軟件定義的工廠使制造商能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)并減少計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間，從而提高工廠的生產(chǎn)力。

在工業(yè)4.0時(shí)代保持競(jìng)爭(zhēng)力意味著制造商必須足夠靈活，以設(shè)計(jì)選擇，并能夠改變生產(chǎn)工藝，以滿足不同的客戶偏好或獨(dú)特的要求。與此同時(shí)，保持這種水平的工廠控制是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榧词故强此莆⑿〉闹匦屡渲霉S設(shè)備-一些看似無(wú)害的事情，如更換一個(gè)傳感器的名義上等效的東西-可以有重大的后果。這兩個(gè)問(wèn)題的答案是通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，從而實(shí)現(xiàn)軟件定義的工廠。

我們目前的問(wèn)題是，制造設(shè)備的設(shè)計(jì)還沒(méi)有處理我們今天看到的高水平的產(chǎn)品差異。產(chǎn)品質(zhì)量是另一個(gè)需要考慮的重要因素，特別是在工業(yè)4.0時(shí)代，預(yù)測(cè)性維護(hù)可以優(yōu)化流程并最大限度地提高機(jī)器壽命。為了在未來(lái)的智能工廠中實(shí)現(xiàn)更高的靈活性，本文探討了軟件定義工廠的潛力，該工廠將可重構(gòu)性與增強(qiáng)的準(zhǔn)確性和精度以及高級(jí)診斷相結(jié)合。

邊緣測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代工廠的主流趨勢(shì)是數(shù)字化，但我們?nèi)匀簧钤谝粋€(gè)模擬世界中，其所有物理特性，如溫度和壓力，必須首先獲得這些信息，然后才能進(jìn)一步處理。一般來(lái)說(shuō)，模擬信號(hào)越接近數(shù)字信號(hào)，測(cè)量就越精確。這是因?yàn)樗碎L(zhǎng)電纜可能引入的寄生電阻、電容和電感，從而影響測(cè)量精度。

滿足測(cè)量和處理需求的最可靠方法是模擬前端（AFE），用于在邊緣精確捕獲模擬數(shù)據(jù)。

AFE位于測(cè)量特定形式能量的模擬傳感器和處理傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)字等效的微控制器之間。它執(zhí)行多種功能，例如放大微弱信號(hào)，過(guò)濾掉不需要的噪聲，從一種信號(hào)類型轉(zhuǎn)換為另一種信號(hào)類型，并監(jiān)控信號(hào)的性能漂移。

盡管隨著時(shí)間的推移，工廠變得越來(lái)越智能，但一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器故障可能會(huì)造成嚴(yán)重破壞。

如果我們考慮其中一個(gè)傳感器發(fā)生故障的情況，它會(huì)停止向可編程邏輯控制器（PLC）發(fā)送信號(hào)。

顯而易見(jiàn)的做法是停止機(jī)器并更換傳感器，但我們都知道，最近，我們有很多供應(yīng)短缺。如果這個(gè)特殊的傳感器是back-ordered？生產(chǎn)可能會(huì)停止數(shù)周，而與停工相關(guān)的成本也很高。根據(jù)福布斯的數(shù)據(jù)，工業(yè)制造商每年因計(jì)劃外停機(jī)而損失高達(dá)500億美元。

避免這種長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的一個(gè)可能的解決方案是，傳感器制造商向工廠提供類似的傳感器，但它可能具有不同的輸出。如果是這種情況，維護(hù)團(tuán)隊(duì)將不得不更換PLC和/或遠(yuǎn)程模擬輸入模塊。

縱觀整個(gè)工廠車間，對(duì)于使用的每種傳感器類型，都可能有多個(gè)AFE版本。市場(chǎng)上的大多數(shù)AFE都接受某種類型的模擬輸入，例如電壓、電流或電阻，并將其傳輸?shù)綌?shù)字世界。

例如，AFE可以被設(shè)置為接收來(lái)自溫度傳感器的輸入，其在大多數(shù)情況下是非常小的電壓，以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。另一個(gè)AFE可以被配置為接收電壓輸入，該電壓輸入可以跨越20 V，這是與測(cè)量溫度傳感器的小電壓的AFE完全不同的場(chǎng)景。

通用AFE的優(yōu)勢(shì)

為了解決每次都必須更換AFE的問(wèn)題，業(yè)界開(kāi)發(fā)了通用AFE，可以接受來(lái)自各種不同傳感器類型的模擬輸入。因此，如果通用AFE在某一天測(cè)量電壓，傳感器出現(xiàn)故障，但替代傳感器具有電流輸出，則AFE可以被編程為測(cè)量電流。

下一個(gè)合乎邏輯的步驟是創(chuàng)建一個(gè)軟件可配置的通用AFE。恩智浦的N-AFE就是一個(gè)例子與目前可用的其他通用AFE相比，它還集成了系統(tǒng)中的所有分立元件，例如保護(hù)和信號(hào)調(diào)理，以及一系列診斷功能。由于它是軟件可配置的，維護(hù)工程師只需更換傳感器并通過(guò)用戶界面遠(yuǎn)程重新配置模擬輸入模塊，從而消除了更換整個(gè)測(cè)量單元所需的時(shí)間。

在集成了通用AFE的系統(tǒng)中，PLC的作用擴(kuò)展到包括通過(guò)與內(nèi)部診斷和編程終端通信在這些操作之前、期間和之后執(zhí)行安全檢查，以確保一切順利運(yùn)行。

保持質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量是工業(yè)世界的另一個(gè)重要元素，特別是在工業(yè)4.0時(shí)代。除了降低系統(tǒng)解決方案的復(fù)雜性和物料成本外，恩智浦的N-AFE還更加精確。

所有測(cè)量都傾向于相對(duì)于內(nèi)部基準(zhǔn)進(jìn)行，該基準(zhǔn)集成在AFE內(nèi)。對(duì)于市場(chǎng)上的大多數(shù)器件，所引用的規(guī)格是相對(duì)于“理想”基準(zhǔn)電壓源，不一定考慮隨時(shí)間的漂移和滯后。但是，恩智浦的通用AFE將內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。如果內(nèi)部基準(zhǔn)電壓與存儲(chǔ)值不一致，則可以進(jìn)行補(bǔ)償，從而保持AFE的精度和準(zhǔn)確度。

制造商正在轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性維護(hù)，以優(yōu)化流程并最大限度地提高機(jī)器壽命。這旨在提高生產(chǎn)效率，同時(shí)簡(jiǎn)化制造基礎(chǔ)設(shè)施管理。例如，當(dāng)電機(jī)中的軸承開(kāi)始出現(xiàn)故障時(shí)，電流的信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，盡管變化非常微妙。

傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的提高以及一系列診斷和異常檢測(cè)功能將可視性和洞察力提升到了新的水平，從而改善了預(yù)防性維護(hù)機(jī)制。此外，在問(wèn)題發(fā)生之前識(shí)別問(wèn)題可以提高工廠的安全性和效率，并提高安全性。

通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砟芰?a target="_blank">人工智能算法和模型，機(jī)器操作員可以更好地判斷軸承是否惡化到影響產(chǎn)品質(zhì)量的程度。例如，在制藥行業(yè)，測(cè)量中非常小的變化可能會(huì)影響藥丸的正確劑量。

審核編輯 黃宇