تكنولوجيات الاتصال اللاسلكية في المنظومة المصغرة

تكنولوجيات الاتصالات اللاسلكية الرئيسية

إن إدماج الاتصالات اللاسلكية مع الميكاترونيك يغير جوهريا هيكل النظام، مما يتيح إمكانية تطبيق نظام الوحدات والتنقل والاستخبارات التي لا يمكن أن تحققها الخطط الخلفية اللاسلكية، ويتيح اختيار البروتوكول المناسب لكل مهمة للمهندسين بناء نظم مرنة وقوية وظيفيا، كما أن التكنولوجيات المبينة أدناه تشكل طبقات أساسية من الميكترونيكات الحديثة اللاسلكية.

Wi‐Fi 6/6E and Wi‐Fi 7 (IEE 802.11be)

(أ) أن تكون هذه العملية متناسقة في شكل نظام متعدد الترددات، وأن تكون بمثابة جهاز متعدد الترددات، وأن تكون هذه المركبات ذات قدرة عالية على الانتقال، وأن تكون أكثر من ذلك، وأن تكون أكثر من ذلك، وأن تكون قادرة على إحداث تغيير في استخدام الطاقة، وأن تكون قادرة على الوصول إلى هذه المركبات، وأن تكون قادرة على إحداث تغيير في شكل آلي.

وبالنسبة لتطبيقات المناطق الواسعة النطاق ذات الطاقة المنخفضة، يقدم معيار IEEEE 802.11ah (WiFi HaLow) تشغيلاً فرعياً من حيث النطاقات التي تتجاوز كيلومتراً واحداً بمعدلات بيانات مناسبة للقياس عن بعد بواسطة أجهزة الاستشعار، ويجسر هذا البروتوكول الفجوة بين البولي برتقال/زيغبي ولو راواين البعيد المدى، مما يجعله خياراً جذاباً بالنسبة لمستودعات أو مستودعات زراعية واسعة النطاق.

الطاقة المنخفضة (BLE) وBlutooth Mesh

وبالإضافة إلى ذلك، فإن البلوت قد تطور إلى ما بعد منشأه من التكتل، فبينما لا يزال البلوتوث الكلاسيكي يقدم أدوات تشخيصية وسمعية، فإن القوة الصناعية هي أقل تكلفة من الطاقة المنخفضة، حيث أن المستودعات الآلية ذات القدرة الذاتية والنسخ اللاحقة تقدم نطاقاً شاملاً يتجاوز 200 متر في الهواء الطلق ومعدلات البيانات إلى حدين من أقصى في مجال القياسات الحساسية العالية التردد.

(زيغبي) و(ثريد) و بروتوكول (ماتر)

ويستخدم نظام " زيغبي " و " ثريد " ، الذي يتكون من خلايا ذاتية، في تركيبة منخفضة، أو ذاتية، أو في شكل نظام متطورة، أو في شكل نظام مركب متعدد الأطراف، أو في شكل نظام مركب مركب مركب مزود بالكهرباء، أو يستخدم فيه أجهزة مجهزة بالأجهزة الكهربائية المزودة بالأجهزة الكهربائية، أو أجهزة الرصد ذات التردد " .

LoRaWAN for Wide-Area Telemetry

وتعالج شبكة المنطقة الطويلة المدى (LoRaWAN) الحاجة إلى الاتصالات ذات النطاق الترددي الكيلومتراتي ذات الطاقة المنخفضة للغاية، وتستخدم مجموعة من أنواع السحب في إطار نظام الرصد الدولي (LGHz) (الهياكل الأساسية ذاتياً، و 915 ميغاهيرتز في أمريكا الشمالية) مما يجعل من الممكن تحقيق مستويات تصل إلى 15 كيلومتراً في المناطق الريفية، مما يمتد إلى عدة كيلومترات حتى في البيئات الحضرية الكثافة الدنيا

5G Private Networks and URLC

:: تقدم شبكات خلوية من طراز " Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLC)، وهي مغيرة من حيث الوقت، تطبيقات ميكاترونية عالية الأهمية.

NFC and UHF RFID for Identification and Pairing

وعلى الرغم من أن الاتصالات الميدانية القريبة من الأرض والموجات ذات التردد العالي تؤدي أدوارا أساسية في التكامل اللاسلكي، وتعترف هذه المواد على نطاق واسع بتركيب أجهزة ذات نطاق عال، وتضع خطوطاً نمطية متحركة، وتسمح بتتبعها في شكل مركبتين آليتين متتاليتين، وتسمحان باستخدام أجهزة قياسية ذات ترددات متحركة، وتضعان نماذج مجهزة آليتين ذات نطاق آلي.

ألف - الجوانب المنهجية للتكامل اللاسلكي

ويؤدي تضخيم النظم المترونية بعيدا عن الاتصالات السلكية إلى تحقيق فوائد تتراكم من الطبقة المادية من خلال الاستراتيجية التشغيلية، وتؤثر هذه المزايا تأثيرا مباشرا على التكلفة الكلية للملكية، وتصميم القدرة، والاستخبارات العامة لبيئة التشغيل الآلي.

Reduced physical complexity and failure points:] Wire traes represent a major portion of system weight, assembly cost, and failure incidence. In a Robic arm with over a dozen sensor channels, replacement the umbilical cable with wireless nodes can reduce manufacturing costs by as much as 25% while dramatically increasing mean time between failures becomes flexing cables and slipring.

(ب) حرية التصميم المعززة والنموذج: [(FLT:1]] Wireless communication decouplesميكانيكية design from signal routing. Engineers can place sensors at the ideal measurement point rather than at the nearest cable entry. This modularity is the foundation of reconfigurable manufacturing systems, where production cells are physically rearrangedly cost for different product batches.

(أ) القدرة التشغيلية والتنقل: [(FLT:1]) غير المزودة بالآليات المتنقلة، والطائرات الآلية، والرسوم الجاهزة، تعتمد كلياً على وصلات لاسلكية من أجل الاستمرار في القياس عن بعد والقيادة، وهذا يتيح الإشراف على الوقت الحقيقي من غرف المراقبة المركزية، وعمليات التشخيص عن بعد التي يقوم بها الخبراء في أي مكان في العالم، والارتقاء بمستوى الإنتاج الثابت الذي يكيف بسرعة مع أجهزة البناء.

(أ) إذا كان الثراء في البيانات بالنسبة للتوأمة الرقمية وجهاز المعلومات الإدارية: ] يمكن نشر أجهزة الاستشعار اللاسلكية في كثافة أعلى من نظيراتها اللاسلكية، وتوفر تدفقاً أكثر ثراءً لنماذج التعلم الآلي، وتخفض فيه العينات العالية الجودة، والخرائط الحرارية، والتوقيعات الصوتية من عشرات من نقاط التفريغ الضوئية التي تغذي التواؤم الرقمية

التحديات الحرجة والتخفيف من آثارها

ويُعتَبر اعتماد أجهزة لاسلكية في أجهزة القياس معياراً مُطلِقاً: فالمكافحة الصناعية تتطلب الموثوقية والأمن والوضوح الذي لا تُستخدمه شبكات المستهلكين، ويجب على المهندسين أن يتصدوا بفعالية لهذه التحديات من خلال اختيار المراسم بعناية وهيكل النظم.

Interference and Spectrum Management

وتُملأ الطوابق المصنعة بالهياكل الفلزية، والآلات الدوارة، والحركات المتغيرة التردد، التي تولد ضوضاء الكهرومغناطيسية وتتسبب في تلف متعددة، وتتقاسم مجموعة أجهزة الرصد المتكاملة المزدحمة التي تستخدم الترددات المتوسطة (MeFi)، وأجهزة التكهنية المتعددة الترددات، ونظم الضبط الذاتي، مما يؤدي إلى تواتر التواتر المتكرر في استخدام أجهزة التكييف (GHz/6)

أمن الفضاء الحاسوبي في مجال التكنولوجيا التشغيلية

:: وجود روابط لاسلكية تؤدي في جوهرها إلى توسيع سطح الهجوم على النظم المترونية، ويمكن للمستشعر المهز أن يضخ بيانات كاذبة إلى حلقة مراقبة تؤدي إلى أضرار مادية، ويستلزم الأمن القوي توثيقاً متبادلاً يستند إلى شهادات مثبتة، وتفتيشاً مع مجموعة من الأجهزة الفضائية (AES-O------------------Faus256)، والكشف المستمر عن الشذوذات في حركة الشبكات.

:: القدرة على التميز والشبكة الحساسة من حيث التوقيت

وتحتاج نظم التحكم في الحركة المغلقة عادة إلى فترات دورة تبلغ 1 متراً أو أقل مع وجود مرطبات مقيسة في ثواني صغيرة، وكثيراً ما تكون البروتوكولات اللاسلكية التقليدية أقل من هذا الشرط، ويعالج المهندسون هذا الأمر من خلال مهام مراقبة التقسيم: لا تزال حلقات الأمان والحركة سريعة على حافلات ميدانية مجهزة بالأجهزة اللاسلكية، بينما تتولى الرقابة على عمليات التشخيص والتنسيق غير الحرجة.

Power Constraints and Energy Autonomy

وتخلق البطاريات التي تعمل بلا سلكية عبئاً على الصيانة إذا كانت البطاريات تتطلب استبدالاً متكرراً، إذ أن أجهزة التحكم بالكهرباء المتناهية الصغر والهيكلات اللاسلكية المتقدمة تتيح بقاء الأجهزة في حالة نوم مصغرة لسنوات، ولا تعمل إلا على تفعيل جهاز التلقيم الرئيسي عند اكتشاف إشارة محددة، ويتزايد احتمال تكاثر الطاقة:

تطبيقات الطول في الميكاترونيك

الأجهزة الصناعية والآلية التعاونية

:: تكنولوجيا اللاسلكية هي معيار في الأجهزة الآلية التعاونية الحديثة - توفر نظم وقف الطوارئ اللاسلكية التي لا تعمل بسلامة، باستخدام بروتوكولات مخصصة لها قنوات زائدة عن الحاجة، سلامة المشغلين دون قيود على التصنت، وتُبلغ أجهزة التحكم في التقلبات الآلية عن سرعة البيانات مباشرة إلى نظم الجودة، وتُحدّد ملامح التكتل الحراري للارتقاء دون إعاقة حركة العمال.

الأجهزة النقالة ذاتيا والسوقيات

ويعول نظام " ويونفي " على إدارة الأسطول العالي المستوى وإرسال المهام، بينما يعمل 5G URLC أو نظم مكرّسة للشبكة على إدارة هياكل المركبات ذات الأهمية البالغة من أجل تنسيق عمليات التقاطع.

العمليات عن بُعد والبيئة الخطرة

وفي البيئات التي تتسم بخطورة بالغة بالنسبة لدخول الإنسان، يعتبر التعاون عن بعد بلا سلك أمراً أساسياً، إذ أن أجهزة التدمير الآلي، والتلاعب في المناطق الفرعية، ومعدات وقف التشغيل النووي تخضع للمراقبة من مسافات آمنة، كما أن مسارات الفيديو العالية التعريف على 5 جي أو وي - في 6 توفر توعية للمشغلين بالحالة، بينما تتطلب نظم التغذية المرتدة المنخفضة القدرة على التحكم في إنتاجية الطائرات من بعد للحفاظ على القدرة على استخدام الريح.

الاتجاهات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وما زال تطور التكنولوجيا اللاسلكية يدفع حدود ما يمكن تحقيقه في تكامل النظم الملاحية، وسيجلب العقد القادم قدرات تزيد من دمج العوالم الرقمية والفيزيائية.

6G and Terahertz Integration

(ب) إجراء بحوث في 6 جي يتوخى الترددات فوق 100 جيهرتز، مما يتيح معدلات البيانات الثانية من المدار والبطء من المستوى الثاني، وفي حين أن تحديات النشر شديدة، فإن هذه الترددات يمكن أن تتيح توسيع نطاقات الحافلات اللاسلكية داخل الآلات، والاستعاضة عن الكابلات الداخلية ذات الغطاء الحرجي داخل أجهزة الرادار الآلية أو أجهزة CNC.

إدارة الشبكة المحلية

وتنتقل المعلومات الاستخبارية الفنية إلى صميم الشبكة اللاسلكية، وستتوقع الخوارزميات المتطورة أنماط المرور، وتسلم تلقائيا الأجهزة بين نقاط الدخول قبل دخول الروبوت إلى منطقة ميتة، وتكيف الطرازات والطاقة بشكل دينامي للحفاظ على جودة الربط، كما أن هذا المقياس الذي يتيح التشغيل الذاتي للشبكة يؤدي إلى تبسيط نشرها ويزيد بدرجة كبيرة من موثوقية النظم اللاسلكية للكشف عن الأورام الصناعية المعقدة.

التقارب مع نماذج المعلومات الموحدة

وتمتد معايير مثل نظام مراقبة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات من نطاقها إلى العمل محلياً على النقل اللاسلكي بما في ذلك 5G وLRaWAN، ويتيح هذا التقارب للمحاضر على حزام النقل أن يعالج من خلال نموذج معلومات موحد، بغض النظر عما إذا كان اتصاله المادي هو Ethernet أو Wi-Fi أو Zigbee، ونتيجة لذلك تبسيط مجموعة البرمجيات التي يمكن أن تتفاعل فيها نظم الترميز ذات المستويات العليا مع شبكة معلومات أساسية.

إن إدماج الاتصالات اللاسلكية لم يعد تحديثا اختياريا للنظم الملاحية؛ بل هو شرط أساسي لتحقيق المرونة والاستخبارات والكفاءة التي تتطلبها الصناعة الحديثة، ومن خلال تصميم شبكات مختلطة تجمع بين قوّات البروتوكولات المتعددة، ومن خلال التصدي بحزم لتحديات التدخل والأمن والرادعة، يمكن للمهندسين بناء نظم لا تخضع للتدريب حقا بواسطة أسلاك مادية، مما يكشف عن مستويات جديدة من الأداء والتكيف.