현재의 제품 개발 및 지원 주기는 빠르게 진행됩니다. 임베디드 제품은 소프트웨어 및 하드웨어 오류를 감지하고 사용자 행동에 대한 통찰력을 얻을 수 있어 엔지니어에게 장치의 정상적인 작동과 지속적인 개선을 보장하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.
그러나 모든 산업용 장비를 쉽게 연결하여 이러한 임베디드 제품을 지원할 수 있는 것은 아닙니다. 사물 인터넷(IoT)용으로 특별히 설계된 제품이라도 전자기 간섭(EMI), 대역폭 제한, 지나치게 긴 케이블 등의 연결 문제가 발생할 수 있습니다.
Bluetooth 지원 SoC(시스템 온 칩) 기술의 출현으로 엔지니어는 마이크로프로세서의 원활한 연결과 강력한 성능을 달성하여 온보드 기계 학습(ML) 지원을 가능하게 되었습니다. 연결성과 지능형 분석을 결합하는 것은 수동적 대응에서 사전 예방적 예측으로 전환하는 설계 및 지원 주기에서 중요한 도구입니다.
지능형 데이터 수집으로 인해 제품 개발 및 지원이 변경되었습니다.
성공적인 제품 개발 및 지원에는 데이터의 활용이 필요합니다. 디자이너가 고객이 의존하는 기능, 번거롭거나 취약점이 있는 기능 등 고객이 제품을 사용하는 방식을 이해하지 못하면 사용자가 원하는 수준으로 제품을 반복하고 업그레이드하기가 어렵습니다. 마찬가지로, 문제 발생 전이나 발생 중에 사용자 행동, 시스템 상태, 환경 조건 및 기타 중요한 데이터를 이해하지 못하면 지원 담당자가 문제를 완전히 해결할 수 없습니다.
최신 온보드 연결성과 분석 기능을 갖춘 제품을 사용하면 설계 반복과 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) 타임스탬프를 사용하면 온보드 분석 기능을 사용하거나 Bluetooth를 통해 클라우드 서버로 브로드캐스팅할 때 데이터를 다른 시스템 이벤트와 연결할 수 있습니다.
예를 들어, 산업 환경의 선형 모션 시스템에 연결된 스마트 비콘은 습도가 상승할 때 진동 증가를 감지할 수 있습니다. 그런 다음 온보드 프로세서는 유지 관리 엔지니어에게 경고를 보내 추가 윤활이 필요함을 상기시킬 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 조건에서 장기간 사용할 수 있는 다른 윤활유를 권장할 수 있습니다. 또한 외부 영향으로부터 더 잘 보호하기 위해 윤활 시스템을 재설계할 수도 있습니다.
과제와 솔루션 구현
IoT 환경에서 향상된 데이터 수집의 이점을 얻으려면 엔지니어는 데이터 수집 및 분석을 최적화해야 합니다. 분석을 위해 정보를 클라우드로 전송하면 고유한 대기 시간이 발생하고 데이터 보안이 저하됩니다. 임베디드 시스템과 스마트 비콘은 AI와 ML 기능을 장치 자체에 통합하여 이 문제를 해결합니다. 이러한 엣지 AI 및 TinyML 시스템에는 프로세서가 수신된 실제 데이터를 기반으로 지능형 추론을 수행할 수 있는 축소된 소프트웨어 모델이 포함되어 있습니다.
온보드 ML 기능은 진동 데이터, 환경 데이터 및 글로벌 타임스탬프를 일치시키는 것처럼 간단할 수도 있고, 데이터 추세를 기반으로 유지 관리 요구 사항을 예측하는 것처럼 복잡할 수도 있습니다. 복잡하든 단순하든 ML 모듈은 네트워크 리소스를 소비하지 않고도 실시간 데이터를 수신하고 처리할 수 있으므로 다양한 변화에 대한 시기적절한 통찰력을 제공하고 에너지 소비를 최소화할 수 있습니다.
그러나 스마트 비콘과 임베디드 시스템은 궁극적으로 네트워크를 통해 다른 장치나 서버와 상태를 통신해야 합니다. 많은 기존 시스템 설계에서는 유선 직렬 연결을 위해 PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen 및 Modbus RTU와 같은 프로토콜을 사용합니다. 보다 현대적인 장치는 PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP 또는 이더넷 POWERLINK와 같은 대기 시간이 짧은 이더넷 프로토콜을 사용합니다. 그러나 직렬 및 이더넷 통신 모두 공장 작업장에 데이터 및 전원 케이블을 배치해야 하며, 이에 수반되는 과제에는 전자파 간섭, 긴 케이블 전송 중 신호 감쇠, 넘어지는 위험을 완화하고 운전 또는 자율 차량에 대한 액세스를 제공하는 데 필요한 시설 투자가 포함됩니다.
Bluetooth 프로토콜을 사용한 단거리 무선 주파수(RF) 통신은 위에서 언급한 많은 문제를 극복합니다. 저에너지 Bluetooth(BLE)와 같은 일부 Bluetooth 버전은 버튼 배터리의 전원을 사용하여 150미터 범위 내에서 강력한 신호를 방출할 수 있으므로 전원 및 데이터 케이블이 필요하지 않습니다.
BLE 신호는 2.4GHz 주파수 대역에서 작동하며 일부 셀룰러 및 Wi-Fi 네트워크도 지원합니다. 주파수 대역을 공유하면 네트워크 간섭이 발생하고 신호 무결성이 저하될 수 있지만 벽, 장치 등 시야 장애물을 극복할 수 있는 가장 안정적인 주파수 대역이기도 합니다. 가시선 및 간섭 문제를 극복하기 위해 많은 BLE 시스템은 메시 네트워크를 사용하고 6번째 인터넷 프로토콜(IPv6)을 사용하여 BLE 장치를 서로 연결하고 클라우드에 연결할 수 있습니다(그림 1). Bluetooth 핫스팟을 전략적으로 배치하면 메시 네트워크 내에서 신호 강도와 무결성을 향상시킬 수도 있습니다.