تعمل دورة تطوير ودعم المنتج الحالية بسرعة. يمكن للمنتجات المضمنة اكتشاف أعطال البرامج والأجهزة والحصول على رؤى حول سلوك المستخدم، مما يوفر للمهندسين البيانات اللازمة لضمان التشغيل العادي والتحسين المستمر للأجهزة.
ولكن لا يمكن توصيل جميع المعدات الصناعية بسهولة لدعم هذه المنتجات المدمجة. حتى المنتجات المصممة خصيصًا لإنترنت الأشياء (IoT) قد تواجه مشكلات في الاتصال مثل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، وقيود عرض النطاق الترددي، والكابلات الطويلة للغاية.
إن ظهور تقنية System on Chip (SoC) الممكّنة بتقنية Bluetooth يمكّن المهندسين من تحقيق اتصال سلس وأداء قوي للمعالجات الدقيقة، مما يتيح دعم التعلم الآلي (ML) المدمج. يعد الجمع بين الاتصال والتحليل الذكي أداة مهمة في دورة التصميم والدعم للانتقال من الاستجابة السلبية إلى الاستبصار الاستباقي.
لقد أدى جمع البيانات الذكي إلى تغيير تطوير المنتجات ودعمها
يتطلب تطوير ودعم المنتج الناجح استخدام البيانات. إذا لم يفهم المصممون كيفية استخدام العملاء للمنتج، بما في ذلك الميزات التي يعتمدون عليها، والميزات المرهقة أو التي بها نقاط ضعف، فمن الصعب تكرار المنتج وترقيته إلى المستوى الذي يريده المستخدمون. وبالمثل، بدون فهم سلوك المستخدم وحالة النظام والظروف البيئية والبيانات الهامة الأخرى قبل أو أثناء حدوث المشكلة، لا يمكن لموظفي الدعم استكشاف المشكلة وإصلاحها بشكل كامل.
يمكن للمنتجات التي تتمتع بإمكانيات اتصال وقدرات تحليلية حديثة أن تجعل تكرارات التصميم والدعم أكثر فعالية. يمكن للمنتجات المدمجة والإشارات الذكية اكتشاف الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء، ويمكنها أيضًا استشعار التسارع متعدد المحاور والضوء المحيط والمجالات المغناطيسية. باستخدام الطوابع الزمنية لساعة الوقت الفعلي (RTC)، يمكن ربط البيانات بأحداث النظام الأخرى عند استخدام وظائف التحليل المدمجة أو البث إلى الخوادم السحابية عبر البلوتوث.
على سبيل المثال، قد تكتشف المنارات الذكية المتصلة بأنظمة الحركة الخطية في البيئات الصناعية زيادة الاهتزاز عند ارتفاع الرطوبة. بعد ذلك، يمكن للمعالج الموجود على اللوحة إصدار تنبيه لمهندسي الصيانة، لتذكيرهم بالحاجة إلى تشحيم إضافي. يمكن أن يؤدي هذا التشخيص الاستباقي للأخطاء إلى تقليل وقت توقف المعدات وتكاليف الصيانة.
يمكن لمصممي المنتجات أيضًا استخدام الاهتزازات المسجلة والبيانات البيئية لتحسين الإصدارات المستقبلية من أنظمة الحركة الخطية. على سبيل المثال، قد يوصون بمواد تشحيم مختلفة يمكن استخدامها لفترة أطول من الوقت في ظل الظروف الرطبة. يمكنهم أيضًا إعادة تصميم نظام التشحيم لحمايته بشكل أفضل من التأثيرات الخارجية.
تنفيذ التحديات والحلول
من أجل تحقيق مزايا جمع البيانات المحسنة في بيئة إنترنت الأشياء، يجب على المهندسين تحسين جمع البيانات وتحليلها. إن نقل أي معلومات إلى السحابة لتحليلها يؤدي إلى زمن انتقال متأصل ويقلل من أمان البيانات. تعمل الأنظمة المدمجة والإشارات الذكية على حل هذه المشكلة من خلال دمج وظائف الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في الجهاز نفسه. تحتوي أنظمة Edge AI وTinyML على نماذج برمجية مصغرة تسمح للمعالجات بإجراء استنتاجات ذكية بناءً على البيانات الواقعية المستلمة.
يمكن أن تكون وظيفة ML المدمجة بسيطة مثل مطابقة بيانات الاهتزاز والبيانات البيئية والطوابع الزمنية العالمية، أو معقدة مثل التنبؤ باحتياجات الصيانة بناءً على اتجاهات البيانات. سواء كانت وحدات ML معقدة أو بسيطة، يمكنها تلقي البيانات في الوقت الفعلي ومعالجتها دون استهلاك موارد الشبكة، مما يتيح الحصول على رؤى في الوقت المناسب للتغيرات المختلفة وتقليل استهلاك الطاقة.
ومع ذلك، تحتاج المنارات الذكية والأنظمة المدمجة في النهاية إلى توصيل الحالة مع الأجهزة أو الخوادم الأخرى عبر الشبكة. تستخدم العديد من تصميمات الأنظمة التقليدية بروتوكولات مثل PROFIBUS وDeviceNet وCANOpen وModbus RTU للاتصالات التسلسلية السلكية. تعتمد الأجهزة الأكثر حداثة على بروتوكولات Ethernet ذات زمن الوصول المنخفض مثل PROFINET أو EtherCAT أو EtherNet/IP أو Ethernet POWERLINK. ومع ذلك، يتطلب كل من الاتصال التسلسلي واتصال Ethernet وضع كابلات البيانات والطاقة في ورشة عمل المصنع، وتشمل التحديات المصاحبة التداخل الكهرومغناطيسي، وتوهين الإشارة أثناء نقل الكابلات الطويلة، والاستثمار في المنشأة المطلوبة للتخفيف من مخاطر التعثر وتوفير إمكانية الوصول للقيادة أو المركبات ذاتية القيادة.
يتغلب اتصال الترددات الراديوية قصير المدى (RF) باستخدام بروتوكول Bluetooth على العديد من التحديات المذكورة أعلاه. يمكن لبعض إصدارات البلوتوث، مثل البلوتوث منخفض الطاقة (BLE)، استخدام طاقة بطاريات الأزرار لإصدار إشارات قوية ضمن نطاق يصل إلى 150 مترًا، وبالتالي التخلص من الحاجة إلى كابلات الطاقة والبيانات.
تعمل إشارات بليه على نطاق التردد 2.4 جيجا هرتز، والذي يدعم أيضًا بعض الشبكات الخلوية وشبكات Wi Fi. على الرغم من أن نطاقات التردد المشتركة قد تؤدي إلى تداخل الشبكة وتقليل سلامة الإشارة، إلا أنها أيضًا نطاق التردد الأكثر موثوقية للتغلب على عوائق خط الرؤية مثل الجدران والأجهزة. من أجل التغلب على مشكلة خط الرؤية والتداخل، يمكن للعديد من أنظمة بليه استخدام شبكات متداخلة، واستخدام بروتوكول الإنترنت السادس (IPv6) لتوصيل أجهزة بليه ببعضها البعض وبالسحابة (الشكل 1). يمكن أيضًا أن يؤدي وضع نقاط اتصال Bluetooth بشكل استراتيجي إلى تعزيز قوة الإشارة وسلامتها داخل الشبكات المتداخلة.