Sensor dan prosesor bertemu untuk aplikasi industri
Industri 4.0 telah berjalan jauh sejak kata kunci diciptakan di Hannover Fair pada tahun 2011. Perjalanan menuju manufaktur cerdas terus berlanjut, tetapi apa yang benar-benar membuat perbedaan dalam beberapa tahun terakhir adalah lepas landasnya internet of things (IoT) dan munculnya solusi kecerdasan buatan (AI).
Di sini, perlu disebutkan bahwa pada tahun 2012, General Electric menciptakan istilah internet industri untuk banyak perangkat industri yang terhubung secara cerdas untuk menciptakan sistem yang dapat memantau, mengumpulkan, bertukar, menganalisis, dan memberikan wawasan berharga. Akhirnya, gagasan Industri 4.0 dan internet industri mulai menyatu, berpuncak pada IoT industri atau IIoT.
Apapun namanya, Industri 4.0 atau IIoT, tujuan dasarnya adalah terwujudnya revolusi industri keempat setelah mesin uap, ban berjalan, dan teknologi informasi (TI) yang dibantu oleh elektronik mutakhir. Dibutuhkan otomatisasi manufaktur dan proses ke tingkat yang sama sekali baru di mana pabrik masa depan akan membangun sistem terhubung yang terdiri dari sensor, aktuator, dan sistem kontrol, semuanya terhubung melalui berbagai jenis jaringan melalui protokol internet (IP).
Gambar 1:Industri 4.0 menandai tingkat transformasi digital berikutnya. (Gambar:Texas Instruments)
Apa yang juga mempercepat gerakan Industri 4.0 adalah integrasi aplikasi AI seperti deteksi dan klasifikasi kesalahan. Kombinasi teknologi IoT dan AI mengubah cara para insinyur mengelola data, menyebarkan informasi, dan membuat keputusan waktu nyata di lingkungan produksi. Penggunaan algoritme pembelajaran mesin dan penanganan proses berbasis robot dapat lebih mengoptimalkan manufaktur modern dengan penghematan besar dalam biaya dan jam kerja.
Manifestasi praktis Industri 4.0 dapat dilihat di pabrik General Electric di Schenectady, New York. Fasilitas manufaktur untuk baterai natrium-nikel telah memasang lebih dari 10.000 sensor yang tersebar di 180.000 kaki persegi ruang manufaktur. Semua sensor ini terhubung melalui Ethernet berkecepatan tinggi.
Itu membawa kita ke salah satu blok bangunan mendasar dari desain Industri 4.0:sensor yang terhubung.
Internet sensor
Sensor yang terhubung melalui tautan kabel atau nirkabel membentuk tulang punggung sistem Industri 4.0 atau IIoT. Data mesin yang dikirimkan oleh sensor ke cloud dapat mengoptimalkan manufaktur, memprediksi kegagalan, menjadwalkan pemeliharaan, dan secara otomatis mengisi inventaris.
Apa yang baru dalam sensor di ranah Industri 4.0 adalah konvergensi lokalisasi dan komunikasi untuk menciptakan sistem lokasi dalam ruangan yang presisi. Itu memungkinkan pabrik untuk memantau alat secara real time dan mengelola penggunaannya oleh pekerja untuk meningkatkan efisiensi, keselamatan, keamanan, dan kontrol kualitas di jalur perakitan.
Sistem presisi tinggi dan sadar lokasi ini menggunakan solusi sensor nirkabel pintar. Ambil contoh Smart Cab, yang dikembangkan oleh pemasok sensor Bosch bekerja sama dengan CAB Concept Cluster (CCC) . Ini mengintegrasikan kamera dan drone di kendaraan pertanian dan mengubahnya menjadi pusat kendali yang terhubung di lapangan.
Gambar 2:Di luar manufaktur cerdas, inisiatif Industri 4.0 berkembang ke area lain seperti pertanian yang terhubung. (Gambar:CAB Concept Cluster)
Solusi ini memberi para petani gambar mendetail tentang kondisi tanaman yang diambil oleh kamera drone dan kemudian diproses di cloud. Drone kamera juga dapat melakukan pengenalan objek untuk memperingatkan petani tentang rintangan hidup seperti rusa. Selain itu, petani dapat melakukan fungsi tertentu seperti menyesuaikan pengaturan nozel sesuai dengan kondisi cuaca atau tanah.
Bosch juga mengklaim telah meningkatkan produktivitas manufaktur sistem pengereman ABS/ESP di pabrik Blaichach, Jerman, dengan mencatat pergerakan silinder, waktu siklus gripper, dan tingkat suhu dan tekanan dalam proses manufaktur. Data yang dikumpulkan dari tag RFID dikirim ke database besar yang secara digital memetakan aliran barang internal.
Chip Industri 4.0
Perangkat semikonduktor adalah bahan utama lainnya dalam desain Industri 4.0 dan IIoT. Itu termasuk prosesor untuk komputasi tepi, memori untuk penyimpanan data, konverter data, dan chip konektivitas kabel atau nirkabel untuk penginderaan jauh dan tautan platform cloud.
Salah satu contohnya adalah Sitara AM6x keluarga prosesor dari Texas Instruments (TI) yang memungkinkan subsistem komunikasi industri gigabit untuk otomatisasi pabrik, penggerak motor, dan infrastruktur jaringan. Prosesor dibangun di sekitar konvergensi Ethernet dan lalu lintas data real-time pada satu jaringan. Dan mereka mendukung banyak protokol, termasuk jaringan peka waktu (TSN), EtherCAT, Ethernet/IP, dan PROFINET
Gambar 3:Diagram blok prosesor multi-protokol Sitara AM6548, yang menawarkan throughput gigabit untuk standar konektivitas industri seperti TSN. (Gambar:Texas Instruments)
Prosesor berkemampuan TSN ini mengintegrasikan subsistem mikrokontroler (MCU) berbasis Arm Cortex-R5F dual-core yang dapat beroperasi dalam mode penguncian opsional dan mendukung perlindungan kode koreksi kesalahan (ECC) untuk memori on-chip dan data ganda eksternal- memori kecepatan (DDR). Fitur-fitur ini memungkinkan prosesor meningkatkan keamanan dan mengurangi kompleksitas tingkat sistem untuk aplikasi seperti pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC) dan drive motor multi-sumbu.
Platform Industri 4.0 semakin menuntut PLC berkinerja tinggi yang dilengkapi dengan konektivitas aman dan antarmuka manusia-mesin (HMI). PLC juga harus menyusut dalam faktor bentuk dan rantai nilai proses, sambil meningkatkan jumlah saluran I/O, baik analog maupun digital. PLC ini perlu mendukung protokol I/O baru seperti IO-Link .
Selain itu, munculnya solusi system-on-chip (SoC) yang kuat memungkinkan terciptanya kembar digital, yang memasangkan dunia virtual dan fisik dan membuat kumpulan data yang memetakan dan menghubungkan semua langkah manufaktur industri. Sistem siber-fisik ini membuat salinan virtual dari dunia fisik dan dengan demikian membuat pemantauan proses fisik lebih murah dan lebih efisien.
Pabrik masa depan
Industri 4.0 menjanjikan kebangkitan di lantai manufaktur dengan solusi dan layanan sensor ujung ke ujung. Ini memfasilitasi keputusan yang lebih cerdas, meningkatkan efisiensi operasional, meningkatkan hasil, meningkatkan produktivitas teknik, dan secara substansial mendorong kinerja bisnis.
Realitas Industri 4.0 akhirnya mulai bergerak maju dengan akselerasi ketersediaan sensor IoT, big data, dan aplikasi AI. Menurut laporan Gartner Inc., pada tahun 2018, ada lebih dari 6 miliar perangkat IoT di lapangan, dan jumlahnya diperkirakan akan tumbuh lebih dari 20 miliar pada tahun 2022.
Pabrik masa depan perlahan tapi pasti terbentuk dengan node pemrosesan yang lebih kuat, proses produksi yang lebih otomatis, dan alat analisis data yang lebih cerdas yang mampu memproses dan menganalisis sejumlah besar data pabrik dalam waktu dekat. Ini menjadi kenyataan, satu solusi sensor IoT pada satu waktu.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, Produk Elektronik:“Sensor IoT membawa Industri 4.0 ke fokus komersial.”
