IIot » Przemysłowy Internet Rzeczy
Autor: Conrad Electronic, 01.09.2023
IIoT to wiodąca technologie we współczesnej zdigitalizowanej erze. IIoT (ang. Industrial Internet of Things) odnosi się do przemysłowej wersji Internetu Rzeczy. Dane maszynowe są analizowane i łączone ze sobą. Celem jest zwiększenie wydajności produkcji.
IIoT jest uważany za podstawę sieci i wzajemnych połączeń w przemyśle - a tym samym kluczowy czynnik transformacji cyfrowej. Krótko mówiąc, chodzi o dostępność danych.
Właśnie dlatego IIoT jest również uważany za jeden z głównych elementów Przemysłu 4.0: inteligentne połączenie maszyn i procesów za pośrednictwem przemysłowych kanałów komunikacyjnych. Cel czwartej rewolucji przemysłowej: połączenie produkcji z technologią informacyjną i komunikacyjną w erze inteligentnych maszyn.
Nasz poradnik jest przewodnikiem dla wszystkich, którzy planują inteligentnie połączyć swoją produkcję w sieć i zoptymalizować ją na podstawie danych. Dowiesz się, co jest już możliwe dla Twojej firmy dzięki przemysłowemu Internetowi Rzeczy.
Przemysłowy internet rzeczy można rozumieć jako rozszerzenie internetu. W tym charakterze stanowi on podstawę strategii cyfryzacji dla sektora przemysłowego. Wprowadzenie Przemysłowego Internetu Rzeczy w ramach koncepcji Przemysłu 4.0 w dużej mierze zrewolucjonizowało sposób, w jaki firmy wykorzystują i analizują dane.
Rozwiązania IIoT łączą sprzęt, systemy, dane i oprogramowanie w systemy cyber-fizyczne. Aby zrozumieć ideę IIoT, warto przyjrzeć się Internetowi Rzeczy. IoT odnosi się do łączenia w sieć inteligentnych urządzeń, które zwykle działają autonomicznie. Tworzy siatkę urządzeń fizycznych, które są połączone z Internetem za pośrednictwem czujników, siłowników i oprogramowania.
Znane przykłady technologii IoT w dziedzinie Smart Home to lampy, termostaty grzejników, kamery bezpieczeństwa czy automatyczne systemy nawadniania w ogrodzie, które są sterowane online za pomocą aplikacji na smartfonie. Każdy przedmiot może stać się urządzeniem IoT, jeśli jest w stanie połączyć się z Internetem i przesyłać informacje.
Wersja przemysłowa IoT opiera się na tych samych zasadach, ale w formie przemysłowej. Przykładem mogą być czujniki IIoT maszyny do etykietowania w rozlewni. Informują o faktycznym położeniu etykiety na korpusie butelki, a także dostarczają informacji o butelkach, które nie zostały odpowiednio oznakowane lub do których etykieta nie przylega całkowicie. Znaczniki lokalizacji i czasu pomagają w automatycznym przetwarzaniu danych. W tym przykładzie podłączona maszyna mogłaby oddzielać butelki w sortowaniu B, pakować je oddzielnie - a następnie wózek widłowy mógłby przetransportować jednostkę do fabrycznego magazynu outletowego zamiast do magazynu centralnego.
Podstawową zaletą rozwiązań IIoT dla przemysłu jest to, że dostępne są nowe dane, które wcześniej były niemożliwe do uzyskania. Pozwalają one firmom podejmować pewniejsze decyzje.
Automatyzacja fabryki poprzez Przemysłowy Internet Rzeczy, urządzenia IIoT i Przemysł 4.0 opiera się na możliwej do zarządzania liczbie komponentów technologicznych. Oto przegląd tego, co dokładnie należy do infrastruktury:
- Urządzenia i maszyny podłączone do sieci
- Czujniki i rejestratory danych zbierające informacje w punktach interakcji
- Łączność za pośrednictwem sieci, 5G i chmury
- Komunikacja maszyna-maszyna (M2M).
- Komunikacja maszyna-ludzie (M2P).
- Sztuczna inteligencja (AI), uczenie maszynowe (ML) i Big Data
W przedsiębiorstwach przemysłowych urządzenia produkcyjne stanowią fundament procesów tworzenia wartości. Dawniej elastyczność oraz przejrzystość były często ograniczone z powodu przestarzałych metod pracy i braku dostępu do danych. Firmy wiedziały, gdzie znajdują się surowce, części zamienne, roboty ładujące i pojazdy transportowe oraz ile ich jest. Brakowało jednak informacji w czasie rzeczywistym - na przykład, w którym miejscu aktualnie znajduje się wózek widłowy, jak pełne są jego akumulatory.
Obecnie IIoT dostarcza te i wiele więcej informacji w formie cyfrowej ze znacznikami lokalizacji i czasu, w wysokiej jakości i z dużą częstotliwością. Dzięki rozwiązaniom Przemysłu 4.0 automatycznie rejestrowane dane maszynowe są włączane do cyfrowego procesu produkcyjnego. Daje to pracownikom zarządzającym zakładem lub zajmującym się kontrolą jakości precyzyjny wgląd na żywo w procesy oraz stan systemów i komponentów. Przemysłowy Internet Rzeczy tworzy w ten sposób 360-stopniowy obraz całości. Pomaga podejmować niezbędne decyzje, aby uniknąć błędów, zaoszczędzić czas i zoptymalizować procesy.
Systemy realizacji produkcji (MES) zajmują się przygotowaniem, przetwarzaniem i interpretacją informacji z maszyn i czujników. W idealnej sytuacji, uzyskane w czasie rzeczywistym dane trafiają również do aplikacji firmowych, służących do planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP), analizy biznesowej i zarządzania przepływem pracy. Tam wspierają kadrę kierowniczą m.in. w inteligentnych analizach i planowaniu strategicznym, w definiowaniu celów firmy oraz w usprawnianiu procesów sprzedażowych i logistycznych. Ponadto, oprócz optymalizacji przepływów pracy i zapewnienia dostępności, chodzi również o opracowanie nowych modeli biznesowych.
Cyfryzacja i transformacja cyfrowa są powszechnie uważane za priorytet w osiąganiu kluczowych celów korporacyjnych, takich jak zwiększenie obrotów i zysków. Dzięki połączeniu systemów i urządzeń w sieć oraz pozyskiwaniu danych, firmy mogą zwiększyć ogólną wydajność procesów, działać bardziej elastycznie i przetrwać w czasach dużej konkurencji. Wyższą wydajność osiąga się dzięki zautomatyzowanym przepływom pracy. Odciąża to pracowników, którzy mogą teraz skoncentrować się na zadaniach przynoszących firmie długoterminowe korzyści.
Kolejnym celem projektów IIoT jest zwiększenie zdolności do innowacji. Dostęp i przetwarzanie danych uzyskanych pomaga firmom stać się niezawodnymi w czasach Przemysłu 4.0. Ponadto urządzenia IIoT stanowią podstawę do tworzenia cyfrowego obrazu przepływów danych i wszystkich komponentów istotnych dla IoT.
Przemysłowy Internet Rzeczy pomaga firmom definiować całościowe strategie w zakresie danych i analityki. Dzięki wzajemnym połączeniom urządzenia, maszyny, zakłady produkcyjne, technologie budowlane itp. mogą wymieniać dane między sobą i poza granicami systemu. Tworzenie sieci nie jest zatem ograniczone do jednej firmy, jednego konkretnego producenta maszyn lub typu systemu.
Dzięki możliwości szerokiego porównania danych cyfrowych systemy mogą koordynować, precyzyjnie sterować procesami w oparciu o zdarzenia i dynamicznie reagować na incydenty w dowolnym momencie. Decyzje są zatem oparte na informacjach cyfrowych, a nie tylko na założeniach lub pasywnych danych, które muszą być najpierw odczytane, przekonwertowane lub nawet dostarczone przez człowieka.
Wyższa dostępność systemu dzięki konserwacji predykcyjnej to kolejna zaleta IoT w procesach przemysłowych. Serwisowanie zakładów przemysłowych jest czasochłonne i kosztowne. To, kiedy i jak szybko zużywają się komponenty, zależy od czasu użytkowania i obciążenia w procesie produkcyjnym, a także od czasu pracy danego zakładu. Na częstotliwość i zakres konserwacji mają również wpływ czynniki środowiskowe, takie jak temperatura i obciążenie zanieczyszczeniami.
Skutek: aby uniknąć awarii narzędzi i maszyn, komponenty są często wymieniane zgodnie z planem konserwacji producenta, w oderwaniu od rzeczywistego zużycia. W ten sposób podzespoły mają często nadal odpowiednią żywotność.
Dzięki konserwacji predykcyjnej firmy mogą zrezygnować z przeglądów przeprowadzanych ściśle według ustalonych odstępów czasu, kalendarzy lub godzin pracy. Monitorowanie stanu maszyn na żywo zapewnia, że konserwacja i naprawy instalacji są zoptymalizowane pod względem zapotrzebowania, a tym samym kosztów. Predykcyjne serwisowanie za pośrednictwem IoT pomaga uniknąć nieplanowanych przestojów i zwiększyć zwrot z inwestycji w zakład.
Jak dokładnie działa konserwacja predykcyjna? W celu zapewnienia prawidłowego funkcjonowania maszyn, podzespoły podlegające zużyciu wyposażone są w inteligentne czujniki. Monitorują one stan komponentów i dostarczają dane pomiarowe przez całą dobę. Ich ocena zapewnia wykrywanie problemów technicznych przed ich wystąpieniem.
Odchylenia rzeczywistych wartości od docelowych specyfikacji wskazują na zbliżające się awarie. Sztuczna inteligencja analizuje wahania poza dopuszczalnymi parametrami i przedstawia sugestie działań w celu prewencyjnego przeprowadzenia konserwacji.
Zalecenia serwisowe obejmują na przykład zamawianie części zamiennych i wezwanie serwisanta.
Firmy czerpią również korzyści z zalet Internetu rzeczy, jeśli chodzi o cyfryzację łańcuchów dostaw.
Systemy IIoT sprawiają, że łańcuch dostaw jest bardziej niezawodny i ekonomiczny, ponieważ zwiększają szybkość i skalowalność oraz zapewniają przejrzystość.
Warunkiem wstępnym jest jednolite połączenie produkcji w sieć. Magazyny, centra dystrybucji, systemy przenośników i transportu, systemy pakowania, śledzenie przesyłek za pomocą GPS i tak dalej powinny zostać zintegrowane. Aplikacje IIoT pomagają firmom monitorować, optymalizować i śledzić procesy łańcucha dostaw w czasie rzeczywistym. W ten sposób usprawniają produkcję i zwiększają wydajność operacyjną.
Urządzenia i systemy obsługujące IIoT mogą przesyłać i odbierać dane z innych. W tym celu komponenty są wyposażone w odpowiednie czujniki i siłowniki. Tworzenie sieci i wymiana danych odbywa się za pośrednictwem lokalnej infrastruktury, tuneli danych lub chmury.
Protokoły IoT kontrolują komunikację między zasobami, usługami i aplikacjami IIoT.
Za pośrednictwem standardowych protokołów, takich jak OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) lub MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), a w niektórych przypadkach za pomocą protokołów specyficznych dla producenta lub czujnika. Proces przebiega: od czujnika lub urządzenia, które dostarcza dane do miejsca oceny i dalej do kontroli procesów.
Im bardziej złożone stają się projekty IIoT, tym ważniejsze jest dopasowanie protokołów i standardów.
Bramki IIoT są dostępne w celu standaryzacji komunikacji i wymiany danych. Umożliwiają one niezawodne i bezpieczne zarządzanie informacjami i urządzeniami zarówno lokalnie, jak i za pośrednictwem chmury. Bramy zapewniają płynne i bezpieczne dostarczanie odpowiednich strumieni danych pomiędzy poszczególnymi urządzeniami. W ten sposób tworzą pomost między różnymi sieciami komunikacyjnymi, protokołami i oprogramowaniem przetwarzającym dane.
Połączenie technologii operacyjnej (OT) za pośrednictwem przemysłowego Internetu z cyfrowym ekosystemem firm jest złożonym zadaniem z punktu widzenia bezpieczeństwa. W końcu ochrona zakładów przed atakami z zewnątrz stanowi główne wyzwanie w systemach sieciowych. Teoretycznie wzajemne połączenie maszyn i inteligentna koordynacja między nimi, tworzą nowe miejsca ataków. Im więcej systemów jest zintegrowanych z platformą IIoT, tym ważniejsze jest posiadanie kompleksowej koncepcji bezpieczeństwa. Projektowanie zabezpieczeń powinno zatem odgrywać zasadniczą rolę w planowaniu i wdrażaniu platform IIoT.