Промисловий Інтернет речей (IIoT) визначається як набір пристроїв і програм, які дозволяють великим організаціям створювати--скрізне підключене середовище від ядра до краю. Він також включає традиційну фізичну інфраструктуру, таку як контейнери та логістичні вантажівки, щоб збирати дані, реагувати на події та приймати більш обґрунтовані рішення за допомогою розумних пристроїв.
Промисловий Інтернет речей (IIoT) є розширенням Інтернету речей (IoT) і має багато застосувань у споживчому просторі. Випадки використання IoT включають, наприклад, розумні домашні пристрої, такі як Amazon Echo, які використовують розпізнавання голосу Alexa для віддаленого вимикання світла.
У промисловості ця технологія знайшла широкомасштабне-комерційне впровадження в середовищах зі складною інфраструктурою та великим обладнанням. Навпаки, промисловий IoT може дистанційно керувати системами опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (HVAC) на підприємстві. Це лише один приклад промислового використання IoT для оптимізації та покращення управління бізнес-операціями.
Як працює промисловий IoT?
Промисловий Інтернет речей – це підкатегорія Інтернету речей, у якій компанії переосмислюють способи підключення, моніторингу, аналізу та дії з промисловими даними, щоб зменшити витрати та стимулювати зростання.
Ідея Industrial IoT полягає в тому, щоб використовувати дані, які роками генерували «тупі пристрої» на промислових підприємствах. Інтелектуальні машини на конвеєрі можуть не тільки швидше збирати й аналізувати дані, але й швидше передавати важливу інформацію, що допомагає швидше й точніше приймати бізнес-рішення.
Інтеграція інформаційних технологій (ІТ) і операційних технологій (ОТ) є рушійною силою промислового Інтернету речей. Це мережева матриця, яка з’єднує пристрої з пристроями, збирає дані за допомогою сенсорної технології, аналізує їх та інтегрує безпосередньо в платформи, які діють як сервіси. Промисловий IoT ознаменує нову еру промислового використання з багатьма можливостями для економічного розширення.
Industrial IoT збирає великі обсяги польових даних із заводу, передає їх через підключені вузли, аналізує на серверах і перетворює інформацію на практичну інформацію на хмарній платформі. Це спонукає підприємства приймати кращі рішення для своїх конкретних ринків і цільової аудиторії. Іншими словами, Industrial IoT — це система, яка з’єднує периферійні пристрої, такі як приводи, датчики, контролери, підключені комутатори, шлюзи та промислові персональні комп’ютери (IPC) до хмари.
Як пов’язані Industry 4.0 і Industrial IoT?
Індустрія 4.0 є продуктом четвертої промислової революції. Четверта промислова революція визначається як інтеграція традиційного автоматизованого виробництва з промисловими процесами на основі розумних технологій і автономних пристроїв зв’язку.
Термін «Промисловість 4.0», скорочено I4.0 або I4, з’явився в 2011 році як ініціатива уряду Німеччини, який протягом останніх 20 років рішуче виступав за цифровізацію промислових процесів.
Згідно з описом Boston Consulting Group, промисловий Інтернет речей (IoT) є основною опорою Industry 4.0, на додаток до адитивного виробництва або 3D-друку, доповненої реальності (AR), автономної робототехніки, аналізу великих даних, хмарних обчислень, кібербезпеки, горизонтальної та вертикальної системної інтеграції та моделювання. Це відбувається завдяки автономному зв’язку між машинами та децентралізованими цифровими середовищами, здатними автоматично вирішувати проблеми, які раніше вимагали втручання людини.
Індустрія 4.0 охоплює промисловий Інтернет речей, цифровізацію та корпоративну стійкість у ширшому контексті. Промисловий IoT є рушійною силою Індустрії 4.0, без якої не було б Індустрії 4.0. іншими словами, Industrial IoT обмежується виявленням даних, передачею даних, обчисленням даних, обробкою даних і інтелектуальними програмами-спеціального домену.
Архітектура промислового Інтернету речей
Типова архітектура промислового Інтернету речей описує розташування цифрових систем таким чином, щоб разом вони забезпечували підключення до мережі та даних між датчиками, пристроями Інтернету речей, сховищами даних та іншими рівнями. Таким чином, промислова архітектура IoT повинна мати наступне.
1. Пристрої IoT на межі мережі
Це групи мережевих об’єктів, розташованих на межі екосистеми IoT. Вони розташовані якомога ближче до місця розташування джерела даних. Зазвичай це бездротові приводи та датчики в промислових середовищах. Блок обробки або невеликий обчислювальний пристрій і набір кінцевих точок спостереження. Пристрої Edge IoT можуть включати традиційні пристрої в забудованих середовищах, камери, динаміки, датчики та інші лічильники та монітори.
Що відбувається на найвіддаленішому краю мережі? Датчики отримують дані з навколишнього середовища та елементів, які вони контролюють, а потім перетворюють інформацію в показники та цифри, які платформи Інтернету речей можуть аналізувати та перетворювати на практичну інформацію. Актуатори керують процесами, що відбуваються в спостережуваному середовищі. Вони змінюють фізичне середовище, в якому генеруються дані.
2. Граничне керування даними та початкова обробка
Без високо-якісних величезних обсягів даних складна аналітика та штучний інтелект не можуть повністю реалізувати свій потенціал. Обробка даних можлива навіть на рівні сенсора.
У цьому відношенні граничні обчислення дають найшвидшу відповідь, оскільки дані попередньо-обробляються на межі мережі, на самому датчику. Тут можна аналізувати цифрові та зведені дані. Після того, як відповідну інформацію буде зібрано, можна переходити до наступного етапу замість надсилання всієї зібраної інформації. Ця додаткова обробка зменшує обсяг даних, що надсилаються до центру обробки даних або хмари.
3. Хмара для розширеної обробки
Пристрої Edge обмежені в можливостях попередньої обробки. Незважаючи на те, що перевага була максимально наближена, щоб обмежити споживання локальної обчислювальної потужності, користувачам потрібно буде використовувати хмару для глибшої та ретельнішої обробки.
І на цьому етапі потрібно зробити вибір, чи віддати перевагу гнучкості та миттєвості периферійних пристроїв чи розширеним ідеям хмарних обчислень. Хмарні-рішення можуть виконувати велику кількість обробки. Тут можна агрегувати дані з різних джерел і надавати інформацію, недоступну на межі.
У контексті промислової архітектури IoT хмара матиме.
Хаби:Окрім телеметрії та керування пристроями, він забезпечує безпечні зв’язки з польовими системами. Якщо потрібно, концентратор може забезпечувати віддалене підключення до локальних систем у кількох місцях. Він підтримує всі елементи зв’язку, такі як керування з’єднаннями, захищені канали зв’язку, автентифікація та авторизація пристрою.
Зберігання:Використовується для зберігання інформації до і після обробки.
Аналітика:Сприяє обробці та аналізу даних.
Інтерфейс користувача:Забезпечує візуалізацію результатів аналізу, які надаються кінцевому користувачеві, як правило, через інтерфейс веб-браузера, а також через електронну пошту, SMS і телефонні сповіщення.
4. Інтернет-шлюз
Тут дані датчиків збираються та перетворюються в цифрові канали для подальшої обробки в інтернет-шлюзі. Після отримання зведених і оцифрованих даних шлюз передає їх через Інтернет, щоб їх можна було додатково обробити перед завантаженням у хмару. Шлюз залишається частиною периферійної системи збору даних. Він прилягає до виконавчих механізмів і датчиків і виконує початкову обробку даних на краю.
Шлюзи можуть бути розгорнуті як апаратні, так і програмні.
Обладнання:Апаратні шлюзи є автономними пристроями. Забезпечує дротові (аналогові та цифрові) і бездротові інтерфейси для підключення датчиків нижче. Також надається підключення до Інтернету або локально, або через стандартне підключення до маршрутизатора.
програмне забезпечення:На ПК можна встановити програмний шлюз замість підключення до апаратного шлюзу. Програмне забезпечення працює у фоновому або передньому плані та забезпечує вихідні та низхідні канали зв’язку як апаратні точки входу, а ПК забезпечує фізичний інтерфейс. Програмний-шлюз надає доступ до налаштувань датчика зору та представлення даних датчика через інтерфейс користувача.
5. Протоколи підключення
Для передачі даних через промислові системи IoT потрібні протоколи. В ідеалі ці протоколи мають бути галузевими-стандартами, чітко-визначеними та безпечними. Специфікація протоколу може містити фізичні характеристики з’єднання та проводки, процедуру встановлення каналу зв’язку та формат даних, які надсилаються цим каналом.
Деякі поширені протоколи, що використовуються в промислових архітектурах IoT, включають.
Розширений протокол черги повідомлень (AMQP):Це -керований з’єднанням, дво-направлений, мультиплексований, компактний{2}}протокол обміну повідомленнями з кодуванням даних. На відміну від HTTP, AMQP створено для підключення до хмари-, орієнтованого на IIoT.
MQ Telemetry Transport (MQTT):Це компактний клієнт-протокол обміну повідомленнями сервер. MQTT надає перевагу пристроям IIoT через короткий розмір кадру повідомлення та мінімальний простір для коду.
Протокол обмеженого застосування (CoAP):Це орієнтований на дейтаграми протокол, який можна розгорнути на транспортному рівні, включаючи протокол дейтаграм користувача (UDP). CoAP — це стиснута версія HTTP, розроблена для вимог IIoT.
6. Промислові платформи IoT
Промислові системи IoT тепер здатні координувати, відстежувати та контролювати операції по всьому ланцюжку створення вартості. Ці платформи контролюють дані пристроїв і керують аналітикою, візуалізацією даних і завданнями штучного інтелекту (AI) для периферійних пристроїв і, в деяких випадках, датчиків безпосередньо в хмару та назад.
Еталонну архітектуру промислового Інтернету (IIRA) можна використовувати як еталон для розробки складних систем у промисловому просторі IoT. Загалом, структура IIRA виступає за те, щоб організації розробляли рамки, використовуючи системний підхід, який включає зворотний зв’язок та ітерацію. Крім того, він рекомендує налаштовувати проекти промислового Інтернету речей для конкретних бізнес-секторів, таких як енергетика, охорона здоров’я, транспорт та державне використання.
Переваги промислового IoT
Промисловий IoT пропонує такі переваги.
1.Підвищення ефективності
Найбільшою перевагою Industrial IoT є його здатність допомагати компаніям автоматизувати й таким чином максимізувати операційну ефективність. Крім того, фізичні пристрої можна підключати до програмних рішень через датчики, які постійно контролюють продуктивність. Це дає змогу організаціям краще зрозуміти ефективність роботи конкретних пристроїв і цілих парків. Крім того, промисловий IoT дозволяє-приймати рішення-на основі даних і дистанційно контролювати всі виробничі процеси.
2. Збільшення виробництва
Збільшуючи використання пристроїв, організації з виробничими процесами IoT можуть підвищити свою продуктивність. Як згадувалося раніше, мережеві пристрої забезпечують безперервний потік даних, які можуть надати розуміння роботи обладнання. Це може підвищити загальну ефективність обладнання та максимізувати продуктивність машини під час роботи. Крім того, використання промислових пристроїв IoT покращує використання людського капіталу. Розумні пристрої можна використовувати для виконання чорних, повторюваних і небезпечних робіт, таким чином звільняючи працівників для виконання інших, більш стратегічних{4}}пов’язаних із виробництвом завдань.
3. Зменшення помилок
Використання промислового IoT змушує компанії автоматизувати свої виробничі операції. Усунення людського фактора в промислових операціях усуває неефективність, яка призводить до того, що бракована продукція йде з конвеєра. З меншою кількістю дефектів якості прибутковість компанії підвищується завдяки підвищенню задоволеності клієнтів і впізнаваності бренду.
4. Вимоги до прогнозованого технічного обслуговування
Прогнозне технічне обслуговування — це стратегія запобігання виходу з ладу активів шляхом аналізу виробничих даних, щоб виявити закономірності та передбачити можливі проблеми.
Інтеграція промислових датчиків Інтернету речей у промислове обладнання дозволяє отримувати-повідомлення про керування на основі стану. Ці датчики фіксують температуру, вологість та інші змінні навколишнього середовища в робочій зоні, а також склад матеріалів і те, як фактори транспортування впливають або можуть впливати на транспортування. Усі ці дані корисні для прогнозного технічного обслуговування. У результаті можна уникнути збоїв активів, зменшити витрати та мінімізувати час простою машини.
5. Забезпечити безпеку працівників
Розумне виробництво забезпечує більшу безпеку, оскільки всі промислові датчики IoT співпрацюють, щоб контролювати безпеку працівників і робочого місця. Інтегрована система безпеки захищає робоче місце, виробничу лінію та персонал. У разі інциденту можна сповістити весь заклад, діяльність можна зупинити, а вище керівництво може стати посередником для вирішення проблеми. Інцидент також може створити корисну інформацію, яку можна використати, щоб уникнути повторення в майбутньому.
6. Економія витрат на енергію
Промислова діяльність є основним джерелом глобального постачання електроенергії, що шкодить стійкості та загальній прибутковості. Постійний моніторинг систем за допомогою датчиків і невеликих пристроїв може виявити неефективність, яка призведе до марнотратства. Це включає не лише моніторинг обладнання, а й інтегровані операції, такі як регулювання температури, споживання води, вологості та освітлення обладнання. Крім того, завдяки прогресу в технології IoT датчики споживають менше енергії, що, безперечно, є благом.
7. Покращте обслуговування на місцях і досвід клієнтів
Промисловий IoT може допомогти покращити надання послуг на місцях. Це визначається такими аспектами, як час, контекст і участь технічного персоналу в конкретній операції обслуговування. Промисловий IoT також забезпечує-бачимість даних у реальному часі. Це означає, що виробники оригінального обладнання (OEM), кінцеві споживачі та будь-які інші зацікавлені сторони будуть обізнані про ризики та труднощі, які виникають, що призведе до позитивного досвіду.
Приклади промислового IoT
Від роздрібної торгівлі до виробництва, більшість відомих галузей і підприємств певним чином використовували Industrial IoT. Ось кілька помітних прикладів промислового Інтернету речей із позитивними результатами для бізнесу:
1. PepsiCo використовує Industrial IoT для відстеження активів
Вбудовані промислові компоненти IoT у транспорт, автопарк і упаковку можуть допомогти відстежувати запаси від початку до кінця. Він також повинен підтримувати баланс між попитом і пропозицією шляхом відстеження рівня запасів. pepsiCo є прикладом компанії, яка використовує цей приклад використання промислового Інтернету речей. Він використовує низку технологій для адаптації до ринкового попиту, керування видимістю систем інвентаризації та автоматичного налаштування правил поповнення.
2. BMW використовує Industrial IoT для створення цифрових двійників своїх продуктів.
Цифровий двійник — це промислова програма IoT, у якій складна колекція датчиків використовується для створення точної симуляції продукту чи виробничого середовища до найдрібніших деталей і фізичних особливостей. BMW використовує промисловий IoT, штучний інтелект (ШІ) і захоплюючі технології для створення цифрової копії всього виробничого процесу заводу. Це дозволяє організаціям розробляти, оцінювати й оптимізувати продукти в-реальному середовищі без відповідних витрат чи ризиків.
3. Larsen & Toubro (L&T) використовує промисловий IoT для віддаленого моніторингу та економії коштів
Енергетичний і комунальний сектори використовують великі операційні інфраструктури, іноді в небезпечних умовах, непридатних для ручного керування. У таких ситуаціях промислові пристрої IoT можуть збирати та передавати критично важливі робочі дані без присутності людини-оператора. Наприклад, L&T розгортає дистанційно контрольовану станцію зеленого водню в Гуджараті, Індія. Використовуючи промисловий IoT, L&T може зменшити експлуатаційні та енергетичні витрати та отримати відповідну інформацію про функціонування енергетичної установки.
4. Ірландський лікеро-горілчаний завод використовує промисловий IoT для екологічного моніторингу
Харчова промисловість і виробництво напоїв значною мірою залежить від здатності виробляти та зберігати продукти в ідеальних екологічних умовах. Промислові системи IoT можуть відстежувати зміни навколишнього середовища та попереджати менеджерів про погіршення якості продукту ще до того, як це станеться. Лікеро-горілчані заводи, які виробляють алкогольні напої, є ідеальним прикладом промислового Інтернету речей, оскільки вони працюють у крихких екологічних умовах. Постачальник лікеро-горілчаних заводів Frilli нещодавно впровадив промислову технологію IoT для ірландського бренду напоїв, щоб забезпечити автоматизацію, ефективність і гармонізацію процесів.
5. Airbus використовує промислову платформу iot Bosch для створення розумних заводів
Airbus прагне усунути несправності, інтегруючи промислові датчики Інтернету речей у машини та обладнання на виробництві та забезпечуючи співробітників носимими пристроями, такими як промислові розумні окуляри. Виправлення помилки в процесі може коштувати організації мільйони доларів. Airbus використовує цифровий інтелект для оптимізації операцій і підвищення продуктивності після партнерства з Bosch для запуску фабрики майбутнього.
Сьогодні промисловий Інтернет речей є основним продуктом для великих підприємств і однією з ключових пропозицій від великих хмарних постачальників, таких як Microsoft і Amazon Web Services (AWS). Industrial IoT розширює передову аналітику даних і хмарні можливості на такі промислові програми, як технічне обслуговування обладнання, експлуатація заводу, управління ланцюгом поставок і безпека персоналу. Дані з промислових платформ IoT можуть навіть допомогти симулювати та тестувати продукти в цифрових середовищах, плавно інтегруючи цифрові та фізичні системи для експоненціального покращення промислових результатів.