代智能執行器的價(jià)值：PD42-1-1243-IOLINK和最近發(fā)布的機械手末端工具(EoAT)夾具參考設計TMCM-1617-GRIP-REF。這兩個(gè)解決方案演示了融合ADI的智能運動(dòng)、驅動(dòng)器和IO-Link通信技術(shù)后所獲得的強大性能。這些全新的智能執行器允許工業(yè)自動(dòng)化工程師通過(guò)IO-Link通信接口訪(fǎng)問(wèn)50%以上的配置和性能參數，從而簡(jiǎn)化調試，提高工廠(chǎng)生產(chǎn)力。最后，這些智能執行器可動(dòng)態(tài)調整，以適應運行環(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(shí)施。這種根據運營(yíng)環(huán)境塑造執行器性能的能力，將是智能運動(dòng)控制的未來(lái)。
智能執行器——PD42-1243-IOLINK步進(jìn)電機和EoAT夾具(TMCM-1617-GRIP REF)
診斷和實(shí)時(shí)決策：
更高級別的診斷功能可不斷提供更豐富的數據集，以改善基于邊緣的實(shí)時(shí)決策，從而提高工廠(chǎng)車(chē)間的生產(chǎn)力和運營(yíng)完整性。根據MarketsandMarkets在2019年1月發(fā)表的名為《制造市場(chǎng)的人工智能》的報告預計，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(guò)170億美元，或CAGR接近50%。在這段時(shí)間里，由于為實(shí)施智能工廠(chǎng)所做的快速投資，機器學(xué)習預計將是人工智能領(lǐng)域增長(cháng)率最高的部分。這一增長(cháng)背后的推動(dòng)力源自IIoT支持設備網(wǎng)絡(luò )生成的大量運行狀況和狀態(tài)信息、提供預測性分析的算法、監控產(chǎn)品質(zhì)量以及評估機器狀態(tài)和運行狀況的機器視覺(jué)攝像頭。
在IC級別，將會(huì )監控、收集越來(lái)越多的信息，并通過(guò)SPI總線(xiàn)與微處理器進(jìn)行通信。這些IC數據報文的數量繼續成倍增加，因為它們攜帶關(guān)鍵信息，如設備的溫度狀態(tài)、過(guò)壓、過(guò)流、開(kāi)路檢測、短路檢測、溫度過(guò)高警告、熱關(guān)斷和CRC?，F在如果后退一步，在工廠(chǎng)車(chē)間的各種設備中大幅增加能夠提供診斷信息的半導體芯片數量，那么將可以實(shí)現工廠(chǎng)車(chē)間的診斷映射，以預測、識別和診斷生產(chǎn)線(xiàn)故障。
展望未來(lái)
有一點(diǎn)是明確的，通過(guò)實(shí)施這種“全新思維方式”，智能工廠(chǎng)可利用這些新功能來(lái)提高吞吐量和生產(chǎn)力。隨著(zhù)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(shí)時(shí)數據，產(chǎn)生更多效益。因此，這些具有自我意識的新機器將自動(dòng)實(shí)施人工智能生成的解決方案，使生產(chǎn)線(xiàn)保持正常運行，直到需要技術(shù)人員維修或保養。這個(gè)具有自我意識的機器時(shí)代，勢必會(huì )激發(fā)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的“新變革”。
關(guān)于A(yíng)DI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計挑戰。憑借杰出的檢測、測量、電源、連接和解譯技術(shù)，搭建連接現實(shí)世界和數字世界的智能化橋梁，從而幫助客戶(hù)重新認識周?chē)氖澜?。詳情請瀏覽ADI官網(wǎng)www.analog.com/cn。
作者：ADI工業(yè)和醫療健康事業(yè)部工業(yè)通信和運動(dòng)控制副總裁Jeff DeAngelis
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