Industria 4.0, Inteligencia Artificial e IoT en la Fabricación

Cuando se trata de electrónica, dispositivos de consumo como los smartphones y Alexa tienden a acaparar toda la atención. Sin embargo, según Alun Morgan en Ventec International Group, “alrededor del 23% de las PCBs producidas a nivel mundial se utilizan en equipos electrónicos para aplicaciones de fabricación.” Los números solo aumentan cuando incluyes otras categorías no destinadas al consumidor que apoyan las operaciones de fabricación, como la automotriz, telecomunicaciones, generación/distribución de energía y computación. Los fabricantes occidentales han aceptado en gran medida que la relocalización solo ocurrirá a través de una mayor automatización y productividad en el piso de fábrica. Esta es la esencia de la Industria 4.0, donde las operaciones de fábrica son más inteligentes y más conectadas que nunca antes.

Entonces, ¿dónde pueden los fabricantes continuar reduciendo gastos y ver mayores beneficios de productividad mediante la relocalización? Hay varias respuestas a esta pregunta, especialmente cuando se consideran tecnologías avanzadas de fabricación como la impresión 3D. En lo que todos están de acuerdo es en esto: las operaciones de fabricación de muchos productos serán aún más digitalizadas en un futuro cercano. Este nivel de digitalización requiere de PCBs para operar equipos y recopilar datos, así como de tecnología para procesar rápidamente los datos y obtener perspectivas útiles. En la Industria 4.0, la inteligencia artificial (IA) será instrumental para gestionar operaciones y procesar datos, proporcionando finalmente perspectivas a gerentes e ingenieros.

Diseñando para la Industria 4.0 y la IA

Diseñar un nuevo sistema de IA para apoyar las operaciones de manufactura es tanto un empeño de hardware como de software. Ambas áreas se complementan; una placa incrustada debe ser diseñada para soportar el software incrustado, mientras que el software incrustado no debe consumir tantos recursos como para incapacitar otras funciones en la placa. Esto significa que cada activo de manufactura y los sistemas que soportan la adquisición/procesamiento de datos se convertirán en un ecosistema IoT incrustado, donde los datos se procesan en una ubicación central o en la nube.

En la Industria 4.0, se espera que los fabricantes generen significativamente más datos que nunca antes, a medida que más activos de manufactura se conectan. Esta conectividad se habilita a través de nuevos estándares industriales para el intercambio de datos, como el estándar IPC-CFX. Cualquier operación de manufactura que quiera conectar sus activos y agregar datos a lo largo de cualquier proceso de manufactura necesitará una abundancia de dispositivos IoT incrustados a lo largo de una fábrica.

Requisitos de Diseño IoT Incrustado para la Industria 4.0

Los nuevos dispositivos IoT incrustados pueden soportar aplicaciones de IA si cumplen con algunos requisitos básicos de hardware. Estos dispositivos incrustados son computadoras de placa única especializadas que pueden soportar modelos estándar de IA/ML mientras permiten la comunicación de datos a través de protocolos estándar. Aquí hay algunos requisitos básicos a considerar al diseñar nuevos sistemas para operaciones de manufactura en la Industria 4.0:

• Potencia de procesamiento: Esto tiene menos que ver con la velocidad del reloj y más con el procesamiento paralelo. Un sistema con más núcleos/procesador o que pueda ser agrupado permitirá que los datos se procesen y utilicen en modelos de IA más rápidamente.
• Memoria a bordo: La cantidad de memoria requerida depende de la aplicación específica. Un sistema para el procesamiento de imágenes necesitará más memoria que un sistema para el procesamiento de datos numéricos.
• Interfaz con otros sensores: Puede ser necesario adquirir datos de sensores ambientales, directamente de sensores en equipos de fabricación, o de una variedad de otros sensores.
• Capacidades de comunicación: Esto debe elegirse en base al alcance de comunicación requerido. NB-IoT, LoRaWAN, LTE-M u otro protocolo inalámbrico se pueden usar para comunicación de largo alcance, mientras que Bluetooth LE, WiFi o Ethernet son comunes para comunicación de corto alcance.

Diseño Modular para Sistemas de IA en la Industria 4.0

Reducir costos y aumentar la productividad se trata de implementar y configurar un nuevo sistema rápidamente. La mayoría de los ingenieros de manufactura no son diseñadores de circuitos impresos, pero esta clase crítica de ingenieros puede crear rápidamente nuevos productos de IA para operaciones de manufactura tomando un enfoque modular al diseño electrónico. Esta clase de características de diseño permite a cualquier diseñador de sistemas conectar interfaces de computación, detección y comunicaciones en un sistema personalizado para aplicaciones de IA en manufactura.

Estas herramientas aprovechan las interfaces de computación estándar y las conexiones eléctricas estandarizadas entre ellas. Los módulos de computadora (COMs), sistemas en módulo (SoMs) y otro hardware para aplicaciones de IA en el piso de producción pueden conectarse en una placa personalizada de manera modular. Algunas opciones de SBCs y COMs para considerar su uso en el piso de producción se muestran en la siguiente tabla:

Las herramientas EDA estándar de la industria pueden ayudar a los diseñadores a trazar rápidamente nuevas placas con características de diseño y enrutamiento estándar, pero no todos los ingenieros en este campo son especialistas en software EDA. Usar una plataforma de diseño modular como Upverter Board Builder permite a cualquiera, desde un desarrollador de software embebido hasta emprendedores de IA, construir aplicaciones de IA intensivas en datos en menos tiempo.

En la plataforma de diseño de Upverter, un diseñador puede conectar fácilmente módulos gráficamente en una interfaz basada en la web. No hay herramientas para descargar e instalar, y hay muchos módulos estandarizados disponibles dentro de la plataforma. Esto te permite construir rápidamente un nuevo producto de inteligencia artificial para la Industria 4.0 usando cualquiera de las plataformas de hardware de IA mencionadas anteriormente y llevarlo rápidamente a la fabricación.

Las herramientas de diseño electrónico modular en Upverter (anteriormente conocido como Geppetto) te dan acceso a una amplia gama de COMs estándar de la industria y módulos populares, permitiéndote crear hardware de grado de producción para aplicaciones de inteligencia artificial de la Industria 4.0. También puedes construir fácilmente nuevos productos en cuestión de minutos. Si tu sistema necesita funcionalidades adicionales, puedes incluir conectividad inalámbrica, un conjunto de sensores, cámaras de alta resolución y varios COMs estándar.

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