Носима електроника в индустриалната автоматизация

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1/2017 • 27.02.2017

Носима електроника в индустриалната автоматизация
Носима електроника в индустриалната автоматизация

През последното десетилетие носими електронни устройства се използват все по-масово в редица комерсиални, офисни и потребителски приложения. Сред най-популярните продукти в сегмента са смарт очилата, фитнес тракерите, смарт гривните и часовниците, биометричните сензори, смарт облеклото, носимите камери и др.

Множеството им възможности ги правят предпочитан избор като средства за комуникация, контрол и мониторинг на мрежово свързани системи и в много индустриални приложения.

Носимите електронни устройства в индустриални приложения
Новото поколение носими устройства, които постепенно навлизат в автоматизацията на високотехнологичните съвременни фабрики, се отличават с все по-компактни габарити, усъвършенствани потребителски интерфейси и подобрени процесорни възможности.

Електронните ръкавици, свързаното облекло или смарт очилата могат да помогнат за оптимизирането и повишаването на безопасността на редица индустриални операции, например в потенциално експлозивни среди.

Носимите електронни устройства, оборудвани с различни сензори, могат да бъдат използвани за детекция на опасни химикали или изтичане на газове, повишаване на околната температура и т. н.

По отношение приходите от продажбите на носима електроника за индустриални цели, този сегмент все още заема сравнително малък дял от общия обем на пазара на носими устройства в глобален план.

Използването на тези технологии в индустрията обаче ще става все по-масово с дигиталзирането на производствата в различни отрасли и все по-масовото възприемане на концепциите за Internet of Things и Industry 4.0.

Служителите в производствените и процесни предприятия се нуждаят от големи обеми информация, а носимите електронни устройства могат да им осигурят непрекъснат поток от данни в реално време, мрежова свързаност и свободни ръце, с които да извършват необходимите дейности, вместо да държат мобилния си телефон.

Освен това, така вниманието им би било съсредоточено в работния процес, а не върху екрана на смартфона, което значително би намалило риска от инциденти поради невнимание на работното място. За да бъдат успешно внедрени носимите устройства в индустриалната автоматизация, те трябва да бъдат почти незабележими, да не разсейват служителите и да не усложняват работата им.

Сред приложенията на носима електроника в индустрията
са: комуникация, контрол и мониторинг в платформи за индустриална автоматизация, управление на производствени системи, поддръжка на полево оборудване, мобилен мениджмънт на работната сила, холографско моделиране, идентификация и удостоверяване в системи за контрол на достъпа, корпоративни wellness програми, складово управление и логистика и др.

Посредством смарт очила, например, операторите на индустриално оборудване биха могли да изпълняват последователности от операции с дистанционни насоки от отдалечен координатор или ментор в т. нар “over the shoulder” програми за полево обучение и колаборация.

Служителите могат да комуникират в реално време със своите колеги и с ръководния персонал чрез гласова и видео връзка, осъществявана посредством носима камера, смарт очила, слушалки или електронна гривна например.

Носимите устройства с видеокамера пък биха могли да бъдат използвани и за заснемане на изображения или видео, които да бъдат съхранявани в локална памет или качвани към физически или виртуален сървър за обработване или анализиране по-късно, както и публикувани във виртуалното пространство и обсъждани от персонала с цел откриване на проблеми, идентифициране на потенциал за икономии на ресурси, оптимизиране на производствените практики и т. н.

В интензивните и потенциално рискови за здравето на служителите приложения, устройства, подобни на фитнес тракерите, биха могли да служат като индикатори за наличие на опасности за организма на работника, поява на умора при повторяеми операции и т. н.

Посредством носимо смарт устройство и сензори за местоположение операторите биха могли лесно и бързо да локализират персоналното си работно оборудване (като мотокари, ръчни машини и инструменти и др.) на територията на предприятието.

Някои носими електронни устройства за индустриални приложения позволяват сканиране на баркодове, биометрични данни и събиране на друга информация, необходима на работника, като така заместват по-едрогабаритното конвенционално оборудване, използвано за целта.

Сигурност
Сред функциите, които носимата електроника изпълнява в индустриалните предприятия, е персоналната индентификация. Чрез носими устройства се осъществява достъп до системи за сигурност и контрол на достъпа в редица високотехнологични фабрики по света. Тези устройства се явяват интелигентна алтернатива на конвенционалните баджове и карти за достъп.

Удостоверяването на самоличността на служителя се осъществява посредством NFC комуникация (Near Field Communication) – технология, която позволява т. нар. “комуникация в близкото поле” между две устройства. Най-често това са носимият идентификатор и компютър, на който върви софтуерът за разпознаване.

Една носима електронна гривна би могла да осигури много по-надеждно проследяване на местоположението на даден служител от баджа, закачен на якето му например, тъй като гривната е по-малко верятно да бъде забравена някъде.

Колаборация
Носимите устройства притежават потенциал значително да оптимизират и колаборацията между отделните служители в различните йерархични нива на мениджмънт. Така работниците могат да се консултират със своите колеги и супервайзори в реално време, не само при извънредни ситуации, но и в ежедневната си дейност.

Освен това те разполагат и с възможности за достъп до интернет и необходимата им информация в удобен формат – текстови упътвания и техническа документация, таблици с данни, графики, видео наръчници, аудио инструкции, хоствани например на облачен сървър.

За улесняване на колаборацията в много индустриални приложения вече се използват дори технологии за добавена реалност (Augmented Reality, AR), които позволяват работници, ситуирани в различни отдалечени локации, да работят заедно в реално време и то hands-free – без комуникационните устройства да заемат ръцете им.

Категории носими устройства
Според частта от тялото, на която се носят, носимите електронни устройства могат да бъдат:
• носени на главата – смарт очила, Bluetooth слушалки, очила за добавена (Augmented Reality, AR) и виртуална (Virtual Reality, VR) реалност и др.;
• носени по тялото – умно облекло, body-камери и др.;
• носени на китката – смарт часовници, гривни и др.
Технологиите за добавена реалност вече категорично доказаха своята приложимост в различни индустрии.

За да влязат в масова употреба, обаче, цените на тези решения трябва значително да се понижат, тъй като в момента внедряването им би било нерентабилно в редица разходно ориентирани производства.

Интелигентните дрехи (smart garments, smart clothing) предлагат огромно разнообразие от възможности и решения за различни потребителски, комерсиални и индустриални приложения, включително за дистанционна комуникация между служители, светлинна индикация и т. н.

Сред технологиите, вграждани в текстилни продукти, са управляеми чрез смартфон комуникационни и аудио системи, LED осветление и др.
Според функцията носимата електроника може да бъде подразделена още на:

Устройства за визуализиране (Output devices)
В тази категория попадат т. нар. HMD (head-mounted display) устройства-дисплеи. Те се носят на главата самостоятелно (подобно на очила) или като част от шлем.

Макар най-ранните продукти в този сегмент да са големи, тежки и със съмнителна ергономия, съвременните решения стават все по-компактни и удобни, което ги прави подходящи дори и за мащабни индустриални приложения.

Допълнителен фактор, ускоряващ възприемането им в индустрията, са все по-достъпните им цени. Сред най-високотехнологичните оферти в този сегмент са HMD устройствата, разработвани за военни цели, които са както удобни, така и с висока резолюция. Такива решения обаче все още не предлагат достатъчна разходна ефективност за предприятията от малкия и среден бизнес.

OLED микродисплеите от ново поколение, както и виртуалните ретинални дисплеи (познати също като сканиращи ретината дисплеи) са някои от най-интересните технологии, които предстои да получат реализация в индустриалната автоматизация през следващите години, сочат прогнозите на пазарните анализатори в бранша.

Носими видеокамери с eye-tracking технология
Технологичните подобрения в областта на видеокамерите позволиха налагането на пазара на нискобюджетни решения, които предлагат приемлива комбинация от резолюция и кадрова честота (framerate).

Продуктите от този сегмент са подходящи базови компоненти за носими електронни устройства в индустриално изпълнение, приложими в тежки промишлени среди. Едно от възможните ограничения при използването им е сравнително краткият живот на батериите при някои устройства в сегмента.

Производителите на носима електроника предлагат и цялостни решения за индустриалната автоматизация, включващи носими видеокамери с eye-тракери (обикновено носени на очите и използващи метод за проследяване на погледа - eye-tracking), които разполагат с аналитичен софтуер за обработка на данни.

Камерите, оборудвани с eye-tracking, са сравнително скъпи, което към този момент все още възпрепятства навлизането им в индустрията.

Устройства за въвеждане (Input devices) и сензорни устройства
Носените на китката клавиатури за преносими компютри са практично решение за въвеждане на сравнително достъпна цена. Те не попадат съвсем в категорията на носимите устройства, тъй като не са самостоятелни продукти, а аксесоари към мобилни телефони или таблети

Приложенията им в индустриалната автоматизация в категорията “устройства за въвеждане”, обаче, обещават да са много, тъй като осигуряват комбинация от функционалност и разумна инвестиция.

Ръкавиците, оборудвани със сензори, са технологии във високия ценови клас, което ограничава масовото им използване в индустрията. Досега устройствата в тази категория са главно част от стационарни платформи за виртуална реалност и експериментални среди.

Още по-скъпи са костюмите за цялостно проследяване движенията на тялото (full body motion tracking), като такива засега се използват само в научно-изследователските лаборатории.

Носими компютри
Работата с носените на китката персонални компютри (wrist-worn PCs) до голяма степен е сходна с работата на настолен компютър в нормален мащаб, което в концептуален план ги отдалечава значително от носимата електроника.

Концепцията за компютри, носени изцяло на главата (head-mounted computer), демонстрирана от високотехнологичните компании в сектора обаче, се очертава скоро да получи реализация на пазара на решения за индустриална автоматизация на цената на обикновен лаптоп.

Възможностите за гласово разпознаване, проследяване на движението на главата като метод за въвеждане (head tracking input) и LCD визуализацията превръщат тези устройства в цялостни платформи, подходящи за осъществяване на комуникация, контрол и мониторинг на различни комплексни системи в индустриална среда.

Дигитализиране на средствата за индустриална автоматизация
В индустрията днес се наблюдава постепенна и повсеместна дигитализация на технологиите и средствата за автоматизация, а носимите електронни устройства са сред решенията, които ускоряват този процес.

Те осигуряват незабавен достъп до критична информация, подобряват качеството на работа и колаборацията и улесняват контрола и мониторинга.

Сред водещите ползи от използването на носими устройства в индустрията са подобрената продуктивност на работниците, намаляването на риска от човешка грешка, както и елиминираната нужда от физическо придвижване между две отдалечени производствени локации.

Все по-често срещани във вискотехнологичните фабрики са умните гривни и часовници, които могат да комуникират с платформите за мениджмънт на производствените процеси и да бъдат засичани и локализирани автоматично при навлизането им в периметъра на съоръжението.

Посредством тези устройства може да бъде проследявано движението на работниците в предприятието, да бъдат изпращани кратки съобщения до всички или само до служителите в дадено подразделение, да им бъдат възлагани задачи, да бъде проверявано съответствието на извършваните от тях дейности със заложените по график операции, да бъдат пренасочвани ресурси и променяни в движение работни графици и т. н.

Сигурност на данните, Internet of Things и индустриален интернет
Носимите електронни устройства са само част от по-мащабната концепция за Internet of Things, която радикално променя индустрията пред очите ни. Масовото възприемане на носимата електроника в индустриалната автоматизация обаче крие и своите рискове. В глобален аспект, все повече информация се съхранява, пренася и визуализира в IoT мрежите, в които са свързани и все повече устройства.

Така на преден план излиза въпросът за сигурността на данните, събирани от сензорите в производственото оборудване. Обикновено това е критична и обемна информация, която е потенциален обект на кибер атаки, когато обработката й е изнесена във виртуалното пространство.

В по-генерален смисъл, съображенията, свързани със сигурността на данните, са предизвикателство в концепцията за свързания работник (connected worker) като цяло. Ето защо, носимите устройства се нуждаят и от технологии за подобряване сигурността на информацията и защита от кибер престъпления.

Носимата електроника, оборудвана с интелигентни сензори, е и сред основните средства за осигуряване на достъп до индустриалния Internet на работниците в производството. Тези продукти са носимата “фракция” на една експоненциално разрастваща се екосистема от смарт устройства, създадена да оптимизира производствените и процесни операции в големите високотехнологични предприятия.

По данни на компанията GE Digital, част от General Electric, индустриалните производители могат да подобрят разходната ефективност на полевите си и отдалечени приложения, както и цялостната си сервизна ефективност, с около 20%, ако внедрят носими електронни устройства в платформите си за индустриална автоматизация.

Технологични тенденции при електронните устройства в индустриалната автоматизация
Сред водещите тенденции в областта на индустриалната електроника са устройствата с ниска консумация (low power), корпусите с все по-малки габарити, подобрените интерфейсни възможности и технологиите за визуализация, безжичната свързаност, гъвкавите печатни платки и т. н.

Продуктите в този сегмент са с редуцирано тегло благодарение на иновации при материалите, като въглеродните нанотръбички (CNT) и графена, но с подобрена процесорна мощ и повече памет.

Миниатюризацията, интелигентните системи за мониторинг и контрол (сензорни екрани с тактилни технологии), възможностите за трансфер на данни с висока скорост и подобрените полупроводникови материали (SiC, GaN, GaAs) са само част от особеностите на устройствата от ново поколение, използвани в индустриалната автоматизация.

Някои от технологиите и сферите, върху които са съсредоточени сериозни научноизследователски разработки, са гъвкавата електроника, производството и дизайна на полупроводникови елементи, интегралните схеми с тримерна архитектура (3D-IC), микро- и наноелектромеханичните системи, ултра-ефективните дисплеи, наноелектрониката, мозъчно-компютърните интерфейси, комуникацията в близкото поле, както и паметите от ново поколение.

Развитие на пазара на носими електронни устройства за индустрията
По данни от актуален доклад на списание Automation World, пазарът на носими електронни устройства се очаква да нарасне до 5,8 млрд. щатски долара през 2018 г. За сравнение, през 2012 г. този пазарен сегмент се е равнявал на едва 750 млн. долара – явление, окачествено от маркетолозите на списанието като “пазарна революция”.

Носимата електроника е сред най-новите тенденции в индустриалната автоматизация и постепенно набира скорост, сочи проучване на технологичната компания Tractica, чиито изследвания са съсредоточени върху взаимодействието между човека и технологиите.

Анализаторите от фирмата прогнозират, че от 2,3 млн. през 2015 г. годишните продажби на носими електронни устройства за индустрията ще достигнат 66 млн. броя до 2021 г. Общият брой поръчки на индустриална носима електроника за целия период (2015-2021 г.) ще възлиза на над 171 млн. броя, изчисляват от Tractica.

Сред най-търсените продукти в сегмента са смарт очилата, фитнес тракерите, биометричните сензори и смарт часовниците, показват още данните на фирмата.

Top