Круглый стол руководителей: Продвижение Индустрии 4.0 с умными датчиками и IIoT

Производственные отрасли по всему миру проходят цифровую трансформацию, стимулируемую пандемией COVID-19, которая ускоряет принятие Индустрии 4.0. Этот переход к цифровому топливу прогресса в умных датчиках, которые не только захватывают сенсорные данные, но также интерпретируют эти данные в действенные инсайты для различных приложений в пространстве Индустриального интернета вещей (IIoT).

Рынок умных датчиков ожидает роста на CAGR 19 процентов за прогнозный период (2021-2026), согласно Market Research Future. Что движет возрастающим спросом на умные датчики и какие отрасли ожидают увидеть наибольший спрос на сенсорные технологии в ближайшие годы? Tech Briefs задал вопросы четырем промышленным экспертам, чтобы собрать их взгляды на будущий взгляд для умных датчиков и IIoT.

Наши участники круглого стола включают Дина Бартлса, Генерального директора и Президента, Manufacturing Technology Deployment Group , Джеффри Кейса, Директора инженерии дизайна и NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Бред Уолтерса, Основателя и CEO, Monnit , Эрика Проста, Старшего глобального директора, OEM, Stratus Technologies .

Tech Briefs: Использование «умных» датчиков становится более распространенным, по мере того как IIoT и Индустрия 4.0 становятся более обыденными в производстве. Как умные датчики используются для улучшения производства?

Дин Бартлс: Отличный пример того, как умные датчики используются для улучшения производства — это программа моей компании с وزارة обороны для установки прототипа аддитивной производственной цепочки поставок. Существует огромное желание принять металлические аддитивно произведенные детали в аэрокосмических и оборонительных рынках. Преимущества включают сложность дизайна, скорость производства, облегчение и т.д. Однако вариабельность, в настоящее время найденная в металлических аддитивно произведенных деталях от машины к машине и даже от детали к детали, все еще является большим препятствием для принятия. Используя датчики и IoT периферийное устройство, мы собираем данные процесса в реальном времени во время процесса печати, такие как лазерная энергия, скорость сканирования, шаг штриховки, влажность камеры и т.д., а затем предоставляем эти данные клиенту вместе с произведенными деталями. Клиент затем может interroгировать файл данных, чтобы убедиться, что все параметры поддерживались в заданном диапазоне в течение всего процесса сборки, тем самым предоставляя более высокий уровень уверенности в целостности деталей.

Джеффри Кейс: Умные датчики развертываются в производственных объектах во всех отраслях для сбора критической информации, которая, с правильным анализом, может создавать решения, снижающие или устраняющие непланируемый простой (затраты на замену деталей, рабочую силу и упущенные возможности); повышающие безопасность путем замены постоянно установленных датчиков для измерений, требующих человеческого вмешательства; и улучшающие производительность через точную обратную связь и мониторинг вариаций в производственном процессе, обеспечивающие производственную стабильность.

Бред Уолтерс: Управление большей эффективностью — главное преимущество интеграции платформы умных датчиков в производственные среды. Умные датчики создают более умные заводы, где вы можете мониторить, контролировать и улучшать практически каждый аспект операций с реальными данными-инсайтами; предсказывать обслуживание оборудования и быстро запускать протоколы перед поломкой или сбоем; автоматизировать журналирование данных для оптимизированного трендового анализа, ведения записей и соблюдения нормативов; и получать оповещения об экологических и оборудовательных проблемах. Датчики, связывающие людей, машины, оборудование и инвентарь с уполномочивающими возможностями IIoT, позволяют производителям производить с большей прозрачностью, эффективностью и общим качеством.

Эрик Прост: Значительное снижение стоимости датчиков и передатчиков в сочетании с улучшениями в беспроводных технологиях сделало возможным для OEM, построителей машин и операционных команд устанавливать датчики и собирать данные, ранее недоступные. Это промышленная каемка, где данные генерируются, и способность измерять больше процессных переменных более точно дает лучший инсайт и достигает обещания IIoT и Индустрии 4.0. Возможность — это скачок вперед в мониторинге и контроле для достижения желаемых результатов, таких как продукты более высокого качества, меньше простоя или улучшение выхода.

Tech Briefs: Слияние данных датчиков обеспечивает способность комбинировать разные сенсорные технологии в одном приложении. Каковы вызовы, с которыми сталкиваются производители в управлении — и эффективном использовании — увеличенного объема собранных данных?

Дин Бартлс: Пролиферация датчиков в производстве критична для полного преимущества эффективности, которую обещает Индустрия 4.0. Однако, по мере того как сенсорная технология становится повсеместной в производственных мастерских везде, способность сделать оптимальное использование генерируемых данных может быть серьезно ограничена, если данные от различных датчиков не могут быть гармонизированы в общий формат языка. Стандарты будут ключом к тому, чтобы сделать такую гармонизацию возможной. Один такой стандарт, который уже стал широко принятым — MTConnect. С унифицированными данными разработчики и интеграторы могут фокусироваться на полезных, продуктивных производственных приложениях вместо перевода, что будет ключом к успешному слиянию данных датчиков вперед.

Джеффри Кейс: Вызовы для слияния датчиков включают синхронизацию разных типов датчиков и сенсорных систем, особенно когда есть временная зависимость, и обеспечение совместимых коммуникационных сетей. Кроме того, периферийные вычисления становятся все более критическими на уровне датчика для минимизации количества собранных и анализируемых данных, влияя на требования к вычислительной мощности и хранению данных.

Бред Уолтерс: Слияние данных датчиков — ключевое преимущество IIoT, потому что решения, сделанные из множественных точек данных, являются решениями более высокой ценности. Но это может быть вызовом, когда производители закупают разные сенсорные системы от различных поставщиков и агрегируют все данные сами. Вы можете эффективно управлять объемом данных, имея единую сенсорную платформу, которая включает типы датчиков в комбинации с агрегацией данных, фильтрацией, алгоритмами слияния и дедупликацией избыточных данных на периферии. Самый ценный редуктор объема данных, который вы можете иметь — это периферийная обработка и фильтрация через шлюз на уровне датчика. Идеально для датчиков немедленно сообщать события и нарушения порогов, когда они обнаруживают предварительно сконфигурированные условия, вместо постоянного сообщения тривиальных данных на частых интервалах. Таким образом, сенсорная система с периферийным шлюзом может быстро слить релевантные данные от всех типов датчиков и использовать надежный набор API для одновременного смешивания и сопоставления данных от других аналитических систем.

Эрик Прост: Производители сталкиваются с несколькими вызовами из-за объема периферийных данных, создаваемых. Во-первых, данные в типичном заводе или объекте приходят от датчиков, произведенных множественными поставщиками, использующими разные протоколы коммуникации. Эти данные должны быть собраны и интегрированы. Во-вторых, периферийные локации — даже заводской пол — сталкиваются с проблемами пропускной способности и задержки при передаче в комнату управления, не говоря уже об облаке. Способность анализировать эти периферийные данные и переводить их в инсайт зависит от их доступности и надежности. Предиктивная аналитика или ИИ приложения полагаются на эти полные наборы данных. Любые пробелы в данных или простой оборудования могут нарушить эти продвинутые модели. Для решения этих вызовов, включая слияние данных датчиков, организации развертывают периферийные вычисления для сбора информации близко к оборудованию, предоставления обработки и историзации для избежания простоя и потери данных.

Tech Briefs: Если объекты используют множественные подключенные датчики и системы, как они обеспечивают, что они защищены правильно для охраны от нежелательного внешнего доступа?

Дин Бартлс: Самый безопасный способ охраны от нежелательного внешнего доступа — «воздушный зазор» всего. Другими словами, избегайте использования Wi-Fi датчиков и вместо этого развертывайте проводные датчики и проводные IoT периферийные устройства и имейте все данные маршрутизироваться через кибербезопасное устройство, которое и шифрует, и токенизирует все, покидающее объект. По мере того как OEM продолжают двигать «прозрачность» в производственные операции своих поставщиков, технологические решения будут первостепенными.

Джеффри Кейс: Хотя нет серебряной пули, когда речь идет о промышленной кибербезопасности, сегментация сети — краеугольный камень защиты частных сетей от потенциальных уязвимостей. Сенсорные системы должны быть сконфигурированы на сети, изолированной от внутренних систем, и доступ к сетям сенсорных систем должен быть ограничен минимально необходимым. Мы поощряем всех наших IIoT клиентов следовать лучшим практикам кибербезопасности на их внутренних сенсорных сетях и/или наших сенсорных системах, используя стандартные промышленные технологии.

Бред Уолтерс: Безопасность должна поддерживаться на всех точках коммуникации между датчиком, шлюзом, сетью, сетевым контроллером и облаком. Надежная инициатива управления безопасностью IoT устройств и данных для принуждения политик может помочь защитить сенсорную сеть и данные компании. Вы также не можете положить все свои меры защиты в крепости, как файрволы, но оставить датчик температуры в аквариуме в вестибюле уязвимым. Если вы используете одну систему управления датчиками, вы ограничиваете внешние точки входа. В любом случае, каждая система должна быть проверена на безопасность индивидуально, а затем как вся система.

Эрик Прост: Кибербезопасность на переднем плане для операционных технологий, и понятие воздушных зазоров активов становится менее и менее реалистичным по мере того, как больше оборудования подключается. Развертывая платформы периферийных вычислений со встроенной виртуализацией, OT и IT команды имеют средства для запуска кибербезопасного программного обеспечения близко к критическому оборудованию вместе с другими промышленными программными приложениями. В этом случае платформа периферийных вычислений, запускающая безопасное ПО, сидит между датчиками или PLC и остальной сетью.

Tech Briefs: В каких отраслях вы ожидаете увидеть наибольший спрос на сенсорные технологии в следующие пять лет?

Дин Бартлс: Значительный прогресс уже сделан крупными корпорациями в аэрокосмике, обороне, авто, пище, медицине, химической переработке и т.д. Так что я не думаю, что вопрос должен быть «какие отрасли» так же как «кто» внутри различных отраслей, где мы увидим наибольший спрос. Ясно, что малые и средние производители («SMM») имеют больше всего для получения, принимая сенсорную технологию в свои производственные операции. Недавний опрос, проведенный Manufacturing Leadership Council Национальной ассоциации производителей, ранжировал «Приведение сквозной видимости, прозрачности и предсказуемости цепочки поставок на следующий уровень» как второе по важности для 2022. Чтобы предоставить OEM желаемую прозрачность, видимость и предсказуемость в их цепочке поставок, SMM должны будут развернуть гораздо больше сенсорной технологии, чем они делали доселе.

Джеффри Кейс: По мере того как датчики становятся более основными с улучшениями в сенсорной технологии, периферийных вычислениях, искусственном интеллекте и пролиферации коммуникационных сетей Индустрии 4.0, наибольший спрос на сенсорную технологию будет во всех производственных операциях почти во всех рынках/отраслях. И превентивное обслуживание, и приложения автоматизации процесса движут этот беспрецедентный спрос в промышленном производстве. Широкое разнообразие сенсорных технологий развертывается в рынке автоматизации процесса для облегчения более тесного контроля производственных процессов. Хотя датчики традиционно развертывались в этих приложениях, Индустрия 4.0 предоставляет интернет-подключенные датчики, способные собирать, передавать и отображать данные через установленные цифровые магистрали с минимальным человеческим вмешательством. Эта инфраструктура может легко удовлетворить ROI компании и значительно подвинет продажи датчиков в следующие пять лет и далее.

Бред Уолтерс: Легко увидеть, что предиктивное обслуживание, удаленный мониторинг и контроль, и автономные системы практически в каждой отрасли будут продолжать сильно зависеть от прогресса в умной сенсорной технологии. Например, инноваторы в нефти и газе, сельском хозяйстве, энергетическом производстве, химической и горной промышленности, и транспорте опираются на дальнодействующие возможности беспроводных датчиков, доставляющие дальний диапазон, низкое потребление энергии и долгую жизнь батареи. По мере того как производители, здравоохранение и умные города смотрят на то, чтобы быть более эффективными, сенсорные решения, ускоряющие функциональность 4G LTE и 5G, устраняющие частотные помехи и позволяющие многодоступные периферийные вычисления будут высоко ценными. Отрасли, которые эффективно интегрируют умные датчики, помогут пропеллер IIoT эволюцию в следующую промышленную революцию.

Эрик Прост: Мы видим наибольший спрос на сенсорную технологию приходящий не от конкретных отраслей, а от конкретных случаев использования внутри отраслей, где активы и процессы удалены или недоступны, критичны для измерения, высокой скорости, и где безопасность является значительным фактором. Сенсорная технология будет необходима для масштабирования автоматизации и удаленного управления в этих случаях. Есть ряд примеров, которые пересекают включая Дискретное Производство — сложные упаковочные машины, робототехника, металлообработка; Вода и Сточные воды — удаленные и необитаемые насосные станции, расходомеры; Генерация Энергии — солнечные массивы, ветряные фермы и подстанции; Нефть и Газ — насосные станции, станции измерения потока, производственные платформы и многие другие. Для этих активов и случаев использования, изобилие сенсорной технологии и ограниченная связность требуют «мозг» на месте для обработки и хранения данных, обеспечения доступности uptime, запуска кибербезопасных агентов и потенциально предоставления мониторинга и контроля без человеческого вмешательства. Платформы периферийных вычислений предоставляют эти возможности и тем самым средства для использования сенсорных данных для реализации возможностей Индустрии 4.0.

Как вы думаете? Делитесь своими вопросами и комментариями ниже.