Para garantir a rentabilidade da fábrica, é essencial otimizar o desempenho e o tempo de atividade através da implementação de soluções de automação conectada e manutenção preditiva, que se traduzem em valor significativo para os utilizadores. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano em ambientes industriais e logísticos aumenta as exigências sobre os dispositivos, especialmente sistemas com acionamentos e motores ativos, e a falha de um único motor pode paralisar as operações ou a produção. As novas soluções de TI para a automatização, como os mecanismos de inteligência artificial (IA) integrados na extremidade da rede, podem identificar estas irregularidades e prever falhas antecipadamente, permitindo aos operadores adquirir proactivamente as peças necessárias, agendar a manutenção e, em última análise, aumentar a eficiência operacional global.
As soluções de automatização estão a tornar-se cada vez mais sofisticadas, exigindo o apoio de fornecedores líderes de semicondutores tanto para hardware como para software. Uma arquitetura de hardware flexível, ao nível mais baixo, é fundamental para acompanhar a inovação nas soluções de automação industrial e logística. O desenvolvimento de software representa atualmente a maior parte dos custos e da mão-de-obra no desenvolvimento de projetos industriais, aumentando, assim, o valor das bibliotecas, dos kits de ferramentas e do suporte do ecossistema oferecidos pelos fornecedores de tecnologia de automação.
Os FPGAs adaptam-se às exigências da automação.
Os FPGA com processadores integrados combinam flexibilidade, desempenho e programabilidade para facilitar a rápida adoção e implementação de novas tecnologias e satisfazer as necessidades em constante evolução da automação industrial. Especificamente, os FPGAs oferecem uma flexibilidade única para uma ampla variedade de perfis e requisitos de computação dinâmica para a automatização. Os FPGA atuais são caracterizados por um consumo energético muito baixo e uma elevada eficiência energética, permitindo o seu design em formatos mais pequenos com refrigeração mais simples — um aspeto crítico na borda da rede. Os FPGAs são também totalmente personalizáveis, proporcionando inúmeras vantagens em relação às soluções baseadas em software, como a menor latência. Além disso, os FPGA podem ser utilizados em malhas de controlo de alto desempenho, PWM e com um maior número de motores de controlo ligados por unidade do que os microcontroladores de ponta comparáveis. A Lattice Semiconductor fornece FPGAs com taxas de erro de software extremamente baixas para maior fiabilidade, o que é ideal para aplicações que exigem alta disponibilidade e segurança funcional.
O silício pode proteger contra ciberataques.
A segurança do hardware é crucial para a proteção contra ciberataques cada vez mais frequentes. A automação tradicional instalada nas fábricas e na logística estava frequentemente isolada da internet e da cloud, mesmo entre subsistemas. Agora, os sistemas de automação estão cada vez mais conectados, pelo que devem ser protegidos contra hackers que possam desativar sistemas, extorquir operadores, roubar dados confidenciais ou envolver-se noutros comportamentos maliciosos, ou gerar enormes riscos financeiros. As soluções baseadas em microcontroladores e/ou software não conseguem fornecer a mesma proteção em tempo real que alternativas como os FPGAs, com deteção instantânea, cobertura de alto desempenho de múltiplos subsistemas e a capacidade de reverter para um estado seguro conhecido para a recuperação de ataques — o que é fundamental. Os FPGA podem ser altamente seguros e resilientes com monitorização ao nível mais baixo (abaixo do sistema operativo), protegendo assim o firmware antes, durante e após o arranque, protegendo e validando o próprio código e fornecendo uma raiz de confiança.
Bibliotecas otimizadas para a automatização:
Uma base de hardware flexível, suportada por software igualmente poderoso de fornecedores de semicondutores e dos seus ecossistemas, é essencial, especialmente para soluções de automatização. O desenvolvimento de software já representa a grande maioria dos custos de desenvolvimento em projetos de automação e controlo industrial, tornando o suporte de alta qualidade crucial para o sucesso do projeto. A Lattice Semiconductor, por exemplo, fornece uma plataforma leve baseada em protocolos para deteção e controlo em tempo real via Ethernet para conectividade de rede (por exemplo, permitindo o controlo de motores multieixos via Ethernet Industrial e ligados em série a múltiplos monitores). Além disso, os FPGA de alto desempenho estão a tornar-se cada vez mais amigáveis para o software, oferecendo ferramentas de programação e ambientes de design gráfico, como o ambiente de design Propel™ da Lattice (ver Figura 1, gráfico do Propel).
A automatização incorpora frequentemente múltiplos domínios funcionais com requisitos de software específicos, como IA de borda, visão incorporada e segurança, bem como software de nível inferior, como sistemas operativos e firmware. O acesso a bibliotecas de software mais sofisticadas e a propriedade intelectual (PI) de fornecedores de semicondutores nestes domínios é especialmente importante para otimizar o desempenho e o consumo de energia com aceleradores embebidos e recursos de hardware. Por exemplo, no domínio da IA de fronteira, o desenvolvimento utilizando ambientes comuns como o TensorFlow, Caffe e Keras tornou-se prática comum para a implementação de CNNs em aplicações avançadas como a deteção de presença, deteção de palavras-chave, rastreio facial e contagem de objetos. Nas aplicações de visão, os designers de soluções necessitam frequentemente de conectividade de interface flexível (por exemplo, MIPI CSI-2, LVDS, PCIe, GigE).
Programabilidade de Software e Hardware:
Embora o hardware programável de baixo consumo, alto desempenho e baixa latência ofereça muitas vantagens, algumas cargas de trabalho são melhor controladas ou implementadas em software. Por exemplo, a programabilidade de software é ideal para aplicações de manutenção preditiva e também permite o desenvolvimento utilizando competências mais comuns entre os programadores (por exemplo, programação em C). A combinação de FPGAs e processadores tradicionais em sistemas heterogéneos em chip, módulos/placas e sistemas de computação embebidos possibilita o coprocessamento de hardware e software e uma flexibilidade avançada do sistema.
Automação: a gama de automação industrial da Lattice.
As soluções de automação atuais consistem em inúmeros componentes e subsistemas dinâmicos que devem ser desenvolvidos em harmonia para serem competitivos no mercado. O suporte para controlo de motores, IA de ponta, fusão de sensores, segurança funcional, visão computacional e segurança deve ser perfeitamente integrado numa solução de automação abrangente para acelerar a adoção e o lançamento no mercado.
Para ajudar os clientes a ultrapassar estes desafios, os principais fornecedores de semicondutores estão a oferecer mais suporte para aplicações verticais e especializadas, de forma a acelerar o desenvolvimento de novas cargas de trabalho, tais como testes de prova de conceito para manutenção preditiva, testes com novas arquiteturas de coprocessamento e desenvolvimento de protótipos com novas especificações/integrações. A linha de automação industrial Automate™ da Lattice, apresentada na Figura 2, é um exemplo de uma solução completa já disponível. As implementações práticas de novas tecnologias de processadores que cumprem requisitos de segurança comuns, como o SIL-2 ou o coprocessamento de segurança (por exemplo, projetos de referência, exemplos de projetos, etc.), são demonstrações poderosas de redundância/segurança que podem ser melhor avaliadas do que teoricamente através de fichas técnicas ou simulações.
Uma gama de ferramentas de automação compreende normalmente um conjunto diversificado de propriedade intelectual (PI) que é crucial para a aplicação e avaliação do fornecedor de silício para automação (ecossistema). Os sistemas de automação e controlo industrial já incorporam funcionalidades extensas, como interfaces gráficas, resposta em tempo real, conectividade de rede com e sem fios, análise de eventos locais e formatos robustos. No entanto, a sofisticação destes sistemas está a aumentar para suportar novas capacidades críticas para soluções de automação, como a visão computacional, a deteção de objetos e a segurança melhorada, entre outras. Fornecer estas funções/capacidades juntamente com um plano de suporte mais amplo ou avançado é fundamental para o silício para a automatização e para a viabilidade futura de uma solução.
Ecossistema de Automação:
Os principais fornecedores de semicondutores melhoraram significativamente as suas capacidades internas para oferecer serviços de design especializados a fabricantes de equipamento original (OEM) e outros. Por exemplo, a Lattice Semiconductor possui um grupo de design interno para todos os segmentos de aplicação, o que lhe permite personalizar e integrar as suas soluções para IA e aprendizagem automática, visão por computador, segurança e automação, bem como um grupo de serviços de produto que suporta o fabrico e a produção. A empresa conta ainda com uma rede de empresas parceiras formadas e certificadas nas suas ferramentas para garantir a qualidade dos serviços prestados por terceiros. Um ecossistema de parceiros que ofereça serviços de design de alta qualidade é fundamental para um suporte mais amplo da tecnologia de semicondutores, mais próximo do nível de aplicação, com suporte especializado para o segmento fragmentado de fornecedores e tecnologias para robótica, PLCs, proteção e sistemas.
Eric van der Heijden, vice-presidente de vendas EMEA, Lattice Semiconductor
