اینترنت اشیا صنعتی، پیشران صنعت در هزاره سوم

بر اساس تحقیقات بنیاد گرند ویو ریسرچ (Grand View Research) پیش‌بینی می‌شود در بازه سال‌های 2023 تا 2030، سالیانه 23.2 درصد رشد را برای بازار اینترنت اشیا صنعتی یا IIoT (سر واژه Industrial Internet of Things) شاهد باشیم؛ بنابراین تا سال 2030 ارزش این بازار از 1693 میلیارد دلار نیز عبور خواهد کرد. این پیش‌بینی بخوبی رشد نمایی در سازگاری شرکت‌ها با تجهیزات IIoT، با وجود اقتصاد ملتهب بین‌المللی در سال 2023 را توضیح می‌دهد. بیشتر تحولات و برنامه‌های مرتبط با صنعت 4 شامل کارخانه‌ها و سایت‌های هوشمند، استفاده مضاعف از تجهیزات متصل، و تجزیه و تحلیل داده‌‌ها هستند. در ادامه به وضعیت فعلیIIoT، کاربردهای آن در دنیای واقعی و مزایای آن برای شرکت‌های صنعتی می‌پردازیم.

اینترنت اشیا صنعتی یا IIoT‌ چیست؟

شبکه اینترنت اشیا صنعتی به بیانی ساده، ابزار لازم برای اتصال ماشین‌های موجود در خطوط تولید، خودروها در سیستم لجستیک و فناوری‌های مختلف در سایت‌های صنعتی متفاوت را فراهم می‌کند تا زیرساخت لازم برای افزایش بهره‌وری مبتنی بر داده نتیجه شود. اصل اساسی که چنین اتصالی را ممکن می‌کند این است که «هرآنچه (فعالیت یا فرایند) را که بتوان اندازه‌گیری و رصد کرد، می‌توان به بهینگی رساند.»
شبکه IIoT‌ حسگرها و اتصالات را یکپارچه می‌کند و توان حاصل را برای بهینه‌سازی فعالیت ماشین‌آلات، وسایل نقلیه ناوگان حمل‌ونقل، ابزارهای مورد استفاده نیروی انسانی و عملکرد نیروی انسانی بکار می‌گیرد.
برای درک بهتر قدرت این شبکه، دنیایی را تصور کنید که در آن ماشین‌ها می‌توانند بطور یکپارچه باهم ارتباط برقرار کنند و بتوانند حجم انبوهی از داده‌های حاصل را به بینش‌های عملیاتی و تجاری در مورد کیفیت تولید، سلامت تجهیزات، رصد زنجیره تأمین، امنیت سایت‌های صنعتی و …، تبدیل کنند. اینترنت اشیا صنعتی نقاط کور در عملیات را حذف می‌کند و داده‌های واقعی از نقطه به نقطه عملیات را برای ایجاد اتوماسیون صنعتی هوشمندتر در دسترس قرار می‌دهد.

اینترنت اشیا صنعتی چگونه عمل می‌کند؟

یک اکوسیستم IIoT‌، متکی به حسگرها، اتصال دائم، پردازش و تحلیل داده است که در سه سطح زیر و به شکل زنجیری با هم در ارتباطند:

• لایه لبه: شامل تمام تجهیزات مکانیکی می‌شود که به حسگرهای اینترنت اشیا مجهز شده‌اند، به اضافه سخت‌افزارهایی مانند IoT Gateways که برای پردازش داده‌های حاصل از فعالیت این تجهیزات و قبل از انتقال به شبکه‌های تجمیع و مدیریت داده شرکت یا فضاهای ابری، استفاده می‌شوند.
• لایه پلتفرم: زیرساخت محاسباتی و متمرکز برای دریافت، ذخیره و تجزیه و تحلیل حجم بالایی از داده‌های صنعتی دریافتی از سطح قبلی است. سرورهای داخلی یا پلتفرم‌های اینترنت اشیا با میزبانی یک ابر (Cloud) قابلیت‌های لازم برای مدیریت دستگاه‌های متصل و خلق اپلیکیشن‌های کاربردی را ارائه می‌دهند. این لایه وظیفه یکپارچه‌سازی ایمن داده‌ها با سیستم‌های سازمانی قدیمی‌تر مانند ERP را نیز بر عهده دارد.
• لایه اپلیکیشن: این لایه به نرم‌افزارهای IIoTاختصاصی و مورد استفاده برای ایجاد داشبوردها و نمایش داده اشاره دارد. اپراتورها و مدیران بخش‌های مختلف سازمان از این برنامه‌ها برای ردیابی میزان اثربخشی کلی تجهیزات، وضعیت و داینامیک زنجیره تأمین و دیگر اولویت‌های تجاری استفاده می‌کنند.

در یک معماری فراگیر از IIoT، سیستم‌های ارتباطی پشتیبان رایجی مانند LPWAN یا WiFi استفاده می‌شوند که پوشش گسترده و بی‌سیم را برای اتصال تعداد زیادی از تجهیزات در مساحت وسیعی از سایت صنعتی ارائه می‌دهند.

فناوری‌های کلیدی در معماری شبکه‌های IIoT

همچنانکه بر تنوع و پیچیدگی حسگرهای IIoT افزوده می‌شود، فناوری‌های مرتبط و تکمیلی آنها نیز متحول می‌شود. در اینجا به چند قطعه مهم از ساختار یکپارچه شبکه اینترنت اشیا صنعتی اشاره می‌کنیم:

• حسگرها: حسگرهای متصل به تجهیزات و دارایی‌های صنعتی مانند موتورها، کمپرسورها، ربات‌های خطوط تولید، خودروهای صنعتی و بسیاری دیگر، ماژول‌های اینترنت اشیا را با داده‌های لحظه به لحظه تغذیه می‌کنند؛ داده‌هایی شامل دما، فشار، رطوبت، ارتعاش، ولتاژ و غیره که وضعیت دارایی‌های صنعتی را در لحظه مشخص می‌کنند.
• پروتکل‌های اتصال: زیرساخت فناوری اطلاعات لازم برای ارتباط یکپارچه بین حسگرها، گیت‌های پردازش اولیه داده، لایه‌های پلتفرم و برنامه‌ها در قالب استانداردهایی مانند WiFi، 5G، Bluetooth و غیره را تشکیل می‌دهند. بعضی از پیاده‌سازی‌ها به فناوری‌ها با پوشش محدوده‌هایی گسترده و انرژی بسیار کم نیاز دارند که توسط LPWAN برطرف می‌شود.
• زیرساخت‌های محاسباتی و ابری: بهره‌برداری از IaaSهایی که توسط AWS، Azure یا تأمین کنندگان دیگر، یا ترکیبی از این تأمین کنندگان، ارائه می‌شود و برای ذخیره‌سازی، پردازش، ایجاد و ارتقا قدرت تحلیل داده نیاز هستند.
• تجزیه و تحلیل و هوش مصنوعی: الگوریتم‌های یادگیری ماشین و داده‌کاوی عمیق از کلان داده‌ها و هوش مصنوعی برای پیش‌بینی الگوها، زمانبندی عملیات، مدیریت کمپین‌های تجاری و … استفاده می‌کنند.
  ترکیب این فناوری‌ها و عملیات مدیریت داده است که قدرت شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی را بروز می‌دهد و قابلیت‌های این شبکه را برای هوشمندسازی کارخانه‌ها، ایجاد خطوط تولید متصل و رصد زنجیره تأمین خودکار ارتقا می‌دهد.

مهم‌ترین کاربردهای شبکه اینترنت اشیا صنعتی

در بخش‌های مختلف صنایع تولیدی، بخش حمل‌ونقل، آب و برق، نفت و گاز، معدن و دیگر بخش‌های صنعتی، استفاده از شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی باعث بهبود ایمنی، افزایش کارایی و ایجاد روندهای درآمدی جدید می‌شود. در اینجا به برخی از باارزش‌ترین کاربردهای شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی می‌پردازیم:

نگهداری پیشگیرانه

با هشدار زودهنگام نسبت به خرابی تجهیزات، تله‌متری اینترنت اشیا صنعتی سالیانه میلیون‌ها دلار صرفه‌جویی در هزینه‌های نگهداری و تعمیر برای شرکت‌ها به ارمغان می‌آورد. برای مثال، پمپ‌های هوشمند در پالایشگاه‌ها یا ماشین‌های سی‌ان‌سی در کارخانه‌های تولیدی به نگهداری مستمر نیاز دارند و حسگرها نیاز به هرگونه بررسی یا تعمیر را پیش از خرابی این تجهیزات گران‌بها اعلان می‌کنند.

ردیابی دارایی‌ها

اطلاع دقیق از موقعیت و وضعیت آنی تجهیزات سازمان، وسایل نقلیه ناوگان لجستیک و محموله‌ها باعث می‌شود مدیریت بهتری در بهره‌برداری از آنها انجام شود.

ردیابی در زنجیره تأمین

سیستم لجستیک متصل و یکپارچه می‌تواند دید وسیع‌تری نسبت به وضعیت حمل‌ونقل و رصد دارایی‌های سازمان ارائه بدهد و باعث کاهش ضایعات و سرقت و مشابه آن‌ها شود.

ایمنی نیروی انسانی

استفاده از حسگرهای پوشیدنی، باعث می‌شود مدیران بتوانند روی عملکرد ایمنی‌محور کارکنان نظارت کنند و نیاز به آموزش را در افراد و تیم‌ها تشخیص دهند. همچنین، آنها می‌توانند ریسک‌های محیطی را سریع‌تر با کارکنان در معرض خطر به اشتراک بگذارند و در صورت بروز حادثه از موقعیت دقیق آنها آگاهی داشته باشند.

مدیریت انرژی

برای تأسیساتی مثل پالایشگاه‌ها که به مصرف بالای انرژی نیاز دارند، شبکه‌هایIIoT می‌توانند امکان نظارت مستمر بر پارامترهای مصرف را مهیا کنند. تحلیل داده‌های آنها می‌تواند به سناریوهای بهبود مصرف انرژی و ایجاد پایداری برای کلیت سازمان منجر شود.

اتوماسیون و رباتیک

با استفاده از بینش‌های حاصل از داده‌های شبکه اینترنت اشیا صنعتی، امکان بیشتری در استفاده از ماشین‌های برنامه‌ریزی‌شده و هوشمند در جهت بهینه‌سازی عملکرد زنجیره تأمین، انبارداری، لجستیک و خطوط تولید بوجود می‌آید.
بیشتر راهکارهایی که IIoT ارائه می‌کند بر افزایش کارایی با تمرکز بر دارایی‌های باارزش و کانونی در عملیات تأکید دارند. با این حال، شبکه اینترنت اشیا محدودیتی در ارتقا بهره‌وری برای هیچ بخش و ابزار کوچک و بزرگی ندارد. عملکرد هر کدام از تجهیزات و فرایندهایی را که بتوانیم با حسگر تجهیز کنیم، می‌توانیم با تحلیل داده‌های حاصل در مسیر بهینه‌سازی قرار دهیم.

مزایای استفاده از نظارت مبتنی بر شبکه اینترنت اشیا صنعتی

آمارها درباره نحوه استفاده و برداشت سازمان‌ها ازIIoT متفاوت است، اما صنایع پیشگامی مانند تولید، لجستیک و انرژی بر فواید زیر تاکید بیشتری داشته‌اند:

• بهبود زمان در دسترس بودن تجهیزات: تخمین می‌زنند که حتی یک تا دو درصد بهبود در زمان در دسترس بودن دارایی‌ها (وقتی بدلیل خرابی از فرایند تولید یا خدمات‌دهی خارج نشده‌اند) می‌تواند سالیانه میلیون‌ها دلار برای صنایع سنگین صرفه‌جویی به ارمغان آورد. در واقع، تحلیل‌های پیشگویانه زمان خرابی یا نیاز به مراقبت را با دقت بیشتر اعلام می‌کنند و از خسارات حاصل از عدم توجه بموقع پرهیز می‌شود. زیرا درصد بالایی (در برخی صنایع مانند معدن تا 40 درصد) از هزینه عملیاتی شرکت‌های فعال در صنایع سنگینی مانند نفت و گاز، معدنکاری و نیرو صرف عملیات تعمیر و نگهداری تجهیزات می‌شود.
• راندمان بالاتر: دید عملیاتی بهتر باعث صرفه‌جویی بیشتر در هزینه‌های مرتبط با نیروی انسانی و لجستیک می‌شود. خودکارسازی از دیگر نتایج حاصل از استقرار شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی است که بهره‌وری را به شکل قابل توجهی بالا می‌برد.
• انعطاف‌پذیری بیشتر و بهتر: شبکه‌های IIoT انعطاف بیشتری به سازمان‌ها برای مدیریت انواع نوسان‌ها می‌دهد. با استفاده از ابزارهای پیش‌بینی، میزان تقاضا بهتر تخمین زده می‌شود و شرکت‌ها با آمادگی بالاتری به نبرد با عدم قطعیت موجود در بازارها می‌روند.
• ایمنی بیشتر: طبق گزارش سازمان‌های پیشگام در استفاده از تجهیزات IIoT برای امنیت نیروی انسانی، تعداد موارد منجر به آسیب کاهش یافته است. برای مثال، با استفاده از این تجهیزات می‌توان وقوع نشتی در خطوط انتقال مواد خطرناک و گازها، کاهش اکسیژن در محیط یا افزایش میزان گرد و غبار در محیط کار را با دقت بیشتری تشخیص و نسبت به آن بموقع اقدام کرد.

بنابراین، واضح است که ایجاد اتصال بین تجهیزات باعث تولید داده‌های باارزشی می‌شود که حاوی اطلاعات مفیدی برای افزایش کارایی کلیت سازمان هستند.

تفاوت انقلاب صنعتی چهارم، اینترنت اشیا (IoT) و اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)

با توجه به افزایش محبوبیت راهکارهای متصل، اصطلاحات مرتبط با آنها غالبا با ابهام همراه هستند و گاهی از یکی به جای دیگری استفاده می‌شود. اما سه اصطلاح انقلاب صنعتی، اینترنت اشیا و اینترنت اشیا صنعتی تفاوت‌های قابل‌توجهی باهم دارند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
«اینترنت اشیا» به رده‌ای بسیار گسترده از ابزارها و راهکارهایی مانند تجهیزات پوشیدنی، لوازم خانگی هوشمند، وسایل نقلیه متصل و غیره گفته می‌شود که اینترنت (برای ایجاد اتصال دائم) و حسگرها را برای هوشمندسازی یا خودکارسازی فرایندی خاص بکار می‌گیرند.
اینترنت اشیا صنعتی، بعنوان زیرمجموعه یا کاربردی از اینترنت اشیا، به حسگرهایی اشاره دارد که کاربردهای صنعتی دارند و برای فعالیت‌هایی مانند خودران‌سازی خودروهای معدنی یا تجهیزات حفاری، خودکارسازی خطوط تولید و استفاده از بازوهای رباتیک و امثال آنها استفاده می‌شوند.
انقلاب صنعتی چهارم یا صنعت 4، تحول همه‌ جانبه‌ای است که فناوری در کانون آن قرار دارد و در صنایع اتفاق می‌افتد. در نتیجه، شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی، زیرمجموعه‌ای از روندهای دیجیتالی و هوشمندشدن هستند که در اهداف انقلاب صنعتی چهارم قرار دارند.
بطور خلاصه:
• اینترنت اشیا یا IoT چتر بزرگی است که تمام فعالیت‌های اتصال و شبکه سازی را در بر می‌گیرد.
• اینترنت اشیا صنعتی یا IIoT بر کاربردهای شبکه‌های اینترنت اشیا در صنعت متمرکز است.
• صنعت 4 به تحول در صنایع با تکیه بر فناوری‌های جدید و با هدف دیجیتالی شدن فرایندها می‌پردازد.

چالش‌های موجود در اتخاذ و اجرا IIoT

همزمان با بهبودهایی کهIIoT ایجاد می‌کند، برخی چالش‌های اساسی را نیز برای سازمان‌ها ایجاد می‌کند که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:
• برای تیم‌های فناوری اطلاعات، تجمیع تجهیزات قدیمی ولی اساسی با ابزارهای اینترنت اشیا صنعتی دشوار بنظر می‌رسد، بخصوص تشخیص هشدارهای درست از انواع کاذب بسیار دشوار است. در چنین شرایطی، همکاری همه‌جانبه و مستمری بین بخش‌های مختلف سازمان برای درک بهتر دسترسی‌ها و نیازها لازم است.
• بعلت وجود ریسک‌هایی مانند نشت داده‌های حیاتی سازمان، چالش ایجاد بستر ایمن برای شبکه‌های نقل و انتقال داده همیشه وجود داشته است. مهاجرت به فضای ابری چالش برانگیز است، اما سازمان‌ها برای دسترسی بهتر و بیشتر به نرم‌افزارهای مدیریت داده و ریسک به این سرویس‌ها نیاز مبرم دارند.
• در برخی از عملیات صنعتی، بویژه در حوزه سلامت و تجهیزات دارویی، ایجاد شبکه‌های متصل و منسجم بسیار چالش‌برانگیز است، بخصوص برای فرایندهایی که به صورت عمودی با یکدیگر در ارتباط هستند و ایجاد شبکه منطقی برای رد و بدل کردن اطلاعات چالشی بزرگ است.
• تخصص شرط اول برای ایجاد یک شبکه با قابلیت پاسخگویی به نیازها و حصول بهره‌وری برای سازمان است. معمولا سازمان‌هایی که بلوغ دیجیتال پایین‌تری دارند، مقاومت بیشتری در برابر توسعه شبکه‌هایی این‌چنینی از خود نشان می‌دهند و پس از اتخاذ آن نیز به آموزش بیشتری نیاز خواهند داشت.

مراحل اولیه در تعریف راهکارهای اینترنت اشیا صنعتی

بازدهی شبکه‌های اینترنت اشیا صنعتی بسیار اغواکننده است، اما برنامه‌ریزی را برای آن باید بعنوان زیرساختی برای تعریف راهکارهایش مدنظر قرار دهید و با حساسیت بیشتری مراحل اولیه در تعریف راهکارها را پیگیری کنید.

• نقاط ضعف را تشخیص دهید: در نخستین گام، سعی کنید چالش‌های موجود که باعث کاهش کارایی سازمان می‌شود را بیابید. متناسب با هر چالش و اهمیت رفع آن، برای راهکارها سرمایه تخصیص دهید.
• تأثیرات راهکارها را کمی‌سازی کنید: هر راهکار چه نیازی را از سازمان برطرف می‌کند، باعث چه نوع صرفه‌جویی می‌شود و چقدر بر کارایی کلیت فعالیت‌ها می‌افزاید. سعی کنید پاسخ به این سوالات را در قالب جواب‌های کمی ارائه کنید.
• از مقیاس کوچک شروع کنید و توسعه دهید: برای اینکه بروز انواع خطا و عواقب مالی و صنعتی آن را به حداقل برسد، باید از مقیاس کوچکی شروع کنید و استقرار شبکه اینترنت اشیا صنعتی و راهکارهای متناسب با آن را برای یک فرایند یا عملیات کوچک آزمایش کنید.
• سازگاری فناوری را رصد کنید: حسگرهایی که نصب شده‌اند را با دقت و از نزدیک بررسی کنید و داده‌های حاصل از آنها را با واقعیت موجود بسنجید و تغییرات لازم را برای بهبود نتایج اعمال کنید. همچنین، پلتفرم‌های پردازش داده و پیش‌بینی را بسنجید و مطمئن شوید که نتایج با واقعیت سازگارند.
• با نتایج اولیه در مسیر سازگاری حرکت کنید: در صورت دریافت بازخورد مناسب از شبکه ایجاد شده، فعالیت‌ها و راهکارها را به مقیاس برسانید تا بهره‌وری سراسری برای کلیت سازمان ایجاد شود.

برای ایجاد چنین تغییراتی در فرایندهای صنعتی، شراکت راهبردی با اپراتور صنعت هوشمند، مسیر بکارگیری اینترنت اشیا صنعتی و دیگر فناوری‌های صنعت 4 را برای افزایش تولید و بهبود بهره‌وری کوتاه می‌کند.

منبع:
mokosmart.com