1. Επισκόπηση έργου
1.1 Ιστορικό Πελάτη
Ο πελάτης διαχειρίζεται ένα βιομηχανικό έξυπνο κράνος ασφαλείας που πωλεί σε τομείς όπως οι κατασκευές, η εξόρυξη, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, καθώς και η βαριά βιομηχανία. Διέθετε πιστοποιήσεις παθητικού ΜΑΠ και είχε ένα ισχυρό δίκτυο αντιπροσώπων σε τρεις ηπείρους. Το πρόβλημα ήταν ότι οι ανταγωνιστές έστελναν συνδεδεμένα κράνη και αυτή η εταιρεία δεν είχε τίποτα να αντιμετωπίσει. Η εντολή ήταν να πάρει ένα πιστοποιημένο κράνος και να το μετατρέψει σε μια ενεργή συσκευή IoT, χωρίς να χάσει τις αξιολογήσεις EN 397 και ANSI Z89.1 στη διαδικασία.
Διαβάστε επίσης: Μελέτη περίπτωσης Smart Early Education Learning Tablet για την Προσχολική Εκπαίδευση
1.2 Στόχοι του Έργου
Εστιάσαμε στα έξι παραδοτέα από την πρώτη κιόλας μέρα.
- Παρακολούθηση GPS σε πραγματικό χρόνο
- Αυτόματη ανίχνευση πτώσης με ειδοποίηση
- Περιβαλλοντική ανίχνευση θερμοκρασίας, με προαιρετική ανίχνευση αερίου
- Ελάχιστη διάρκεια λειτουργίας μπαταρίας δώδεκα ωρών
- Στεγανοποίηση IP65 ή IP67 για αντοχή στις καιρικές συνθήκες
- Ένας σχεδιασμός υλικού με δυνατότητα κλιμάκωσης από πρωτότυπο έως μαζική παραγωγή χωρίς πλήρη επανακυκλοφορία.
Κάθε μηχανική απόφαση που ακολουθήθηκε κατάντη ανταποκρινόταν σε αυτές τις έξι απαιτήσεις.
2. Προκλήσεις του κλάδου στην ανάπτυξη έξυπνων κρανών
2.1 Σκληρά Βιομηχανικά Περιβάλλοντα
Τα εργοτάξια χρησιμοποιούν βαριά μηχανήματα που παράγουν συνεχείς κραδασμούς. Οι σήραγγες εξόρυξης συνδυάζουν υψηλή υγρασία με λεπτή σκόνη. Οι υπεράκτιες πλατφόρμες προσθέτουν αλατούχο ψεκασμό και κραδασμούς από την πτώση εξοπλισμού. Η κατασκευή ενός συστήματος αισθητήρων που λειτουργεί σε εργαστήριο είναι ένα πρόβλημα. Η διατήρησή του σε βαθμονόμηση μετά από πτώση δύο μέτρων σε σκυρόδεμα, μέσω συνδέσμων που έχουν φραγεί από σκόνη, είναι εντελώς διαφορετικό πρόβλημα.
2.2 Εσωτερική και εξωτερική τοποθέτηση
Το GPS ρίχνει σήμα μέσα σε κτίρια με χαλύβδινο σκελετό, υπόγειες διαβάσεις και πυκνά δάπεδα αποθηκών. Ένας εργάτης που μπαίνει σε μια σήραγγα εξαφανίζεται από τον χάρτη παρακολούθησης τη στιγμή που σπάει η δορυφορική κλειδαριά. Το έργο χρειαζόταν μια υβριδική προσέγγιση.
Σε εξωτερικούς χώρους, το GPS παρέχει ακρίβεια πέντε έως δέκα μέτρων, αρκετή για επίγνωση σε επίπεδο τοποθεσίας. Σε εσωτερικούς χώρους, η τριγωνοποίηση του φάρου BLE αναλαμβάνει τον έλεγχο. Όπου η τοποθέτηση υπομετρητή έχει σημασία, όπως οι ζώνες αποκλεισμού μηχανημάτων, οι άγκυρες UWB καλύπτουν το κενό. Η εναλλαγή μεταξύ των λειτουργιών γίνεται αυτόματα με βάση την ισχύ του δορυφορικού σήματος, χωρίς να απαιτείται η παρέμβαση του εργαζομένου.
2.3 Αξιοπιστία ειδοποιήσεων σε πραγματικό χρόνο
Εάν ένα άτομο πέσει, μια ειδοποίηση ασφαλείας που χρειάζεται σαράντα δευτερόλεπτα για να φτάσει είναι πολύ αργή για να βοηθήσει.
Εδώ είναι η απλή ανάλυση:
1. Σύνδεση (LTE Κατ.-1)
Οι περισσότερες συσκευές χρησιμοποιούν LTE Cat-1 για δεδομένα. Είναι η καλύτερη επιλογή επειδή:
- Χρησιμοποιεί το ίδιο Σήμα 4G που χρησιμοποιεί το τηλέφωνό σας.
- Στέλνει μηνύματα γρήγορα.
- Καταναλώνει πολύ λίγη μπαταρία σε σύγκριση με το τυπικό internet υψηλής ταχύτητας.
2. Εφεδρικό σήμα
Εάν ένας εργαζόμενος βρίσκεται σε απομακρυσμένη περιοχή χωρίς σήμα κινητού τηλεφώνου, η συσκευή χρησιμοποιεί LoRa.
- Μπορεί να στείλει ένα «SOS» και την τοποθεσία σας (GPS) μέσω αρκετά χιλιόμετρα.
- Είναι πολύ αργό, αλλά λειτουργεί ακόμα και όταν δεν υπάρχει 4G.
3. Τοπική Μνήμη
Κάθε φορά που εμφανίζεται μια ειδοποίηση, η συσκευή αποθηκεύει επίσης ένα αντίγραφο των πληροφοριών στην εσωτερική μνήμη.
- Εάν το σήμα διακοπεί κατά την αποστολή, τα δεδομένα δεν χάνονται.
- Η συσκευή περιμένει μέχρι ο εργαζόμενος να επιστρέψει σε μια περιοχή σήματος.
2.4 Διαχείριση ενέργειας
Μια μπαταρία 4,000 mAh τοποθετημένη στο μπροστινό μέρος ενός κράνους μετατοπίζει το κέντρο βάρους προς τα εμπρός και προκαλεί κόπωση στον αυχένα μέσα σε λίγες ώρες. Η μπαταρία παραγωγής είναι 3,200 mAh, τοποθετημένη στο πίσω κέλυφος για να αντισταθμίσει την μπροστινή ηλεκτρονική μονάδα. Η ανίχνευση GPS εκτελείται σε διαστήματα ενός δευτερολέπτου κατά την κίνηση και μειώνεται στα δεκαπέντε δευτερόλεπτα όταν το επιταχυνσιόμετρο δεν ανιχνεύει κίνηση. Το μόντεμ LTE κοιμάται μεταξύ των παραθύρων μετάδοσης. Αυτές οι προσαρμογές μαζί αύξησαν τον χρόνο λειτουργίας πεδίου σε δεκαπέντε ώρες, ξεπερνώντας τον στόχο των δώδεκα ωρών με ένα χρήσιμο περιθώριο.
3. Σχεδιασμός Αρχιτεκτονικής Συστήματος
3.1 Βασική Πλατφόρμα Επεξεργασίας
Ο εγκέφαλος αυτής της συσκευής είναι ένα μικρό τσιπ που είναι πολύ καλό στους μαθηματικούς υπολογισμούς. Χρησιμοποιεί ένα απλό πρόγραμμα για τη διαχείριση διαφορετικών εργασιών, όπως τον έλεγχο για πτώσεις και την αποστολή μηνυμάτων. Οι κατασκευαστές επέλεξαν έναν μικρό εγκέφαλο για τη συσκευή επειδή καταναλώνει πολύ λίγη ενέργεια, ξεκινάει αμέσως και είναι πιο εύκολος στον χειρισμό. Υπάρχει επίσης ένα δεύτερο, μικροσκοπικό βοηθητικό τσιπ που παραμένει σε εγρήγορση όλη την ώρα για να παρακολουθεί για κίνηση. Αυτό επιτρέπει στον κύριο εγκέφαλο να απενεργοποιηθεί εντελώς και να εξοικονομήσει μπαταρία μέχρι το βοηθητικό τσιπ να δει μια πτώση και να τον «ξυπνήσει».
3.2 Ενσωμάτωση αισθητήρων
Η αδρανειακή μονάδα μέτρησης είναι μια συσκευή MEMS έξι αξόνων με επιταχυνσιόμετρο τριών αξόνων και γυροσκόπιο τριών αξόνων σε μία μήτρα. Κατά την ανίχνευση δραστηριότητας, το επιταχυνσιόμετρο λαμβάνει δείγματα στα 400 Hz για να τροφοδοτήσει τον αγωγό ανίχνευσης πτώσης. Η μονάδα GPS είναι συμπαγής 18 mm με ενσωματωμένη κεραία, επιτυγχάνοντας ψυχρή εκκίνηση σε λιγότερο από τριάντα δευτερόλεπτα σε ανοιχτό ουρανό.
Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας ενός καλωδίου παρακολουθεί τις θερμικές συνθήκες περιβάλλοντος και μπαταρίας. Δύο προαιρετικές θύρες αισθητήρα αερίου δέχονται ηλεκτροχημικές μονάδες CO και H2S μέσω τυποποιημένου συνδετήρα, επομένως η ίδια βασική πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος λειτουργεί τόσο για τυπικές κατασκευές όσο και για περιβάλλοντα αερίου υψηλού κινδύνου.
3.3 Αρχιτεκτονική Επικοινωνίας
Τέσσερα πρωτόκολλα διαστρωματώνουν τη στοίβα συνδεσιμότητας. Το LTE Cat-1 χειρίζεται την κύρια μετάδοση δεδομένων και ειδοποιήσεων. Το Bluetooth 5.0 διαχειρίζεται τη σύζευξη με την συνοδευτική εφαρμογή για κινητά και επίσης ελέγχει τη λειτουργία εντοπισμού θέσης σε εσωτερικούς χώρους σαρώνοντας άγκυρες BLE beacon. Το LoRa καλύπτει την επικοινωνία έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση βλάβης του κινητού δικτύου. Ένα κουμπί SOS συνδεδεμένο με υλικό, ανεξάρτητο από την κατάσταση του υλικολογισμικού, ενεργοποιεί μια ειδοποίηση ακόμα και αν η κύρια εφαρμογή παρουσιάσει σφάλμα.
3.4 Ενσωμάτωση cloud και backend
Τα δεδομένα φτάνουν στο cloud μέσω ενός μεσίτη MQTT, ο οποίος επιλέγεται για χαμηλό overhead σε περιορισμένες συνδέσεις κινητής τηλεφωνίας. Ο πίνακας ελέγχου ιστού εμφανίζει τις θέσεις των εργαζομένων σε πραγματικό χρόνο σε μια επικάλυψη σχεδίου τοποθεσίας, με χρωματική κωδικοποίηση ανά κατάσταση δραστηριότητας. Τα συμβάντα πτώσης, οι παραβιάσεις geofence και οι ενεργοποιήσεις SOS δημιουργούν αρχεία συμβάντων με χρονική σήμανση. Η παράδοση υλικολογισμικού OTA προωθεί ενημερώσεις σε ολόκληρο τον στόλο χωρίς να χρειάζεται φυσική ανάκληση κρανών.
4. Μηχανική PCB και Υλικού
4.1 Συμπαγής σχεδιασμός πολλαπλών στρώσεων PCB
Η κύρια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) έχει σχεδιασμό έξι στρώσεων, διαστάσεων 58mm επί 42mm. Το επίπεδο γείωσης RF βρίσκεται ακριβώς κάτω από το επάνω στρώμα σήματος, διατηρώντας τις γραμμές της κεραίας κοντά και ελεγχόμενη από την αντίσταση. Το μόντεμ LTE και η μονάδα GPS καταλαμβάνουν αντίθετες γωνίες της πλακέτας, χωρισμένες από ένα χάλκινο φράγμα ροής που εμποδίζει την απευαισθητοποίηση του δέκτη από τον πομπό LTE. Τα δοχεία θωράκισης EMI είναι συγκολλημένα και στα δύο τμήματα RF. Η δρομολόγηση του εσωτερικού στρώματος χρησιμοποιεί καμπύλες 45 μοιρών αντί για ορθές γωνίες για τη μείωση των ανακλάσεων υψηλής συχνότητας.
4.2 Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας
Το ολοκληρωμένο κύκλωμα διαχείρισης ενέργειας καλύπτει τέσσερις εργασίες: φόρτιση μπαταρίας έως 1A, κατανομή ισχύος σε ράγες 1.8V, 3.3V και 5V, αναφορά κατάστασης φόρτισης μπαταρίας μέσω I2C και προστασία από υπερβολική τάση, υπερβολικό ρεύμα και βαθιά εκφόρτιση. Η φόρτιση δέχεται είσοδο τόσο από USB-C όσο και από την επαφή pogo-pin στη βάση σύνδεσης. Ένα ειδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα μετρητή καυσίμου παρακολουθεί την υπολειπόμενη χωρητικότητα με σφάλμα κάτω από τρία τοις εκατό σε όλη τη θερμοκρασία. Το υλικολογισμικό διαβάζει αυτήν την τιμή κάθε τριάντα δευτερόλεπτα και την αναφέρει μαζί με τα δεδομένα θέσης.
4.3 Ηλεκτρονική Μονάδα Ανθεκτικού σε Κρούσεις
Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) τοποθετείται σε τέσσερις βάσεις στήριξης M2 με ροδέλες από νεοπρένιο μεταξύ της πλακέτας και του πλαισίου, απορροφώντας την αιχμή της μέγιστης επιτάχυνσης από πτώση δύο μέτρων. Οι σύνδεσμοι σε όλες τις εξωτερικές καλωδιώσεις μπλοκάρουν την υγρασία στα σημεία όπου τα καλώδια εξέρχονται από το περίβλημα της μονάδας. Το ίδιο το περίβλημα είναι κατασκευασμένο από ABS πάχους 2.5 mm με επικάλυψη TPE στη διεπαφή του κελύφους, σχηματίζοντας τη στεγανοποίηση που απαιτείται για IP67 σύμφωνα με τις δοκιμές IEC 60529.
5. Μηχανολογικός και Βιομηχανικός Σχεδιασμός
5.1 Δομική Ενσωμάτωση Κράνους
Η ηλεκτρονική μονάδα βρίσκεται σε μια κοιλότητα ενσωματωμένη στο πίσω φρύδι του κελύφους κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και όχι σε μια υπάρχουσα κέλυφος αργότερα.
Αυτή η διάκριση διατήρησε τη δομική γεωμετρία άθικτη για τις δοκιμές εξασθένησης πρόσκρουσης EN 397. Το κέλυφος πέρασε επανειλημμένες δοκιμές πτώσης με εγκατεστημένο το πλήρες ηλεκτρονικό φορτίο, επιβεβαιώνοντας ότι η πρόσθετη μάζα δεν μείωσε την προστασία. Οι εργαζόμενοι μπορούν να αντικαταστήσουν την μπαταρία στο πεδίο, αλλά η αφαίρεση της κύριας μονάδας απαιτεί ένα εργαλείο, το οποίο αποτρέπει την τυχαία αποσυναρμολόγηση επί τόπου.
5.2 Εργονομία και άνεση
Το συνολικό βάρος συναρμολόγησης με την μπαταρία είναι 520 γραμμάρια, εντός του εύρους που είναι αποδεκτό για οκτάωρη συνεχή χρήση. Η εσωτερική ζώνη καστάνιας έξι σημείων επανασχεδιάστηκε με μετατόπιση 15 mm προς τα εμπρός, μετατοπίζοντας την ισορροπία του κράνους προς τα πίσω για να αντισταθμίσει το φορτίο των μπροστινών ηλεκτρονικών. Τα κανάλια εξαερισμού στο κέλυφος παραμένουν καθαρά. Οι δοκιμές στους 38°C περιβάλλοντος επιβεβαίωσαν ότι η ηλεκτρονική μονάδα δεν δημιουργεί σημείο συγκέντρωσης θερμότητας στο τριχωτό της κεφαλής του εργαζομένου.
5.3 Αρθρωτή σχεδίαση
Η μπαταρία σύρεται έξω από μια πλευρική θύρα και κλειδώνει με μηχανισμό στροφής ενός τετάρτου. Η αντικατάσταση διαρκεί λιγότερο από τριάντα δευτερόλεπτα χωρίς εργαλεία. Σε εργοτάξια ημέρας και νύχτας, οι άνθρωποι διατηρούν επιπλέον μπαταρίες φορτισμένες μαζί τους. Οι εργαζόμενοι, για παράδειγμα, αντικαθιστούν μια χαμηλή μπαταρία με μια γεμάτη, ώστε το κράνος να μην σταματά να λειτουργεί ποτέ. Επίσης, μπορείτε να φτιάξετε ένα κράνος για την ανίχνευση αερίου, δεν χρειάζεται να αγοράσετε μια εντελώς νέα εσωτερική πλακέτα κυκλώματος. Απλώς αποσυνδέετε το παλιό εξάρτημα και συνδέετε μια νέα μονάδα αισθητήρα χρησιμοποιώντας έναν απλό σύνδεσμο, κάτι που είναι πολύ πιο εύκολο και φθηνότερο.
6. Λογισμικό και χαρακτηριστικά τεχνητής νοημοσύνης
6.1 Αλγόριθμος ανίχνευσης πτώσης
Μια προσέγγιση μόνο με βάση το κατώφλι παράγει πάρα πολλά ψευδή εναύσματα από τους εργαζόμενους που σκύβουν, ανεβαίνουν σκάλες ή ρίχνουν το κράνος σε μια επιφάνεια. Ο αλγόριθμος εκτελεί αντ' αυτού τρεις φάσεις. Η πρώτη φάση παρακολουθεί για μια υπογραφή ελεύθερης πτώσης: συνεχείς χαμηλές μετρήσεις g και στους τρεις άξονες, οι οποίες σηματοδοτούν τη φάση χωρίς βαρύτητα μιας πραγματικής πτώσης.
Η δεύτερη φάση ανιχνεύει ένα συμβάν υψηλής επίπτωσης που υπερβαίνει ένα διαμορφώσιμο όριο. Η τρίτη φάση περιμένει οκτώ δευτερόλεπτα για να συνεχίσει ο εργαζόμενος την κανονική του κίνηση. Εάν δεν το κάνει, το συμβάν ταξινομείται ως πτώση και ενεργοποιείται μια ειδοποίηση. Σε σύγκριση με ένα σχέδιο μονού ορίου, αυτή η τριφασική προσέγγιση μείωσε τις ειδοποιήσεις όχλησης κατά περίπου εβδομήντα τοις εκατό σε δοκιμές πεδίου.
6.2 Γεωγραφική περίφραξη και ζώνες ασφαλείας
Οι διευθυντές χρησιμοποιούν έναν χάρτη υπολογιστή για να σχεδιάσουν κουτιά ασφαλείας γύρω από επικίνδυνες περιοχές, όπως μέρη με εκρήξεις ή ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης. Εάν ένας εργαζόμενος μπει σε μία από αυτές τις περιοχές, η συσκευή στέλνει αμέσως μια προειδοποίηση. Η συσκευή είναι αρκετά έξυπνη ώστε να γνωρίζει από μόνη της πού βρίσκονται αυτές οι ζώνες. Αυτό σημαίνει ότι εάν το σήμα διαδικτύου είναι ασθενές, ο συναγερμός θα εξακολουθεί να ενεργοποιείται για να διατηρείται ο εργαζόμενος ασφαλής.
6.3 Επικοινωνία έκτακτης ανάγκης
Πατώντας το κουμπί SOS, δημιουργείται ένα πακέτο προτεραιότητας με συντεταγμένες GPS, αναγνωριστικό συσκευής και χρονική σήμανση. Το πακέτο μεταδίδεται μέσω όλων των διαθέσιμων φορέων ταυτόχρονα, πρώτα το LTE και το LoRa ως εφεδρικό. Η πλατφόρμα επισημαίνει συμβάντα SOS στο υψηλότερο επίπεδο προτεραιότητας και μπορεί να προωθήσει ειδοποιήσεις SMS σε προκαθορισμένες επαφές έκτακτης ανάγκης. Η προαιρετική αμφίδρομη φωνητική μονάδα χρησιμοποιεί τη σύνδεση LTE, έτσι ώστε ένας επόπτης εργοταξίου να μπορεί να μιλήσει απευθείας με έναν ανίκανο εργαζόμενο χωρίς ξεχωριστό ραδιόφωνο.
7. Ασφάλεια και συμμόρφωση
7.1 Πρότυπα ασφαλείας για το κράνος
Αυτό το κράνος ασφαλείας πληροί τους υψηλότερους επίσημους κανόνες ασφαλείας για την Αμερική, την Ευρώπη και τον Καναδά. Το πιο σημαντικό είναι ότι το κράνος δοκιμάστηκε και εγκρίθηκε με όλα τα ηλεκτρονικά ήδη στο εσωτερικό του. Αυτό απαιτούσε στενό συντονισμό με το εργαστήριο δοκιμών κατά τον σχεδιασμό των εργαλείων. Οποιαδήποτε αλλαγή γεωμετρίας στο κέλυφος μετά την αρχική έγκριση πιστοποίησης ενεργοποιεί μια πλήρη επανάληψη της δοκιμής, επομένως η σωστή σχεδίαση της κοιλότητας στην πρώτη αναθεώρηση των εργαλείων ήταν αδιαπραγμάτευτη.
7.2 Ηλεκτρονική Συμμόρφωση
Το συγκρότημα ραδιοφώνου διαθέτει εξουσιοδότηση FCC για τη Βόρεια Αμερική και σήμανση CE σύμφωνα με την Οδηγία Ραδιοεξοπλισμού για την Ευρώπη. Η συμμόρφωση με την RoHS επιβεβαιώθηκε κατά την προμήθεια εξαρτημάτων, απαιτώντας τεκμηρίωση από κάθε προμηθευτή πριν από την υποβολή των παραγγελιών αγοράς. Η μπαταρία φέρει πιστοποίηση UN38.3 για αεροπορικές μεταφορές, την οποία ο πελάτης χρειαζόταν για διεθνή διανομή. Η δήλωση REACH καλύπτει τον πλήρη κατάλογο υλικών.
7.3 Πρότυπα Περιβαλλοντικών Δοκιμών
Η στεγανοποίηση IP67 επαληθεύτηκε μέσω εμβάπτισης στο νερό σε βάθος ενός μέτρου για τριάντα λεπτά με μηδενική εισροή. Οι δοκιμές κραδασμών έτρεξαν το συναρμολογημένο κράνος σε τραπέζι ανακίνησης στο προφίλ IEC 60068-2-6 για δύο ώρες ανά άξονα. Ο θερμικός κύκλος κάλυψε από μείον είκοσι έως συν εβδομήντα βαθμούς Κελσίου σε είκοσι κύκλους. Οι δοκιμές εκπομπών ακτινοβολίας EMC επιβεβαίωσαν ότι η συσκευή δεν διαταράσσει τις ραδιοεπικοινωνίες στο εργοτάξιο ή τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων που έχουν ήδη αναπτυχθεί σε εργοτάξια.
8. Δοκιμή και επικύρωση
8.1 Λειτουργικός έλεγχος
Οι δοκιμές ακρίβειας GPS χρησιμοποίησαν έναν δέκτη αναφοράς GNSS για να συγκρίνουν τις μετρήσεις σε τριάντα σημεία σε ανοιχτό πεδίο. Το GPS του κράνους ταίριαζε με την αναφορά σε απόσταση 4.2 μέτρων κατά μέσο όρο. Η βαθμονόμηση του επιταχυνσιόμετρου χρησιμοποίησε ένα στατικό σύστημα έξι θέσεων για την επαλήθευση της ευθυγράμμισης του άξονα και της διόρθωσης της μετατόπισης. Οι δοκιμές απόδοσης LTE μέτρησαν τον χρόνο μεταφόρτωσης για ένα πλήρες πακέτο αισθητήρα σε επίπεδα σήματος έως και μείον 110 dBm, επιβεβαιώνοντας τη μετάδοση στην άκρη της κυψέλης όπου βρίσκονται πολλά εργοτάξια.
8.2 Δοκιμή αντοχής
Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) αντέχει σε επαναλαμβανόμενες πτώσεις από ύψος 1.5 μέτρου σε χαλύβδινη πλάκα, κάτι που επαληθεύτηκε με οπτικό έλεγχο μεγέθυνσης δέκα δυνάμεων και πλήρη λειτουργική δοκιμή μετά από κάθε συμβάν. Δεν υπήρχαν βλάβες στις συνδέσεις συγκόλλησης, ούτε διαχωρισμός των συνδέσμων. Μια συνεχής δοκιμή κραδασμών 500 ωρών σε προφίλ αναδευτήρα αυτοκινήτου δεν παρήγαγε μετατόπιση εξαρτημάτων. Εξήντα ημέρες έκθεσης σε εξωτερικές καιρικές συνθήκες σε δέκα συναρμολογημένες μονάδες ολοκληρώθηκαν με όλες τις μονάδες να περνούν πλήρη λειτουργική επαλήθευση.
8.3 Δοκιμή μπαταρίας και απόδοσης
Δεκαπέντε μονάδες έτρεξαν ένα πρωτόκολλο προσομοίωσης πεδίου: σύνδεση LTE, ιχνηλάτηση GPS σε διαστήματα ενός δευτερολέπτου, ενεργή διαφήμιση BLE, καταγραφή αισθητήρα κάθε πέντε δευτερόλεπτα. Ο μέσος χρόνος λειτουργίας σε ολόκληρο τον στόλο ήταν 15.3 ώρες. Τρεις μονάδες ξεπέρασαν τις δεκαέξι ώρες. Καμία δεν έπεσε κάτω από τις δεκατέσσερις. Μετά από 500 πλήρεις κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, όλες οι μπαταρίες διατήρησαν την χωρητικότητά τους πάνω από 80 τοις εκατό, σύμφωνα με ένα διάστημα αντικατάστασης πεδίου δεκαοκτώ μηνών έως δύο ετών υπό καθημερινή χρήση.
9. Κατασκευή και Μαζική Παραγωγή
9.1 Βελτιστοποίηση DFM
Η αναθεώρηση σχεδιασμού για την κατασκευή με ελάχιστη παραγγελία 500 μονάδων εντόπισε τρία σημεία μείωσης του κόστους. Τα δοχεία θωράκισης RF μετακινήθηκαν από προσαρμοσμένη καμπύλωση λαμαρίνας σε σφραγισμένα εξαρτήματα, μειώνοντας το κόστος μονάδας κατά 22%. Μια εναλλακτική μονάδα GPS με πανομοιότυπες ηλεκτρικές προδιαγραφές πιστοποιήθηκε από έναν δεύτερο προμηθευτή, εξαλείφοντας τον κίνδυνο από μία μόνο πηγή. Η ορθολογική οργάνωση των σημείων δοκιμής μείωσε την πολυπλοκότητα των εξαρτημάτων ICT και μείωσε τον χρόνο δοκιμής ανά μονάδα από 4.5 λεπτά σε 2.8 λεπτά.
9.2 SMT και Συναρμολόγηση
Η συναρμολόγηση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος λειτουργεί σε ένα προφίλ φούρνου έξι ζωνών αναδιαμόρφωσης, κατασκευασμένο γύρω από τις απαιτήσεις συγκόλλησης του μόντεμ BGA LTE. Η επιθεώρηση με ακτίνες Χ καλύπτει κάθε πλακέτα για να επιβεβαιωθεί η ακεραιότητα της σύνδεσης BGA. Εφαρμόζεται σφράγιση σιλικόνης δύο συστατικών μεταξύ του περιβλήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος και της κοιλότητας του κελύφους, με συμπίεση που ελέγχεται από μια προδιαγραφή ροπής στις τέσσερις βίδες M3. Η τελική αναβάθμιση του υλικολογισμικού χρησιμοποιεί μια βάση pogo-pin που προγραμματίζει και τις τέσσερις περιοχές μνήμης, εκτελεί αυτοέλεγχο και γράφει τον σειριακό αριθμό της μονάδας στη μη πτητική μνήμη σε έναν κύκλο εξήντα δευτερολέπτων.
9.3 Διασφάλιση ποιότητας
Κάθε μονάδα υποβάλλεται σε αυτοματοποιημένους λειτουργικούς ελέγχους σε λήψη GPS, καταχώριση LTE, διαφήμιση BLE, απόκριση επιταχυνσιόμετρου, ενεργοποίηση κουμπιών, ακρίβεια τάσης μπαταρίας και ακεραιότητα στεγανοποίησης IP μέσω δοκιμής φθοράς πίεσης. Μια λειτουργία καύσης 48 ωρών στους 45°C εξαλείφει τυχόν βλάβες βρεφικής θνησιμότητας πριν από την αποστολή. Το δύο τοις εκατό των μονάδων υποβάλλονται σε διεξαχθείσες δοκιμές RF έναντι μιας βαθμονομημένης αναφοράς για την ανίχνευση ελαττωμάτων στο συγκρότημα κεραίας που περνούν τον οπτικό έλεγχο.
10. Αποτελέσματα Έργου
10.1 Τεχνικά Επιτεύγματα
Η έκδοση παραγωγής παρείχε ακρίβεια GPS κάτω των πέντε μέτρων σε εξωτερικούς χώρους και ακρίβεια BLE ενός έως δύο μέτρων σε εσωτερικούς χώρους εξοπλισμένους με φάρους. Το κράνος είναι πολύ καλό στο να αναγνωρίζει πότε κάποιος πέφτει. Στις δοκιμές, ήταν σωστό το 98% του χρόνου. Σχεδόν ποτέ δεν στέλνει ψευδή συναγερμό κατά λάθος. Επίσης, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι πάνω από 15 ώρες. Έτσι, μπορείτε να έχετε ενέργεια για μια ολόκληρη ημέρα.
10.2 Ανάπτυξη Αγοράς
Η πρώτη ανάπτυξη έφερε στην πλατφόρμα 1,200 εργαζόμενους σε τρία ενεργά εργοτάξια. Ο πίνακας ελέγχου παρακολούθησε τις πραγματικές θέσεις και δημιούργησε αυτοματοποιημένες αναφορές ασφαλείας. Τις πρώτες εξήντα ημέρες, ο στόλος κατέγραψε δεκατέσσερα πραγματικά συμβάντα πτώσης, καθένα από τα οποία είχε ως αποτέλεσμα την έγκαιρη ανταπόκριση του επόπτη. Το πλαίσιο OEM επιτρέπει στους περιφερειακούς διανομείς να εφαρμόζουν τη δική τους επωνυμία, να προσαρμόζουν τις διαμορφώσεις γεωφράκτη για συγκεκριμένους τύπους εργοταξίων και να επιλέγουν μεταξύ τυπικών και παραλλαγών αισθητήρα ανίχνευσης αερίων από μια κοινόχρηστη μονάδα βάσης.
11. Μελλοντική επέκταση
11.1 Ενσωμάτωση βίντεο με τεχνητή νοημοσύνη
Μια παραλλαγή μονάδας κάμερας τοποθετεί έναν ευρυγώνιο αισθητήρα στο μπροστινό μέτωπο. Η συμπερασματολογία στη συσκευή χρησιμοποιώντας ένα συμπιεσμένο μοντέλο CNN επισημαίνει τη μη συμμόρφωση με τα ΜΑΠ, όπως ένας εργαζόμενος που βγάζει το κράνος του σε μια υποχρεωτική ζώνη, χωρίς να μεταδίδει ακατέργαστο βίντεο στο cloud. Η επεξεργασία ακμών αντιμετωπίζει τόσο τα όρια εύρους ζώνης όσο και τις ανησυχίες για την προστασία της ιδιωτικής ζωής των εργαζομένων χωρίς να απαιτούνται αλλαγές στην υποδομή επί τόπου.
11.2 Οικοσύστημα Έξυπνων Κατασκευών
Το κράνος συνδυάζεται με ένα συνδεδεμένο γιλέκο ασφαλείας που φέρει τους δικούς του αισθητήρες, σχηματίζοντας ένα δίκτυο περιοχής σώματος ανά εργαζόμενο. Και οι δύο συσκευές μοιράζονται μια ενιαία ταυτότητα cloud, επομένως η πλατφόρμα μπορεί να διασταυρώνει δεδομένα στάσης του γιλέκου με δεδομένα κίνησης του κράνους για πιο ακριβή εργονομική βαθμολόγηση κινδύνου. Οι αναλυτικές πληροφορίες στόλου επισημαίνουν τοποθεσίες ή μετατοπίσεις με στατιστικά αυξημένα ποσοστά συμβάντων πριν από την εμφάνιση τραυματισμού και όχι μετά.
12. Γιατί λειτουργεί αυτή η προσέγγιση ανάπτυξης
Ο σχεδιασμός ενός έξυπνου κράνους ασφαλείας δεν είναι ένα έργο λογισμικού με κάποιο υλικό συνδεδεμένο. Το πρότυπο του κράνους έρχεται πρώτο και τα ηλεκτρονικά λειτουργούν εντός του υπολοίπου. Αυτή η ακολουθία απαιτεί μια ομάδα που έχει εκτελέσει προγράμματα πιστοποίησης, γνωρίζει τα δομικά όρια εντός των προτύπων EN 397 και ANSI Z89.1 και σχεδιάζει τη γεωμετρία της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος γύρω από τον διαθέσιμο χώρο του κελύφους αντί να περιμένει από το κέλυφος να φιλοξενήσει ένα τυπικό αποτύπωμα μονάδας. Το αποτέλεσμα είναι μια συσκευή που δεν ζητά από έναν διαχειριστή εγκατάστασης να επιλέξει μεταξύ προστασίας εργαζομένων και συνδεσιμότητας. Και τα δύο είναι πιστοποιημένα, και τα δύο συντηρούνται μέσω ενημερώσεων OTA και και τα δύο κλιμακώνονται καθώς η ανάπτυξη μεγαλώνει.
Είστε έτοιμοι να αναπτύξετε ένα έξυπνο κράνος ασφαλείας ή μια συνδεδεμένη βιομηχανική φορητή συσκευή; Επικοινωνήστε με την ομάδα μηχανικών της Wonderful PCB για να εφαρμόσετε την προσαρμοσμένη λύση ασφάλειας εργαζομένων σας.
