IIoT софтуерни платформи

• Industrial Internet of Things платформите се наложиха като водещ инструмент на дигиталната трансформация в производството
  
  
• Чрез тях огромните обеми данни от машини и процеси се превръщат в измерими ползи по отношение на ефективността
  
  
• Те функционират като междинен слой между OT и IT технологиите, който свързва физическото оборудване с аналитичните, управленските и бизнес системи

През последното десетилетие Industrial Internet of Things (IIoT) платформите се наложиха като водещ инструмент на дигиталната трансформация в производството, чрез който огромните обеми данни от машини и процеси се превръщат в измерими ползи по отношение на ефективността. Неслучайно мнозина ги определят като гръбнак на интелигентните фабрики. IIoT решенията интегрират усъвършенствани функции за събиране, анализ и визуализиране на информация в реално време, управление на активи и комуникация между различни устройства и системи. Те функционират като междинен слой между OT и IT технологиите, който свързва физическото оборудване с корпоративните платформи и бизнес приложенията.

IIoT, дигитализация и Industry 4.0

Макар и в различна степен, всяка индустриална компания се сблъсква с трудности в хода на цифровизацията. Немалко предизвикателства са свързани с изобилието от данни, генерирани от все по-многобройните сензори – ресурс, който има сериозен потенциал да се превърне в стойност, но изисква целенасочен подход и подходящо технологично решение.

Нещо повече – не всеки бизнес има готовност за внедряване на IIoT. За да са налице условия за успешна интеграция, компанията следва не само да е достигнала дадено ниво на дигитализация, но и да има нагласа за всеобхватен стратегически и културен преход – от реактивни към проактивни действия и към залагане и изпълнение на цели за повишаване на цялостната ефективност на оборудването (OEE).

IIoT представлява подкатегория на Internet of Things технологиите, която прилага същите ключови принципи за свързаност и събиране на данни, но в индустриални условия. Макар основните елементи да остават същите, изискванията и приложенията значително се разширяват и усложняват. Концепцията за IIoT е тясно свързана с мащабната технологична трансформация на производствения сектор под знака на Industry 4.0, с която във фабриките навлизат иновации като изкуствен интелект, инструменти за анализ на големи информационни масиви (Big Data), облачни и периферни изчисления.

Основна цел на IIoT решенията, които се обособяват като своеобразен нов еволюционен етап в промишлената автоматизация, е да оптимизират индустриалните процеси чрез свързаност, интелигентни изводи и препоръки за оптимизация, базирани на данни. В резултат се разкриват възможности за прогнозна поддръжка, минимизиране на престоите и повишена производителност. С помощта на IIoT платформите производствените предприятия могат много по-лесно да идентифицират и коригират процеси, отдели или системи с понижена ефективност, както и да вземат по-бързи и обосновани решения.

IIoT системите все по-отчетливо следват децентрализиран подход, базиран на съвкупност от микроуслуги, което ги прави по-гъвкави. Изпълнявайки функцията на “междинен софтуер” (middleware), те служат като своеобразна спойка между сензори, устройства, приложения, услуги, разработчици и потребители в интелигентното цифровизирано производство.

Ключови характеристики на IIoT системите

IIoT платформите интегрират полевото оборудване с усъвършенствани софтуерни приложения, като за целта осигуряват широка оперативна съвместимост между продукти на различни производители, протоколи и стандарти за индустриална комуникация. Приоритети са гъвкавостта и безкомпромисната надеждност, позволяващи свързване и управление на хиляди устройства, непрекъсваеми потоци от данни и обработка на гигантски разнородни масиви.
IIoT решенията са проектирани за имплементиране в голям мащаб – на ниво завод или група производствени мощности, с цел изграждане на сигурна връзка между ключови активи като машини, линии, цехове и системи.
За целта тези решения обхващат следните аспекти:

• Свързаност и интеграция – комуникация на машинно ниво (M2M), свързване на сензори, PLC контролери, роботи, SCADA системи и др., поддръжка на индустриални протоколи (OPC UA, Modbus, PROFINET, EtherNet/IP и др.), интеграция с ERP, MES, MOM, CMMS и други корпоративни платформи;
  
  
• Събиране и управление на данни от машини и процеси в реално време, обработка на големи масиви от хетерогенна информация, контекстуализиране на данните чрез свързването им с конкретни активи;
  
  
• Анализи и оптимизация чрез изкуствен интелект и машинно самообучение;
  
  
• Прогнозно обслужване и ранно откриване на отклонения и аномалии;
  
  
• Поддръжка на облачни, периферни архитектури и хибридни модели – в зависимост от потребностите (локална обработка с минимизиране на времезакъсненията или мащабируемост и централизирано управление на данните);
  
  
• Киберсигурност – криптиране, управление на достъп, акаунти и роли, съответствие със стандарти като IEC 62443 и ISO/IEC 27001;
  
  
• Визуализиране на данни, процеси и показатели за ефективност (KPI) – чрез електронни табла, графики, диаграми и др.;
  
  
• Мониторинг на състоянието на активите, аларми и съобщения, отдалечено конфигуриране, диагностика и отстраняване на проблеми, актуализиране и управление;
  
  
• Възможност за разширяване и надграждане във времето.

Мащабите на вече наличната, но сложна за пресяване, обработка и интерпретиране информация в дигиталната епоха поставят високи изисквания към капацитета, ефективността и надеждността на платформата, чрез която ще бъде управлявана. Ето защо експертите препоръчват към избора на IIoT решение да се подхожда с внимателно планиране, задълбочен анализ на приложението и детайлно проучване на съществуващите опции. Добър вариант са модулните платформи, които позволяват крайната система да бъде прецизно персонализирана по функционалност и обхват според конкретните потребности на предприятието.

Основни функции и възможности

IIoT софтуерът изпълнява редица критични функции във високотехнологичните производства. Сред тях са детайлният мониторинг на процесите и активите и прогнозната поддръжка. Тези решения могат да следят в реално време местоположението на детайли, инструменти и оборудване, да координират интралогистиката и да подобрят управлението на материалите и наличностите, намалявайки загубите и престоите. Ключови задачи са контролът на качеството, енергийният мениджмънт и отдалеченият достъп до информация за свързаните системи без ограничения във връзка с географската им локация.

Все по-важна е ролята на IIoT софтуера като база за изграждане на дигитални двойници на физическото оборудване. Отвъд събирането и визуализирането на оперативна информация, IIoT платформите позволяват създаването на динамични виртуални копия на машини, роботи, клетки, производствени линии и цели съоръжения. Те комбинират данни от сензори в реално време с исторически записи и контекстуални взаимовръзки. Това позволява на производителите и ползвателите на оборудването да симулират различни работни сценарии, да предвиждат рискове и проблеми още преди реалното внедряване и да оптимизират ефективността във фазата на планиране и проектиране.

Друг съществен аспект на IIoT технологиите с оглед на експоненциалното увеличение в броя и мащаба на свързаните активи е управлението на данните или т. нар. “data governance”. IIoT платформите следва да гарантират качество, съгласуваност и проследимост на данните от хетерогенни източници, като същевременно ясно дефинират собствеността върху информацията, правата за достъп и политиките за съхранение. Без подобни механизми аналитичният потенциал на IIoT системите сериозно се ограничава, а мащабирането на пилотните проекти се усложнява. С помощта на еднозначни дефиниции по отношение на управлението на данните IIoT платформите бързо еволюират от инструменти за мониторинг и свързаност в стратегически решения за повишаване на автономността, гъвкавостта и ефективността на индустриалните процеси и приложения.

Предизвикателства при внедряването

Макар да говорим за IIoT платформите като за технологична иновация от последното десетилетие, тяхната практическа реализация изисква конвергенция между нови и съществуващи системи и архитектури, някои от които са далечни предшественици на дигитализацията. В много предприятия все още функционират изправно механични и аналогови системи, машини, датчици, контролери и други устройства от 70-те и 80-те години на миналия век. Подмяната им с по-съвременни алтернативи само за целите на един IIoT проект за много компании се оказва скъпо или дори непосилно. Същевременно трудностите не са единствено от финансов характер.

Съвременни и архаични системи от различни поколения и производители е необходимо “да заговорят на един език” чрез интерфейсна свързаност и безпроблемна комуникация. Успешната модернизация често изисква разработка и интеграция на персонализирани компоненти и модули, реверсивно инженерство, както и голяма доза креативност по отношение на обединяването на физическите и дигиталните слоеве. Поради това специалистите съветват предприятията да се обръщат към опитни консултанти и интегратори, които прилагат добре балансиран подход при внедряване, който позволява надеждно обединяване на различните технологични слоеве, минимизиране на рисковете и постигане на реална добавена стойност.

Темата за консолидирането между оперативните (OT) и информационните (IT) технологии в индустрията се обсъжда все по-активно, а редица експерти посочват като успешна формула не само технологичната интеграция, но и целенасоченото ангажиране на персонала чрез обучение, развитие на нови дигитални умения и адаптиране на организационната култура към промените. Критична задача в процеса е и гарантирането на безкомпромисна киберсигурност, тъй като доскоро изолираните активи се свързват с глобалната мрежа и стават обект на нови уязвимости и заплахи, които е възможно да дойдат от всяка точка на света. Примери са пробиви и хакерски атаки, носещи риск от нежелани престои, загуби и инциденти, кражба на данни и финансови активи, корпоративен шпионаж, компрометиране на имиджа и др.

Традиционно предизвикателство при внедряването на IIoT платформи е свързано и с присъщите за индустрията тежки експлоатационни среди. Софтуерните решения неизбежно “живеят” върху физически хардуерни компоненти. В индустрията те са изложени на различни агресивни условия, като влага, запрашаване, вибрации, удари, електромагнитни смущения, контакт с химикали, корозивни атмосфери и субстанции и др. Ето защо, наред с подходящата функционалност, потребителите следва да се фокусират и върху повишената надеждност и издръжливост на IIoT инфраструктурата.

Важно съображение са безжичните комуникации, най-вече високоскоростните решения във високочестотния спектър, при които вследствие на фактори на средата и електромагнитни смущения често се наблюдават намалена стабилност на връзката, затихвания на сигнала, повишена латентност и рискове от прекъсвания. Това налага внимателен подбор на технологиите, резервиране на комуникационните канали и при необходимост – комбиниране с кабелни системи. Самите кабели в редица случаи изискват допълнително екраниране и механична защита. Дизайнът и корпусирането на електронните компоненти за IIoT приложения също стриктно се съобразяват с конкретната комбинация от експлоатационни условия.

IIoT и интелигентните фабрики на бъдещето

Приложенията на IIoT решенията днес далеч надхвърлят традиционното производство и се разпростират в множество сектори и индустрии, като логистика, електроника, металообработка, автомобилостроене, енергетика, нефтено-газова и химическа промишленост, минно-добивен отрасъл, инфраструктура и др.

Внедряването на IIoT платформи носи значими ползи за предприятията, включително подобрена оперативна ефективност, усъвършенствано качество на продукцията, минимизиране на загубите и престоите, по-пълноценно използване на активите и усъвършенствано вземане на решения на базата на данни в реално време. Това става възможно благодарение на цялостната видимост и прозрачност на процесите и оборудването, които IIoT системите осигуряват. По този начин бизнесът може по-навременно и адекватно да реагира на кризи, промени и нови изисквания, да оптимизира веригата на доставките и да създава нови услуги и модели с добавена стойност.

Маркетолозите очакват над троен ръст на глобалния пазар на IIoT решения в следващите години – от около 154 млрд. щатски долара през 2025 г. до над 565 млрд. долара през 2031 г. Прогнозното увеличение кореспондира с продължаващия спад в цените на сензорите, все по-широкото внедряване на 5G технологии за мрежова комуникация, както и напредъка при дизайна и технологиите в областта на полупроводниковите компоненти. Базираните на т. нар. чиплети (chiplets) решения и специализираните индустриални чипсети за изкуствен интелект (AI chipsets) позволяват ускорена обработка на данни в мрежовата периферия – по-близо до източника за по-ниска латентност и подобрена ефективност, устойчивост и надеждност. Според анализаторите облачните ресурси и през следващите години ще останат ключови за IIoT анализите, но все по-голям превес ще вземат хибридните периферно-облачни (edge-cloud) архитектури.

IIoT платформите са ключов стълб на дигитализацията и глобализацията, който дава поглед върху “цялата картина” в едно предприятие, включително върху множество бази, съоръжения, доставчици, канали и контрагенти. Тези решения са отражение на нова парадигма в индустриалните операции, позволяваща по-интелигентно, устойчиво и ефективно управление на процесите и активите. Крайна дестинация в развитието на технологията е изцяло свързаната и автономна фабрика на бъдещето, която функционира едновременно като самостоятелна и завършена екосистема и като звено от глобална бизнес верига, в която натоварването може да бъде динамично разпределяно между различни, географски раздалечени мощности.