Skomentuj 
Podziel się!
Udostępnij
Twittnij
Wyślij
Drukuj
Internet Rzeczy to określenie oznaczające sytuację, w której wiele różnorodnych urządzeń elektronicznych jest podpiętych do wspólnej (globalnej) sieci i dzięki uniwersalnym protokołom komunikacyjnym, mogą wymieniać ze sobą dane, bez pośrednictwa człowieka.
Natomiast jedną z nieoficjalnych pogłosek jest, że określenie Internet of Things zostało podchwycone przez firmę Intel i włączone w grupę nowych, proponowanych nazw dla określenia nowoczesnych technologii komunikacji M2M. Okazało się, że choć IoT wydaje się być terminem mało intuicyjnym, na tyle wzbudzał on zainteresowanie, że firma postanowiła go wypromować i na stałe zaistniał w świadomości ludzi na całym świecie.
IDEE INTERNETU RZECZY
Tworzenie elementów Internetu Rzeczy stało się celem wielu firm. Dzięki globalnej komunikacji ich produkty i komponenty będą mogły wymieniać dane z dowolnymi innymi urządzeniami IoT, zdecydowanie poszerzając tym samym swoje funkcje. W wielu przypadkach Internet Rzeczy ma zastępować wprowadzanie nastaw urządzeń przez użytkownika. System może samodzielnie i bezpośrednio komunikować się z czujnikami lub centrami danych, by wprowadzić adekwatne nastawy. Problemem staje się pewnego rodzaju inteligencja, potrzebna do takiej wymiany danych. Muszą one mieć względnie łatwo zrozumiałą postać i być dostępne. Z rozwiązaniem tych problemów mierzy się większość twórców systemów wpisujących się w koncepcję IoT. W efekcie najczęściej są to urządzenia określane po angielsku mianem "smart", które niestety nie ma dobrego polskiego odpowiednika. Polski wyraz "inteligentne" sugeruje, że za algorytmami zastosowanymi w danym urządzeniu kryje się jakiś mózg, przypominający swoimi możliwościami ludzki umysł.
Tymczasem chodzi wyłącznie o zaprogramowanie dosyć uniwersalnych metod komunikacji i analizy danych, tak by urządzenie mogło samodzielnie wyciągać użyteczne wnioski z dosyć dużej liczby pobieranych automatycznie informacji.
Choć obecnie może to się wydawać czymś zupełnie oczywistym, warto mieć świadomość, że jeszcze kilka lat temu tego typu algorytmy praktycznie w ogóle nie były implementowane w drobnych urządzeniach konsumenckich.
Dopiero przyzwyczajenie ludzi do smartfonów sprawiło, że idea wszechobecnej komunikacji i dostosowywania sposobu działania systemu lub urządzenia do otoczenia stały się zrozumiałe. Tak naprawdę jest to potwierdzeniem słuszności idei Internetu Rzeczy jako ważnego kierunku rozwoju elektroniki - a w praktyce także automatyki.
INTERNET RZECZY W ZAKŁADZIE PRZEMYSŁOWYM
Fakt, że Internet Rzeczy jest nowością potwierdza stan wdrożenia tego typu technologii w przemyśle, w którym zawsze zastosowanie nowych rozwiązań technologicznych jest nieco opóźnione w stosunku do rynku konsumenckiego.
Przemysłowy Internet Rzeczy to koncepcja mocno promowana, ale też spotykająca się z niemałym oporem ze strony inżynierów utrzymania ruchu czy kierowników zakładów produkcyjnych. Co do pewnych kwestii nie ma jednak wątpliwości: nowoczesne fabryki, by utrzymać konkurencyjność w swoich dziedzinach, muszą coraz precyzyjniej monitorować warunki prowadzenia poszczególnych procesów. To natomiast wymaga zastosowania ogromnej liczby czujników, z których pobierane są wielkie ilości danych. Co więcej, oddzielne przetwarzanie poszczególnych grup danych zazwyczaj znacznie ogranicza możliwości wnioskowania na ich podstawie. W związku z powyższym, kluczowe staje się przesyłanie i gromadzenie wszystkich tych informacji w centralnych systemach bazodanowych, a następnie sprawne ich przetwarzanie. Sam ten proces, niezależnie od pochodzenia danych, nosi miano Big Data, a w przypadku gdy dane te nie są czysto zero-jedynkowe (np. mówiące o włączeniu lub wyłączeniu przekaźnika), ale stanowią odczyty z czujników, to nawet pomimo że są zdigitalizowane, używa się wobec nich określenia Big Analog Data.
Dane te mogą być bardzo cenne i to z wielu zupełnie różnych powodów.
Nie tylko zawierają nierzadko krytyczne informacje o prowadzonych procesach, które gdyby wyciekły, mogłyby zdradzić istotne tajemnice firmy. Są też cenne ze względu na ukrytą wiedzę, którą można z nich wyciągnąć przy zastosowaniu odpowiednich algorytmów. By to zrobić, w praktyce trzeba najczęściej skorzystać z dosyć mocnych komputerów, a dobrym sposobem na uzyskanie wysokiej mocy obliczeniowej niedużym kosztem jest skorzystanie z serwerów w chmurze. Jednakże pomysł przekazywania dużych ilości cennych danych do Internetu jest często właśnie tym punktem, w którym właściciele zakładów przemysłowych mówią "stop". Dlatego dostawcy technologii IoT dla przemysłu musieli rozwiązać kilka dodatkowych problemów, by przekonać swoich klientów o korzyściach płynących z wprowadzenia Przemysłowego Internetu Rzeczy (Industrial IoT).
IT Z OT
Dużym problemem we wdrażaniu Internetu Rzeczy w przemyśle jest łączenie ze sobą dwóch światów: IT i operacyjnego (OT). Systemy IT w przemyśle służą do planowania logistyki, zarządzania relacjami z klientami i wspomagają podejmowanie kluczowych decyzji na temat sposobu działania przedsiębiorstwa. Systemy operacyjne służą natomiast do monitorowania warunków pracy urządzeń, sterowania nimi oraz do kontroli procesów.
Różnice pomiędzy IT i OT leżą nie tylko w odmiennym oprogramowaniu, ale też w wymaganiach stawianych tym systemom, implementowanych standardach, a nawet w sposobie pracy osób obsługujących poszczególne systemy.
By wprowadzić Przemysłowy Internet Rzeczy konieczne staje się połączenie tych dwóch światów.
By było to możliwe, firmy nierzadko muszą kompletnie zmodernizować swój osprzęt oraz procedury. Dla zapewnienia elastyczności instalacji, systemy informatyczne będą więc pracować w ramach tych samych sieci na bazie tych samych serwerów, co systemy operacyjne. To natomiast stawia nowe wymogi odnośnie komponentów sieciowych, wykorzystywanych do transmisji danych. Skutki tego można zaobserwować już teraz w postaci nowych standardów, które wprowadzane stopniowo, pozwolą zespoić ze sobą te dwie grupy rozwiązań.
Dobrym przykładem jest technologia Time Sensitive Networking, opracowywana w ramach IEEE przez firmy takie jak Cisco i Intel. Pozwala ona zapewnić dobrą synchronizację pracy urządzeń podpiętych do jednej, klasycznej sieci Ethernet, bez konieczności stosowania jej przemysłowych odpowiedników. Inaczej mówiąc, wykorzystanie zwykłych routerów ethernetowych, wspierających nowy standard umożliwi zapewnienie wysokiej pewności transmisji kluczowych danych w sieciach przemysłowych.
A sieci te będzie można łatwo łączyć z sieciami biurowymi, a więc należącymi do świata IT.
OD SENSOROW DO CHMURY
Co należałoby zrobić, jeśli pomimo wszystkich trudności, firma zdecyduje się na wdrożenie koncepcji Internetu Rzeczy w swoich zakładach przemysłowych?
Przede wszystkim należy zastanowić się, co tak naprawdę można osiągnąć poprzez dodanie czujników do poszczególnych etapów prowadzonych procesów. Tu warto zwrócić się o pomoc do specjalistów, którzy mają doświadczenia z takimi wdrożeniami. Wiele aplikacji tego typu wcale nie jest intuicyjnych i opiera się na bardzo nowatorskich ideach. Chyba najciekawsze z nich dotyczą różnych sposobów monitorowania kondycji maszyn przemysłowych i przewidywania awarii oraz planowania przeglądów technicznych.
W tym celu wykorzystywane są często np. czujniki ultradźwiękowe, ale też kamery, czujniki termiczne, czy nawet termowizja. Opierając się na doświadczeniu integratorów, którzy mieli już okazję wdrażać tego typu rozwiązania, można stworzyć zaawansowane systemy monitorowania stanu maszyn, które będą składać się z dużej liczby sensorów.
Dane z tych sensorów będą następnie przesyłane (na żywo) do odpowiednich serwerów, gdzie zostaną przetworzone i w razie wykrycia anomalii, podjęte zostaną odpowiednie działania. W praktyce do działań tych należy przede wszystkim powiadamianie obsługi, by ta mogła uwzględnić potrzebne prace w swoim harmonogramie. I choć wszystko to może wydawać się względnie łatwym procesem, wymaga zgrania wielu czynników, które mogą być realizowane przez zupełnie niezależne komponenty.
Wszystko zaczyna się od zbierania danych z sensorów. Te mogą aktywnie wysyłać rejestrowane wartości do serwerów lub innych urządzeń, bądź czekać na odpytanie. Wiele będzie zależało od zastosowanego interfejsu komunikacyjnego, ale większość rozwiązań Internetu Rzeczy koncentruje się na komunikacji cyfrowej, czy to za pomocą przewodowego Ethernetu, czy też z użyciem technologii bezprzewodowych, takich jak np. Bluetooth lub Wi-Fi.
Zbierane lokalnie dane - na potrzeby przetwarzania, muszą być przesłane gdzieś dalej - najlepiej do centralnego serwera. Producenci systemów do wdrażania IoT przygotowują zestawy bibliotek, które ułatwiają, w ramach oferowanych przez nich środowisk, łączenie się z najbardziej popularnymi serwerami chmurowymi.
Za przykłady mogą posłużyć usługi firm Amazon i Microsoft, a szczególnie chmura Microsoft Azure IoT, która została zaprojektowana właśnie pod kątem Internetu Rzeczy. Skorzystanie z rozwiązań, które umożliwiają łatwe korzystanie z popularnych usług internetowych pozwala znacząco skrócić czas przygotowywania wdrożenia.
Zbierane dane można też gromadzić jako informacje historyczne, przydatne np. przy przeglądaniu zmian stanu maszyny w czasie. Oczywiście można wykorzystać w tym celu chmurę, ale niektórzy właściciele zakładów produkcyjnych, woleliby uniknąć tego rozwiązania. Poza tym dostęp do danych przechowywanych lokalnie jest zazwyczaj szybszy, niż dostęp online, więc duże paczki danych faktycznie korzystniej jest archiwizować na własnych serwerach.
I tu także warto poszukać oprogramowania i środowisk, które ułatwiają takie operacje w przypadku instalacji Internetu Rzeczy.
Kolejnym elementem układanki jest prezentowanie zgromadzonych danych. W świecie technologii przemysłowych istnieje bardzo wiele aplikacji, które pozwalają na przeglądanie wskazań z czujników, czy to aktualnych (SCADA), czy archiwalnych.
Rzecz w tym, że mało które z nich jeszcze do niedawna były przystosowane do obsługi ogromnych zbiorów danych, w których pojedyncze wartości nie mają dużego znaczenia.
Dlatego i w tym przypadku korzystne może okazać się rozwiązanie, które integruje się z innymi podsystemami do Internetu Rzeczy i pozwala w wygodny, nieco zmodyfikowany sposób, przeglądać te wszystkie dane, np. wiążąc je w sposób logiczny z wnioskami wysnutymi automatycznie na podstawie tych informacji.
Automatycznie wysuwane wnioski mogą skutkować koniecznością informowania ludzi lub innych systemów o zaistniałych sytuacjach lub zaplanowanych działaniach. W tym celu często wykorzystuje się zupełnie inne mechanizmy, niż przy klasycznej wymianie danych. Dlatego twórcy przemysłowych rozwiązań IoT zadbali także o możliwość nadawania wiadomości, tj. przekazywania ich do wysyłki, zgodnie ze standardami obowiązującymi przy konkretnych rodzajach komunikacji. Przykładowo, aby móc w łatwy sposób wysłać operatorowi powiadomienie SMS-em na telefon komórkowy, system informatyczny powinien mieć odpowiedni moduł komunikacji i pozwalać szybko przypisać, które dane i w jakiej postaci mają być przekazywane adresatowi.
Do najnowszych rozwiązań należą aplikacje mobilne, powiązane z przemysłowymi platformami programowymi dla IoT. Dzięki aplikacji mobilnej i odpowiednim bibliotekom oraz API, operator może sterować pracą maszyn i monitorować ich stan za pomocą urządzenia takiego jak telefon, czy tablet, a zarazem bez konieczności logowania się przez przeglądarkę.
Ostatnim elementem składowym jest przetwarzanie informacji, które w zaawansowanej instalacji Internetu Rzeczy, może nawet prowadzić do automatycznego zmieniania decyzji odnośnie sterowania. Tu pojawia się jednak problem - klasyczne sterowniki programowalne mają bardzo ograniczone możliwości wykorzystywania tego typu informacji w swoim działaniu. Zdecydowanie korzystniej wypadają systemy typu Soft PLC, gdzie kod wykonywany przez sterownik jest przetwarzany na komputerze klasy PC, a być może nawet - w chmurze.
Wtedy z reguły, uwzględnienie dodatkowych warunków, choćby już dzięki samej większej mocy obliczeniowej, ale też z uwagi na wygodne w użyciu biblioteki komunikacyjne - jest znacznie łatwiejsze.
KORZYŚCI
O Internecie Rzeczy można pisać bardzo wiele, korzystając z faktu rozmycia tego określenia. W efekcie, wiele osób z branży przemysłowej, pomimo śledzenia doniesień prasowych na temat IoT wciąż czuje, że właściwie nie wie, czym jest Internet Rzeczy.
A skoro tak, to czy w ogóle warto się tym temat zajmować i inwestować w niego swój czas i inne zasoby? Jak najbardziej tak, gdyż aktualnie określenie Internet of Things jest używane właśnie w kontekście tej grupy technologii, która dzięki postępowi zyskała rację bytu i daje bardzo duże korzyści z wdrożenia. To właśnie dlatego Internetem Rzeczy, zarówno tym przemysłowym, jak i konsumenckim, zainteresowało się w ostatnich latach tak wiele dużych firm. Dobrze oddaje to niedawny raport firmy doradczej Accenture na temat przemysłowego IoT. Specjaliści z Accenture twierdzą, że przemysłowy IoT jest nie tylko ważnym trendem, ale ma również istotny wpływ na globalną ekonomię.
Dotyczy wielu gałęzi przemysłu, znajdując zastosowanie w zakładach przemysłowych, które w przypadku grupy 20 najbogatszych państw świata odpowiadają za 62% ich łącznego produktu krajowego brutto PKB.
Wśród nich wymieniane są przede wszystkim: przemysł wytwórczy, górnictwo, rolnictwo oraz przemysł naftowy. W technologie wpisujące się w trend IoT inwestują wielkie firmy wszelkich branż, w tym szpitale, magazyny, porty itd. W efekcie potencjalne przychody związane z przemysłem, w którym funkcjonuje Internet Rzeczy są ogromne.
Najbardziej konserwatywne szacunki mówią, że do roku 2020, roczne wydatki na sprzęt i oprogramowanie IoT osiągną 500 miliardów dolarów.
Bardziej entuzjastyczne analizy mówią nawet o 15 bilionach dolarów w roku 2030.
Korzyści z wdrożenia IoT można też oszacować na przykładzie zakładów produkcyjnych. Firma Accenture, na podstawie swoich kontaktów i swoich partnerów obliczyła, że dobrze zorganizowany Internet Rzeczy w fabryce pozwala zwiększyć jej wydajność nawet o 30%. Mówi się też o skróceniu o 12% czasu przestojów dzięki predykcyjnemu utrzymaniu ruchu, co pozwala o 30% zmniejszyć koszty konserwacji sprzętu i ograniczyć aż o 70% nieprzewidziane awarie. Dane te pochodzą z rzeczywistych instalacji z całego świata, jak choćby z londyńskiego zakładu wodno-kanalizacyjnego, który dzięki oczujnikowaniu swojej instalacji, prowadzeniu dogłębnej analizy oraz dostępie do danych w czasie rzeczywistym istotnie zmniejszył liczbę usterek swojej infrastruktury.
ZROZUMIEC SWOJĄ FIRMĘ
Co ciekawe, Internet Rzeczy może posłużyć do lepszego zrozumienia swoich dotychczasowych operacji przemysłowych. Z punktu widzenia nowych możliwości, wynikających z pojawienia się nowoczesnych technologii, wiele, o ile nie większość zakładów przemysłowych w ograniczonym stopniu rozumie zależności między poszczególnymi czynnikami w prowadzonych przez nich procesach. Wzbogacenie istniejących instalacji o dodatkowe czujniki oraz wspólne przetwarzanie informacji z nich pochodzących, razem z danymi na temat innych czynników - jak choćby o popycie rynkowym na produkty, warunkach pogodowych i środowiskowych, czy zmieniających się celach biznesowych, pozwalają odkryć nowe zależności i zoptymalizować działania.
Co więcej, nowoczesne algorytmy nie tylko umożliwiają wprowadzenie optymalizacji tego co się dzieje, ale też przewidywanie tego co się stanie i podejmowanie dobrych decyzji z wyprzedzeniem. Można co prawda zauważyć, że i dawniej produkowane maszyny były wyposażane w mechanizmy wczesnego ostrzegania przed zbliżającymi się problemami, ale nierzadko informacje te ginęły w natłoku innych danych oraz ze względu na brak standardów odnośnie ich podawania, lub brak wygodnych sposobów zbiorczego przetwarzania takich sygnałów.
Masowe oczujnikowanie instalacji i podłączenie jej do serwerów umożliwiających analizę ogromnych zbiorów danych pozwalają kompleksowo wykorzystać to, co dotąd było tracone lub pomijane.
Przemysłowe rozwiązania wykonane zgodnie z ideami Internetu Rzeczy pozwalają na przykład lepiej monitorować procesy i ich pętle sterowania.
Jeśli proces okazuje się być nieefektywny, zebrane dane pozwalają szybko zidentyfikować czynniki, które uległy zmianie, a nawet odkryć przyczynę tego stanu. Dzięki temu można dotrzeć do prawdziwych przyczyn problemów, lepiej zrozumieć prowadzone procesy i w czasie wpływać na pracę maszyn, minimalizując rozrzut wynikowych parametrów produkcji.
Można by się zastanawiać, czy przy dotychczasowym sposobie prowadzenia procesów, cała idea dodatkowego oczujnikowania i głębszego rozumienia ich jest w ogóle warta uwagi. W końcu wiele nowoczesnych instalacji już od lat jest zbudowanych całkiem - wydawałoby się - optymalnie i dalsza optymalizacja raczej nie przyniesie wielkich zmian. Rzecz jednak w tym, że w obecnej rzeczywistości, by zachować konkurencyjność konieczne staje się optymalizowanie w maksymalnym możliwym stopniu.
I jest to całkiem zrozumiałe ze względu na kwoty, jakimi obracają firmy.
Okazuje się, że czasem zwiększenie wydajności produkcji o zaledwie 1% przekłada się na analogiczne zwiększenie obrotów, które wcale nie musi powodować równoczesnego zwiększenia kosztów operacyjnych w tym samym stopniu. Dla firm, których marże nie są duże, ten dodatkowy jeden procent może poskutkować wielokrotnie większym wzrostem zysków.
NOWE RYNKI
Internet Rzeczy to nie tylko sposób na optymalizację prowadzonych procesów, ale też zbiór technologii i trendów, które umożliwiają powstanie zupełnie nowych cyfrowych produktów i usług. Te mogą zostać wykorzystane i utorować drogę do sukcesu zupełnie nowym firmom lub umożliwić rozwój dotychczasowym korporacjom w nowych kierunkach. Można bowiem tworzyć rozwiązania przeznaczone dla firm, które w swoich zakładach wdrażają koncepcję IoT.
Dobrym przykładem może być analiza systemów pompowania płynów.
Zakłady przemysłowe zazwyczaj w pewnym (dotąd zadowalającym) stopniu mogą samodzielnie monitorować warunki przepływu, wykrywając awarie, czy nawet odnotowując odstępstwa od normy w panujących warunkach. Najczęściej kompetencje te wynikają z powszechnie dostępnej wiedzy i prostej analizy zależności panujących w danym procesie. Głębsza, automatyczna analiza nie jest jednak oczywista i nie każdy inżynier będzie mógł ją zaimplementować. W praktyce często dogłębne przetworzenie danych będzie wymagać zastosowania bardzo złożonych algorytmów lub np. wdrożenia mechanizmów uczenia się maszyn czy choćby sieci neuronowych, których zrozumienie znacząco wykracza poza zakres umiejętności przeciętnego inżyniera.
Dlatego jest to nowy obszar działania dla firm, które będą specjalizować się w tego typu wdrożeniach. Zamiast samodzielnie analizować wibracje, temperaturę i inne parametry, dane z czujników można przekazać specjalizującej się w tym firmie, która będzie w czasie rzeczywistym zwracać cenne, choć dotąd ukryte informacje na temat prowadzonych procesów.
Pracownicy zakładu wcale nie będą musieli wiedzieć, co dokładnie dzieje się w ich instalacjach i jakie panują w nich zależności w mikroskali. Wystarczy że skorzystają z nowej usługi analitycznej, która przetworzy przekazywane przez nie dane i pozwoli uzyskać zrozumiałe informacje.
Jest to zarazem świetny przykład, uzasadniający przesyłanie cennych danych przemysłowych do Internetu i korzystanie z przetwarzania ich w chmurze. To właśnie dzięki takim technologiom, nowe firmy będą mogły świadczyć zupełnie nowe usługi, ułatwiając - za pomocą przemysłowego Internetu Rzeczy - wykorzystanie ukrytej wiedzy na temat prowadzonych procesów.
PODSUMOWANIE
Internet Rzeczy w przemyśle to koncepcja, która może być realizowana na wiele sposobów. Podobnie jest z Przemysłem 4.0, który także funkcjonuje jako koncepcja rozwoju zakładów przemysłowych. Co więcej, obie te idee są bardzo do siebie zbliżone, a ich rozróżnienie wynika bardziej z pochodzenia poszczególnych określeń. Bywa nawet, że Przemysłowy Internet Rzeczy postrzegany jest jako tożsame pojęcie do Przemysłu 4.0, tyle że niewywodzące się z Europy, ale z USA. Ponadto niektóre firmy starają się rozpropagować określenia, które dotyczą ich własnych produktów, a które - gdyby się spopularyzowały - mogłyby pozytywnie wpłynąć na rozpoznawalność urządzeń i komponentów tych producentów. Wszystko to dzieje się nie bez powodu. Internet Rzeczy wydaje się naturalną konsekwencją ewolucji urządzeń, zarówno tych konsumenckich, jak i przemysłowych.
W tym drugim przypadku jest to zmiana na tyle istotna i głęboka, że można ją nazywać kolejną rewolucją przemysłową. I choć czasem prowadzi do usprawnienia działania zakładu na poziomie jedynie jednego procenta, to nie należy jej ignorować.
Aktualne realia wymagają bowiem, by dążyć do tego typu optymalizacji i Przemysłowy Internet Rzeczy wydaje się najlepszą drogą do osiągnięcia sukcesu.
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Internet rzeczy w przemyśle