Industrie 4.0, Intelligence Artificielle et IoT dans la Fabrication

En matière d'électronique, les appareils grand public comme les smartphones et Alexa ont tendance à attirer toute l'attention. Cependant, selon Alun Morgan chez Ventec International Group, « environ 23% des PCB produits dans le monde sont utilisés dans des équipements électroniques pour des applications de fabrication. » Les chiffres augmentent encore lorsque l'on inclut d'autres catégories non grand public qui soutiennent les opérations de fabrication, telles que l'automobile, les télécoms, la production/distribution d'énergie et l'informatique. Les fabricants occidentaux ont largement accepté que la relocalisation ne se produira qu'à travers une plus grande automatisation et productivité sur le sol de l'usine. C'est l'essence de l'Industrie 4.0, où les opérations d'usine sont plus intelligentes et plus connectées que jamais auparavant.

Alors, où les fabricants peuvent-ils continuer à réduire les dépenses et voir des avantages de productivité plus importants grâce à la relocalisation ? Il y a de nombreuses réponses à cette question, surtout lorsque l'on considère les technologies de fabrication avancées comme l'impression 3D. Une chose sur laquelle tout le monde est d'accord est la suivante : les opérations de fabrication pour de nombreux produits seront davantage numérisées dans un avenir proche. Ce niveau de numérisation nécessite des PCB pour faire fonctionner les équipements et recueillir des données, ainsi que la technologie pour traiter rapidement les données et obtenir des informations utiles. Dans l'Industrie 4.0, l'intelligence artificielle (IA) sera essentielle pour gérer les opérations et traiter les données, fournissant finalement des insights aux gestionnaires et aux ingénieurs.

Conception pour l'Industrie 4.0 et l'IA

Concevoir un nouveau système d'IA pour soutenir les opérations de fabrication est autant une entreprise matérielle que logicielle. Les deux domaines se complètent ; une carte embarquée doit être conçue pour supporter le logiciel embarqué, tandis que le logiciel embarqué ne doit pas consommer tant de ressources au point de paralyser d'autres fonctions sur la carte. Cela signifie que chaque actif de fabrication et les systèmes qui soutiennent l'acquisition/le traitement des données deviendront un écosystème IoT embarqué, où les données sont traitées en un lieu central ou dans le cloud.

Dans l'Industrie 4.0, on s'attend à ce que les fabricants génèrent significativement plus de données que jamais auparavant, à mesure que davantage d'actifs de fabrication deviennent connectés. Cette connectivité est rendue possible grâce à de nouvelles normes industrielles pour l'échange de données, telles que la norme IPC-CFX. Toute opération de fabrication qui souhaite connecter ses actifs et agréger des données tout au long de n'importe quel processus de fabrication aura besoin d'une multitude de dispositifs IoT embarqués à travers une usine.

Exigences de Conception IoT Embarquée pour l'Industrie 4.0

De nouveaux dispositifs IoT embarqués peuvent soutenir des applications d'IA s'ils répondent à certaines exigences matérielles de base. Ces dispositifs embarqués sont des ordinateurs à carte unique spécialisés qui peuvent prendre en charge des modèles standard d'IA/ML tout en permettant la communication des données via des protocoles standards. Voici quelques exigences de base à considérer lors de la conception de nouveaux systèmes pour les opérations de fabrication de l'Industrie 4.0 :

• Puissance de traitement : Il s'agit moins de la vitesse d'horloge que du traitement parallèle. Un système avec plus de cœurs/processeur ou qui peut être mis en cluster permettra de traiter les données et de les utiliser dans des modèles d'IA plus rapidement.
• Mémoire embarquée : La quantité de mémoire requise dépend de l'application spécifique. Un système pour le traitement d'images nécessitera plus de mémoire qu'un système pour le traitement de données numériques.
• Interface avec d'autres capteurs : Les données peuvent devoir être acquises à partir de capteurs environnementaux, directement à partir de capteurs dans des équipements de fabrication, ou à partir d'une variété d'autres capteurs.
• Capacités de communication : Cela doit être choisi en fonction de la portée de communication requise. NB-IoT, LoRaWAN, LTE-M, ou un autre protocole sans fil peuvent être utilisés pour la communication à longue portée, tandis que Bluetooth LE, WiFi, ou Ethernet sont courants pour la communication à courte portée.

Conception modulaire pour les systèmes IA de l'Industrie 4.0

Réduire les coûts et augmenter la productivité consiste à déployer et configurer rapidement un nouveau système. La plupart des ingénieurs en fabrication ne sont pas des concepteurs de circuits imprimés, mais cette classe critique d'ingénieurs peut rapidement créer de nouveaux produits IA pour les opérations de fabrication en adoptant une approche modulaire de la conception électronique. Cette classe de caractéristiques de conception permet à tout concepteur de systèmes de connecter des interfaces de calcul, de détection et de communication ensemble dans un système personnalisé pour des applications IA dans la fabrication.

Ces outils tirent parti des interfaces informatiques standard et des connexions électriques standardisées entre elles. Les ordinateurs sur modules (COMs), les systèmes sur module (SoMs) et d'autres matériels pour les applications IA au niveau du sol de l'usine peuvent être connectés sur une carte personnalisée de manière modulaire. Voici quelques options de SBCs et COMs à envisager pour une utilisation sur le sol de l'usine, présentées dans le tableau suivant :

Les outils EDA standards de l'industrie peuvent aider les concepteurs à agencer rapidement de nouveaux circuits imprimés avec des fonctionnalités de disposition et de routage standard, mais tous les ingénieurs dans ce domaine ne sont pas spécialisés dans le logiciel EDA. Utiliser une plateforme de conception modulaire comme le Upverter Board Builder permet à quiconque, du développeur de logiciels embarqués aux entrepreneurs en IA, de construire des applications IA gourmandes en données en moins de temps.

Dans la plateforme de conception Upverter, un concepteur peut facilement connecter ensemble des modules graphiquement dans une interface web. Il n'y a aucun outil à télécharger et à installer, et il y a beaucoup de modules standardisés disponibles au sein de la plateforme. Cela vous permet de construire rapidement un nouveau produit d'intelligence artificielle pour l'Industrie 4.0 en utilisant n'importe laquelle des plateformes matérielles IA mentionnées ci-dessus et de le mener rapidement à la fabrication.

Les outils de conception électronique modulaire dans Upverter (précédemment connu sous le nom de Geppetto) vous donnent accès à une large gamme de COMs standard de l'industrie et de modules populaires, vous permettant de créer du matériel de qualité production pour des applications d'intelligence artificielle de l'Industrie 4.0. Vous pouvez également construire facilement de nouveaux produits en quelques minutes. Si votre système nécessite des fonctionnalités supplémentaires, vous pouvez inclure une connectivité sans fil, un ensemble de capteurs, des caméras haute résolution, et un certain nombre de COMs standard.

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