Fáze plánování, zavádění a používání IIoT
Pět sad otázek poskytuje kontrolní seznam pro plánování, zavádění a používání průmyslového internetu věcí (IIoT).
Průmyslový internet věcí (IIoT) je klíčovou součástí chytré výroby, Průmyslu 4.0 a dalších trendů v oblasti automatizace a řízení. I když se tento termín možná nadužívá, níže uvedené otázky mohou použít jako šablonu technici a další pracovníci, kteří procházejí fázemi plánování, zavádění a používání IIoT.
IIoT: Vytvářejte z dat proaktivní statistiky
V jádru si IIoT představte jako soubor relativně levných komponent, jež shromažďují a přenášejí data do aplikací, které je analyzují a zpracovávají a generují užitečné výstupy. Data lze používat k získávání informací o provozní výkonnosti zařízení (v rámci prediktivní analýzy), k poskytování vstupních dat pro strojové učení nebo sady statistické analýzy nebo k obohacení tabulek a grafů trendů či historických záznamů. Mít desítky, stovky i tisíce senzorů a sběračů dat ještě není kompletním řešením IIoT. Kompletní řešení IIoT vyžaduje také mechanismy pro přenos dat a softwarové balíčky pro jejich zpracování. Při tvorbě strategie IIoT je nutno zahrnout požadavky na datovou komunikaci, standard pro nasazení a očekávání ohledně odpovědnosti, podpory nebo údržby.
Otázky: Nebude vaší organizaci vadit, že zařízení IIoT využívají stejné sítě jako programovatelné automaty (PLC) a rozhraní člověk–stroj (HMI)? Nachází se váš závod v místě, kde jsou k dispozici bezdrátové sítě 4G či 5G a kde je mohou využívat zařízení IIoT? Jsou povoleny a dostupné i jiné bezdrátové protokoly, jako je Bluetooth Low Energy (BLE) nebo LoRaWAN? Jaké zásady nebo požadavky na zabezpečení, podle kterých je třeba tato řešení vyhodnotit, jsou v organizaci zavedeny?
IIoT: Vyhodnoťte zdroj dat
Na konečném návrhu IIoT se podílí několik faktorů. Nejprve vyhodnoťte zdroj(e) dat.
- Otázky: Bude třeba instalovat nové senzory nebo přístroje? Jak bude řešena napájecí a komunikační kabeláž zařízení?
Mnoho zařízení IIoT může být napájeno z baterií s životností od jednoho roku do pěti let v závislosti na provozním cyklu. Některá zařízení se mohou napájet sama, a to pomocí energie dostupné v místě instalace.
- Otázky: V jakých formátech jsou tato data k dispozici, například MQTT, 4–20 mA, REST API, RS232, JSON a RS485? Je nutný nějaký překlad nebo transformace dat? Pokud ano, kde bude transformace probíhat?
Pro úsporu času při komunikaci a úsporu energie mohou senzory přenášet kompaktní proud bitů, které je pak třeba rozdělit zpět do samostatných datových polí.
- Otázky: Jsou nová data vyžadována každých 10 sekund nebo 10 minut? Kolik dat se odesílá během každé komunikace?
Síť LoRaWAN má horní limit objemu dat zařízení na každé odeslání. Šířka pásma často bývá v jednotkách nebo nízkých desítkách kilobitů za sekundu (kb/s). U mobilního modemu si uvědomte, kolik dat měsíčně vygenerujete, abyste se vyhnuli překročení limitu nebo penalizaci.
- Otázky: Je vzdálenost mezi zdroji dat a senzory spíše v metrech, nebo v kilometrech? Jsou k dispozici stávající dálkové sítě, nebo bude nutné vytvořit novou síť?
Místní terén, jiné frekvence používané v daném prostoru nebo fyzická infrastruktura a zařízení mohou ovlivnit maximální dosah různých komunikačních protokolů. To může zablokovat nebo snížit efektivní dosah zařízení.
Určete, co dělat s daty IIoT
Dále musejí technici určit, co dělat s vygenerovanými daty. Pro efektivní využití informací je zásadní přiřazení, uložení a časové označení těchto datových bodů.
- Otázky: Jaká je strategie přiřazování senzorů ke konkrétním komponentám, strojům nebo oblastem? Kdo bude sledovat inventář nasazených zařízení IIoT a jejich umístění?
Jedná se o výrobní prostředky, které musejí být spravovány podle stejných zásad a postupů jako ostatní zařízení připojená k síti.
- Otázky: Kde a jak se budou data ukládat? Budou se přenášet do cloudové služby, nebo do místní databáze? Jak se bude řešit ztráta přístupu k internetu?
Při výběru řešení pro ukládání dat berte v úvahu množství dat, která se denně generují, a množství dat, která je třeba ukládat.
- Otázky: Jak bude synchronizován čas nebo událost generování dat každého zařízení IIoT? Jak velké časové odchylky mezi zařízeními IIoT jsou přijatelné?
Mobilní zařízení používají hodiny sítě, zatímco zařízení bezdrátové či kabelové sítě mohou používat síťový časový protokol (NTP). Rozdíl mezi nimi je několik sekund.
- Otázky: Jak jednotlivá zařízení IIoT vykazují čas? Bude nutná transformace časových značek?
Některá zařízení uvádějí čas ve formátu Epoch (počet sekund od 1. ledna 1970). Jiná zařízení zaznamenávají čas v UTC. Další používají místní časové pásmo. Data a časy musejí být ve stejném formátu, aby bylo možné data a informace poskytované zařízeními zpracovávat, porovnávat a analyzovat pomocí aplikací.
Zvažte použitelnost dat IIoT
Když jsou data v databázi nebo jiných systémech, technici jsou nuceni zvážit možnosti jejich využití nebo dostupnost.
- Otázky: Budou data přístupná pouze prostřednictvím softwaru IIoT, nebo bude možný i přístup k tabulkám a databázím využívaným tímto softwarem?
Někteří dodavatelé nebo poskytovatelé řešení umožňují přístup pouze prostřednictvím webového či lokálního rozhraní. Tento přístup umožňuje analýzu nebo vizualizaci, ale neumožňuje integraci dat do jiných řešení.
- Otázky: Je software na cloudové platformě, nebo běží v prostředí organizace? Existuje záruka provozuschopnosti? Pokud řešení IIoT nebude hodinu nebo celý den k dispozici, jaký to bude mít dopad?
S rostoucím významem dat a analytiky z IIoT může být organizace nucena rozhodnout, zda má zařízení fungovat, pokud jsou systémy IIoT mimo provoz.
- Otázky: Komu bude povolen přístup a jaký typ přístupu bude udělen? Budou mít partneři, dodavatelé nebo třetí strany povolen přístup k údajům?
Technici by měli spolupracovat s týmy IT nebo bezpečnostními týmy organizace, aby pochopili požadavky na sdílení dat, přenos dat a integraci do stávajících systémů správy identit a přístupu.
Vyhodnoťte požadavky na podporu a správu
Po nasazení zařízení IIoT a případných sítí nebo bran by měli technici vyhodnotit požadavky na podporu a správu těchto zařízení.
- Otázky: Kdo bude odpovědný za reakci na poruchu nebo výpadek zařízení? Zařízení napájená bateriemi mají omezenou životnost a je třeba naplánovat pravidelnou údržbu a výměnu baterií.
- Otázky: Budou se uchovávat náhradní zařízení IIoT a kde budou fyzicky umístěna? Jak rychle lze vyměnit nefunkční zařízení a kdo v organizaci umí tyto úkony provádět?
Technici v příslušné lokalitě mohou potřebovat další školení nebo dokumentaci, aby mohli tyto komponenty vyměňovat.
- Otázky: Jaká je plánovaná životnost zařízení IIoT? Budou zařízení dostupná za dva nebo tři roky impulzem k výměně stávajícího hardwaru?
Organizace může potřebovat vyhodnotit svou strategii s ohledem na rychlé změny v oblasti IIoT, ke kterým rok od roku dochází. Nové vlastnosti nebo funkce mohou přinést dostatečnou hodnotu, aby se výměna provedla dříve, než je plánováno.
IIoT může organizacím umožnit činit chytřejší a rychlejší rozhodnutí a přinést hodnotu prostřednictvím zvýšení efektivity a úspory nebo eliminace nákladů. Ačkoli tento článek přináší více otázek než odpovědí, zpracování těchto otázek a úvah povede k mnohem robustnějšímu a komplexnějšímu řešení, které se vyhne nástrahám a úskalím, jež hrozí při nepromyšleném zavádění IIoT bez dostatečného plánování.
Alan Raveling je architekt PT ve společnosti Interstates a držite ocenění 2021 Engineering Leader Under 40, které bylo zveřejněno ve vydání časopisu Control Engineering v září 2021. Společnost Interstates je obsahovým partnerem vydavatelství Control Engineering. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel, Control Engineering, CFE Media, mhoske@cfemedia.com.
