Промышленный интернет вещей: как не сломать то, что работает

Промышленный интернет вещей: как не сломать то, что работает

Сегодня интернет вещей (ИВ) из идеи становится реальностью. Уже появляются первые архитектурные концепции, включающие облачные системы анализа и хранения данных. По данным консалтинговой компании Accenture, к 2030 году технологии промышленного интернета вещей (ПИВ) увеличат 20 крупнейших экономик мира на 1,5%, а его вклад в мировое производство к 2030 году составит около $14,2 трлн.

ПИВ объединяет мир промышленных вещей (датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, роботы и т. д.) с системами аналитики и хранения данных. В настоящее время применение интернета вещей в промышленности прорабатывается в рамках ряда инициатив, таких, как Industry 4.0 и Industrial Internet Consortium. Они направлены на создание новых систем, которые выходят за рамки возможностей и сферы применения современных систем автоматизации. В отличие от ИВ, промышленный интернет вещей предназначен для оптимизации производственных процессов и повышения эффективности предприятия. Несмотря на то, что внедрение ИВ-технологий позволяет уменьшить вовлеченность человека в производство, говорить о полной роботизации преждевременно. Люди по-прежнему остаются ключевым активом предприятия, а распространение ПИВ-технологий позволит им работать не только быстрее, но и эффективнее. Цифровые технологии помогут работникам предприятия усилить уже имеющиеся навыки и выполнять более сложную работу. Например, операторы буровых установок смогут управлять оборудованием на расстоянии в сотрудничестве с инженерами и аналитиками данных, повышая точность и производительность буровых работ.

Довольно часто об интернете вещей говорят как о новой технологической революции, произвольно трактуя термины. От чрезмерного увлечения этим предостерегает Андрей Шолохов, генеральный директор компании PTC в России и СНГ: «Интернет вещей – это термин в основном маркетинговый, а не технический, и в изначальном своем варианте означает технологическую возможность и экономическую доступность построения систем удаленного мониторинга и автоматизированного управления «вещами». Нужно понимать, что все успешные внедрения технологий интернета вещей сугубо локальны в смысле своих целей и используемых средств. Никто и никогда не планировал создавать действительно глобальную сеть вещей, которые могут «общаться» друг с другом в произвольном порядке.

Если говорить о промышленном интернете вещей, то часто можно слышать мнения с очень интересной логикой: так как большая часть экономики – это промышленный сектор, то и внедрение интернета вещей даст наибольший результат в промышленности. Для специалистов это как минимум звучит странно, поскольку в промышленности хорошо развит близкий родственник интернета вещей – проводная промышленная автоматизация. Фактически, когда говорят о промышленном интернете вещей, подразумевают не беспроводную автоматизацию, а внедрение дополнительных технологий, так или иначе связанных с интернетом вещей: интеграцию различных ИТ-систем, новые методы человеко-машинного интерфейса, автоматизацию машинного обучения и предиктивной аналитики и т.д. Нисколько не умаляя ценности этих технологий, все же отмечу, что они имеют скорее эволюционный, а не революционный характер».

Архитектура промышленного интернета вещей

Перенос идей ИВ на промышленное предприятие означает их согласование и интеграцию с существующими системами автоматизации. При переходе на ПИВ производственные системы управления работают так: крупная распределительная система управления (РСУ) представляет собой сложную сеть датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров и вычислительных ресурсов. Нижние уровни РСУ, как правило, являются автономными и отвечают за управление технологическими процессами в реальном времени, работая с высокой степенью безопасности и надежности. На более высоких уровнях реализуются различные надзорные функции, включая упреждающее и диспетчерское управление, человеко-машинные интерфейсы, обеспечивающие участие в управлении операторов. На самом верхнем уровне располагаются средства непрерывного сбора и анализа данных о процессах, а также инструменты планирования и составления графиков производственной деятельности, которые передаются на нижние уровни для исполнения.

Архитектура промышленного интернета вещей


ПИВ объединяет широкий спектр промышленных устройств, включая датчики, исполнительные механизмы и контроллеры. Находясь в непосредственной близости от производственного процесса, эти устройства постоянно взаимодействуют с облачными сервисами. Кроме того, промышленные устройства могут действовать совместно, выполняя определенный набор функций. Например, совокупность датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров и ЧМИ может обеспечить оперативный контроль и управление технологической установкой или зоной.

В целом переход к архитектуре ПИВ позволит создать систему, лишенную ограничений иерархической структуры РСУ.

Особенности перехода на ПИВ

ПИВ-технологии оказывают сильнейшее влияние на системы автоматизации, кардинально меняя нашу жизнь. Появление новых высокоэффективных интеллектуальных устройств, расширение возможностей сбора и анализа данных, а также более широкий охват за счет применения мобильных приложений сулят большие преимущества, в частности повышение эффективности производства и снижение операционных расходов. Чтобы получить максимальную выгоду от внедрения ПИВ, предприятиям необходимо тщательно продумать переход от современных систем автоматизации к системам автоматизации будущего. О том, как избежать наиболее распространенных ошибок и успешно внедрить ПИВ-технологии рассказали Пол Маклафлин и Рохан Макэдэм – главный инженер и главный архитектор подразделения «Промышленная автоматизация» компании Honeywell. Переход на ПИВ представляет собой поэтапный процесс, который потребует внимания к следующим ключевым аспектам, – отмечает Пол Маклафлин. – Во-первых, это сохранение ключевых активов. Заказчики, как правило, делают крупные капиталовложения в разработку и приобретение прав интеллектуальной собственности на системы автоматизации. При модернизации этих систем необходимо сохранить стратегии управления, диспетчерские приложения и графические схемы ЧМИ. Для этого компании могут поддерживать элементы в их текущем виде или повысить точность их воспроизведения, применяя новые форматы.

Во-вторых, – убежден Маклафлин, – компаниям требуется сохранение установленного оборудования, особенно крупного капитального, а также распределенных системы управления и программируемых логических контроллеров». Помимо инженерного наполнения, системы автоматизации обычно включают разнообразное сопутствующее оборудование. Комплексная замена этого оборудования, как правило, не представляется возможной или является экономически неэффективной, поэтому крайне важно, чтобы при переходе на ПИВ было предусмотрено использование существующего оборудования. Перспективная стратегия здесь состоит в обеспечении поддержки существующих протоколов связи, что позволяет наиболее безопасным способом интегрировать существующее оборудование с архитектурой ПИВ.

Еще одним аспектом эксперты называют поддержание требуемых уровней полноты безопасности. Уровни полноты безопасности играют ключевую роль в обеспечении безопасной эксплуатации оборудования. А значит, приоритетной задачей предприятия при внедрении новых устройств должно стать не только сохранение безопасного состояния системы, но постоянное совершенствование технологий безопасности.

«Также компании должны иметь возможность оперативного обновления программных и аппаратных средств управления, – говорит Рохан Макдэдэм. – Поэтапный переход на новые системы автоматизации будет происходить в течение некоторого периода времени. Модернизация должна осуществляться таким образом, чтобы исключить перебои и нарушения в производственном процессе. Обновление аппаратного и программного обеспечения, а также внедрение в систему новых компонентов должно производиться без остановки производства.

И, наконец, нужно принимать во внимание требования, предъявляемые облачными приложениями к производительности и пропускной способности систем. ПИВ стимулирует сбор большого объема данных из большого количества источников. Следовательно, возникает необходимость внедрения инновационных технологий для анализа данных, а также совершенствование системы планирования». Тем не менее, влияние возрастающих требований по сбору данных на существующие компоненты системы автоматизации необходимо контролировать. Внедрение новых приложений не имеет смысла, если потребности этих приложений ставят под угрозу выполнение основной задачи системы автоматизации.

Потенциал промышленного интернета вещей

Специалисты обоснованно считают, что интернет вещей в целом и его «промышленная версия» окажут сильнейшее влияние на экономику. «Как и все современные инновации, интернет вещей дает наибольший эффект в отраслях массового спроса. Поэтому, конечно, самые радикальные изменения произойдут в автомобилестроении и транспорте, легкой промышленности (индивидуаилизация) и ритейле, здравоохранении, ЖКХ (умные города). Впрочем, влияние на другие отрасли тоже трудно переоценить. Например, сегодня стремительно «дигитализируются» сельское хозяйство и добыча полезных ископаемых, – говорит Владислав Шершульский, директор по технологическому сотрудничеству Microsoft в России. – На интернете вещей сходятся интересы ИТ и множества других отраслей, которые работают совместно, чтобы существенно изменить как производственные процессы, так и способы получения нами услуг. Впрочем, такой синергизм вообще характерен для нынешнего этапа развития информационных технологий.

В узком экономическом смысле интернет вещей важен, поскольку позволяет обойти ограничение роста потребительской базы. Действительно, сотовых телефонов и персональных компьютеров не может стать на порядок больше, чем людей на планете – это создает естественный предел для роста ИТ-индустрии в ее понимании «до ПИВ». Число автономных взаимодействующих интеллектуальных устройств интернета вещей ограничено только их стоимостью (которая быстро падает) и их полезностью (которая быстро растет). Так что все сходятся в том, что устройств скоро в мире будет на один, а то и несколько порядков больше, чем людей.

Насыщение производства устройствами ПИВ позволит радикально повысить качество и оперативность управления, а их проникновение в процессы распространения и потребления позволит намного лучше понимать и буквально «предугадывать» потребности потребителей. Во многих случаях речь может идти о повышении эффективности производства на десятки и сотни процентов при тех же материальных ресурсах.

Производственные и общественные преобразования, катализируемые интернетом вещей, являются, впрочем, более сложными. Нельзя, например, отрицать техногенные риски ПИВ – к их преодолению нужно активно готовиться».

Со своей стороны, Андрей Шолохов более сдержан в оценках влияния интернета вещей на экономику: «Мы увидим два основных изменения. Первое – автоматизация индустрий, в которых проводная автоматизация была невозможной. В первую очередь стоит говорить об управлении транспортными средствами, например, организации логистики, службах такси или аренды транспортных средств, отслеживании автобусных маршрутов, управлении транспортом в сельском хозяйстве или карьерной добыче ископаемых. Частично можно говорить и об управлении распределенной инфраструктурой. Второе глобальное изменение – автоматизация послепродажного обслуживания промышленных изделий, а в перспективе переход производителей от продажи изделия к продаже услуг, создаваемых данным продуктом, например, охлажденного воздуха в здании, а не кондиционера».

Промышленный интернет вещей многих аспектах еще представляет собой «неизведанную страну», обладающую значительным потенциалом, но нуждающуюся в тщательном изучении. Это новый формат архитектуры систем автоматизации, который оптимально сочетает преимущества облачных вычислений с необходимостью локального размещения приложений для обеспечения безопасной, надежной и долгосрочной автоматизации сложных производственных систем и процессов. Несмотря на ряд барьеров, среди которых ограниченный доступ к инвестициям и неготовность инфраструктуры, концепция ПИВ обладает огромным потенциалом. Возможность усовершенствовать процесс принятия решений, повысить безопасность и продуктивность производственных процессов, а также улучшить взаимодействие на предприятии делают концепцию ПИВ одним из наиболее популярных технологических трендов на ближайшие годы.

Перспективы в России

Отечественные технологии, как правило, идут в кильватере за западными, но в случае с промышленным интернетом вещей на их развитие в нашей стране влияет целый ряд факторов. В частности, в России больше заботятся о повышении эффективности производства существующих продуктов, чем о выпуске новых. И, как отмечают эксперты, часто можно видеть, что предприятие, внедрив ERP и закупив современные станки, продолжает выпускать устаревшие изделия. Для перехода на новый технологический уровень нужно резкое увеличение инвестиций в в конструкторскую, технологическую и сервисную подготовку производства.

Но в определенной мере интернет вещей уже входит в нашу жизнь. «Вызывая лифт или открывая дверь гаража, садясь в самолет или оплачивая проезд в метро мы просто не задумываемся о том, что эпоха интернета вещей уже наступила, – говорит Владислав Шершульский. – Но для того чтобы этот процесс стал необратимым, понадобятся еще много новых действительно полезных идей и реализующих их стартапов, понадобится модернизация производств, сохраняющихся почти неизменными 50–100 лет, и, что тоже очень важно, понадобится законодательство, регулирующее и поощряющее развитие интернета вещей. Впрочем, все это сегодня одинаково актуально для всех стран, вступающих в эпоху ПИВ».

Вернуться на главную страницу обзора