آشنایی مقدماتی با اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)

اینترنت اشیا صنعتی(IIoT)  مجموعه‌ای از سنسور، ابزارها و دستگاه‌های مستقلی است که از طریق اینترنت به برنامه‌های صنعتی متصل می‌شوند. این شبکه جمع‌آوری داده‌ها، تحلیل، آنالیز و بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تولید را میسر می‌کند. اینترنت اشیا صنعتی از قدرت ماشین‌های هوشمند و تجزیه و تحلیل بلادرنگ استفاده می‌کند تا از داده‌هایی که ماشین‌های ساده، سال‌ها در محیط‌های صنعتی تولید کرده‌اند استفاده کند. در این راهنمای مقدماتی، اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) را بررسی خواهیم کرد. ما توضیح خواهیم داد که IIoT (Industrial Internet of Things) در واقع چیست، چگونه بر فناوری صنعتی تأثیر می گذارد و مزایا و چالش های پشت این انقلاب فناوری، چیست.

اینترنت اشیا IoT چیست؟

اینترنت اشیا (IoT) اصطلاحی است که بسیاری از ما آن را شنیده ایم – اما دقیقاً به چه معناست؟ به طور خلاصه، اینترنت اشیا یک اصطلاح گسترده است که برای اشاره به تمام دستگاه هایی که به اینترنت متصل هستند، فراتر از ترکیب آشنای رایانه های شخصی، لپ تاپ ها، تلفن ها و تبلت ها استفاده می شود. اینترنت اشیا اولین بار برای توصیف دستگاه ها و محصولات متصل به دیجیتال در فضای مصرف کننده استفاده شد.

اینترنت اشیا صنعتی IIoT چیست؟

به بیان ساده، IIoT مفهوم دستگاه های شبکه و اتصال آنها به اینترنت را برای به اشتراک گذاشتن داده ها – به صورت محلی یا از راه دور – در کارخانه ها، فرآیندهای صنعتی و ساختمان های صنعتی، در بر می گیرد. حسگرها اطلاعات را جمع‌آوری می‌کنند که از طریق درگاهی به نتورک محلی، سپس از طریق یک کنترل‌کننده به اینترنت یا سرورهای ابری داده در مراکز داده بزرگ ادغام می‌شوند.

اینترنت اشیا صنعتی در مقابل اینترنت اشیا

تفاوت اصلی بین IoT و IIoT در برنامه نهفته است. به جای ردیاب‌های پوشیدنی تناسب اندام و کنترل صوتی، IoT صنعتی بر گردآوری و تجزیه و تحلیل بی‌درنگ تک تک داده‌ها از حسگرهای متصل متمرکز می‌شود، که امکان بهبود سریع راندمان و بهره‌وری، کنترل آنی موجودی و صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه را فراهم می‌کند. کنترل مستقیم و خودکار یک دستگاه توسط رایانه گاهی اوقات به عنوان یک سیستم فیزیکی سایبری شناخته می شود.

اینترنت اشیا صنعتی مبتنی بر یک رویکرد تثبیت شده برای تولید تحت کنترل کامپیوتر است: «سیستم کنترل توزیع شده». این عملکردهای کنترلی در سراسر شبکه تخصیص داده می شوند و چندین دستگاه مستقل به هم متصل می شوند، که÷ هر کدام قادر به تنظیم و بهینه سازی بخش خود از خط تولید بدون سیستم کنترل مرکزی و خطر مربوط به یک نقطه خرابی هستند. IIoT از محاسبات ابری مدرن استفاده می‌کند تا امکان اشتراک‌گذاری، تجسم و تجزیه و تحلیل داده‌ها را فراهم کند – همه در زمان واقعی.

اینترنت اشیا صنعتی تنها در چند دهه کوتاه به بخش بزرگی تبدیل شده است. اکنون بیش از ۶۰ درصد از تولیدکنندگان جهانی از فناوری های IIoT برای بهینه سازی و تجزیه و تحلیل استفاده می کنند و انتظار می رود که سازندگان در سال ۲۰۲۳ بیش از ۷۰ میلیارد دلار برای راه حل های IIoT هزینه کنند.

مقاله پیشنهادی: مصارف PLC در صنایع و مزایای آن

تفاوت بین Industry 4.0 و اینترنت اشیا چیست؟

ممکن است اصطلاح Industry 4.0 را در رابطه با اینترنت اشیا شنیده باشید. اگرچه گاهی اوقات این اصطلاحات به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما مترادف یکدیگر نیستند. این به این دلیل است که IoT و IIoT در واقع زیر مجموعه های Industry 4.0 هستند.

Industry 4.0 اصطلاح گسترده تری است که شامل استفاده سریع از – و مزایای ناشی از – تمام فناوری های اتوماسیون پیشرفته در حال حاضر در دسترس صنعت و تولید هوشمند است، از جمله:

• ارتباط ماشین به ماشین (M2M)
• پیاده سازی سیستم های مستقل
• محاسبات ابری یکپارچه
• هوش مصنوعی و فناوری‌های «شناختی» مرتبط مانند تشخیص تصویر

تاریخچه اینترنت اشیا IoT و صنعت ۴.۰

اینترنت اشیا ممکن است مفهومی بسیار مدرن به نظر برسد، اما برخی از فناوری‌های اصلی صنعت ۴.۰ به دهه ۱۹۶۰ برمی‌گردد. کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (کارت PLC) – در واقع یک کامپیوتر صنعتی اولیه – در سال ۱۹۶۸ اختراع شد و برای تنظیم دقیق فرآیند تولید طراحی شد. اولین سیستم های کنترل توزیع شده برای تنظیمات صنعتی در دهه ۱۹۷۰ ظاهر شد و جرقه ای برای تکمیل تدریجی کار دستی با اتوماسیون در کارخانه ها شد.

اینترنت اشیا همانطور که امروز می شناسیم برای اولین بار در دهه بعد مورد توجه قرار گرفت. با این حال، تا اوایل دهه ۲۰۰۰ بود که اینترنت اشیا برای اولین بار از آزمایشگاه های دانشگاه خارج شد و به محصولات قابل خرید رفت. این رشد با توسعه فناوری‌های فعال مانند بلوتوث، ارتباطات میدان نزدیک (NFC) و شبکه‌های سلولی G/5G4 تسریع شد.

در دهه ۲۰۰۰ پیشرفت‌های بیشتری دنبال شد، از جمله ایجاد فناوری‌های رایانش ابری که اکنون در همه جا حاضر هستند، که تکامل IIoT را سرعت بخشید.

چه کسی اصطلاح IIoT و Industry 4.0 را ابداع کرد؟

ما می دانیم که اینترنت اشیا در ابتدا از کجا آمده است، اما تعیین دقیق اینکه چه کسی IIoT را ساخته است دشوارتر است. اصطلاح “صنعت ۴.۰” در سال ۲۰۱۱ توسط دولت آلمان برای تشویق استفاده از فناوری اطلاعات در تولید ابداع شد. هدف این بود که نشان دهد که اتوماسیون مدرن و فناوری اشتراک داده از نظر اهمیت با سه انقلاب صنعتی قبلی برابری می کند:

1. توسعه فناوری تولید بخار و آب در نیمه دوم قرن ۱۸ و نیمه اول قرن ۱۹
2. برقی‌سازی گسترده، همراه با گسترش راه‌آهن در نیمه دوم قرن نوزدهم، توسعه‌های متعدد فنی و صنعتی را ممکن ساخت. تلفن، خودرو، عکاسی و تصاویر متحرک همه تقریباً بین سال‌های ۱۸۷۰ و آغاز جنگ جهانی اول ظاهر شدند.
3. انقلاب دیجیتال – یعنی ایجاد فناوری اطلاعات مدرن در نیمه دوم قرن بیستم

شاید ندانیم چه کسی اصطلاح «اینترنت صنعتی اشیاء» را به طور قطع ابداع کرده است، اما نام «صنعت ۴.۰» منطقی است و به تقویت درک معنای پشت این مفهوم کمک می‌کند.

کاربرد اینترنت صنعتی اشیا چیست؟

Industry 4.0 می تواند طیف گسترده ای از مزایای را برای طیف گسترده ای از صنایع و بخش ها به ارمغان بیاورد. فقط چند برنامه و نمونه IIoT عبارتند از:

• کارخانه های هوشمند
• بهینه سازی زنجیره تامین و موجودی
• تجزیه و تحلیل داده ها
• ساختمان های هوشمند
• نظارت بر وضعیت

برای درک اینکه چگونه اینترنت اشیاء بر صنایع مختلف در آینده تأثیر می گذارد، مهم است که بدانیم صنعت تولیدی چگونه در حال حاضر از IIoT استفاده می کند. البته، اگرچه، تولید تنها بخشی نیست که می تواند از صنعت ۴.۰ بهره مند شود. همچنین واضح است که ببینیم اینترنت اشیا چگونه صنعت انرژی و صنعت خرده فروشی را با دستگاه های متصل و سیستم های هوشمند متحول می کند.

مطلب مرتبط: آشنایی با مبانی شبکه ارتباطی صنعتی

اثرات و مزایای IIoT در تولید

بنابراین، اینترنت صنعتی اشیا چه مزایایی برای تولید به همراه دارد؟ بیایید به چند نمونه از نحوه استفاده صنعت تولید از IIoT نگاهی بیندازیم:

• بهینه سازی خط تولید: حسگرهای صنعتی اینترنت اشیا نظارت مستمر بر خط تولید را از ابتدا تا محصول نهایی امکان پذیر می کنند. این به اپراتورها امکان می دهد تا به طور مداوم فرآیند تولید را تنظیم کنند و در زمان و هزینه صرفه جویی کنند
• مدیریت موجودی و زنجیره تامین: تولید بر روی عرضه مواد اولیه و اجزای سازنده متوقف می شود. برچسب‌های RFID (شناسایی فرکانس رادیویی) و فن‌آوری‌های مشابه، امکان ردیابی قطعات و لوازم را به طور مداوم، در زمان واقعی، از مکانی به مکان دیگر می‌دهند و نظارت مستمر موجودی و تنظیمات جبرانی را فراهم می‌کنند.
• ارزیابی بسته‌بندی: حسگرهای صنعتی اینترنت اشیا به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا وضعیت بسته‌بندی را در حین حمل و نقل و ذخیره‌سازی نظارت کنند و حتی نحوه تعامل مشتریان با آن را ارزیابی کنند که باعث بهبود طراحی می‌شود.
• داده‌های تولید بی‌درنگ: دستگاه‌های IIoT می‌توانند داده‌های عملیاتی بی‌درنگ را به تامین‌کنندگان ارائه کنند، تنظیمات پاسخ‌گو را ممکن می‌سازد و همچنین امکان مدیریت از راه دور واحدهای کارخانه را فراهم می‌کند.
• داده‌های تعمیر و نگهداری: دستگاه‌های صنعتی اینترنت اشیاء می‌توانند در صورت بروز خطا و نیاز به تعمیر، هشدار صادر کنند. هشدارهای مشابهی را می توان در پاسخ به مسائل عملیاتی، مانند دمای عملیاتی بالاتر از حد توصیه شده یا لرزش بیش از حد، که می تواند نشان دهنده خرابی سخت افزاری قریب الوقوع باشد، صادر کرد. این هشدارها مزایای واضحی را در برنامه ریزی تعمیر و نگهداری از قبل، به حداقل رساندن زمان خرابی و کاهش خطر حوادث ارائه می دهند. چنین داده هایی را می توان با سوابق بهداشتی و ایمنی ترکیب کرد تا بهبود قابل توجهی در ایمنی کلی ایجاد کند
• کنترل کیفیت: داده‌های IIoT از منابع متعدد، از جمله تامین‌کنندگان، فرآیندهای تولید و کاربران نهایی، همگی می‌توانند برای بهبود کلی در طراحی و تولید محصولات ترکیب شوند.

چالش های صنعت ۴.۰ چیست؟

این یک سوال پیچیده است که پاسخ آسانی برای آن وجود ندارد. در گسترده‌ترین حالت، Industry 4.0 پیکربندی چندین فناوری شبکه است، بنابراین بزرگترین چالش‌ها بر حفظ اتصالات بین دستگاهی قوی و ایمن متمرکز است. این امر از طریق:

1. گزیده ای از شبکه های قوی و مناسب برای هدف – بی سیم یا سیمی
2. اتخاذ پروتکل‌هایی که کارایی متقابل را ارتقا می‌دهند، به عنوان مثال. OPC UA
3. حفظ هوشیاری در مورد امنیت شبکه به منظور دفع هرگونه تهدید سایبری

در نتیجه، چالش‌های اصلی IIoT به طور مشابه حول ذخیره داده‌ها و امنیت دیجیتال، در کنار الزامات فناوری اضافی ناشی از نیاز دائمی به اتصال بدون وقفه دستگاه، می‌چرخند. همچنین مهم است که بدانیم ملاحظات و چالش‌های امنیتی در پذیرش IIoT برای اطمینان از یک دوره هموار و کارآمد پیاده‌سازی چیست.

بنابراین، خطرات مرتبط با IIoT چیست؟

مانند تمام جنبه های محیط دیجیتال، امنیت سایبری در مورد اینترنت صنعتی اشیا بسیار مهم است. بسیاری خطر اولیه مرتبط با IIoT را مربوط به امنیت آنلاین می دانند، اما واقعیت این است که مسائل امنیتی نادر است. انجام اقدامات احتیاطی، تمرین امنیت سایبری و حفظ یک سیستم به خوبی محافظت شده، کلیدهای اجتناب از خطرات مرتبط با IIoT و در عین حال حداکثر استفاده از مزایای یک سیستم متصل است.

با در نظر گرفتن این موضوع، مهم است که از آخرین فناوری ها و به روز رسانی ها مطلع شوید تا آماده و محافظت شوید، زیرا اینترنت صنعتی اشیا در طول زمان به تکامل خود ادامه می دهد.

آینده اینترنت اشیا صنعتی IIoT چیست؟

هم اینترنت اشیاء و هم اینترنت اشیا صنعتی دائما در حال تکامل هستند. همانطور که فناوری های جدید در دسترس قرار می گیرند و کسب و کارها به طور فزاینده ای به مزایای IIoT علاقه مند می شوند، امکانات بیشتر و بیشتری باز می شود. این همچنین پیش‌بینی‌های متعددی را در مورد اینکه اینترنت اشیا در آینده به کجا می‌رود، به همراه دارد.

در حالی که تشخیص دقیق آینده IIoT دشوار است، اتصال دیجیتال این پتانسیل را دارد که ماهیت صنعت را تغییر دهد و بر تجارت در سراسر جهان تأثیر بگذارد.

شبکه ها و پروتکل های IIoT

مانند هر فناوری اطلاعات دیگری، اینترنت اشیاء صنعتی از انواع پروتکل ها (فرمت های ارتباط داده) و انواع شبکه استفاده می کند. در نتیجه، اگر قصد دارید یک زیرساخت IIoT برای محل تولید خود ایجاد کنید، مهم است که در مورد هر یک شفاف باشید.

شبکه‌های IIoT

دستگاه های IIoT بسته به عوامل متعددی از جمله فاصله آن ها از یکدیگر، میزان داده ای که باید مبادله کنند، مکانی که در آن استفاده خواهد شد یا ملاحظات مصرف انرژی می توانند از راه حل های شبکه متفاوتی استفاده کنند. لیست شبکه های مناسب IIoT همیشه در حال گسترش است، اما نمونه های کلیدی عبارتند از:

1. وای فای (Wi-Fi)

این فناوری شبکه بی سیم از زمانی که به روش استاندارد برای اتصال رایانه های شخصی، تلفن های هوشمند و تبلت ها به اینترنت تبدیل شد، برای بسیاری از ما بسیار آشنا شده است. این یک مشتق از شبکه اترنت سیمی است که بر اساس استاندارد بی سیم IEEE (انستیتو مهندسین برق و الکترونیک) ۸۰۲.۱۱ است.

2. بلوتوث (Bluetooth)

بلوتوث همچنین به طور گسترده در فناوری مصرف کننده استفاده می شود، یک استاندارد اتصال کوتاه برد مبتنی بر استفاده از امواج رادیویی با فرکانس فوق العاده بالا است.

3. Zigbee 3.0

Zigbee 3.0 یک شبکه کم مصرف است که به طور گسترده در تنظیمات صنعتی و کارخانه استفاده می شود. پروتکل مرتبط Dotdot توسط همین تیم ایجاد شد و این به یک روش جهانی پذیرفته شده بین المللی برای اتصال ایمن بین دستگاه های مختلف اینترنت اشیا تبدیل شده است.

4. LoRaWAN

LoRaWAN (شبکه وسیع برد بلند) اتصالات ایمن دو طرفه را در شبکه های بسیار بزرگ فراهم می کند.

5. سیگفاکس (Sigfox)

Sigfox که در فرانسه توسعه یافته است، اشیاء کم مصرف و همیشه روشن مانند کنتور برق و ساعت‌های هوشمند را به هم متصل می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد به طور مداوم مقادیر کمی داده را مبادله کنند.

پروتکل های داده های IIoT

1. MQTT (انتقال تله متری صف پیام) یک پروتکل سبک وزن و کم مصرف است که برای انتقال مجموعه داده های ساده بین سنسورها و برنامه ها استفاده می شود. در بالای سیستم استاندارد شبکه اینترنت TCP/IP (پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت) قرار دارد.
2. AMQP (پروتکل صف پیام پیشرفته) یک استاندارد بین المللی است که بر انتقال پیام ها بین دستگاه ها متمرکز است. به عنوان یک استاندارد بین المللی تایید شده است
3. OPC UA (OPC Unified Architecture) یک پروتکل ارتباطی باز ماشین به ماشین است که از اشتراک گذاری داده های اتوماسیون صنعتی بین پلتفرمی و قابلیت همکاری قوی سیستم ها پشتیبانی می کند.

سوالات متداول

آیا IIoT می تواند جایگزین MES شود؟

MES (سیستم اجرای ساخت) یک سیستم کنترل مبتنی بر سخت افزار به خوبی تثبیت شده برای فرآیندهای تولید پیچیده است که معمولاً برای اطمینان از کارایی و بهبود بهره وری استفاده می شود. با این حال، این یک سیستم رو به درون است که فاقد تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر و عملکردهای شبکه خارجی IIoT است. بنابراین، دومی به‌عنوان یک گسترش سبک وزن و کم‌هزینه برای MES سنتی به جای جایگزینی برای آن بهتر است.

چرا IIoT برای مهندسان و دانشمندان مهم است؟

IIoT امکان تجزیه و تحلیل دقیق داده های جمع آوری شده از مراحل مختلف در فرآیند تولید را فراهم می کند. به نوبه خود، بهینه سازی و بهبود مستمر سیستم را امکان پذیر می کند.

IIoT چگونه کار می کند؟

یک شبکه IIoT شامل چندین حسگر است که از طریق پروتکل های بی سیم مختلف به منظور تبادل داده با ابر و با یکدیگر متصل شده اند. ساختار اصلی یک شبکه IIoT به شرح زیر است:

• دستگاه ها و سخت افزار مجهز به حسگر که هر کدام به شبکه محلی متصل هستند
• خود شبکه محلی، هر کدام به نوبه خود به ابر یا اینترنت متصل هستند
• سرورهای متصل به ابر که جریان مداوم داده‌ها را از دستگاه‌های شما دریافت و پردازش می‌کنند – برای مثال دمای کار، لرزش و مصرف انرژی. این “داده های اندک” در طول زمان به مقادیر زیادی ادغام می شوند که می توانند برای بینش عمیق در مورد عملیات شما تجزیه و تحلیل شوند.

تفاوت بین Industry 4.0 و Lean Manufacturing چیست؟

Lean Manufacturing روشی برای سازماندهی سیستم های صنعتی برای به حداقل رساندن ضایعات و به حداکثر رساندن بهره وری است. برخی از اصول کلیدی آن به قرن هجدهم برمی گردد، اما Lean Manufacturing، همانطور که در حال حاضر درک می شود، در صنعت خودروسازی ژاپن فرموله شده است. برخلاف IIoT، به فناوری پیشرفته وابسته نیست، بلکه به ترتیب و توزیع عملکردهای شغلی وابسته است.

هزینه اجرای یک راه حل Industry 4.0 چقدر است؟

هیچ پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد. هزینه به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله اندازه و نوع فرآیند تولیدی که می خواهید بهینه سازی کنید و مناسب ترین فناوری برای انجام این کار.

کاربران محتواهای زیر را نیز خوانده اند...

تفاوت PLC با PC چیست؟ آشنایی با مبانی شبکه ارتباطی صنعتی اتوماسیون صنعتی چیست و چه کاربردی دارد بررسی سیستم های کنترل صنعتی و نقش آن در اتوماسیون PLC چیست؟مصارف پی ال سی در صنایع و مزایای آن بهترین شرکت های اتوماسیون صنعتی کدامند؟ اینورتر صنعتی چیست؟| همه چیز در مورد اینورتر پروتکل های ارتباطی (communication protocols) در PLC