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Conectando Fábricas Inteligentes

Desde o lançamento da Indústria 4.0 em 2011, tecnologias avançadas de inteligência artificial (IA) e Internet das Coisas (IoT) melhoraram significativamente as operações de manufatura. A integração de sistemas de IA e IoT cria fábricas inteligentes que coletam dados para otimizar processos. Fábricas inteligentes aprimoram a automação, a manutenção preditiva, o controle de processos e de qualidade, e a capacidade de resposta para atender às demandas de manufatura. Conectores inovadores de alta velocidade, alta potência e híbridos multifuncionais permitem que os fabricantes desbloqueiem todo o potencial da Indústria 4.0. Oferecendo integração perfeita e desempenho incomparável, a Hirose capacita fábricas inteligentes e ajuda os fabricantes a prosperarem.

Contexto de Mercado

Segundo a MarketsandMarkets, o mercado global da Indústria 4.0 está projetado para crescer de USD 52,17 bilhões em 2023 para USD 182,01 bilhões até 2028, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 28,4%. Os principais fatores que impulsionam esse crescimento incluem:

  • Adoção rápida de IA e IoT no setor de manufatura
  • Aumento da demanda por robôs industriais na fabricação de produtos farmacêuticos e dispositivos médicos
  • Investimentos governamentais em impressão 3D e manufatura aditiva
  • Crescente adoção da tecnologia blockchain na indústria de manufatura

Tendências de Dispositivos em Fábricas Inteligentes 

Anteriormente, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) só podiam automatizar tarefas simples. Com acesso limitado aos dados de manufatura, era necessária uma grande e experiente força de trabalho para analisar e ajustar os processos de manufatura, além de monitorar e manter os equipamentos.

As instalações inteligentes de hoje estão equipadas com sensores avançados, software embarcado e dispositivos conectados que coletam e analisam dados para uma melhor tomada de decisões. Montando sensores em múltiplos dispositivos, as fábricas inteligentes utilizam equipamentos altamente adaptáveis e autônomos, muitas vezes com capacidades de aprendizado de máquina para auto-otimização. Além disso, as fábricas inteligentes oferecem monitoramento remoto e manutenção preditiva para garantir que a linha de manufatura permaneça operante.

Desde robôs industriais e câmeras de visão de máquina até veículos guiados automaticamente (AGV) e robôs móveis autônomos (AMRs), as instalações de manufatura modernas possuem mais dispositivos conectados do que nunca. Os dispositivos podem operar de forma mais eficiente quando estão conectados à nuvem e à rede.

Desafios do Design de Dispositivos Conectados  

Implementar uma rede confiável e de alta velocidade de equipamentos industriais para operações complexas de IA e IoT é desafiador. Muitas aplicações da Indústria 4.0 operam em ambientes hostis. Instalações industriais e equipamentos precisam lidar com interferências de sinal (ruído), condições severas de operação com poeira, umidade, temperaturas extremas, choques, vibrações e outros desafios.

Restrições de tamanho, especialmente em aplicações de IoT, robótica e visão de máquina, são outro obstáculo considerável no design. Os dispositivos estão ficando menores, e os requisitos de maior taxa de transferência de dados de até 10 Gb/s equivalem normalmente a mais pontos de conexão em um sistema. Simplificando, conectores menores de alta velocidade oferecem mais flexibilidade de design na placa, reduzindo o tamanho do dispositivo enquanto melhoram a funcionalidade. No entanto, conectores miniaturizados tradicionalmente apresentam um comprometimento na robustez.

Na maioria dos casos, conectores legados não atendem mais às exigências rigorosas das aplicações da Indústria 4.0. Colaborando com os OEMs para criar soluções de conectores personalizadas, a Hirose pode atender às necessidades únicas de interconectividade com soluções mais eficientes e eficazes para as tendências emergentes das fábricas inteligentes – como aprendizado de máquina, big data e muito mais.

Exemplos de Aplicações em Fábricas Inteligentes

Sensores Industriais

Sensores com alta taxa de transferência de dados são cruciais para a coleta de dados valiosos dos equipamentos. Por exemplo, sensores de vibração robustos montados em equipamentos rotativos críticos podem monitorar mudanças na frequência para prever falhas nos equipamentos. Esses dados de manutenção preditiva ajudam a minimizar custos e o tempo de inatividade da manufatura, permitindo que os OEMs se preparem adequadamente para os reparos.

À medida que o número de sensores, câmeras, radares, LiDAR, módulos RF e outros componentes eletrônicos em dispositivos menores aumenta, a quantidade de ruído também se eleva. Isso impacta negativamente a capacidade de obter uma forte integridade de sinal. Conectores blindados e resistentes ao ruído são vitais para uma transmissão de dados mais rápida, suportando aplicações de IA e IoT que requerem velocidades acima de 10 Gb/s.

O OneAction FH™ foi especificamente projetado para sensores industriais. Ele é compacto, blindado e fácil de usar. O conector de estilo flip lock possui um atuador que permanece fechado até que o flexível seja inserido, eliminando a necessidade de tocar no atuador durante a conexão. Para desconectar, o atuador pode ser aberto pela parte traseira, permitindo que o flexível seja puxado para fora sem força de retenção. Isso torna a Série One Action FH ideal para espaços apertados e simplifica o processo de conexão, reduzindo o tempo médio de conexão para menos de 1 segundo.

Além disso, conectores inteligentes como a série ix Industrial™ suportam tanto a Ethernet industrial quanto a comunicação sem fio. O ix Industrial foi adotado para equipamentos de fábricas inteligentes devido ao seu design compacto e durável de conexão Ethernet. O ix Industrial oferece uma redução de tamanho de 75% em comparação com soluções modulares convencionais RJ45. O conector também suporta montagem paralela com pitch de 10 mm. A largura estreita do receptáculo é particularmente benéfica quando múltiplos conectores são posicionados lado a lado em uma única PCB. O espaço de montagem reduzido permite um alto grau de liberdade no design da placa em aplicações como servomotores e controladores de robôs. Assim, mais funcionalidades podem ser adicionadas a um dispositivo na mesma área ou o dispositivo inteiro pode ser feito menor.

A tecnologia de conectores ix Industrial apresenta um design resistente a EMC conforme IEC PAS 61076-3-124, suportando desempenho de alta velocidade Cat.5e (1 Gb/s) e Cat.6A (10 Gb/s). Além disso, o conector também atende aos requisitos de teste Power over Ethernet (PoE++) IEEE802.3bt.

A capacidade PoE do ix Industrial e seu design otimizado de blindagem 360°, que elimina EMC e garante transmissão segura de dados em alta velocidade, fazem dele uma solução ideal para automação de fábricas e processos, comunicação máquina a máquina, robótica, sensores, interfaces homem-máquina (HMI) e outros dispositivos que necessitam de conectividade Ethernet IIoT em um ambiente industrial automatizado. No mercado de visão de máquina, o ix Industrial é certificado como um conector padrão GigE Vision. Este padrão de interface global desenvolvido pela Automated Image Association (AIA) é amplamente adotado para padrões de comunicação Ethernet (IEEE 802.3). Além disso, a Diretriz de Tecnologia de Cabeamento e Interconexão PROFINET designou a interface de conexão do ix Industrial como um novo padrão para aplicações Ethernet.

Braços Robóticos

Os braços robóticos realizam tarefas repetitivas e precisas que possibilitam ambientes de manufatura dinâmicos. Os projetistas buscam reduzir o tamanho dos robôs industriais, incorporar mãos ajustáveis de alta especificação e aprimorar operações autônomas. Devido aos espaços estreitos, os braços robóticos têm flexibilidade de design limitada. Conectores compactos em linha, como a Série DF62, acomodam restrições de espaço e passam suavemente por espaços estreitos. Além disso, conectores compactos em linha permitem que os braços robóticos usem sensores na mão robótica para visão de máquina avançada.

AGVs/AMRs  

Veículos guiados automaticamente (AGVs) e robôs móveis autônomos (AMRs) requerem miniaturização e conectividade de alta potência para suportar fontes de alimentação e baterias. AGVs e AMRs utilizam manipuladores integrados para que os veículos possam realizar tarefas simples sem a necessidade de um operador. Conectores miniaturizados, como o DF62W e o DF63W da Hirose, são otimizados para espaços pequenos devido ao seu design de contato único em forma de grade. O DF60 é uma das menores soluções que pode lidar com um fio de 8AWG e 60A de corrente.

Para veículos que operam ao ar livre e em ambientes suscetíveis a choques, vibrações, líquidos e extremos de temperatura, garantir uma operação confiável e sustentável é vital. Conectores flutuantes de placa a placa combinam resistência ao calor de 140°C com resistência superior a vibrações.

A série de conectores FX26 absorve o desalinhamento ao suportar uma faixa flutuante de ±0,7 mm nas direções XY e ±0,75 mm na direção Z.

À medida que os sistemas de automação industrial se tornam mais complexos e sofisticados, aumentam também as demandas por soluções de conectividade. Comunicação confiável e troca de dados entre sistemas industriais são primordiais para uma fábrica inteligente otimizada. Conectores que combinam miniaturização com capacidades de alta velocidade ou alta potência são altamente procurados para atender às demandas de aplicativos de dispositivos da Indústria 4.0. Soluções de conectores inovadoras de fabricantes como a Hirose oferecem flexibilidade de design para facilitar a redução de tamanho de maquinários industriais da Indústria 4.0, como braços robóticos, AGVs/AMRs e outros aplicativos que utilizam sensores inteligentes.

Para saber mais, visite Hirose Electric Smart Manufacturing: Your Gateway to Hirose’s Expertise

*Este post foi patrocinado pela Hirose Electric

Sem licença Creative Commons
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Rogerio Moreira
Membro
20/06/2024 14:47

Excelente artigo ! Os avaços tecnológicos não ocorrem apenas nos circuitos integrados, os demais componentes também acompanham o ritmo de atualizações. Os projetistas de produtos eletrônicos precisam estar atualizados com essas mudanças, Este artigo é um bom começo !!!

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