Industrial Internet of ThingsPrzyszłość zaczyna się dziś

Technologie sieciowe wkroczyły na nową, rewolucyjną drogę. Industrial Internet of Things znajduje coraz szersze zastosowanie praktyczne. W ciągu najbliższych lat ekspansja IIoT zmieni oblicze sieciowych systemów komunikacyjnych w przemyśle. Tekniska Polska wprowadza tę zmianę już dzisiaj.

Czytaj więcej

Industrial Internet of Things

Internet of Things (IoT) czyli Internet rzeczy jest aktualnie jednym z najbardziej „modnych” i nośnych określeń w świecie technologii komunikacyjnych IT. Towarzyszą mu inne terminy, takie jak „Internet of Everythings”, „Web of things”, „Big Data”, komunikacja “Machine to Machine”,  „sensor networks” itp. Historycznie rzecz biorą pierwszy raz sformułowania tego użył w 1999 roku Kevin Ashton – jeden z twórców technologii RFID. Upraszczając,  IoT można zdefiniować jako system komunikacyjny, który powstanie gdy podłączymy do Internetu przedmioty (rzeczy) nieobsługiwane przez ludzi. Inna teza mówi, że IoT powstaje gdy dowolne urządzenie otrzyma adres IP i zostanie włączone do globalnej Sieci. Bardziej formalna definicja  IoT zawarta jest w specyfikacji ITU-T Y.2060, gdzie czytamy: „Internet of Things to globalna infrastruktura dla społeczeństwa informacyjnego, umożliwiająca zaawansowane usługi poprzez łączenie rzeczy (fizycznych i wirtualnych) w oparciu o istniejące i powstające, współpracujące ze sobą technologie informacyjne i komunikacyjne.”

Z ideą Internetu Rzeczy związana jest jego przemysłowa odmiana – Przemysłowy Internet Rzeczy opisywany skrótami IIoT bądź I²oT – Industrial Internet of Things,  MIoT – Manufacturing Internet of Things lub po prostu Industrial Internet. Trend ten bywa nazywany również „Przemysłem 4.0”, której to nazwy użyto w inicjatywie rządu Niemiec opisującej w założeniach zastosowanie nowoczesnych technologii informatycznych do zarządzania produkcją przemysłową. Zaawansowane technologicznie zakłady przemysłowe są podłączane do inteligentnych sieci, co prowadzi do powstawania inteligentnych, kompleksowych ekosystemów łączności. W ten sposób buduje się platformy systemowe z jednolitym interfejsem sieciowym udostępniającym kompleksowe spojrzenie na realizowane procesy produkcji i przetwarzania, a jednocześnie uzyskiwane są dodatkowe korzyści w postaci poprawy efektywności energetycznej i optymalizacji wydajności.

Industrial Internet of Things łączy ze sobą dwie oddzielne technologicznie rodziny sieci:

  • Korporacyjne IT służące do zarządzania zasobami, CRM, business intelligence,
  • OT (Operations Technology), które służy do monitorowania i sterowania urządzeniami oraz procesami przemysłowymi.

Dla uproszczenia terminologii, w dalszej części serwisu będzie używana jedna nazwa „IoT”, która w zależności od kontekstu będzie oznaczać Internet Rzeczy zarówno w ujęciu ogólnym jak i jego odmianę przemysłową – IIoT. Można założyć, że ze względu na obszar zainteresowań w większości przypadków użyta nazwa będzie dotyczyła Przemysłowego Internetu Rzeczy.

Przed rozwiązaniami IoT rysują się szerokie perspektywy. Obiecujące są szacunki i przewidywania światowych agencji Konsultingowych. Agencja Gartner przewiduje, że do 2020r. będzie na świecie 13,5 mld rzeczy podłączonych do Internetu, a do 2025r. – 25 mld. Według estymacji McKinsey Global Institute minimalna wartość rynku IoT na świecie w 2025 roku osiągnie poziom ok. 4 bln USD. Przewidywania w zakresie potencjału Przemysłowego Internetu Rzeczy zawiera także raport ze Światowego Forum Ekonomicznego z 2015r. Zauważa się, że IIoT jest we wczesnej fazie rozwoju, szczególnie że 88% respondentów nie rozumiało w momencie ankietowania jego podstawowych modeli biznesowych oraz długofalowych skutków dla swoich branż. Główną przeszkodą w szybkim wdrożeniu i dalszym rozwoju jest różnica w znaczeniu pojęcia „działanie w czasie rzeczywistym” pomiędzy zwykłymi użytkownikami Internetu i użytkownikami systemów przemysłowych. Dla tych pierwszych są to pojedyncze sekundy, a w przemysłowych zastosowaniach są to czasy niższe od milisekund. Kolejną przeszkodą w rozwoju Przemysłowego Internetu Rzeczy jest niezawodność. Zwykły Internet najczęściej zapewnia ją na poziomie „najlepszej możliwej” (ang. best effort), co w przypadku systemów sterowania jest wartością nie do przyjęcia, gdyż zarówno normy, technologie, przepisy prawne oraz względy bezpieczeństwa narzucają tu konieczność spełniania zdefiniowanych rygorów czasowych. Niejednokrotnie też w/w przepisy obligują do zapewnienia niezawodności przez redundancję krytycznych elementów systemu co w przypadku Internetu jako takiego jest nie do zagwarantowania.

Na podstawie badań określono także największe bariery rozwoju Przemysłowego Internetu, z których trzy najistotniejsze to:

  • brak jednolitych standardów i pełnej interoperacyjności (współpracy między urządzeniami różnych producentów),
  • obawy dotyczące kwestii bezpieczeństwa,
  • niepewne bądź niedookreślone modele zastosowań, które nie gwarantują zwrotu z inwestycji.

Wśród pozostałych barier rozwojowych dla technologii IoT znalazły się m.in. kompatybilność ze starszymi urządzeniami, niedojrzałość technologii IoT, czy w końcu obawy natury społecznej dotyczące zachowania prywatności, niewielkiego doświadczenia pracowników rynku IIoT, pogłębienia zróżnicowania ekonomicznego społeczeństw itp.

Mimo tych ograniczeń odnotowano duży wzrost ilości dostarczanych na rynek czujników z 4,2 mld w 2012r do 23,6 mld w 2014r.  Dla lepszego zobrazowania pięciokrotnej różnicy pomiędzy tymi wielkościami dane te są zamieszczone w postaci wykresu. Różnica ta pokazuje także siłę zapotrzebowania rynkowego wykreowaną przez pojawienie się nowej technologii. Pojawiły się liczne inicjatywy organizacyjne takie jak powstanie konsorcjów np. Industrial Internet Consortium (IIC), AllSeen Alliance i Open Interconnect Consortium (OIC), których celem jest sprostanie wzrastającym potrzebom współpracy w zakresie bezpieczeństwa i interoperacyjności. W Niemczech, na szczeblu rządu federalnego powstała inicjatywa „Przemysł 4.0” (rozwinięcie idei: IIoT,  Smart Industry, Smart Factories, Advanced Manufacturing), której celem jest powszechne wprowadzenie cyfrowych technologii do przemysłu. Przewiduje się, że nastąpi konwergencja do gospodarki opartej na wynikach (outcome economy), w której przedsiębiorstwa będą konkurować ze sobą pod kątem zdolności do dostarczania wymiernych wyników mających znaczenie dla ich klientów w określonym miejscu i czasie. Aby to osiągnąć przedsiębiorstwa będą musiały coraz bardziej polegać na partnerach biznesowych, podłączonych ekosystemach, zaawansowanych procesach analitycznych, przetwarzaniu strumieni nowych danych generowanych przez inteligentne produkty (rzeczy) działające w terenie po to aby zdobywać w czasie rzeczywistym wiedzę na temat potrzeb klienta i jego zachowań.

Wg publikacji Europejskiego Kongresu Finansowego pt. „Cyfryzacja Gospodarki i Społeczeństwa – szanse i wyzwania dla sektorów infrastrukturalnych” kluczowymi czynnikami napędzającymi rozwój gospodarki cyfrowej są obecnie:

  • Internet Rzeczy oraz Internet Wszechrzeczy (ang. Internet of Everything – IoE),
  • wszechobecna łączność (ang. hyperconnectivity),
  • aplikacje i usługi oparte na chmurze obliczeniowej (ang. cloud computing),
  • analityka dużych zbiorów danych (ang. Big Data Analytics – BDA) oraz duże dane działające jako usługa (ang. Big-Data-as-a-Service – BDaaS),
  • automatyzacja (ang. automation) oraz robotyzacja (ang. robotisation),
  • wielokanałowe (ang. multi-channel) oraz wszechkanałowe (ang. omni-channel) modele dystrybucji produktów i usług.

Ryzyka dotyczą głównie bezpieczeństwa danych i komunikacji, jednakże nie są one w stanie zatrzymać machiny IIoT. Od czasu ataków, takich jak Stuxnet, świadomość, że już nie tylko prywatni użytkownicy sprzętu komputerowego są na celowniku hakerów jest znacznie większa niż dawniej i przedsiębiorstwa prowadzą szeroko zakrojone działania w dziedzinie cyberbezpieczeństwa. Potwierdzają to badania przeprowadzone niedawno przez niemieckie stowarzyszenie VDE Association for Electrical, Electronic & Information Technologies. Z 1 300 ankietowanych, 66% uważa właśnie bezpieczeństwo za najważniejsze zagadnienie we wdrażaniu technologii Industrial Internet of Things.

W zakresie rozwiązań IIoT, Tekniska Polska oferuje produkty firmy Advantech B+B SmartWorx (Conel) znanej przede wszystkim z doskonałych routerów bezprzewodowych, które od lat wiodą prym w rozwiązaniach i aplikacjach inteligentnych systemów. W ramach idei IIoT, B+B SmartWorx opracowała rodzinę urządzeń „Wzzard™ Intelligent Sensing Platform” na którą składają się inteligentne węzły sieciowe Wzzard Intelligent Edge Nodes. Są one wyposażone w czujniki różnych wielkości fizycznych (temperatura, wilgotność, przepływ, przyspieszenie, prąd, napięcie, ciśnienie i inne) i komunikują się za pomocą różnych technologii bezprzewodowych (np. Smart Mesh IEEE 2.4 GHz 802.15.4). W celu komunikacji z siecią nadrzędną wykorzystywane jest urządzenie Cellular / Ethernet / Smart Mesh Gateway z nowej rodziny Smart. W ofercie jest już blisko 20 modeli węzłów brzegowych oraz 5 typów bram Smart. Na poniższym rysunku przedstawiono architekturę przykładowej aplikacji, w której centralną rolę w każdej z podsieci pełni router B+B SmartWorx SmartSwarm. Z uwagi na uwarunkowania transmisyjne w przedsiębiorstwach poszczególne podsieci zostały spięte siecią nadrzędną w topologii pierścienia z autorską technologią szybkiej rekonfiguracji ringu FRNT firmy Westermo. Ideą tego przykładu jest pokazanie, że w zastosowaniach przemysłowych korzystne jest podzielenie (tzw. segregacja) sieci, tak aby w krytycznych punktach decyzje były podejmowane w bezpośrednim sąsiedztwie punktów akwizycji informacji. W zamieszczonym przykładzie, rolę punktów akwizycji danych pełnią węzły inteligentne Wzzard. Tam gdzie wynika to z konieczności zachowania bezpieczeństwa bądź dotrzymania wymaganych technologią zakładu rygorów czasowych, decyzje są podejmowane w obrębie podsieci zbudowanej w oparciu o router bezprzewodowy SmartSwarm. Decyzje te mogą być podejmowane przez lokalne urządzenia związane z procesem technologicznym, np sterowniki PLC lub pracownicy poprzez różnego rodzaju manipulatory czy też interfejsy systemów SCADA. Urządzenia te są na poniższym schemacie reprezentowane przez grupę piktogramów symbolizujących produkty z interfejsem szeregowym. Zabezpieczenie przed niepowołanym dostępem zapewnia tu separacja podsieci przez router z wykorzystaniem wbudowanych mechanizmów zabezpieczających. Bezpośrednio za pomocą łączy internetowych, uprawnieni użytkownicy mogą mieć dostęp do informacji oraz sterowania procesami niekrytycznymi. Informacjami takim mogą być np. raporty efektywności, automatycznie generowane zestawienia kosztowe czy też generowane na bieżąco cząstkowe raporty wskaźników KPI. Przykładem informacji sterującej mogą tu być aktualizowane zdalnie pliki receptur technologicznych zmienianych automatycznie w oparciu o raportowane wyniki (sprzężenie zwrotne) lub  w efekcie decyzji o zmianach w stosowanych technologiach.  Należy zaznaczyć że jest to tylko uogólniony przykład gdyż zarówno procesy jak i architektura rozwiązania mogą znacząco różnić się w zależności od profilu działania przedsiębiorstwa, narzuconych wymogów organizacyjnych lub rygorów bezpieczeństwa.

Wszystkich zainteresowanych rozwiązaniami IIoT oferowanymi przez Tekniska Polska zapraszamy do kontaktu z naszymi Menedżerami Projektów.