Per garantire la redditività di uno stabilimento, è fondamentale ottimizzare le prestazioni e i tempi di attività implementando soluzioni di automazione connessa e manutenzione predittiva, che si traducono in un valore significativo per gli utenti. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, 365 giorni all'anno negli ambienti industriali e logistici aumenta le esigenze dei dispositivi, in particolare dei sistemi con azionamenti e motori attivi, e il guasto di un singolo motore può arrestare le operazioni o la produzione. Le nuove soluzioni IT per l'automazione, come i motori di intelligenza artificiale (IA) integrati in ambienti edge computing, possono identificare queste anomalie e prevedere i guasti in anticipo, consentendo agli operatori di acquisire proattivamente i pezzi di ricambio necessari, pianificare la manutenzione e, in definitiva, aumentare l'efficienza operativa complessiva.
Le soluzioni di automazione stanno diventando sempre più sofisticate, richiedendo il supporto dei principali fornitori di semiconduttori sia per l'hardware che per il software. Un'architettura hardware flessibile, al livello più basso, è fondamentale per stare al passo con l'innovazione nelle soluzioni di automazione industriale e logistica. Lo sviluppo software rappresenta attualmente la maggior parte dei costi e della manodopera nello sviluppo di progetti industriali, aumentando quindi il valore delle librerie, dei toolkit e del supporto dell'ecosistema offerti dai fornitori di tecnologie di automazione.
Le FPGA si adattano alle esigenze dell'automazione.
Le FPGA con processori integrati combinano flessibilità, prestazioni e programmabilità per facilitare la rapida adozione e implementazione di nuove tecnologie e soddisfare le esigenze in continua evoluzione dell'automazione industriale. In particolare, le FPGA offrono una flessibilità unica per un'ampia varietà di profili e requisiti di calcolo dinamici per l'automazione. Le FPGA odierne sono caratterizzate da un consumo energetico e un'efficienza energetica molto bassi, che ne consentono la progettazione in fattori di forma più piccoli con un raffreddamento più semplice, un aspetto critico ai margini della rete. Le FPGA sono inoltre completamente personalizzabili, offrendo numerosi vantaggi rispetto alle soluzioni basate su software, come una latenza inferiore. Inoltre, le FPGA possono essere utilizzate in cicli di controllo ad alte prestazioni, PWM e con un numero maggiore di motori di controllo collegati per unità rispetto a microcontrollori di fascia alta comparabili. Lattice Semiconductor fornisce FPGA con tassi di errore software estremamente bassi per una maggiore affidabilità, ideale per applicazioni che richiedono elevata disponibilità e sicurezza funzionale.
Il silicio può proteggere dagli attacchi informatici.
La sicurezza hardware è fondamentale per proteggersi dagli attacchi informatici, sempre più frequenti. L'automazione tradizionale installata in fabbriche e centri logistici era spesso isolata da Internet e dal cloud, persino tra i diversi sottosistemi. Ora, i sistemi di automazione sono sempre più interconnessi, quindi devono essere protetti dagli hacker che possono disabilitare i sistemi, ricattare gli operatori, rubare dati sensibili o intraprendere altre attività dannose, oppure generare enormi rischi finanziari. Le soluzioni basate su microcontrollori e/o software non sono in grado di fornire la stessa protezione in tempo reale di alternative come gli FPGA, che offrono rilevamento istantaneo, copertura ad alte prestazioni di più sottosistemi e la capacità di ripristinare uno stato funzionante per riprendersi dagli attacchi, aspetto di primaria importanza. Gli FPGA possono essere altamente sicuri e resilienti grazie al monitoraggio al livello più basso (al di sotto del sistema operativo), proteggendo così il firmware prima, durante e dopo l'avvio, proteggendo e convalidando il codice stesso e fornendo una radice di fiducia.
Librerie ottimizzate per l'automazione:
una base hardware flessibile supportata da un software altrettanto potente fornito dai produttori di semiconduttori e dal loro ecosistema è essenziale, soprattutto per le soluzioni di automazione. Lo sviluppo software rappresenta già la stragrande maggioranza dei costi di sviluppo nei progetti di automazione e controllo industriale, rendendo un supporto di alta qualità cruciale per il successo del progetto. Lattice Semiconductor, ad esempio, fornisce una piattaforma di base di protocollo leggera per il rilevamento e il controllo in tempo reale tramite Ethernet per la connettività di rete (ad esempio, consentendo il controllo di motori multiasse tramite Industrial Ethernet e collegati in serie a più monitor). Inoltre, le FPGA ad alte prestazioni stanno diventando sempre più compatibili con il software, offrendo strumenti di programmazione e ambienti di progettazione grafica come l'ambiente di progettazione Propel™ di Lattice (vedere Figura 1, grafico di Propel).
L'automazione spesso incorpora molteplici domini funzionali con requisiti software specifici, come l'intelligenza artificiale edge, la visione embedded e la sicurezza, oltre al software di livello inferiore come sistemi operativi e firmware. L'accesso a librerie software più sofisticate e alla proprietà intellettuale (IP) dei fornitori di semiconduttori in questi domini è particolarmente importante per ottimizzare le prestazioni e il consumo energetico con acceleratori embedded e risorse hardware. Ad esempio, nel dominio dell'intelligenza artificiale edge, lo sviluppo utilizzando ambienti comuni come TensorFlow, Caffe e Keras è ormai prassi comune per implementare reti neurali convoluzionali (CNN) per applicazioni estese come il rilevamento di presenza, il rilevamento di parole chiave, il tracciamento facciale e il conteggio di oggetti. Nelle applicazioni di visione, i progettisti di soluzioni spesso richiedono una connettività di interfaccia flessibile (ad esempio, MIPI CSI-2, LVDS, PCIe, GigE).
Programmabilità software e hardware:
sebbene l'hardware programmabile a basso consumo, ad alte prestazioni e a bassa latenza offra numerosi vantaggi, alcuni carichi di lavoro sono meglio controllati o implementati tramite software. Ad esempio, la programmabilità software è ottimale per le applicazioni di manutenzione predittiva e consente inoltre lo sviluppo utilizzando competenze più comuni tra gli sviluppatori (ad esempio, la programmazione in C). La combinazione di FPGA e processori tradizionali all'interno di sistemi su chip eterogenei, moduli/schede e sistemi di elaborazione embedded consente la coelaborazione hardware-software e una flessibilità di sistema avanzata.
Automazione: la gamma di soluzioni di automazione industriale di Lattice.
Le moderne soluzioni di automazione sono composte da numerosi componenti e sottosistemi dinamici che, per essere competitivi sul mercato, devono essere sviluppati in armonia. Il supporto per il controllo dei motori, l'intelligenza artificiale edge, la fusione dei sensori, la sicurezza funzionale, la visione artificiale e la sicurezza informatica deve essere integrato senza soluzione di continuità in una soluzione di automazione completa per accelerare l'adozione e ridurre i tempi di commercializzazione.
Per aiutare i clienti a superare queste sfide, i principali fornitori di semiconduttori offrono un maggiore supporto per applicazioni verticali e specializzate, al fine di accelerare lo sviluppo di nuovi carichi di lavoro, come i test di fattibilità per la manutenzione predittiva, le prove con nuove architetture di coprocessamento e lo sviluppo di prototipi con nuove specifiche/integrazioni. La gamma di automazione industriale Automate™ di Lattice, mostrata in Figura 2, è un esempio di soluzione completa già disponibile. Le implementazioni reali di nuove tecnologie di processori che soddisfano i requisiti di sicurezza comuni, come SIL-2 o coprocessamento di sicurezza (ad esempio, progetti di riferimento, esempi di progetto, ecc.), rappresentano una dimostrazione efficace di ridondanza/sicurezza, che può essere valutata in modo più accurato rispetto a quanto si possa fare teoricamente tramite schede tecniche o simulazioni.
Una gamma di strumenti di automazione comprende in genere un insieme diversificato di IP, fondamentale per l'applicazione e la valutazione del fornitore di semiconduttori per l'automazione (ecosistema). I sistemi di automazione e controllo industriale integrano già numerose funzionalità, come interfacce grafiche, risposta in tempo reale, connettività di rete cablata e wireless, analisi locale degli eventi e formati robusti. Tuttavia, la sofisticazione di questi sistemi sta aumentando per supportare nuove funzionalità critiche per le soluzioni di automazione, come la visione artificiale, il rilevamento di oggetti e la sicurezza avanzata, tra le altre. Fornire queste funzioni/capacità insieme a un piano di supporto più ampio o più avanzato è fondamentale per i semiconduttori per l'automazione e per la futura sostenibilità di una soluzione.
Ecosistema di automazione:
i principali fornitori di semiconduttori hanno notevolmente potenziato le proprie capacità interne per offrire servizi di progettazione specializzati ai produttori di apparecchiature originali (OEM) e ad altri soggetti. Ad esempio, Lattice Semiconductor dispone di un gruppo di progettazione interno per tutti i segmenti applicativi, che le consente di personalizzare e integrare le proprie soluzioni per intelligenza artificiale e apprendimento automatico, visione artificiale, sicurezza e automazione, oltre a un gruppo di servizi di prodotto che fornisce supporto alla produzione. L'azienda si avvale anche di una rete di aziende partner formate e certificate sui propri strumenti per garantire la qualità del servizio fornito da terze parti. Un ecosistema di partner che offrono servizi di progettazione di alta qualità è fondamentale per supportare una maggiore tecnologia dei semiconduttori a livello applicativo, con un supporto specializzato per il segmento frammentato dei fornitori e per le tecnologie di robotica, PLC, protezione e sistemi.
Eric van der Heijden, vicepresidente delle vendite EMEA, Lattice Semiconductor
