智能工厂需要智能机器

1788年，詹姆斯·瓦特采用了离心式“飞球”调速器设计，这是一种用于控制发动机转速的反馈阀，可显著增强蒸汽机的自我调节能力。瓦特的创新确保了工作稳定性和安全性，推动了蒸汽机普及使用。正是机器自我调节的能力最终背书了发动机技术，助力第一次工业革命的生产率大幅提高。如今，工业4.0和智能制造“网络物理系统”接力这一发展势头，在工厂机器和系统中引入了新的自主校正反馈模式。


图1：© Arne9001 | Dreamstime.com - 制造厂工人正在操控机器控制面板

嵌入式信息处理、干扰感知、测量和智能网络连接技术的进步正在推动从基本的自我调节系统转向日益灵活、适应性强、自我感知的机器。这类机器自主运用有关自身运行、状态和环境的信息监控和控制物理过程，并且通常是实时的，这样就可以在本地和整个工厂范围内对整个工厂进行全面优化。物联网、网络物理系统和云技术正助力物理和虚拟世界融合，为制造系统的各个层面提供前所未有的相关信息访问，持续改进制造安全、可靠性、生产率和效率。

智能工厂


图2：© Dudau | Dreamstime.com - 自动化工厂照片

在更自主的智能机器加持下，工业4.0智能工厂将日益灵活，适应性越来越强。单个工厂和整个供应与物流链的效率将得到提高，并实现单个机器的大规模定制，从而促进成本、安全和环境影响得到显著、即时改善。

标准化的有线和无线通信技术可将信息孤岛汇集起来，帮助优化生产和供应网络，并为生产过程的控制、预测和优化做出智能决策。

智能机器

工业4.0智能机器功能将继续衍生出更大的自主性、灵活性和适应性。通过自行监控和预测，智能机器可以检测故障，甚至诊断问题。通过监控机器本地运行状况，有助于延长机器的使用寿命；在工厂层面上获取机器运行状况信息，有利于整个生产环境，使操作员能够优化维护计划并提升无故障运行时间。

就现如今的情况而言，老化的机器会导致无法接受的停机时间或过多的预防性维护。这种情形之下，可以对机器进行改造，使其具有预测功能，包括振动传感器（用于监视机械轴承的运行状况）和红外传感器（用于检测旋转设备的过热）。通过分析来自这些传感器的数据，可以优化维护计划，以增加正常运行时间并避免过多的预防性维护费用。

传感器解决方案配置可用于改造市场和新机器市场的无线连接功能，例如Analog Devices ADIS16229。这款双轴MEMS振动监测传感器可执行振动分析功能，并包含ISM波段无线电。ADIS16229等产品勾画出了无线传感器的这样一幅愿景：可以轻松安装在机器的任何位置，执行传感、诊断和预测功能。

通信


图3：© Hyside | Dreamstime.com - 工业网络以太网交换机照片

可靠的工业以太网将进一步得到广泛应用，为智能工厂提供真正大规模定制所需的标准化高带宽数据通信基础架构。互联网协议第6版 (IPv6) 将提供高效、安全和高度可配置的寻址，工厂操作员可无缝访问机器上的特定传感器节点，进行配置和解调。新兴的IEEE时间敏感网络标准实现了精确的确定性时序控制和测量周期，这对协调运动中的机器至关重要。随着技术功能不断完善，无线传感、监控和控制系统或将进一步扩大应用。可靠的有线连接性会继续发挥重要作用，尤其是在电气噪声较大的环境中。以太网供电技术将实现向分布式传感器、执行器和其他联网设备的配电，同时降低布线成本。

结论

工业4.0智能工厂和智能机器正持续推动整个供应链、工厂和机器内部效率的显著提高。互联传感技术的进步将有助于提供有价值的信息，有效降低能耗、节省时间、减少浪费、减少停机时间和防止事故。

来源：贸泽电子
作者：Ralph McCormick