أجهزة الاستشعار الصناعية لأنظمة الذكاء الاصطناعي المادية في عالم التصنيع الذكي - الجزء 2
تناولنا سابقًا كيفية عمل المستشعرات الصناعية كجهاز عصبي لأنظمة الذكاء الاصطناعي المادية في التصنيع الذكي. فهي توفر البيانات اللازمة لنماذج التعلم الآلي لاتخاذ قرارات مستقلة. تسمح حلقات التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي التي تتيحها المستشعرات للآلات بالتكيف مع الظروف المتغيرة وتحسين الأداء. في هذه المدونة الثانية، سنتعمق في هذه المدونة الثانية في كيفية تطور المستشعرات الصناعية وتشغيل الذكاء الاصطناعي المادي في التصنيع الذكي.
أدت اتجاهات الصناعة 4.0 وإنترنت الأشياء إلى انفجار في أجهزة الاستشعار الذكية للإنتاجية والسلامة والصيانة التنبؤية بالإضافة إلى توفير البيانات لاتخاذ قرارات ذكية بشأن الجودة وتحديثات المصانع وتوقعات الإنتاج. بدلاً من أجهزة الاستشعار التي تقوم فقط بقياس البيانات وإرسالها إلى وحدة تحكم لاتخاذ القرارات، يمكن لأجهزة الاستشعار الجديدة أن تحدد على تحسين زمن الاستجابة وإنتاجية المصنع. بالإضافة إلى ذلك، تشهد الصناعة 5.0 أو التصنيع الذكي تحولًا كبيرًا نحو نهج يركز على الإنسان مما يؤدي إلى التوسع في مستشعرات السلامة لتمكين العمل المشترك بين البشر والروبوتات بالإضافة إلى المستشعرات البيئية التي تقلل من التأثير السلبي للمصانع على المناخ على المجتمعات.
ابتكارات الاستشعار
لبناء جهاز استشعار، قد يستخدم مصممو النظام دائرة متكاملة جاهزة لكل من مضخم التشغيل (Op-Amp)، ومرجع الجهد، ومحول تناظري إلى رقمي (ADC)، وإدارة الطاقة، ووحدة المعالج المركزي (CPU)، والواجهة، ووظائف النظام التي تعمل مع عنصر الاستشعار لرقمنة الإشارة التناظرية، ومعالجتها وتوصيلها بوحدات الإدخال/الإخراج لإرسال البيانات إلى وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). قد تحتاج المستشعرات في أتمتة العمليات أيضًا إلى عزل جلفاني اختياري في بعض التطبيقات بين ADC ووحدة التحكم المنطقي المبرمج (CPU)، وبين وحدة التحكم المنطقي المبرمج (CPU) والواجهة.
قام بائعو الدوائر المتكاملة بدمج كتل الإشارات التناظرية والمختلطة الخاصة بالتطبيقات في شريحة واحدة تتضمن Op-Amp ومرجع الجهد ومقياس ADC وإدارة الطاقة، ويطلق عليها اسم الواجهة الأمامية التناظرية للمستشعر (AFE) (انظر الشكل 1) لتمكين زمن استجابة منخفض ودقة أفضل وحجم وسهولة في الاستخدام.
الشكل 1 التطور من واجهة المستشعر إلى وحدة تحكم المستشعر
لقد دفعت تقنيات الاستشعار الجديدة وإنتاجية الإنتاج والقدرة على اتخاذ قرارات مستقلة من مستشعر واحد وتعاونية متعددة المستشعرات دون الحاجة إلى وحدة تحكّم إلى زيادة الحاجة إلى أجهزة تحكم أعلى دقة في أجهزة الاستشعار. أجبرت الرغبة في تمكين الطاقة والبيانات على نفس السلك أو لاسلكيًا مصنعي المعدات الأصلية على اعتماد معايير واجهة جديدة. وأخيرًا، يقدم الذكاء الاصطناعي/التشغيل الآلي فرصًا رائعة يهتم بها العملاء، ولكنهم لا يعرفون كيفية استغلالها.
إن عمليات BCD (BCD) المتقدمة الجديدة المتقدمة (Bipolar CMOS DMOS) التي تقل عن 90 نانومتر والتي تجمع بين المنطق الرقمي عالي الكثافة والسرعة العالية بالإضافة إلى التناظرية عالية الطاقة والدقة العالية على نفس الرقاقة المتكاملة، تفتح الأبواب أمام وحدات تحكم استشعار متكاملة تمامًا لتجاوز نطاق المستشعر AFE وحتى دمج المعالجات في رقاقة واحدة. وتعد منصة Treo Platform مثالاً جيداً على مثل هذه العملية. ويؤدي الانتقال إلى هندسة عملية أشباه الموصلات المنخفضة إلى انخفاض الفولتية في البوابة. على عكس البائعين الآخرين الذين يستخدمون جهد محرك بوابة منخفض 1.8 فولت للكتل التناظرية في عمليات 180 نانومتر وما دون ذلك والتي تتطلب استخدام دوائر فصل ضوضاء كبيرة على الرقاقة مما يؤدي إلى تفجير حجم القالب، صممت onsemi عمداً محرك بوابة 3.3 فولت للدوائر التناظرية و1.2 فولت للبوابات المنطقية الرقمية للحصول على أفضل كثافة وأداء ودقة للدوائر المتكاملة للإشارات المختلطة، دون ضوضاء ومشاكل موثوقية طويلة الأجل.
الاتجاهات المستقبلية في أجهزة الاستشعار الصناعية
تمامًا كما أضافت الصناعة 4.0 الرقمنة والتحليلات السحابية والذكاء إلى أجهزة الاستشعار، فإن الصناعة 5.0 تتعلق بالتفاعل بين البشر والآلات جنبًا إلى جنب في أرض المصنع، وهو ما أصبح ممكنًا بواسطة أجهزة الاستشعار التي تدعم الذكاء الاصطناعي. على عكس مستشعرات الرؤية الآلية التي تحتاج إلى معالجات ذكاء اصطناعي خارجية متطورة متطورة بمعدل 25 تيرابايت في الثانية، تحتاج جميع أنواع المستشعرات الأخرى إلى محركات مسرّعات مدمجة للذكاء الاصطناعي ومعالجة الإشارات الرقمية (DSP) داخل رقائق وحدة التحكم في المستشعرات.
فيما يلي بعض الأمثلة على وحدات التحكم بالمستشعرات:
- الموضع الاستقرائي NCS32100 الاستقرائي: يوفر NCS32100 وحدة تحكم كاملة الميزات وواجهة مستشعر للاستشعار الزاوي عالي الدقة وعالي الدقة عند إقرانه بعنصر مستشعر لوحة الدوائر المطبوعة. يحتوي NCS32100 على إمكانيات تكوين مرنة تسمح بالاتصال بمجموعة متنوعة من أنماط المستشعرات الاستقرائية ويوفر مجموعة متنوعة من تنسيقات الإخراج الرقمي. توفر تقنيات الاستشعار الاستقرائي مزايا فريدة مقارنةً بحلول مستشعر الموضع التقليدية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر تحمل درجات الحرارة والتبسيط الميكانيكي والمناعة ضد الملوثات. يوفر جهاز التحكم في مستشعر الموضع الاستقرائي هذا حلول استشعار زاوي عالية الدقة وعالية الدقة لمشفّرات المحركات الدوارة باستخدام خوارزميات التعلم التكيفي في محرك DSP المدمج الذي يتحدى المشفرات الضوئية المستخدمة حاليًا. وهو يتميز بقياسات قابلة للبرمجة للمؤشر ودرجة الحرارة والبطارية ويدعم الاتصال بمشغل RS-485 خارجي. يُعد NCS32100 مثاليًا للأتمتة الصناعية والروبوتات والتحكم في المحركات والتطبيقات المؤازرة.
- الموجات فوق الصوتية NCV75215: يمكن استخدام وحدة التحكم في أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الخاصة بنا للكشف عن القرب والتواجد والتدفق والتركيز والتسرب والضغط ودرجة الحرارة والمستوى. وهي توفر الكشف عن عدم التلامس والدقة العالية والقدرة على القياس في البيئات الصعبة. وقد أصبح ذلك ممكنًا بفضل محرك التسريع المدمج. تتفوق وحدة التحكم أيضًا في تنظيف المستشعرات (تنظيف العدسة بالموجات فوق الصوتية) والاستشعار الصوتي بالذكاء الاصطناعي. وهي مثالية للتطبيقات في الأتمتة الصناعية والملاحة البيئية والتحكم في العمليات والاختبارات الطبية وغير المدمرة
تحتل أجهزة الاستشعار الصناعية موقع الصدارة في ثورة أتمتة التصنيع لأنها تدفع الإنتاجية والكفاءة مع دعم الاستدامة والسلامة والجودة في مختلف الصناعات. تتيح العمليات الجديدة لأشباه الموصلات ذات الإشارات المختلطة مثل منصة Onsemi Treo Platform دمج المعالجة الرقمية عالية السرعة مع الوظائف التناظرية عالية الأداء في شريحة واحدة. وتتراوح منتجاتنا المبتكرة من أجهزة الاستشعار المبتكرة التي تستخدم تقنيات الاستقراء الاستقرائي والموجات فوق الصوتية والصور والضغط والكيمياء الحيوية وغيرها من التقنيات، من أجهزة الاستشعار AFEs إلى وحدات التحكم في أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم في أجهزة الاستشعار التي تدعم الذكاء الاصطناعي لتلبية متطلبات التطبيقات الصناعية الحديثة، وتوفير قياسات دقيقة وموثوقة والتكيف (AI/ML) مع ظروف التشغيل المتغيرة.