CC BY
153Проблемы внедрения технологии промышленного интернета вещей
Черепанов Никита Владимирович
кандидат технических наук, ведущий инженер АО им. С.А. Лавочкина, [email protected]
Рассматриваются особенности внедрения технологии промышленного интернета вещей (IIoT). Представлены основные особенности реализации IIoT. Дальнейшее развитие IIoT будет связано с тесным взаимодействием сетей, людей, процессов, данных и объектов. Для реализации IIoT в опытных производствах оперативная процедура реализации должна учитывать не только текущее состояние производственных мощностей, ориентированных на выпуск текущей продукции, но и рассматривать предполагаемые перестройки производственных цепочек. При внедрении IIoT приходится решать проблемы общего и специфического характера для каждого производственного предприятия. Проблемы реализации IIoT определяются проблемами внедрения его компонентов и их объединения в единую информационно-технологическую систему. Одни проблемы относятся к организационно-системным проблемам внедрения, другие определяются особенностями технологических процессов производства конкретной продукции и организационными требованиями к защите информации, третьи определяются особенностями внедрения программно-технических средств IIoT. Отдельно рассмотрены организационно-системные и технологические проблемам и проблемы, определяющиеся особенностями технологических процессов производства конкретной продукции и организационными требованиями к защите информации.
Ключевые слова: цифровая экономика, промышленный интернет вещей, проблемы реализации промышленного интернета вещей.
о
0
CSI
01
п
S I-О ш m х
<
m о х
X
Главной задачей развития цифровой экономики является информатизация промышленности. При внедрении этой задачи охватываются все этапы производственного цикла продукции предприятия. Особое внимание уделяется управлению производственными процессами. Эти задачи решает промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things) IIoT, который подразумевает увеличение объёмов информации по всей цепочке производственных процессов.
Для реализации этого устанавливается оборудование для получения информации, которая позволит получить данные об оборудовании и производственных процессах. Обработанная информация позволит принимать оптимальные решения.
Собранная информация позволит избежать незапланированных остановок производственных процессов, проводить оценку производственных процессов, решать вопрос о внеплановом техобслуживание и ликвидацию сбоев в управлении поставками, что позволит создать эффективное управление предприятием.
На первый план выходит задача обработки большого массива собранной информации, её анализ и представление.
Собранная информация подготавливается для принятия решений на аналитических платформах для принятия решения по производственным процессах в текущий момент времени.
Наступает период промышленного производства с установлением связи между машинами, между машинами и инфраструктурой, между машинами и окружающей средой. Дальнейшее развитие IIoT будет связано с тесным взаимодействием сетей, людей, процессов, данных и объектов.
Развитие IIoT будет проходить в пределах системы: чувствительность, эффективность, связанность, специ-ализированность, повсеместность [1].
Происходит преобразование инфраструктуры предприятий из изолированной замкнутой системы, ориентированной на конкретные продукты производства, в незамкнутые производства связанных автоматизированных производств. Эти производства используют облачные технологии для автоматического управления программно-определяемыми устройствами.
Для реализации IIoT в опытных производствах необходимо учитывать не только текущее состояние производственных мощностей, ориентированных на выпуск текущей продукции, но и учитывать предполагаемые перестройки производственных цепочек для новых, отличных от текущих, видов продукции, что значительно усложняет управление производственно-организационными структурами предприятия. И здесь без глобального учёта и анализа возможностей всего пула предпри-
ятии, прогнозируемых для всего комплексного направления опытного производства нельзя будет обойтись. Вольно или невольно этот подход постепенно подводит общество к пониманию глобального управления промышленностью региона и страны, поднимая на новый уровень прежние понятия Госплана.
При внедрении 11оТ часто происходит сравнение этих технологий с задачами межмашинного взаимодействия. Решения в этой области активно используются в машиностроении, транспорте, торговле и логистике. Технологии М2М используются в системах физической безопасности и наблюдения[2].
Проблемы реализации 11оТ определяются проблемами реализации его компонентов и их объединения в единую информационно-технологическую систему. Степень востребованности тех или иных 11оТ-решений во многом зависит от развития промышленности, информатизации и коммуникационных и управленческих структур.
11оТ в основном включает в себя следующие организационно-технические компоненты:
1. Устройства и датчики, фиксирующие события, собирающие и анализирующие данные и передающие их по сети.
2. Средства коммуникации - сетевая инфраструктура, объединяющая разнородные каналы связи - мобильные, спутниковые, беспроводные и фиксированные. 11оТ в настоящее время представляет сеть слабо связанных между собой разрозненных сетей, каждая из которых имеет свое специфическое назначение. Среда 11оТ частично включает устаревшие устройства с более старыми протоколами обмена и требует разнообразных средств организации обмена данными с другими подключенными устройствами в сети. Связь является ключевым компонентом 11оТ.
3. Средства для управления устройствами и связью, приложениями и аналитикой. Платформы индустриального Интернета вещей, кроме всего прочего, также обеспечивают среду разработки и ИТ-безопасность.
4. Программное обеспечение для обработки информации, создание прогностических моделей и интеллектуальное управление устройствами.
5. Системы, способные хранить и обрабатывать большие объемы информации.
6. ИТ-услуги в области 11оТ, требующие знания отрасли и специфики производства.
7. Решения по защите всех компонентов и процессов. В силу того, что 11оТ подразумевает тесную интеграцию информационных технологий и производственных процессов, задача безопасности выходит за рамки обеспечения бесперебойной работы ИТ-инфраструктуры.
Российская промышленность находится в начале освоения технологий 11оТ, при этом она лидируют и занимают большую часть рынка. В большинстве случаев эти внедрения приходятся на автоматизированный сбор данных с устройств на промышленных объектах. Для более активного продвижения 11оТ в России был создан консорциум - Национальная ассоциация участников рынка промышленного Интернета (НАПИ).
11оТ внедряется на отдельных предприятиях, а сбор и обработка данных осуществляется с помощью существующих систем хранения и аналитических решений. Растет спрос на решения в области больших данных и облачных услуги, что позволит легко масштабировать решения и выходить за рамки внедрений в отдельных компаниях.
Уже имеется основа для вычислений и хранения больших данных, генерируемых датчиками и умными устройствами, для применения в методологии 11оТ. Существуют готовые сетевые средства передачи данных.
Построение цифровых моделей станков и контроль их работы делают процесс эксплуатации более предсказуемым. Это сокращает потери на ремонт, хранение запасов на складах и время обслуживания. Участие человека по управлению работой оборудования постепенно минимизируется. Это повышает надежность выпускаемых изделий и их эксплуатации.
Развитие 11оТ улучшит производительность труда и производство путём объединения информационных технологий промышленных систем, контролируемого ввода данных, получения и анализа информации на всех этапах.
Но в процессе внедрения 11оТ приходится решать проблемы общего и специфического характера для каждого производственного предприятия [3]. Одни из них относятся к организационно-системным проблемам внедрения информатизации в рамках 11оТ, другие определяются особенностями технологических процессов производства конкретной продукции и организационными требованиями к защите информации, третьи определяются особенностями внедрения программно-технических средств 11оТ.
К организационно-системным и технологическим проблемам можно отнести следующие.
1. В машиностроении автоматизация на уровне производства часто недостаточно развита. Сбор данных с устройств и их анализ часто подменяет понятие 11оТ. Аналитическая составляющая 11оТ, в том числе на конечных устройствах, пока не воспринимается как неотъемлемая часть 11оТ-решений.
2. При внедрении 11оТ в отдельных компаниях формируются самостоятельные системы, которые в дальнейшем должны объединяться с другими системами для установления связей между разрозненными сетями партнеров и заказчиков.
3. Не предусматривается достаточное количество бюджетных средств предприятия для освоение новых технологий при внедрении 11оТ.
4. Повышение рисков связано с неумением вендоров и поставщиков ИТ-решений решать проблемы производственной безопасности для конкретных производств.
5. Российские предприятия, подходя к решению внедрения 11оТ, не имеют определённых моделей производственных процессов и методов управления ими в целях достижения целей для данного предприятия. Решения 11оТ требуют опыта создания комплексных решений, охватывающих информационные технологии и производственные процессы.
6. Существует проблема неприятия этой технологии конечными пользователями. Промышленный интернет вещей обеспечивает информатизацию промышленных процессов в режиме реального времени, что позволяет контролировать процессы, работу исполнителей и результаты работы. Это может привести к неприятию исполнителями новых технологий, которые вводят контроль их деятельности.
7. На многих предприятиях не проведены работы по выявлению и формированию моделей информационных потоков при создании продукции предприятия, что должно лечь в основу всей задачи внедрения 11оТ. Сервисная модель экономики, которая создается в про-
X X
о
го А с.
X
го т
о
м о
о
es
О Ш
m
X
<
m о x
X
цессе перехода к промышленному интернету вещей, основывается на оцифровке производства, обмене данными между различными участниками процесса и аналитике больших объемов данных.
8. Важным этапом развития промышленного интернета вещей на предприятия - это создание цифровых моделей продукции и связей между технологическими процессами и критически важными системами информатизации.
9. Отсутствие необходимой квалификации как самих вендоров, так и специалистов предприятия, поддерживающих внедрение IIoT.
10. Ограничения административного и нормативного характера на компоненты технологии IIoT.
11. Особенности внедрения IIoT в опытном производстве. В основном, все примеры при внедрении IIoT приведены для серийного производства, где выявляется значительный экономический эффект от внедрения этой технологии. На больших предприятиях опытного производства с постоянно меняющейся номенклатурой продукции режимы работы и загрузка многих станков не постоянна. При этом внедрение IIoT в опытном производстве должно затрагивать также и все занятые в производстве и вспомогательные подразделения предприятия.
12. Внедрение IIoT должно производиться при участии специалистов без отрыва и остановки производства.
13. В настоящее время на предприятиях существуют системы собственной разработки контроля и учёта производственной деятельности с большими базами данных, отвечающих требованиям внешних организаций. Основной проблемой внедрения IIoT будет согласование новых технологий и уже существующих систем. При этом новая внедряемая технология не должна дублировать уже имеющиеся системы, а либо качественно поднять на новый уровень цифровизацию производства, либо значительно дополнить уже имеющиеся средства информатизации.
Массовое внедрение интернета вещей сдерживается рядом проблем:
• Безопасность. Защита производственных объектов далека от необходимого уровня. Проникновению технологий IIoT в различные сферы экономики и общества препятствуют возрастающие угрозы в области кибербезопасно-сти [4]. Интернет вещей усиливает проблему конфиденциальности и безопасности данных, полученных от устройств, подключенных к интернету. Последствия хакер-ских атак могут быть необратимыми. CSA Mobile Working Group разработала Руководство по безопасности в области IIoT с учетом специфики внедрения этих технологий в различных отраслях экономики. В основу документа были положены исследования данных и архитектур в разных отраслях промышленности и проверки мер безопасности. Физические атаки могут привести датчики в полностью неработоспособное состояние, что представляет собой явную угрозу безопасности.
Интернет вещей в промышленности стоит ограничить функциями удаленного мониторинга и контроля без обратной связи на физическом уровне для исключения физического воздействия на работающее оборудование. Внедрение нефирменных систем удаленного управления машинами следует строго контролировать.
• Осторожность при переходе на новые методы принятия решений с помощью информационных
технологий. Основная проблема умного предприятия заключается в недостаточном уровне взаимодействия между людьми и людьми и производством.
• Устаревшее оборудование. На предприятиях промышленности существуют станки, оборудование, не готовые к подключению к производственно-технологическим цепочкам 11оТ. Состав оборудования на производстве часто неоднороден, имеются устройства от различных производителей и разного года выпуска. Объединение устройств в рамках одной системы управления становится сложной задачей.
• Форматы данных. Сенсоров и программного обеспечения для них достаточно, но одна из основных проблем - выбор подходящих составляющих. Менять инфраструктуру АСУ ТП, включая датчики, предприятия в массовом количестве не будут, так как это влечет за собой высокие затраты. Ради новых специалистов по данным никто не будет менять инфраструктуру. Надо уметь использовать имеющееся и преобразовывать в понятные форматы. Системы, использующие различные протоколы, могут привести к значительным проблемам в 11оТ. Устройства должны поддерживают обмен данными на одном языке при внедрении 11оТ.
• Сетевые интерфейсы. Большинство эксплуатируемого сейчас промышленного оборудования не имеет интерфейсов для подключения к Сети, а применение фирменных интерфейсов трудоемко, дорого и не всегда возможно. При этом не должны быть нарушены системы безопасности оборудования и запрещены внешние воздействия в рамках 11оТ.
• Программное обеспечение. При подключении к промышленному интернету вещей разнородных систем со своими требованиями, программное обеспечение следящих средств потребует серьёзной доработки для каждой системы. Существуют локальные системы с локальной программой, которые должны быть заменены на стандартные средства.
• Обмен информацией. Различные системы 11оТ должны иметь возможность обмениваться информацией и свободно взаимодействовать. Устройства используют различные языки или протоколы и имеют собственные уникальные свойства и особенности. Для решения этой проблемы производят выбор подходящего протокола, интегрируют различные средства информации и протоколы.
• Потеря информации. Возможность потери информации от отдельного оборудования при нарушении канала передачи данных или нерасчётном времени отклика.
• Стандартные протоколы. При обновлении системы или развертывания нового приложения 11оТ очень важно, что полевые устройства поддерживают открытые стандартные протоколы для гарантии взаимодействия с устройствами других производителей.
• Связь. Необходима устойчивая связь и полное покрытие с обеспечением конфиденциальности данных и защищённости сетей.
• Инфраструктура. Отсутствие развитой информационно-коммуникационной инфраструктуры.
• Нехватка кадров. Для проектов в сфере 11оТ нужны соответствующие специалисты, которых в настоящее время достаточно мало. Существует высокая потребность в аналитиках данных, разрабатывающих и применяющих к данным различные алгоритмы и инстру-
менты анализа. Необходимы специалисты по подготовке данных для анализа. Для проектов по промышленному интернету вещей нужны отраслевые специалисты, которые могут создавать новые бизнес-модели и знать промышленные проблемы предприятия.
• Стоимость. Стоимость внедрения IIoT может оказаться достаточно большой из-за высокой стоимости составляющих информационно-технических составляющих технологии.
• Стандартизация. До сих пор нерешенным вопросом остается проблема стандартизации в области IIoT. Существующее разнообразие систем не позволяет интегрировать их в единые информационные пространства. Для обеспечения взаимодействия устройств необходимы согласованные протоколы и стандарты, регулирующие взаимодействие. Необходима выработка межплатформенных стандартов взаимодействия промышленных систем. Необходимо разрабатывать не только технические стандарты, но и нормативно-правовые. В 2012 году Международный союз электросвязи (МСЭ) представил Рекомендацию ITU-T Y.2060 с целью разработать стандарты в области IIoT [5].
Литература
1. Интернет вещей: особенности, проблемы и уязвимости. Available at:
http://json.tv/tech_trend_find/internet-veschey-osobennosti-problemy-i-uyazvimosti-20160321115428 (accessed 22.03.2016).
2. Семеновская Е. Индустриальный интернет вещей перспективы российского рынка. Январь 2016 г. IDC 2016. Available at: https://www.company.rt.ru/projects/IIoT/study_IDC.pdf
3. Притула П. 5 проблем интернета вещей, которые предстоит решить. Available at: https://cnews.ru/articles/2016-05-
27_5_problem_interneta_veshchej_kotorye_predstoit_reshi t . (accessed 27.05.2016).
4. Токарева М.С., Вишневский К.О., Чихун Л.П. Влияние технологий Интернета вещей на экономику // Бизнес-информатика. 2018. № 3 (45). С. 62—78. DOI: 10.17323/1998-0663.2018.3.62.78.
5. Gershenfeld N., Krikorian R., Cohen D. (2004) The Internet of Things. The principles that gave rise to the Internet are now leading to a new kind of network of everyday devices, an "Internet-0". Scientific American, no. 10, pp. 76—81. Available at: http://fab.cba.mit.edu/classes/S62.12/docs/ Cohen_Internet.pdf (accessed 25 December 2017).
Challenges of Introducing Industrial Internet of Things
Cherepanov N.V.
Joint-stock company "Lavochkin Association"
Features of introduction of technology of the industrial Internet of things (IIoT) are examined. The basic features of realization IIoT are presented. Further development IIoT will be connected with close interaction of networks, people, processes, data and objects. For realization IIoT in pilot productions operative procedure of realization should consider not only a current condition of the capacities focused on release of current production, but also to consider prospective reorganizations of industrial chains. At introduction IIoT it is necessary to solve problems of the general and specific character for each industrial enterprise. Problems of realization IIoT are defined by problems of introduction of its components and their associations in uniform information-technological system. One problems concern to organizational-system problems of introduction, others are defined by features of technological processes of manufacture of concrete production and organizational requirements to protection of the information, the third are defined by features of introduction of software-means IIoT. Are separately considered organizational-system both technological to problems and the problems, defined by features of technological processes of manufacture of concrete production and organizational requirements to protection of the information.
Keywords: Digital economy, the Industry 4.0, the industrial Internet of things, problems of realization of the industrial Internet of things
References
1. The Internet of things: features, problems and vulnerability. Available at: http://json.tv/tech_trend_find/internet-veschey-osobennosti-problemy-i-uyazvimosti-20160321115428 (accessed 22.03.2016).
2. Semenovskaya E. The industrial Internet of things prospect of the
Russian market. January 2016 r IDC 2016. Available at: https://www.company.rt.ru/projects/IIoT/study_IDC.pdf
3. Pritula P. 5 problems of the Internet of things which should be
solved. Available at: https://cnews.ru/articles/2016-05-27_5_problem_interneta_veshchej_kotorye_predstoit_reshit . (accessed 27.05.2016).
4. Tokareva M.S., Vishnevskiy K.O., Chihun L.P. Influence of technologies of the Internet of things on economy // Businessinformation science. 2018. № 3 (45). a 62—78. DOI: 10.17323/1998-0663.2018.3.62.78.
5. Gershenfeld N., Krikorian R., Cohen D. (2004) The Internet of
Things. The principles that gave rise to the Internet are now leading to a new kind of network of everyday devices, an "Internet-0". Scientific American, no. 10, pp. 76—81. Available at: http://fab.cba.mit.edu/classes/S62.12/docs/
Cohen_Internet.pdf (accessed 25 December 2017).
X X О го А С.
X
го m
о
to о
to
