Круглый стол руководителей:датчики и IIoT

Производственные отрасли во всем мире переживают цифровую трансформацию, вызванную пандемией COVID-19, которая ускоряет внедрение Индустрии 4.0. Этот переход к цифровым технологиям способствует развитию интеллектуальных датчиков, которые не только собирают данные датчиков, но и интерпретируют эти данные, превращая их в полезную информацию для различных приложений в сфере промышленного Интернета вещей (IIoT).

Ожидается, что рынок интеллектуальных датчиков будет расти в среднем на 19 процентов в течение прогнозируемого периода (2021–2026 годы), согласно данным Market Research Future. Что вызывает растущий спрос на интеллектуальные датчики и в каких отраслях ожидается наибольший спрос на сенсорные технологии в ближайшие годы? Технические обзоры задал вопросы четырем отраслевым экспертам, чтобы узнать их мнение о будущих перспективах интеллектуальных датчиков и промышленного Интернета вещей.

Среди участников нашего круглого стола Дин Бартлз, главный исполнительный директор и президент Группы по развертыванию производственных технологий , Джеффри Кейс, директор по проектированию и NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Брэд Уолтерс, основатель и генеральный директор Monnit , Арик Прост, старший глобальный директор OEM, Stratus Technologies .

Технические обзоры: Использование «умных» датчиков становится все более распространенным, поскольку промышленный Интернет вещей и Индустрия 4.0 становятся все более распространенными в производстве. Как интеллектуальные датчики используются для улучшения производства?

Дин Бартлз: Отличным примером того, как интеллектуальные датчики используются для улучшения производства, является программа моей компании с Министерством обороны по созданию прототипа цепочки поставок для аддитивного производства. Существует огромное желание внедрить детали, изготовленные из металлических аддитивных материалов, на рынках аэрокосмической и оборонной промышленности. Преимущества включают сложность конструкции, скорость производства, легкий вес и т. Д. Однако изменчивость, наблюдаемая в настоящее время в металлических аддитивных деталях от машины к машине и даже от детали к детали, по-прежнему является серьезным препятствием для внедрения. Используя датчики и периферийное устройство IoT, мы собираем технологические данные в режиме реального времени во время процесса печати, такие как энергия лазера, скорость сканирования, расстояние между люками, влажность в камере и т. д., а затем предоставляем эти данные заказчику вместе с производимыми деталями. Затем клиент может запросить файл данных, чтобы убедиться, что все параметры поддерживаются в заданном диапазоне на протяжении всего процесса сборки, что обеспечивает более высокий уровень уверенности в целостности деталей.

Джеффри Кейс: Интеллектуальные датчики внедряются на производственных предприятиях во всех отраслях промышленности для сбора критически важной информации, которая при правильном анализе может создавать решения, которые сокращают или устраняют незапланированные простои (затраты на замену деталей, рабочую силу и затраты на упущенные возможности); повысить безопасность, заменив стационарные датчики измерениями, требующими вмешательства человека; и повышайте производительность за счет точного контроля обратной связи и отслеживания изменений в производственном процессе, обеспечивая стабильность производства.

Брэд Уолтерс: Повышение эффективности — главное преимущество интеграции платформы интеллектуальных датчиков в производственные среды. Интеллектуальные датчики создают более интеллектуальные фабрики, где вы можете отслеживать, контролировать и улучшать практически каждый аспект операций с помощью анализа данных в режиме реального времени; прогнозировать техническое обслуживание оборудования и быстро запускать протоколы до выхода из строя или отказа; автоматизировать регистрацию данных для упрощенного анализа тенденций, ведения записей и соблюдения нормативных требований; и быть предупрежденным о проблемах окружающей среды и оборудования. Датчики, которые подключают людей, машины, оборудование и инвентарь к расширенным возможностям IIoT, позволяют производителям производить продукцию с большей прозрачностью, эффективностью и общим качеством.

Арик Прост: Значительное снижение стоимости датчиков и передатчиков в сочетании с усовершенствованием беспроводной технологии позволило OEM-производителям, машиностроителям и операционным группам устанавливать датчики и собирать данные, которые ранее были недоступны. Это промышленный край, где генерируются данные, а возможность более точного измерения большего количества переменных процесса обеспечивает лучшее понимание и выполняет обещания IIoT и Industry 4.0. Эта возможность — это скачок вперед в области мониторинга и контроля для достижения желаемых результатов, таких как более высокое качество продукции, сокращение времени простоя или повышение производительности.

Технические обзоры: Объединение данных датчиков дает возможность комбинировать различные сенсорные технологии в одном приложении. С какими проблемами сталкиваются производители при управлении и эффективном использовании возросшего объема собираемых данных?

Дин Бартлз: Распространение датчиков в производстве имеет решающее значение для полного использования эффективности, которую обещает Индустрия 4.0. Однако по мере того, как сенсорные технологии становятся повсеместными в производственных цехах по всему миру, возможность оптимального использования генерируемых данных может быть серьезно ограничена, если данные от различных датчиков не могут быть согласованы в едином языковом формате. Стандарты будут ключом к тому, чтобы сделать такую ​​гармонизацию возможной. Одним из таких стандартов, который уже получил широкое распространение, является MTConnect. Благодаря унифицированным данным разработчики и интеграторы могут сосредоточиться на полезных и продуктивных производственных приложениях, а не на их переводе, что станет ключом к успешному объединению данных датчиков в будущем.

Джеффри Кейс: Проблемы слияния датчиков включают синхронизацию различных типов датчиков и систем датчиков, особенно при наличии временной зависимости, и обеспечение совместимых сетей связи. Кроме того, периферийные вычисления становятся все более и более важными на уровне датчиков, чтобы свести к минимуму объем собираемых и анализируемых данных, что влияет как на вычислительную мощность, так и на требования к хранению данных.

Брэд Уолтерс: Объединение данных датчиков является ключевым преимуществом IIoT, поскольку решения, принимаемые на основе нескольких точек данных, имеют более высокую ценность. Но это может быть проблемой, когда производители используют разные сенсорные системы от разных поставщиков и сами собирают все данные. Вы можете эффективно управлять объемом данных, используя единую сенсорную платформу, которая объединяет типы датчиков в сочетании с алгоритмами агрегации данных, фильтрации, объединения и дедупликацией избыточных данных на периферии. Самое ценное средство уменьшения объема данных, которое вы можете иметь, — это обработка границ и фильтрация через шлюз на уровне датчика. Идеально, когда датчики немедленно сообщают о событиях и нарушениях пороговых значений при обнаружении предварительно настроенных условий, а не постоянно сообщают тривиальные данные через частые промежутки времени. Таким образом, сенсорная система с пограничным шлюзом может быстро объединять релевантные данные со всех типов сенсоров и использовать надежный набор API для одновременного смешивания и сопоставления данных из других аналитических систем.

Арик Прост: Производители сталкиваются с рядом проблем из-за большого объема создаваемых периферийных данных. Во-первых, данные на типичном заводе или объекте поступают от датчиков, изготовленных несколькими поставщиками, которые используют разные протоколы связи. Эти данные должны быть собраны и интегрированы. Во-вторых, периферийные местоположения — даже производственный цех — сталкиваются с проблемами пропускной способности и задержки при передаче в диспетчерскую, а тем более в облако. Возможность анализировать эти граничные данные и преобразовывать их в понимание зависит от их доступности и надежности. На эти полные наборы данных опираются приложения прогнозной аналитики или ИИ. Любые коммуникационные пробелы во время простоя данных или оборудования могут нарушить работу этих передовых моделей. Чтобы решить эти проблемы, в том числе объединить данные датчиков, организации развертывают периферийные вычисления для сбора информации рядом с оборудованием, обеспечивают обработку и архивирование, чтобы избежать простоев и потери данных.

Технические обзоры: Если на объектах используется несколько подключенных датчиков и систем, как они обеспечивают их надлежащую защиту от нежелательного доступа извне?

Дин Бартлз: Самый безопасный способ защититься от нежелательного доступа извне — это «воздушный зазор» для всего. Другими словами, избегайте использования датчиков Wi-Fi и вместо этого развертывайте проводные датчики и проводные периферийные устройства IoT и направляйте все данные через устройство кибербезопасности, которое одновременно шифрует и токенизирует все, что покидает объект. Поскольку OEM-производители продолжают обеспечивать «прозрачность» производственных операций своих поставщиков, технологические решения будут иметь первостепенное значение.

Джеффри Кейс: Несмотря на то, что универсального решения для промышленной кибербезопасности не существует, сегментация сети является краеугольным камнем защиты частных сетей от потенциальных уязвимостей. Системы датчиков должны быть сконфигурированы в сети, изолированной от внутренних систем, а доступ к сетям систем датчиков должен быть ограничен до необходимого минимума. Мы призываем всех наших клиентов IIoT следовать передовым методам кибербезопасности в своих внутренних сетях сенсорных систем и/или наших сенсорных системах, используя стандартные отраслевые технологии.

Брэд Уолтерс: Безопасность должна поддерживаться во всех точках связи между датчиком, шлюзом, сетью, сетевым контроллером и облаком. Надежное устройство IoT и инициатива по управлению безопасностью данных для обеспечения соблюдения политик могут помочь защитить сенсорную сеть и данные компании. Вы также не можете поместить все свои средства защиты в твердыни, такие как брандмауэры, но оставить уязвимым датчик температуры на аквариуме в вестибюле. Если вы используете одну систему управления датчиками, вы ограничиваете внешние точки входа. Несмотря на это, каждую систему необходимо проверять на предмет безопасности по отдельности, а затем как систему в целом.

Арик Прост: Кибербезопасность находится на переднем крае и в центре операционных технологий, и понятие изолированных активов становится все менее и менее реалистичным по мере того, как подключается все больше оборудования. Развертывая периферийные вычислительные платформы со встроенной виртуализацией, ОТ и ИТ-отделы получают возможность запускать программное обеспечение для обеспечения кибербезопасности рядом с критически важным оборудованием наряду с другими промышленными программными приложениями. В этом случае платформа граничных вычислений с программным обеспечением для обеспечения безопасности располагается между датчиками или ПЛК и остальной частью сети.

Технические обзоры: В каких отраслях вы ожидаете увидеть наибольший спрос на сенсорные технологии в ближайшие пять лет?

Дин Бартлз: Крупные корпорации уже добились значительного прогресса в аэрокосмической, оборонной, автомобильной, пищевой, медицинской, химической промышленности и т. д. Поэтому я думаю, что вопрос должен заключаться не в том, «какие отрасли», а в том, «кто» внутри различных отраслей. где мы увидим наибольший спрос. Очевидно, что малые и средние производители («SMM») больше всего выиграют от внедрения сенсорных технологий в свои производственные операции. В недавнем опросе, проведенном Советом по лидерству в производстве Национальной ассоциации производителей, «Выведение сквозной прозрачности, прозрачности и предсказуемости цепочки поставок на новый уровень» было названо вторым по важности вопросом на 2022 год. Предоставить OEM-производителям прозрачность, наглядность и предсказуемость в цепочке поставок, которые им нужны, SMM должны будут развернуть гораздо более совершенные сенсорные технологии, чем у них есть на сегодняшний день.

Джеффри Кейс: По мере того, как датчики становятся все более популярными благодаря усовершенствованию сенсорных технологий, периферийных вычислений, искусственного интеллекта и распространению коммуникационных сетей Industrial 4.0, наибольший спрос на сенсорные технологии будет ощущаться во всех производственных операциях практически на всех рынках/отраслях. Как превентивное обслуживание, так и приложения для автоматизации процессов стимулируют этот беспрецедентный спрос в промышленном производстве. На рынке автоматизации процессов внедряется широкий спектр сенсорных технологий для обеспечения более жесткого контроля над производственными процессами. В то время как датчики традиционно использовались в этих приложениях, Индустрия 4.0 предоставляет датчики, подключенные к Интернету, которые могут собирать, передавать и отображать данные по установленным цифровым магистралям с минимальным вмешательством человека. Эта инфраструктура может легко удовлетворить рентабельность инвестиций компании и значительно увеличить продажи датчиков в течение следующих пяти лет и далее.

Брэд Уолтерс: Легко понять, что профилактическое обслуживание, дистанционный мониторинг и управление, а также автономные системы практически во всех отраслях промышленности будут по-прежнему в значительной степени зависеть от достижений в технологии интеллектуальных датчиков. Например, новаторы в нефтегазовой, сельскохозяйственной, энергетической и энергетической, химической и горнодобывающей отраслях, а также на транспорте полагаются на далеко идущие возможности беспроводных датчиков, которые обеспечивают большую дальность действия, низкое энергопотребление и длительное время автономной работы. Поскольку производители, здравоохранение и умные города стремятся стать более эффективными, решения для датчиков, которые ускоряют работу 4G LTE и 5G, устраняют частотные помехи и обеспечивают периферийные вычисления с множественным доступом, будут очень ценными. Отрасли, которые эффективно интегрируют интеллектуальные датчики, помогут продвинуть развитие IIoT к следующей промышленной революции.

Арик Прост: Мы видим, что наибольший спрос на сенсорные технологии исходит не от конкретных отраслей, а от конкретных вариантов использования в отраслях, где активы и процессы удалены или недоступны, имеют решающее значение для измерения, высокой скорости и где безопасность является важным фактором. В этих случаях сенсорная технология будет иметь важное значение для масштабирования автоматизации и удаленного управления. Существует ряд примеров, которые пересекаются, включая дискретное производство — сложные упаковочные машины, робототехника, изготовление металлов; Водоснабжение и водоотведение — выносные и автоматические насосные станции, расходомеры; Производство электроэнергии – солнечные батареи, ветряные электростанции и подстанции; Нефть и Газ — насосные станции, узлы учета расхода, добычные площадки и многое другое. Для этих активов и вариантов использования обилие сенсорных технологий и ограниченная возможность подключения требуют наличия «мозга» на месте для обработки и хранения данных, обеспечения бесперебойной работы, запуска агентов кибербезопасности и, возможно, обеспечения мониторинга и контроля без вмешательства человека. Платформы граничных вычислений предоставляют эти возможности и, следовательно, средства для использования данных датчиков для реализации возможностей Индустрии 4.0.

Что вы думаете? Поделитесь своими вопросами и комментариями ниже.