Przemysł 4.0, Sztuczna Inteligencja i IoT w Produkcji

Jeśli chodzi o elektronikę, to całą uwagę przyciągają urządzenia konsumenckie takie jak smartfony czy Alexa. Jednakże, według Aluna Morgana z Ventec International Group, „około 23% produkowanych na świecie PCB jest używanych w sprzęcie elektronicznym do zastosowań produkcyjnych.” Liczby te rosną, gdy uwzględnimy inne kategorie nieskonsumpcyjne wspierające operacje produkcyjne, takie jak motoryzacja, telekomunikacja, generacja/rozdzielanie energii i informatyka. Zachodni producenci w dużej mierze zaakceptowali, że repatriacja produkcji będzie możliwa tylko przez większą automatyzację i produktywność na hali produkcyjnej. To jest istota Przemysłu 4.0, gdzie operacje fabryczne są inteligentniejsze i bardziej połączone niż kiedykolwiek wcześniej.

Więc gdzie producenci mogą nadal obniżać koszty i widzieć większe korzyści produktywności dzięki repatriacji? Istnieje wiele odpowiedzi na to pytanie, szczególnie gdy weźmiemy pod uwagę zaawansowane technologie produkcyjne, takie jak druk 3D. Jedno jest pewne: operacje produkcyjne dla wielu produktów będą w niedalekiej przyszłości dalej cyfryzowane. Ten poziom cyfryzacji wymaga PCB do obsługi sprzętu i zbierania danych, jak również technologii do szybkiego przetwarzania danych i uzyskiwania użytecznych wniosków. W Przemyśle 4.0, sztuczna inteligencja (AI) będzie miała kluczowe znaczenie dla zarządzania operacjami i przetwarzania danych, ostatecznie dostarczając wglądu menedżerom i inżynierom.

Projektowanie pod kątem Przemysłu 4.0 i AI

Projektowanie nowego systemu AI wspierającego operacje produkcyjne to w równym stopniu wyzwanie sprzętowe, co programowe. Oba te obszary wzajemnie się uzupełniają; wbudowana płyta musi być zaprojektowana tak, aby wspierać oprogramowanie wbudowane, podczas gdy oprogramowanie wbudowane nie powinno być na tyle zasobożerne, aby ograniczać inne funkcje na płycie. Oznacza to, że każdy element produkcyjny oraz systemy wspierające akwizycję/przetwarzanie danych staną się wbudowanym ekosystemem IoT, gdzie dane są przetwarzane w centralnej lokalizacji lub w chmurze.

W erze Przemysłu 4.0 od producentów oczekuje się generowania znacznie większej ilości danych niż kiedykolwiek wcześniej, ponieważ więcej elementów produkcyjnych staje się połączonych. Ta łączność jest umożliwiana przez nowe standardy przemysłowe wymiany danych, takie jak standard IPC-CFX. Każda operacja produkcyjna, która chce połączyć swoje zasoby i agregować dane na przestrzeni dowolnego procesu produkcyjnego, będzie potrzebować bogactwa wbudowanych urządzeń IoT na terenie fabryki.

Wymagania dotyczące projektowania wbudowanego IoT dla Przemysłu 4.0

Nowe wbudowane urządzenia IoT mogą wspierać aplikacje AI, jeśli spełniają pewne podstawowe wymagania sprzętowe. Te wbudowane urządzenia to specjalizowane komputery jednopłytkowe, które mogą obsługiwać standardowe modele AI/ML, umożliwiając jednocześnie komunikację danych za pomocą standardowych protokołów. Oto kilka podstawowych wymagań, które należy wziąć pod uwagę, projektując nowe systemy dla operacji produkcyjnych Przemysłu 4.0:

• Moc obliczeniowa: To mniej kwestia prędkości zegara, a bardziej przetwarzania równoległego. System z większą liczbą rdzeni/procesorów lub możliwością klastrowania pozwoli na szybsze przetwarzanie danych i wykorzystanie ich w modelach AI.
• Pamięć wbudowana: Ilość wymaganej pamięci zależy od konkretnego zastosowania. System do przetwarzania obrazów będzie potrzebował więcej pamięci niż system do przetwarzania danych liczbowych.
• Interfejs z innymi czujnikami: Dane mogą być wymagane do pozyskania z czujników środowiskowych, bezpośrednio z czujników w sprzęcie produkcyjnym lub z różnych innych czujników.
• Możliwości komunikacyjne: Muszą być wybrane na podstawie wymaganego zasięgu komunikacji. NB-IoT, LoRaWAN, LTE-M lub inny bezprzewodowy protokół mogą być używane do komunikacji na długie dystanse, podczas gdy Bluetooth LE, WiFi lub Ethernet są powszechne dla komunikacji na krótkie dystanse.

Modułowa konstrukcja dla systemów AI w Przemyśle 4.0

Obniżanie kosztów i zwiększanie produktywności to przede wszystkim szybkie wdrożenie i konfiguracja nowego systemu. Większość inżynierów produkcyjnych to nie projektanci obwodów drukowanych, ale ta kluczowa grupa inżynierów może szybko tworzyć nowe produkty AI dla operacji produkcyjnych, stosując modularne podejście do projektowania elektroniki. Ta klasa cech projektowych pozwala dowolnemu projektantowi systemów łączyć interfejsy obliczeniowe, sensoryczne i komunikacyjne w niestandardowy system dla aplikacji AI w produkcji.

Narzędzia te wykorzystują standardowe interfejsy obliczeniowe i ustandaryzowane połączenia elektryczne między nimi. Moduły komputerowe (COMs), systemy na module (SoMs) i inne sprzęty do aplikacji AI na hali produkcyjnej mogą być łączone na niestandardowej płytce w modularny sposób. Niektóre opcje dla SBCs i COMs, które warto rozważyć do użycia na hali produkcyjnej, przedstawiono w poniższej tabeli:

Branżowe standardowe narzędzia EDA mogą pomóc projektantom szybko układać nowe płyty z standardowymi funkcjami układu i trasowania, ale nie wszyscy inżynierowie w tej dziedzinie są specjalistami od oprogramowania EDA. Korzystanie z modułowej platformy projektowej, jak Upverter Board Builder, pozwala każdemu, od dewelopera oprogramowania wbudowanego po przedsiębiorców AI, na budowanie aplikacji AI intensywnie wykorzystujących dane w krótszym czasie.

W platformie projektowej Upverter projektant może łatwo łączyć moduły graficznie w interfejsie opartym na przeglądarce. Nie ma potrzeby pobierania i instalowania narzędzi, a w platformie dostępnych jest wiele znormalizowanych modułów. Pozwala to szybko zbudować nowy produkt sztucznej inteligencji dla Przemysłu 4.0, korzystając z dowolnej z powyższych platform sprzętowych AI i szybko wprowadzić go do produkcji.

Narzędzia do modułowego projektowania elektroniki w Upverter (wcześniej znane jako Geppetto) dają dostęp do szerokiej gamy standardowych COMs i popularnych modułów, pozwalając na tworzenie sprzętu klasy produkcyjnej dla aplikacji sztucznej inteligencji w Przemyśle 4.0. Możesz również łatwo budować nowe produkty w ciągu kilku minut. Jeśli Twój system wymaga dodatkowej funkcjonalności, możesz dołączyć łączność bezprzewodową, szereg czujników, kamery wysokiej rozdzielczości oraz szereg standardowych COMs.

Zapoznaj się z niektórymi historiami sukcesu klientów Gumstix lub skontaktuj się z nami już dziś, aby dowiedzieć się więcej o naszych produktach, narzędziach projektowych i usługach.