IIot » Industrial Internet of Things (průmyslový internet věcí)
Autor: Conrad tým, 31. srpen 2023
Zkratka IIoT znamená Industrial Internet of Things a popisuje průmyslovou variantu internetu věcí. Jedná se o vyhodnocení a vzájemné propojení dat stroje. Cílem je zvýšení efektivity výroby.
IIoT je základem pro vytvoření síti a připojení v průmyslu – a je tedy klíčovým faktorem v digitální transformaci. Když to vyjádříme ještě jinak, jde o dostupnost dat.
Proto je IIoT také jedním z ústředních prvků Průmyslu 4.0, tedy inteligentního propojení strojů a procesů přes průmyslové komunikační kanály. Cílem čtvrté průmyslové revoluce je skloubení výroby s informačními a komunikačními technologiemi pro éru inteligentních strojů.
Náš rádce je pomůckou pro všechny, kdo plánují chytré propojení své výroby a její optimalizaci na základě dat. Dozvíte se, co všechno je s průmyslovým internetem věcí ve vašem podniku možné už dnes.
Průmyslový internet věcí lze chápat jako rozšíření internetu. V této funkci tvoří srdce digitalizačních strategií pro průmysl. Zavedení průmyslového internetu věcí jako část Průmyslu 4.0 znamená zásadní změnu ve způsobu, jak firmy využívají a analyzují data.
Řešení IIoT spojují zařízení, systémy, data a software do kyber-fyzických systémů. Pro lepší pochopení IIoT pomůže pohled na internet věcí (Internet of Things, IoT): Internet věcí, Internet of Things, popisuje síťové propojení inteligentních zařízení, která normálně pracují autonomně. Díky IoT vzniká síť fyzických zařízení, která jsou prostřednictvím senzorů, aktoriky a softwaru připojená k internetu.
Známé příklady IoT technologií v oblasti Smart Home jsou svítidla, termostatické hlavice na topných tělesech, bezpečnostní kamery nebo zavlažovací automaty v zahradě, které lze ovládat on-line prostřednictvím chytrého telefonu. Každý objekt se může stát zařízením IoT, pokud je schopný se připojit k internetu a předávat informace.
Průmyslová verze IoT sleduje tytéž principy, nicméně s průmyslovým zaměřením a v průmyslovém prostředí. Příkladem jsou IIoT snímače na etiketovacím stroji v rámci zařízení na plnění lahví. Po polepení láhve předávají skutečnou polohu etikety na korpusu láhve a kromě toho poskytují informace o lahvích, které nebyly řádně opatřeny etiketou nebo na kterých nálepka dostatečně dobře nedrží. Časové razítko a označení místa pomáhá při automatizovaném zpracování dat. V našem příkladu by mohl připojený stroj vyřadit láhve do druhé jakosti, mohl by je zabalit zvlášť a pak by je mohl vidlicový vysokozdvižný vozík namísto do centrálního skladu převézt do skladu pro prodej přímo v továrně.
Směrodatná výhoda řešení IIot pro průmysl spočívá v tom, že jsou nyní k dispozici nová data, ke kterým jsme dosud neměli přístup. Tato data umožňují podnikům přijímat podložená rozhodnutí.
Automatizace výroby prostřednictvím internetu věcí, zařízení IIoT a Průmyslu 4.0 je založená na nepříliš vysokém počtu technologických komponentů. Zde uvádíme přehled toho, co přesně patří k infrastruktuře:
- síťově propojená zařízení a stroje,
- senzory a datové záznamníky, které shromažďují poznatky k bodům interakce,
- konektivita prostřednictvím sítí, 5G a cloud,
- komunikace Machine-to-Machine (M2M),
- komunikace Machine-to-People (M2P),
- umělá inteligence (KI), Machine Learning (ML) a Big Data.
V průmyslových podnicích jsou výrobní zařízení základem řetězce tvorby hodnot. V průmyslových podnicích a výrobních provozech minulosti byla flexibilita a transparentnost často omezená kvůli zastaralým procesům a chybějícím datům. Podniky sice věděly, kde se suroviny, náhradní díly, nakládací roboty a přepravní zařízení v zásadě nacházejí a kolik jich přibližně je. Co ale chybělo, byly informace v reálném čase – například na kterém pracovišti vidlicový vysokozdvižný vozík právě pojíždí, jak nabité jsou články jeho akumulátorů a jakou vidlici má právě namontovanou.
Dnes poskytuje IIoT tyto a mnohé další informace digitálně, včetně razítka pobočky a časového razítka, ve vysoké datové kvalitě a s vysokým taktováním. Automaticky získaná data stroje se v případě řešení Průmysl 4.0 začleňují do digitálního procesu výroby. Zaměstnanci ve vedení podniku, v řízení zařízení nebo kontrole kvality tak získají přesný live přehled o procesech a o stavu jejich systémů a systémových komponentů. Díky průmyslovému IoT vzniká komplexní obraz celku. Ten pomáhá při přijímání nutných rozhodnutí, pomáhá zamezit chybám, šetřit čas a optimalizovat procesy.
Manufacturing Execution Systeme (MES) se starají o přípravu, zpracování a interpretaci informací o strojích a senzorech. Získaná data v reálném čase se v ideálním případě projeví také v podnikových aplikacích pro Enterprise Resource Planning (ERP), Business Analytics a Workflow Management. Tam manažerům pomáhají například s chytrými analýzami a při strategickém plánování, při definování cílů podniku a při zeštíhlování procesů distribuce a logistiky. Vedle optimalizace pracovního procesu a zajištění dostupnosti jde také o vývoj nových obchodních modelů.
Digitalizace a digitální transformace jsou obecně považovány za klíč k dosažení nejdůležitějších cílů podniku, například ke zvyšování obratu a výnosu. Díky síťovému propojení systémů a zařízení a také díky získávání dat mohou podniky veškeré procesy zefektivnit, mohou jednat agilněji a lépe obstát v konkurenci. Vysoká efektivita vzniká na základě automatizace pracovních postupů. Ta odlehčí zaměstnancům, kteří se pak mohou soustředit na úkoly, z nichž podnik dlouhodobě profituje.
Zvyšování inovačního potenciálu je dalším cílem IIoT projektů. Přístup k datům získaným na základě IIoT procesů a jejich zpracování pomáhá firmám zvyšovat jejich odolnost v éře Průmyslu 4.0. Kromě toho tvoří zařízení IIoT základ pro vytvoření digitálního obrazu datových toků a všech komponentů relevantních pro IoT: digitálního dvojčete.
Průmyslový internet věcí pomáhá firmám definovat ucelené strategie sběru a analýzy dat. Díky interkonektivitě si mohou zařízení, stroje, výrobní zařízení, technická zařízení budov atd. vyměňovat data navzájem a také napříč systémy. Síťové propojení se tedy neomezuje jen na jeden podnik, na určitého výrobce stroje nebo na určitý typ systému.
Díky možnosti širokého digitálního porovnání dat lze odsouhlasit systémy, procesy řídit přesně a na základě událostí a kdykoliv dynamicky reagovat na aktuální dění. Rozhodnutí jsou tedy založená na digitálních faktech, a ne na pouhých předpokladech nebo pasivních datech, která musejí být nejprve načtena, zkonvertována nebo dokonce ručně zpracována člověkem.
Vyšší využitelnost zařízení díky prediktivní údržbě (Predictive Maintenance) je další předností IoT v průmyslových procesech. Údržba a opravy průmyslových zařízení stojí mnoho času a peněz. Kdy a jak rychle se konstrukční díly opotřebují, to záleží na době jejich používání a na jejich zatížení ve výrobním procesu, stejně jako na době provozu zařízení. Také faktory okolního prostředí, jako je teplota a znečištění, se projeví na četnosti údržby a jejím rozsahu.
Aby tedy nedocházelo k výpadkům nástrojů a strojů, jsou konstrukční díly podle plánu údržby od výrobce často vyměňovány bez ohledu na jejich skutečné opotřebení. Přitom mají často ještě dostatečnou zbytkovou životnost.
Díky prediktivní údržbě se mohou firmy odchýlit od údržby prováděné v přísně stanovených intervalech, podle kalendáře nebo provozních hodin. Monitorování stavů strojů v reálném čase zajišťuje údržbu a opravy zařízení podle skutečné potřeby, a tím i optimalizaci nákladů. Prediktivní údržba na základě IoT pomáhá zamezovat neplánovaným výpadkům a zvyšovat využitelnost zařízení.
Jak přesně funguje prediktivní údržba? Aby bylo zajištěno řádné fungování strojů, jsou konstrukční díly, které podléhají opotřebení, vybavené inteligentními senzory. Ty monitorují stav komponentů a nepřetržitě dodávají naměřené údaje. Jejich vyhodnocení je zárukou, že budou technické problémy rozpoznány, ještě než nastanou.
Odchylky skutečných hodnot od požadovaných hodnot naznačují možné budoucí výpadky. Umělá inteligence analyzuje výkyvy oproti přípustným parametrům a poskytuje návrhy na proaktivní provedení údržby.
Mezi servisní doporučení patří například objednání náhradních dílů a vyslání servisního technika.
Také v případě digitalizace dodavatelských řetězců profitují podniky z výhod internetu věcí.
IIoT systémy činí dodavatelský řetězec odolnějším a hospodárnějším, protože zvyšují rychlost a škálovatelnost a zajišťují transparentnost.
Předpokladem je, že podniky propojí svou výrobu jednotným způsobem. Součástí by se měly stát sklady, distribuční centra, dopravní a přepravní zařízení, balicí systémy, sledování zásilek přes GPS a tak dále. Aplikace IIoT pomáhají podnikům v rámci řízení dodavatelského řetězce monitorovat procesy v reálném čase, optimalizovat je a zpětně je sledovat. Tím se výroba celkově zeštíhlí a zvýší se hospodárnost provozu.
Zařízení a systémy kompatibilní s IIoT mohou odesílat data jiným systémům a zařízením a mohou je také přijímat. Za tím účelem jsou komponenty vybavené příslušnými senzory a akčními členy. Síťové propojení a výměna dat probíhá buď přes lokální infrastrukturu, přes datový tunel, nebo přes cloud.
IoT protokoly řídí komunikaci mezi IIoT vybavením, službami a aplikacemi.
Přes standardizované protokoly, jako je otevřená OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) nebo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) a částečně přes protokoly specifické pro výrobce nebo senzory cestují data ze senzoru nebo zařízení, které data poskytuje, na místo vyhodnocení a dále do řízení procesů.
Čím komplexnější IIoT projekty jsou, tím důležitější je, aby se k sobě vzájemně hodily protokoly a standardy.
Pro sjednocení komunikace a výměny dat existují IIoT komunikační brány. Jejich prostřednictvím lze data a zařízení spolehlivě a bezpečně spravovat lokálně a přes cloud. Komunikační brány zajišťují hladké a bezpečné poskytování relevantních datových toků napříč různými zařízeními. Tím IIoT komunikační brány vytvářejí most mezi různými komunikačními sítěmi, protokoly a softwarem, který data zpracovává.
Začlenění Operational Technology (OT) přes průmyslový internet do digitálního ekosystému podniku představuje s ohledem na požadavky bezpečnosti komplexní úkol. Ostatně zabezpečení zařízení proti externím útokům je u síťově propojených systémů obecně velká výzva. Na základě interkonektivity strojů a inteligentního rozhodování mezi nimi teoreticky vznikají nové možnosti, kam zaměřit útok. Čím více systémů je v jedné IIoT platformě zapojených, tím důležitější je komplexní bezpečnostní koncept jako součást IIoT projektů. Přístup Security by Design by tedy měl sehrát klíčovou roli při plánování a realizaci IIoT platforem.