오늘날의 제품 개발 및 지원 주기는 빠릅니다. 내장형 제품은 소프트웨어 및 하드웨어 오류를 감지하고 사용자 행동에 대한 통찰력을 제공하여 엔지니어에게 장비가 제대로 작동하고 지속적으로 개선되는지 확인하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.
모든 산업용 장비를 쉽게 연결하여 이러한 임베디드 제품을 지원할 수 있는 것은 아닙니다. 사물인터넷(IoT)용으로 설계된 제품이라도 전자기 간섭(EMI), 대역폭 제한, 긴 케이블 등 연결 문제가 발생합니다.
Bluetooth 지원 SoC(시스템 온 칩) 기술의 출현으로 엔지니어는 온보드 ML(머신 러닝) 지원을 위한 원활한 연결성과 마이크로프로세서 성능을 얻을 수 있습니다. 연결성과 지능형 분석을 결합하는 것은 수동적에서 능동적으로 설계 및 지원 주기에서 중요한 도구입니다.
지능형 데이터 수집으로 제품 개발 및 지원 변경
성공적인 제품 개발 및 지원에는 데이터의 활용이 필요합니다. 고객이 무엇을 의존하는지, 어떤 기능이 번거롭거나 취약점이 있는지 등 고객이 제품을 어떻게 사용하는지 이해하지 못하는 디자이너는 사용자가 원하는 수준으로 제품을 반복적으로 업그레이드하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 마찬가지로, 지원 담당자는 문제 발생 전이나 발생 당시 사용자 행동, 시스템 상태, 환경 조건 및 기타 중요한 데이터를 알지 못하면 적절하게 문제를 해결할 수 없습니다.
최신 온보드 연결 및 분석 기능을 갖춘 제품은 설계 반복 및 지원을 더욱 효과적으로 만들 수 있습니다. 내장형 제품과 지능형 비콘은 온도, 습도, 기압 등의 환경 조건을 감지할 수 있으며 다축 가속도, 주변광, 자기장도 감지할 수 있습니다. 실시간 시계(RTC)의 타임스탬프를 사용하면 온보드 분석을 사용하거나 Bluetooth를 통해 클라우드 서버로 브로드캐스팅할 때 데이터를 다른 시스템 이벤트와 연결할 수 있습니다.
예를 들어, 산업 환경에서 선형 모션 시스템에 연결된 스마트 비콘은 습도가 증가함에 따라 증가하는 진동을 감지할 수 있습니다. 그러면 온보드 프로세서가 유지 관리 엔지니어에게 추가 윤활이 필요함을 알릴 수 있습니다. 이러한 사전 예방적 결함 진단을 통해 장비 가동 중단 시간과 유지 관리 비용을 줄일 수 있습니다.
제품 설계자는 기록된 진동 및 환경 데이터를 사용하여 선형 모션 시스템의 향후 버전을 개선할 수도 있습니다. 예를 들어, 습한 환경에서 더 오래 지속되는 다른 윤활유를 권장할 수도 있습니다. 또한 외부 영향으로부터 더 잘 보호하기 위해 윤활 시스템을 재설계할 수도 있습니다.
과제 및 솔루션 구현
IOT 환경에서 향상된 데이터 수집의 이점을 실현하려면 엔지니어는 데이터 수집 및 분석을 최적화해야 합니다. 분석을 위해 정보를 클라우드로 전송하는 것은 본질적으로 지연되고 데이터 보안이 저하됩니다. 임베디드 시스템과 지능형 비콘은 AI 및 ML 기능을 장치 자체에 통합하여 이 문제를 해결합니다. 이러한 Edge AI 및 TinyML 시스템에는 프로세서가 수신된 실제 데이터를 기반으로 지능적으로 추정할 수 있는 확장된 소프트웨어 모델이 포함되어 있습니다.
온보드 ML 기능은 진동 데이터, 환경 데이터 및 글로벌 타임스탬프를 일치시키기 위해 간단할 수도 있고 데이터 추세를 기반으로 유지 보수 요구 사항을 예측하기 위해 복잡할 수도 있습니다. 복잡하든 단순하든 ML 모듈은 네트워크 리소스를 차지하지 않고 실시간 데이터를 수신하고 처리할 수 있으므로 변화에 대한 시기적절한 통찰력을 제공하고 에너지 소비를 최소화합니다.
그러나 궁극적으로 스마트 비콘과 내장형 시스템은 네트워크를 통해 다른 장치나 서버와 상태를 통신해야 합니다. 많은 기존 시스템 설계에는 PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen 및 Modbus RTU와 같은 프로토콜을 통한 유선 직렬 연결이 있습니다. 보다 현대적인 장치는 PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP 또는 Ethernet POWER와 같은 대기 시간이 짧은 이더넷 프로토콜을 사용합니다. 그러나 직렬 및 이더넷 통신 모두 공장 작업장에 데이터 및 전원 케이블을 배치해야 하며, 다음과 같은 과제에는 EMI, 긴 케이블 전송 중 신호 감쇠, 넘어지는 위험을 완화하고 운전 또는 자율 주행 차량에 대한 액세스를 제공하는 데 필요한 시설에 대한 투자가 포함됩니다.
Bluetooth 프로토콜을 사용한 단거리 무선 주파수(RF) 통신은 이러한 많은 문제를 극복합니다. 저전력 Bluetooth(BLE)와 같은 일부 Bluetooth 버전은 버튼 배터리의 전력을 활용하여 150미터 범위에 걸쳐 강력한 신호를 방출하므로 전원 및 데이터 라인이 필요하지 않습니다.
BLE 신호는 2.4GHz 대역에서 작동하며 일부 셀룰러 및 Wi-Fi 네트워크도 지원합니다. 공유 대역은 네트워크 간섭을 일으키고 신호 무결성을 감소시킬 수 있지만 벽이나 장비와 같은 시야 장벽을 극복할 수 있는 가장 안정적인 대역입니다. LOS 및 간섭 문제를 극복하기 위해 많은 BLE 시스템은 IPv6(인터넷 프로토콜 버전 6)을 사용하여 BLE 장치를 상호 연결하고 클라우드에 연결하는 메시형 네트워크를 사용할 수 있습니다(그림 1). Bluetooth 핫스팟을 전략적으로 배치하면 메시 네트워크 내에서 신호 강도와 무결성도 향상됩니다.