Рассказываем, как устроена технология IoT и на примере производственного предприятия объясняем, что дает ее внедрение.
Что такое IoT
Интернет вещей (IoT) — это сеть из устройств со встроенными датчиками и программным обеспечением. Они собирают данные и обмениваются информацией друг с другом через интернет. При этом сеть может состоять из самых разных устройств — от кофемашины до сложного промышленного оборудования.
Возьмем пример из коммунального хозяйства. Одна из самых распространенных проблем ЖКХ — прорыв изношенного водопровода. Внедрение интернета вещей помогает быстро обнаруживать протечки и оповещать об этом коммунальную службу.
Решение IoT состоит из модемов с датчиками и запорной арматуры. Когда датчики обнаруживают утечку, они сообщают о ней на сервер коммунальщиков. Тот отдает команду перекрыть вентиль на запорной арматуре и сообщает диспетчеру об обнаруженной протечке. Время срабатывания системы от момента обнаружения протечки до закрытия вентиля составляет всего от 5 до 7 секунд. Без внедрения IoT коммунальщики узнали бы об аварии в лучшем случае через несколько минут, в худшем — спустя несколько часов.
Интернет вещей сокращает время реагирования на инциденты. Попутно снижаются затраты на устранение ущерба.
Описанный пример — довольно простой сценарий использования IoT. Однако интернет вещей способен решать и намного более сложные задачи.
Что может интернет вещей на производстве
IoT используется в самых разных сферах — в логистике, ритейле, энергетике. Однако больше всего он распространен на производстве. Именно там внедрение интернета вещей дает значимый эффект. Ниже несколько примеров его использования.
Автоматизированный удаленный мониторинг оборудования
Он помогает ремонтной службе отслеживать состояние и работу станков, прогнозировать и заранее предупреждать о потенциальных отказах оборудования.
Удаленный мониторинг сокращает время простоя, особенно внепланового.
Ежедневно ремонтная служба получает снимки рабочих смен оборудования. В них содержится информация по времени выполнения операций каждым станком и другие параметры его работы. В течение смены станки отправляют уведомления о всех критических отклонениях — снижению производительности, сбое в установленном режиме работы, поломке или необходимости замены компонента, который выработал ресурс.
Мониторинг станков и промышленных машин в реальном времени
Он помогает операторам и инженерам в режиме реального времени оценивать, насколько хорошо работает оборудование. Благодаря внедрению IoT сотрудники получают доступ к данным, необходимым для обеспечения соблюдения производственных графиков и быстрого решения возникающих проблем. На основе данных анализируется общая эффективность оборудования — средняя нагрузка, время полезной работы и эффективность производства.
Управление и оптимизация цепочек поставок
Внедрение интернета вещей в цепочки поставок дает несколько важных преимуществ.
- Отслеживание активов предприятия и произведенных товаров в реальном времени.
- Автоматизация складских задач.
- Электронный документооборот.
- Высокую точность прогнозирования поставок.
- Углубленный контроль складскими запасами.
Рассмотрим, как это работает на примере фармацевтической фабрики.
Транспортировка лекарств — непростая задача. Многие препараты должны храниться при определенном температурном режиме. Например, вакцину Спутник V можно перевозить при температуре 2—8°С или -18°С. Неожиданные колебания температурного режима, поломки автотранспорта и ошибки при сдаче-приемке могут привести к порче лекарств и убыткам. Интернет вещей обеспечивает прозрачность цепочки поставок. Для этого каждая партия товара снабжается RFID-меткой или транспондером, который называется Smart Label. Это помогает контролировать пункт назначения каждой партии и избежать пересортицы. Перемещение груза отслеживается при помощи GPS-трекера автомобиля, а дополнительные датчики контролируют температурный режим и влажность и в реальном времени сообщают об отклонениях от заданных параметров. После завершения перевозки вся информация о поставке аккумулируется в отчете и помогает выявить слабые места, которые нуждаются в улучшениях.
Цифровые двойники
Это изменяемые цифровые профили объектов или процессов. Каждый цифровой двойник основан на огромном объёме накопленных данных, которые получены в ходе измерений показателей объекта в реальном мире.
Цифровые двойники помогают производителям тестировать изменения и моделировать их воздействие без фактического внедрения каких-либо физических изменений.
Контроль качества
Интернет вещей предоставляет возможность контролировать качество производимой продукции на любом этапе — от закупаемого сырья до обратной связи от конечных потребителей.
Получение этой информации помогает быстро обнаруживать проблемы и вносить изменения в производственный процесс. Это критически важно в таких отраслях, как фармацевтическая промышленность и пищепром. Например, в пищевой промышленности IoT-устройства контролируют объем ингредиентов, температуру, нужное давление и другие параметры.
Data Intelligence
Это использования искусственного интеллекта и инструментов машинного обучения для анализа и преобразования сырых массивов данных в информацию, которая исследует эффективность бизнеса. Data intelligence позволяет выявлять закономерности, принимать обоснованные решения и адаптировать производство к новым условиям.
Data intelligence помогает лучше понимать собираемые данные, разрабатывать и внедрять более эффективные бизнес-процессы.
Повышение уровня безопасности
Часто на производстве пыльно и шумно, а персоналу приходится трудиться на ограниченном пространстве рядом с работающими механизмами. Это повышает риск столкновения человека с техникой. Интернет вещей сводит травматизм к минимуму за счет определения местонахождения людей и механизмов и системы предотвращения столкновений.
Интернет роботизированных вещей (IoRT)
Это концепция, в которой данные с множества устройств, обрабатываются и используются для управления объектами в физическом мире. Эти объекты (роботы) отслеживают события вокруг себя при помощи собственных датчиков и информации получаемой от IoT и могут производить необходимые действия. Иными словами, интернет вещей помогает роботам принимать решения и реагировать на меняющуюся обстановку.
Отличия IoT от IoRT в том, что интернет вещей фокусируется на поддержке сервисов для мониторинга и сбора данных, а интернет роботизированных вещей сосредоточен на автономных действиях в физическом мире. Их интеграция — следующий шаг в автоматизации производственных процессов.
Эффект от внедрения интернета вещей на производстве
IoT облегчает работу всех подразделений — позволяет в реальном времени контролировать производство и оборудование, склад и логистику. Автоматизация процессов уменьшает количество ошибок связанных с человеческим фактором и снижает затраты.
Интернет вещей дает промышленности следующее:
- сокращение цикла выпуска продукции,
- снижение эксплуатационных расходов,
- оптимизацию цепочек поставок,
- снижение числа вынужденных простоев оборудования,
- избавление от человеческого труда и внедрение робототехники,
- повышение качества продукции и клиентской удовлетворенности.
Востребованность IoT по отраслям и цели внедрения
По осторожной оценке Boston Consulting Group, в 2020 году примерно половина всех расходов на IoT пришлась всего на следующие отрасли — дискретное производство, логистику и транспорт и коммунальные услуги.
Gartner в 2020 году рассчитал количество оборудования подключенного к интернету вещей и получил такую картину. Из 5,81 млрд оконечных устройств 3,16 млрд приходится на три отрасли — коммунальные услуги (1,36 млрд), госуправление ( 0,7 млрд) и системы физической безопасности (1,09 млрд).
Компания IoT Analitics занимается аналитикой IoT. Она проанализировала 1600 проектов внедрения IoT и выяснила, что в половине проектов (54%) основным фактором для внедрения было снижение затрат. Треть проектов (35%) внедрялось для роста доходов и четверть (24%) — для повышения безопасности.
Концепция IoT
Интернет вещей состоит из трех уровней: устройств, шлюза и IoT-платформы.
Первый уровень — устройства
Это датчики, сенсоры, сканеры, камеры машинного зрения. Они делают всю работу по сбору данных.
Второй уровень — шлюз
Это мост между IoT-платформой и устройствами. Дело в том, что сеть интернета вещей состоит из множества устройств различных типов. Они могут использовать разные протоколы для подключения к сети интернета вещей — LPWAN, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee и другие. Шлюз способен обмениваться данными с устройствами по всем типам подключения, а затем преобразовывать их в стандартный протокол для отправки данных в платформу.
Шлюз обрабатывает входящий и исходящий трафик. Входящий трафик используется для управления устройствами, а исходящий — для отправки данных IoT в платформу.
Еще одна функция шлюзов — пограничные вычисления. Так называется предварительная обработка собираемых данных перед их отправкой на платформу. Дело в том, что устройства могут генерировать так много данных, что это сильно нагружает ресурсы. Перенос части вычислений в шлюз снижает нагрузку.
Последняя и тоже важная часть работы шлюза — обеспечение дополнительной безопасности сети IoT и передаваемых данных.
Третий уровень — платформы IoT
Это инструмент управления сетями интернета вещей. Платформы в реальном времени обрабатывают и анализируют данные и управляют подключенными устройствами.
Впрочем, обработка и анализ данных — это только часть того, что могут делать платформы. У них есть еще несколько ключевых функций.
Интеграция данных
Платформа сводит получаемые данные из сети интернета вещей с данными производственных систем (Historians, SCADA, PLC, LIMS) и корпоративных приложений в централизованное хранилище.
Интеграция процессов
В цифровой экосистеме предприятия интернет вещей встраивается в бизнес-процессы. Платформа интегрирует бизнес-логику интернета вещей в другие системы и использует собираемые данные в управлении рабочими процессами.
Аналитика
Платформа может быть подключена к сторонним системам для создания алгоритмов и различных моделей для аналитики данных.
Разработка специализированных приложений
Платформы помогают разрабатывать приложения для решения производственных задач. Приложения могут подключаться к устройствам сети IoT и собирать данные о процессах и устранять источники ошибок на производстве.
Сети IoT могут эволюционировать в более сложные сетевые платформы и комплексные производственные решения. Консалтинговая компания Gartner определяет рынок платформ промышленного интернета вещей как набор интегрированных программных возможностей. Эти возможности охватывают усилия по совершенствованию процесса принятия решений по управлению активами, а также операционную прозрачность и контроль для заводов, складов, инфраструктуры и оборудования в ресурсоемких отраслях. Платформа IoT может использоваться как технологический пакет или как открытая и универсальная прикладная платформа, или то и другое.
Сервисы Yandex.Cloud для IoT
Yandex IoT Core — это сервис интернета вещей для двустороннего обмена сообщениями. Их передача происходит по протоколу MQTT. Он хорошо подходит для IoT, так как минимально нагружает слабые вычислительные мощности устройств и способен работать в условиях плохой связи.
Yandex IoT Core масштабируется автоматически при увеличении нагрузки. Это особенно важно на производстве, где устройства передают данные только во время рабочей смены.
Безопасность в сервисе достигается при помощи клиентский сертификатов, которые получает каждое устройство входящее в сеть IoT.
Yandex IoT Core интегрируется с другими сервисами Yandex.Cloud — DataLense, Compute Cloud, Object Storage и другими.
Если статья оказалась полезной, ставьте 👍
Не забывайте подписываться на наши соцсети: Вконтакте, Facebook, Telegram, VC, YouTube.
