산업 4.0, 인공지능 및 제조업에서의 IoT

전자 제품에 관해서는 스마트폰이나 Alexa와 같은 소비자 기기가 모든 관심을 받는 경향이 있습니다. 하지만, Ventec International Group의 Alun Morgan에 따르면, "전 세계적으로 생산되는 PCB의 약 23%가 제조 응용 분야의 전자 장비에 사용된다고 합니다." 자동차, 통신, 전력 생산/분배, 컴퓨팅과 같이 제조 운영을 지원하는 다른 비소비자 카테고리를 포함하면 이 숫자는 더욱 증가합니다. 서구의 제조업체들은 공장 바닥에서의 더 큰 자동화와 생산성 향상을 통해서만 온쇼어링이 이루어질 것이라는 점을 대체로 받아들였습니다. 이것이 바로 산업 4.0의 본질이며, 여기서 공장 운영은 그 어느 때보다도 더 지능적이고 연결되어 있습니다.

그렇다면 제조업체들은 어디에서 계속 비용을 절감하고 온쇼어링을 통해 더 큰 생산성 혜택을 볼 수 있을까요? 이 질문에는 여러 답이 있으며, 특히 3D 프린팅과 같은 고급 제조 기술을 고려할 때 더욱 그렇습니다. 모두가 동의하는 한 가지는 이것입니다: 많은 제품의 제조 운영은 가까운 미래에 더욱 디지털화될 것입니다. 이러한 수준의 디지털화는 장비를 운영하고 데이터를 수집하는 데 PCB가 필요하며, 데이터를 신속하게 처리하고 유용한 통찰력을 얻기 위한 기술이 필요합니다. 산업 4.0에서는 인공지능(AI)이 운영 관리와 데이터 처리에 있어 핵심적인 역할을 하여 결국 관리자와 엔지니어에게 통찰력을 제공하게 될 것입니다.

산업 4.0 및 AI를 위한 설계

제조 운영을 지원하기 위한 새로운 AI 시스템을 설계하는 것은 소프트웨어에 관한 것만큼이나 하드웨어에 관한 일입니다. 두 영역은 서로를 보완합니다. 임베디드 보드는 임베디드 소프트웨어를 지원하도록 설계되어야 하며, 임베디드 소프트웨어는 보드의 다른 기능을 마비시킬 정도로 리소스를 많이 소모해서는 안 됩니다. 이는 모든 제조 자산과 데이터 수집/처리를 지원하는 시스템이 중앙 위치나 클라우드에서 데이터를 처리하는 임베디드 IoT 생태계가 될 것임을 의미합니다.

산업 4.0에서는 제조업체들이 이전보다 훨씬 더 많은 데이터를 생성할 것으로 예상됩니다. 이는 더 많은 제조 자산이 연결됨에 따라 가능해집니다. 이러한 연결성은 IPC-CFX 표준과 같은 새로운 산업 표준을 통해 가능해집니다. 자산을 연결하고 제조 공정 전반에 걸쳐 데이터를 집계하려는 모든 제조 운영은 공장 전체에 걸쳐 다양한 임베디드 IoT 장치가 필요합니다.

산업 4.0을 위한 임베디드 IoT 설계 요구 사항

새로운 임베디드 IoT 장치는 몇 가지 기본 하드웨어 요구 사항을 충족하는 경우 AI 애플리케이션을 지원할 수 있습니다. 이러한 임베디드 장치는 표준 AI/ML 모델을 지원하면서 표준 프로토콜을 통해 데이터의 통신을 가능하게 하는 전문화된 싱글보드 컴퓨터입니다. 산업 4.0 제조 운영을 위한 새로운 시스템을 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 기본 요구 사항은 다음과 같습니다:

• 처리 능력: 이것은 클록 속도보다는 병렬 처리에 관한 것입니다. 더 많은 코어/프로세서를 가지고 있거나 클러스터링이 가능한 시스템은 데이터를 더 빠르게 처리하고 AI 모델에서 사용할 수 있게 합니다.
• 온보드 메모리: 필요한 메모리 양은 특정 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 이미지 처리를 위한 시스템은 숫자 데이터 처리를 위한 시스템보다 더 많은 메모리가 필요합니다.
• 다른 센서와의 인터페이스: 환경 센서, 제조 장비의 센서, 또는 다양한 다른 센서로부터 데이터를 획득해야 할 수도 있습니다.
• 통신 능력: 이것은 필요한 통신 범위에 기반하여 선택되어야 합니다. 장거리 통신에는 NB-IoT, LoRaWAN, LTE-M 또는 다른 무선 프로토콜을 사용할 수 있으며, 단거리 통신에는 Bluetooth LE, WiFi, 또는 Ethernet이 일반적입니다.

산업 4.0 AI 시스템을 위한 모듈형 디자인

비용을 절감하고 생산성을 높이는 것은 새로운 시스템을 신속하게 배치하고 구성하는 것에 관한 것입니다. 대부분의 제조 엔지니어는 인쇄 회로 설계자가 아니지만, 이 중요한 엔지니어 클래스는 전자 설계에 모듈 방식을 적용함으로써 제조 운영을 위한 새로운 AI 제품을 신속하게 창출할 수 있습니다. 이 설계 기능 클래스는 시스템 설계자가 컴퓨팅, 센싱 및 통신 인터페이스를 제조 분야의 AI 애플리케이션을 위한 맞춤형 시스템으로 연결할 수 있게 해줍니다.

이러한 도구들은 표준 컴퓨팅 인터페이스와 그 사이의 표준화된 전기 연결을 활용합니다. 공장 바닥에서 AI 애플리케이션을 위한 컴퓨터 온 모듈(COM), 시스템 온 모듈(SoM) 및 기타 하드웨어는 모듈 방식으로 맞춤형 보드에 연결될 수 있습니다. 공장 바닥에서 사용할 SBC 및 COM 옵션 중 일부는 다음 표에 나와 있습니다:

산업 표준 EDA 도구는 설계자들이 표준 레이아웃 및 라우팅 기능을 사용하여 새로운 보드를 빠르게 구성할 수 있도록 도와주지만, 이 분야의 모든 엔지니어가 EDA 소프트웨어 전문가는 아닙니다. Upverter Board Builder와 같은 모듈형 설계 플랫폼을 사용하면 임베디드 소프트웨어 개발자부터 AI 창업가에 이르기까지 누구나 데이터 집약적인 AI 애플리케이션을 더 적은 시간에 구축할 수 있습니다.

Upverter 설계 플랫폼에서는 디자이너가 웹 기반 인터페이스에서 모듈을 그래픽으로 쉽게 연결할 수 있습니다. 다운로드하고 설치해야 할 도구가 없으며, 플랫폼 내에는 표준화된 모듈이 많이 있습니다. 이를 통해 위에 언급된 AI 하드웨어 플랫폼 중 어느 것을 사용하여 새로운 산업 4.0 인공지능 제품을 빠르게 구축하고 제조 단계로 쉽게 넘어갈 수 있습니다.

Upverter(이전 명칭은 Geppetto)의 모듈형 전자 설계 도구는 산업 표준 COM 및 인기 모듈에 대한 접근을 제공하여, 산업 4.0 인공지능 애플리케이션을 위한 생산 등급 하드웨어를 만들 수 있게 합니다. 또한 몇 분 안에 새로운 제품을 쉽게 구축할 수 있습니다. 시스템에 추가 기능이 필요한 경우, 무선 연결성, 다양한 센서, 고해상도 카메라 및 다수의 표준 COM을 포함시킬 수 있습니다.

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