提高產線效率 邊緣運算邁入工業市場

圖1 : 工業市場需要高水準的創新,來滿足不同特定需求。除了需要電源和能源管理技術之外,更不可或缺的是運算效能更高的MCU。(source:schneider.com)
圖1 : 工業市場需要高水準的創新,來滿足不同特定需求。除了需要電源和能源管理技術之外,更不可或缺的是運算效能更高的MCU。(source:schneider.com)

[作者 王岫晨]

工業自動化發展讓大家有目共睹,關鍵技術包括嵌入式處理器。

透過MCU來賦予邊緣運算效能,特別是必須滿足工業等級的應用場景。

還可以兼顧降低成本、提高品質、增加靈活性並減少對環境的影響。

工業現代化和智慧製造的轉變,引發了自動化、機器人技術和工業物聯網(IIoT)等方面的創新。而引入人工智慧、互操作性和安全連接可以實現流程、資源和系統的實時監控、控制與優化。所有這些過程都可以提高生產力、提升安全性並降低成本。

智慧工廠願景

工業自動化是使用數位邏輯編程和機械化設備來操作機器,並最大程度地減少人工進行決策和手動命令的過程。例如使用機器學習來進行預測性維護或識別生產線上的問題,或者在倉庫的固定工作範圍內部署自主運行的機器人。而自動化系統也已經用於強化智慧製造和倉儲的不同層面,以優化生產線和相關的物流與資源。

若將傳統工業自動化的組成視為一座金字塔,其頂端會是監控電腦,它們用於運行工業控制軟體,並透過工業聯網進行通信。中層則是控制系統,透過PLC等設備來執行自動化相關程序以進行即時運算。至於底層則是現場感測器和執行設備,透過現場總線與控制器介接,並利用點對點連接進行通信。這些層級正在被重新定義,目標是在於實現智慧工廠的願景。

打開工業自動化大門

智慧工廠以工業感測器為核心。透過有線和無線連接技術,以及更高效率的電源轉換技術整合到設備中。效率更好的電源控制系統可以明顯降低製造系統的能耗,並降低成本和碳排放。PLC也是即時控制系統的一部分。PLC一直都是工業控制系統的重要組成,近年來大幅縮小了尺寸並增加了連接性,來提高工業自動化系統的效能。這使得智慧工廠可以即時監控,並快速重新配置速度,以滿足不斷變化的生產需求。

圖2 : 工業自動化市場中,不可或缺的是運算效能更高的MCU。(source:atriainnovation.com)
圖2 : 工業自動化市場中,不可或缺的是運算效能更高的MCU。(source:atriainnovation.com)

工業4.0是工廠自動化的下一階段,將工廠間的設備連接起來,成為工業物聯網(IIoT)的一部分。透過IIoT就能夠從雲端監控和控制設備。也可以將工業機器人等新設備添加到生產設施中,以提高生產過程的效率。從網路所收集到的感測器數據,可以建立流程數據模型,除了可以優化產線和持續改進,而且還允許進行預測性維護。

另外,將機器學習演算法應用於數據模型,就可以識別機器健康狀況的變化。這些數據還可以用於分析可能比預期更早發生故障的系統,進而可以實現預防性維護。這目的可以用於避免導致生產線停止的故障,一旦發生可能會耗費昂貴成本。

而在產線上的工業機器人,可以提高工廠自動化系統的靈活性,常見的兩軸和三軸系統可用於提高生產率。精度和可重複性是工業機器人的關鍵衡量標準。工業機器人使用不同等級的運動控制,例如簡單的取放組裝只需要在預定的位置上重複進行,至於焊接和精密加工等應用,則需要以準確的方向和速度來進行連續控制。工業機器人可以與機器視覺系統和機器學習密切配合,無需透過演練即可識別機器人手臂的正確定位。機器學習演算法可以協助提高生產過程的準確性和可重複性,進而提高效率。為了這些關鍵的應用情境,透過MCU可以為工廠中的不同設備,賦予邊緣運算的能力。

【欲閱讀更豐富的內容,請參閱智動化SmartAuto雜誌 2022 年第 79 期4 月號】

2022.4月(第79期)工業感測器與微控制器 -智慧製造二勢力
2022.4月(第79期)工業感測器與微控制器 -智慧製造二勢力

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