智能工厂需要智能机器

1788年,James Watt设计了离心“飞球”调速器——一个控制发 动机速度的反馈阀门——从而大幅提高了蒸汽发动机的自我调节 能力。Watt的创新提供了操作稳定性和安全性,实现了蒸汽发动 机的日常使用。这是一种为机器提供自我调节能力,并最终稳定 发动机的技术,推动了第一次工业革命中生产力的大幅增长。今 天,工业4.0和智能制造“信息-物理系统”通过全新的工厂机器 和系统自主校正反馈继续着这一革命性的变革。

嵌入式信息处理、扰动传感、测量和智能网络连接技术的发展实 现了从基本自我调节系统到不断灵活、自适应、了解自己的机器 的转变。这类机器自主使用自身的健康、状态和环境信息来进行 物理过程的监测和控制,并且通常是实时的,因此整个工厂便能 实现局部和工厂级的完全优化。物联网、信息-物理系统和云技 术正推动物理世界和虚拟世界的融合,针对制造系统所有级别的 相关信息提供无与伦比的访问能力,并不断改进制造安全性、可 靠性、生产率和效率。

智能工厂

工业4.0智能工厂将会更灵活和自适应,并采用更多自主智能机 器。在单个工厂和整个供货与物流链中,更高的效率和单个机 器的大规模定制将为成本、安全性和环境产生立竿见影的效果。

标准有线和无线通信技术将独立的信息结合起来并用于在控制、 预测和优化等生产过程中做出智能决策,有助于优化生产和供货 网络。

智能机器

工业4.0智能机器的功能将会不断革新自主性、灵活性和自适应 性。自监测和预测允许智能机器检测故障,甚至诊断问题。局部 机器健康监测有助于延长机器工作寿命,而以工厂级访问机器健 康信息有利于整个生产环境,可让操作人员优化工作日程并增加 正常工作时间。

考虑今天可能会出现的一种情况,即一台老化的机器停机时间无 法接受,或者需要对其进行过量的预防性维护。在这种情况下, 可以使用预测功能来改装机器,包括使用振动传感器监测机械轴 承的状况,以及使用红外传感器检测旋转设备产生的过多热量。

通过分析来自传感器的数据,便可以优化维护计划,延长正常工 作时间,同时免除过多的预防性维护支出。 ADIS16229等产品开 启了无线传感器的应用前景,可轻松安装在机器的任意位置,执行感知、诊断和预测等功能。面向改装机器和新机器市场、带有 无线连接的传感器解决方案示例是ADI的ADIS16229。双轴MEMS振 动监测传感器可执行振动分析功能,并集成ISM频段无线电。

通信

鲁棒的工业以太网将会继续得到广泛的运用,为智能工厂提供标 准化高带宽数据通信基础设施,实现真正的大规模定制。互联网 协议版本6 (IPv6)将提供高效、安全和高度可配置的地址方案,让 工厂操作人员无缝访问机器上某个特定传感器节点的信息,实现 配置和查询。最新的IEEE时间敏感型网络标准可实现控制与测量 周期的精准确定性时序,最终在运动中协调机器。随着技术的不 断进步,无线感知、监测和控制系统将得到更广泛的运用。鲁棒 的有线连接将继续扮演重要的角色,尤其在充满电气噪声的环境 中。以太网供电技术将实现分布式传感器、执行器和其它联网设 备的电源分配,同时降低电缆成本。

结论

有关文中任意产品的更多信息,请访问:www.analog.com/DAC.

作者

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Ralph McCormick

Derrick Hartmann

Derrick Hartmann

Derrick Hartmann 是ADI公司工业自动化部的系统应用工程师,工作地点在麻萨诸塞州威明顿市。Derrick先前是ADI公司工业DAC产品系列的产品应用工程师。Derrick毕业于爱尔兰利默里克大学,获得电子工程学位。