Intelligenter Wandler - Smart transducer

Ein intelligenter Wandler, der einen Wandler, eine Verarbeitungseinheit und eine Kommunikationsschnittstelle enthält.

Übersicht über den intelligenten Sensor

Ein Smart Transducer ist ein analoger oder digitaler Transducer , Aktor oder Sensor in Kombination mit einer Verarbeitungseinheit und einer Kommunikationsschnittstelle.

Mit zunehmender Komplexität von Sensoren und Aktoren unterstützen sie verschiedene Betriebsarten und Schnittstellen. Einige Anwendungen erfordern zusätzlich Fehlertoleranz und verteiltes Rechnen . Eine solche High-Level-Funktionalität kann durch Hinzufügen eines eingebetteten Mikrocontrollers zum klassischen Sensor/Aktor erreicht werden, was die Komplexitätsbewältigung zu einem fairen Preis erhöht. Typischerweise werden diese On-Board-Technologien in intelligenten Sensoren für die digitale Verarbeitung verwendet, entweder für Frequenz-zu-Code- oder Analog-zu-Digital-Gespräche, Schnittstellenfunktionen und Berechnungen. Zu den Schnittstellenfunktionen gehören Entscheidungshilfen wie Selbstanpassung, Selbstdiagnose und Selbstidentifizierungsfunktionen, aber auch die Kontrolle darüber, wie lange und wann der Sensor vollständig wach ist, um den Stromverbrauch zu minimieren und zu entscheiden, wann Daten ausgegeben und gespeichert werden sollen.

Sie werden oft unter Verwendung der CMOS- , VLSI- Technologie hergestellt und können MEMS- Bauelemente enthalten , was zu geringeren Kosten führt. Sie können volldigitale Ausgänge für eine einfachere Schnittstelle oder quasi-digitale Ausgänge wie Pulsweitenmodulation bieten . In dem Maschinensichtfeld, eine kompakte Einheit, die die Abbildungsfunktionen und die kompletten Bildverarbeitungsfunktionen kombiniert wird oft als ein Smart - Sensor bezeichnet.

Smarte Sensoren sind ein entscheidendes Element im Phänomen Internet of Things (IoT) . Innerhalb eines solchen Netzwerks sind mehrere physische Fahrzeuge und Geräte mit Sensoren, Software und Elektronik eingebettet. Daten werden gesammelt und geteilt, um eine bessere Integration zwischen digitalen Umgebungen und der physischen Welt zu ermöglichen. Die Konnektivität zwischen Sensoren ist eine wichtige Voraussetzung für eine gute Leistung einer IoT-Innovation. Interoperabilität kann daher als Folge der Konnektivität betrachtet werden. Die Sensoren funktionieren und ergänzen sich.

Verbesserung gegenüber herkömmlichen Sensoren

Der herkömmliche Sensor sammelt Informationen über ein Objekt oder eine Situation und übersetzt sie in ein elektrisches Signal . Es gibt auf messbare Weise Feedback über die physische Umgebung, den Prozess oder die Substanz und signalisiert oder zeigt an, wenn sich in dieser Umgebung eine Veränderung ereignet. Herkömmliche Sensoren in einem Sensornetzwerk lassen sich in drei Teile unterteilen; (1) die Sensoren, (2) eine zentralisierte Schnittstelle, über die die Daten gesammelt und verarbeitet werden, und (3) eine Infrastruktur, die das Netzwerk verbindet, wie Stecker, Steckdosen und Kabel.

Ein Netzwerk von intelligenten Sensoren kann in zwei Teile unterteilt werden; (1) die Sensoren und (2) eine zentralisierte Schnittstelle . Der grundlegende Unterschied zu herkömmlichen Sensoren besteht darin, dass die in den intelligenten Sensoren eingebetteten Mikroprozessoren die Daten bereits verarbeiten. Dadurch müssen weniger Daten übertragen werden und die Daten können sofort auf verschiedenen Geräten verwendet und abgerufen werden. Mit der Umstellung auf smarte Sensoren entfällt die enge Kopplung zwischen Übertragungs- und Verarbeitungstechnologien.

Digitale Spuren

In einer digitalen Umgebung hinterlassen Handlungen oder Aktivitäten eine digitale Spur . Smarte Sensoren messen diese Aktivitäten in der physischen Umgebung und übersetzen diese in eine digitale Umgebung. Somit wird jeder Schritt innerhalb des Prozesses digital nachvollziehbar. Immer wenn irgendwo in einem Produktionsprozess ein Fehler unterlaufen ist, lässt sich dieser anhand dieser digitalen Spuren aufspüren. Dadurch lassen sich Ineffizienzen innerhalb eines Produktionsprozesses leichter aufspüren und Prozessinnovationen vereinfachen, weil man leichter analysieren kann, welcher Teil des Produktionsprozesses ineffizient ist. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz intelligenter Sensoren sehr vorteilhaft sein kann. Andererseits ist es wichtig, die Risiken zu verstehen. Da alle Informationen digitalisiert sind, ist das Unternehmen Cyber-Angriffen ausgesetzt . Um sich vor diesen Datenschutzverletzungen zu schützen, ist die Gewährleistung einer sicheren Plattform von entscheidender Bedeutung.

Mehrschichtige modulare Architektur digitaler Sensoren

Der Begriff geschichtete modulare Architektur ist eine Kombination zwischen der modularen Architektur der physischen Komponenten eines Produkts mit der geschichteten Architektur des digitalen Systems. Es gibt eine Inhaltsschicht, eine Dienstschicht, eine Netzwerkschicht ((1) logische Übertragung, (2) physikalischer Transport) und eine Geräteschicht ((1) logische Fähigkeit, (2) physikalische Maschinerie). Beginnend auf der Geräteebene ist der intelligente Sensor selbst die physische Maschinerie, die seine physische Umgebung misst. Die logische Kapazität bezieht sich auf Betriebssysteme, die Windows , MacOS oder ein anderes Betriebssystem sein können , auf dem die Plattform ausgeführt wird. Auf der Netzwerkschicht kann die logische Übertragung aus verschiedenen Übertragungsverfahren bestehen; WLAN , Bluetooth , NFC , Zigbee und RFID . Bei intelligenten Sensoren ist kein physischer Transport erforderlich, da intelligente Sensoren in der Regel drahtlos sind. Dennoch werden Ladekabel und -steckdosen immer noch häufig verwendet. Bei der Dienstschicht geht es um den Dienst, der vom intelligenten Sensor bereitgestellt wird. Die Sensoren sind in der Lage, die Daten selbst zu verarbeiten. Daher gibt es keinen bestimmten Dienst der Sensoren, da sie mehrere Dinge gleichzeitig verarbeiten. Sie können beispielsweise signalisieren, dass bestimmte Assets repariert werden müssen. Die Inhaltsschicht wären die zentralisierten Plattformen, die erstellt und verwendet werden, um Erkenntnisse zu gewinnen und Werte zu schaffen.

Branchenübergreifende Nutzung

Versicherung

Traditionell versuchten Versicherungsunternehmen, das Risiko ihrer Kunden einzuschätzen, indem sie ihre Antragsformulare durchsahen, ihren Antworten vertrauten und es dann einfach mit einer monatlichen Prämie abdecken. Aufgrund asymmetrischer Informationen war es jedoch schwierig, das Risiko eines bestimmten Kunden genau zu bestimmen. Die Einführung intelligenter Sensoren in der Versicherungsbranche durchbricht die traditionelle Praxis in mehrfacher Hinsicht. Smarte Sensoren erzeugen eine große Menge an (Big) Data und wirken sich wie folgt auf die Geschäftsmodelle von Versicherungsunternehmen aus.

Intelligente Sensoren im Haus der Kunden oder in Wearables helfen Versicherungsunternehmen, viel detailliertere Informationen zu erhalten. Wearables können beispielsweise herzbezogene Messwerte überwachen, standortbasierte Systeme wie Sicherheitstechnologien oder intelligente Thermostate können wichtige Daten Ihres Hauses generieren. Sie können diese Informationen verwenden, um die Risikobewertung und das Risikomanagement zu verbessern, asymmetrische Informationen zu reduzieren und letztendlich die Kosten zu senken.

Wenn Kunden der Bereitstellung dieser Daten von Sensoren in ihren Häusern zustimmen, können sie sogar einen Rabatt auf ihre Prämie erhalten. Dieser Ansatz des Handels mit Informationen im Gegenzug zu Sondergeschäften wird als Tauschhandel bezeichnet und ist eine Form der Datenmonetarisierung . Datenmonetarisierung ist der Austausch von informationsbasierten Produkten und Dienstleistungen gegen gesetzliche Zahlungsmittel oder etwas von gleichwertigem Wert. Mit anderen Worten, die Monetarisierung von Daten nutzt Chancen, um neue Einnahmen zu generieren. Eine andere Form der Datenmonetarisierung, die Versicherer heutzutage regelmäßig nutzen, ist der Verkauf von Daten an Dritte.

Herstellung

Einer der jüngsten Trends in der Fertigung ist die Revolution der Industrie 4.0 , bei der Datenaustausch und Automatisierung eine entscheidende Rolle spielen. Schon traditionell konnten Maschinen bestimmte kleine Aufgaben (zB Ventile öffnen/schließen) automatisieren. Automatisierung in Smart Factories geht über diese einfachen Aufgaben hinaus. Es umfasst zunehmend komplexe Optimierungsentscheidungen, die typischerweise von Menschen getroffen werden. Damit Maschinen menschliche Entscheidungen treffen können, ist es unerlässlich, detaillierte Informationen zu erhalten, und hier kommen intelligente Sensoren ins Spiel.

Für die Fertigung ist Effizienz einer der wichtigsten Aspekte. Intelligente Sensoren ziehen Daten von Assets, mit denen sie verbunden sind, und verarbeiten die Daten kontinuierlich. Sie können detaillierte Echtzeitinformationen über die Anlage und den Prozess bereitstellen und Leistungsprobleme aufdecken. Handelt es sich nur um ein kleines Leistungsproblem, kann die Smart Factory das Problem sogar selbst lösen. Intelligente Sensoren können auch Fehler vorhersagen, sodass Wartungsmitarbeiter ein Problem nicht nachträglich beheben können, sondern es verhindern können. Dies alles führt zu einer herausragenden Anlageneffizienz und reduziert Ausfallzeiten, die der Feind jedes Produktionsprozesses sind.

Smarte Sensoren können auch über das Werk hinaus eingesetzt werden. Beispielsweise können Sensoren an Objekten wie Fahrzeugen oder Versandbehältern detaillierte Informationen über den Lieferstatus geben. Dies betrifft die Fertigung, aber auch die gesamte Lieferkette.

Automobil

In den letzten Jahren hat die Automobilindustrie ihre „alten“ Ökosysteme herausgefordert. Dabei spielen mehrere neue Technologien wie intelligente Sensoren eine entscheidende Rolle. Heutzutage ermöglichen diese Sensoren nur einige kleine autonome Funktionen wie automatische Parkdienste, Hinderniserkennung und Notbremsung, was die Sicherheit erhöht. Obwohl sich viele Unternehmen auf Technologien konzentrieren, die Autos verbessern und auf Automatisierung hinarbeiten , ist eine vollständige Disruption der Branche noch nicht erreicht. Experten gehen jedoch davon aus, dass autonome Autos ohne menschliches Eingreifen in 10 Jahren die Straßen dominieren werden.

Smarte Sensoren generieren Daten des Autos und seiner Umgebung, verbinden sie zu einem Autonetzwerk und übersetzen diese in wertvolle Informationen, die es dem Auto ermöglichen, die Welt zu sehen und zu interpretieren. Grundsätzlich funktioniert der Sensor wie folgt. Es muss physikalische und Umweltdaten abrufen, diese Informationen für Berechnungen verwenden, die Ergebnisse analysieren und in Maßnahmen umsetzen. Sensoren in anderen Autos müssen in das Autonetzwerk eingebunden werden und miteinander kommunizieren.

Smarte Sensoren in der Automobilindustrie können aber auch nachhaltiger eingesetzt werden. Autohersteller platzieren intelligente Sensoren in verschiedenen Teilen des Autos, die Informationen sammeln und teilen. Fahrer und Hersteller können diese Informationen nutzen, um von der planmäßigen zur vorausschauenden Wartung zu wechseln . Etablierte Firmen legen einen starken Fokus auf diese nachhaltigen Innovationen , aber das Risiko besteht darin, dass sie keine neuen Marktteilnehmer sehen und Schwierigkeiten haben, sich anzupassen. Daher ist es wichtig, zwischen einer disruptiven und einer nachhaltigen Innovation zu unterscheiden und hat für Manager unterschiedliche Auswirkungen.

Siehe auch

• Umgebungsintelligenz
• Edge-Computing
• IEEE 1451
• Internet der Dinge
• Intelligenter Sensor
• Maschine zu Maschine
• SensorML
• System auf einem Chip
• Elektronisches Datenblatt des Aufnehmers
• WandlerML

Verweise

Externe Links

• IEEE-Spektrum: Intelligente Sensoren