Промышленный "Интернет вещей" на предприятии Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Промышленный «Интернет вещей» на предприятии

Черепанов Никита Владимирович

кандидат технических наук, ведущий инженер АО им. С.А. Лавочкина, [email protected]

В статье рассматриваются вопросы развития «Цифровой экономики» применительно к промышленному производству на основе компьютерного сетевого взаимодействии киберфизи-ческих составляющих. Развитие этой идеи обеспечивают компьютерные технологии в промышленности с созданием цифрового образа всего производственного процесса в интересах целевой продукции. На базе этого подхода стала развиваться четвёртая промышленная революция, основой которой является Интернет вещей. Рассмотрены особенности развёртывания промышленного Интернета вещей на промышленном предприятии. Промышленный Интернет вещей подразумевает увеличение объёмов данных, работу с большими данными, большие вычислительные мощности, проведение облачных вычислений, развитые сетевые средства, системы интеллектуальных оценок и принятия решений, средства виртуальной реальности. Создаются новые модели и средства управления продукцией на всех этапах жизненного цикла изделия. Всё оборудование на предприятии, участвующее в производственном процессе, должно объединяется в единую сеть. Система должна предоставить единую среду для каждого участника производственного процесса. Облачные решения для промышленного Интернета вещей являются одним из определяющих элементов. Рассмотрены некоторые отечественные и зарубежные средства поддержки промышленного Интернета вещей, которые могут быть приняты за основу для адаптации на промышленном предприятии. Ключевые слова: цифровая экономика, Индустрия 4.0, промышленный Интернет вещей, жизненный цикл изделия.

Современные компьютерные технологии позволяют вывести на новый уровень развития экономику страны. Такая экономика названа «Цифровая экономика», и основывается на компьютерном сетевом взаимодействии киберфизических составляющих. Главным направлением развития этой идеи являются компьютерные технологии в промышленности с созданием цифрового образа всего производственного процесса в интересах целевой продукции. В этом должны быть задействованы все предприятия, участвующие в создании конкретного класса продуктов.

На основе этого подхода стала развиваться четвёртая промышленная революция, получившая название Индустрия 4.0. Основой которой является Интернет вещей, базирующийся на компьютерных сетях и Web-интерфейсах, к которым подключены станках и оборудовании со встроенными датчиками. В промышленности в единую систему объединяются станки и другие производственные единицы, а также программы сбора и обмена информацией. С помощью этих средств происходит удаленный сбор информации, анализ и выбор оптимальных режимов работы оборудования, управление производственными процессами и человеко-машинными процедурами. Всё это позволит оптимизировать использование оборудования, снизить стоимость его обслуживания, циклы его работы, порядок управления обо-рудованием.[1]

Составляющие киберфизического пространства постоянно взаимодействуют для оценки ситуации и приспособления своих составляющих к меняющимся условиям окружения.

Промышленный Интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT), в промышленности подразумевает увеличение объёмов данных по всей цепочке производственных процессов, работа с большими данными, большие вычислительные мощности, проведение облачных вычислений, развитые сетевые средства, системы интеллектуальных оценок и принятия решений, средства виртуальной реальности.

Это направление рассматривается в России на самом высоком уровне и уже определено как одно из стратегических в развитии экономики.

Внедрение Индустрии 4.0 предполагает инжиниринг предприятий с учётом всех информационно-производственных потоков в основных и вспо-

X X

о

го А с.

X

го m

о

ю О

м о

to

а>

о

CS

0

01

О Ш

m

X

<

m о х

X

могательных процессах на протяжении всего жизненного цикла изделий от технического задания до производства, обслуживания и его утилизации.

11оТ сокращает производственный цикла выпуска продукции; обеспечивает энергосбережение и снижение эксплуатационных расходов; улучшает планирование производства и сокращение сроков подготовки, продление времени бесперебойного функционирования оборудования, сокращение его простоев; рост качества выпускаемых изделий.

Технология 11оТ должна обеспечит для автоматизации производства:

1. Контроль и анализ работ производственных систем в текущий момент времени.

2. Планирование ремонтов и технического обслуживания оборудования на основе собираемых данных для обеспечения надежности и снижения затрат.

3. Расчёт производительности оборудования и её повышение.

В промышленности Интернет вещей обеспечивает общение устройств и станков с персоналом, интеллектуальными системами, роботами на всех этапах жизненного цикла изделий для оперативного управления процессами в реальном времени. Создаются новые модели и средства управления продукцией на всех этапах жизненного цикла изделия.

Для внедрения технологии промышленного Интернета вещей необходима установка большого числа датчиков, включённых в сеть Интернет для сбора различных данных о текущем процессе производства. Он должен обеспечить связь между любыми производственными устройствами и людьми в любое время. Эти датчики обнаруживают неисправности на основе собранных данных и позволяют системе самостоятельно принять решение об изменении режима работы или её прекращении.

Всё оборудование на предприятии, участвующее в производственном процессе, должно объединяется в единую сеть. Полученные данные от оборудования используются для автоматизации производственных процессов, что позволяет снизить затраты, повысить дисциплину труда и уровень безопасности на производственном объекте, осуществлять постоянный мониторинг потребления электроэнергии различным оборудованием на производстве. Система должна предоставить единую среду для каждого участника производственного процесса.

Технология Интернета вещей позволяет определять наличие всех необходимых материалов и ресурсов в текущий момент времени, что позволяет оптимизировать логистику, устранить ручной процесс проверки наличия сырья и ускорит поставку необходимых компонентов. 11оТ увеличит

производительность труда за счет увеличения времени работы оборудования и персонала.

Сети IIoT должны обеспечить передачу данных в «Облако» или в центр обработки данных.

В этих центрах должны существовать технологии хранения и обработки данных, например: Hadoop и MapReduce, и прогностические модели, использующие собираемые данные.

Облачные решения для IIoT являются одним из определяющих элементов.

Национальный институт стандартов и технологий NIST (США) определяет следующие их характеристики [2]:

1. Широкий доступ по сети.

2. Возможность автоматизированного самообслуживания системы по требованию.

3. Объединение ресурсов в интересах их эффективного распределения.

4. Быстрая масштабируемость ресурсов.

5. Управляемый сервис - контроль и оптимизация выделения ресурсов.

Использование на предприятиях технологии IIoT создаст постоянный контроль процессам создания изделий, обеспечит получение и анализ данных в процессе работы оборудования.

Основной задачей при внедрении промышленного Интернета вещей заключается в соблюдении международных стандартов и правил в связи с расширением отечественного рынка промышленного Интернета вещей.

При внедрении Система должна предоставить единую среду для каждого участника производственного процесса. На работающем предприятии с имеющимися производственными мощностями необходимо провести анализ технических характеристик оборудования и разработать порядок сбора и анализа показателей уже имеющегося станочного парка. Для вновь разрабатываемых производств необходимо предусматривать создание пула оборудования по единству производственного цикла для группы станков и оборудования с единой целевой функцией для продукции данного пула.

Технологии, построенные с использованием IIoT, порождают новые данные для систем уровня предприятия, таких как CRM, ERP, PDM или хранилища данных. Кроме того, они могут дать интеграцию с системами управления качества (QA) или управления жизненным циклом изделия (PLM).

Типичные функции и возможности IIoT, внедряемого на предприятии:

• Управление несколькими подключенными устройствами.

• Настройка подключения устройств.

• Отчеты по визуализации данных.

• Выполнение инициализации удаленных устройств и их конфигурирование.

• Проведение наблюдения за устройствами в реальном времени.

• Распределение по беспроводным каналам обновлений встроенного программного обеспечения.

• Создание облачных сервисов для смарт-продуктов.

• Сбор и анализ данных от датчиков.

• Средства для анализа поведения пользователей и доставка целевых уведомлений.

• Аналитика больших объёмов данных.

В настоящее время существуют отечественные и зарубежные средства поддержки IIoT, которые могут быть приняты за основу для адаптации на предприятии. Для анализа и выбора систем IIoT можно рассматривать продукты, предлагаемые некоторыми отечественными и зарубежными фирмами.

Российскими специалистами (ООО «Сигнум») создана универсальная программная платформа для IIoT — Winnum. Она является интегрирующей средой, в обязанности которой входит обеспечение сбора, хранения и обработки больших объемов данных, получаемых от сетевых устройств, поддержка пользовательских приложений для работы с ними. [3]

Winnum предназначена для процесса создания и запуска приложений для удаленного наблюдения, анализа и оптимизации работы изделий и процессов их эксплуатации. Winnum обеспечивает полный цикл создания и отладки приложений за счет использования интеллектуальной среды, включающей в себя следующие составляющие:

• Модули для подключения устройств.

• Защищенное облако.

• Платформа для подключения пользователей.

• Готовые к использованию отраслевые решения и библиотеки разработчика.

Процесс сбора информации происходит в полностью автоматическом режиме, без участия оператора станка.

Ещё один отечественный продукт предлагает компания «Цифра». Она создаёт компоненты IIoT. Разработка этой компании программный продукт «Диспетчер» собирает данные и контролирует работу станков с ЧПУ, универсального оборудования и промышленных роботов, что составляет основу перехода предприятия к цифровому про-изводству.[4]

Другая платформа SAYMON мониторинга и управления становится еще одним сегментом IIoT. SAYMON обеспечивает обработку больших объемов данных и отображает их в удобном для анализа виде. Эта платформа оптимизирует производственные процессы, обеспечивает удаленный мониторинг, анализ, оптимизацию работы оборудования и всего предприятия.[5]

Примером для внедрения IIoT являются разработки международной компании Honeywell -

ведущего поставщика программных продуктов и технологий для промышленной сферы.

В концепции промышленного интернета вещей компании Honeywell предусмотрено 7 шагов для предприятия, заинтересованного в переходе на бизнес-модель управления производственным объектом посредством технологий IIoT:

1. Создание базовой линии. Рассмотрение всех существующих активов, процессов, источников сбора данных, аналитики и доступа к данным элементам объекта в реальном времени для оценки способности предсказывать и обнаруживать проблемы и возможности.

2. Использование машинного обучения, больших данных и технологий автоматизации для создания «системы систем», способной точно и последовательно захватывать, анализировать и передавать данные.

3. Использование интеграционных и коммуникационных технологий для объединения данных из различных источников с главной целью извлечения значимой ценности.

4. Консолидация данных из нескольких разрозненных систем в облаке, применение аналитики более высокого уровня и использование знаний и опыта экспертов, зачастую физически удаленных от территории производственного объекта.

5. Рассмотрение и выбор облачных приложений для оптимизации производственной деятельности предприятия, таких как усовершенствованное управление технологическими процессами, мониторинг активов на основе условий, сбор истории корпоративных данных, мобильные решения, а также решения в сфере календарного и оперативного планирования.

6. Пересмотр работы функциональных групп (элементов организационной структуры), используя интеллектуальное сотрудничество в пределах организации с помощью средств ПоТ, включая бизнес-операции, процедуры технического обслуживания, соблюдение требований надежности, управление цепочками поставок и другие дисциплины.

7. Компенсация демографических изменений с помощью технологических инструментов и путем сотрудничества со сторонними экспертами, которые являются высококомпетентными в вопросах промышленной автоматизации, обработки больших данных и управления предприятием.

Анализирую существующие системы IIoT, необходимо отметить, что одним из обязательных путей развития IIoT является дальнейшая интеллектуализация и социализация описанных методов, работы над которым должна быть полноценно включена в развитие рассмотренных систем.

Литература

1. Шваб К. Четвёртая промышленная революция: пер. с англ. - М.: Эксмо, 2016. 208 с.

х х О го А С.

X

го m

о

ю

о

м о

to

2. Mell P., Grance T. The NIST Definition of zcloud Computing. - Gaitersburg: National Institute of Standards and Technology, 2011.

3. Winnum - платформа для Промышленного интернета вещей. https://winnum.ru/

4. Система мониторинга «Диспетчер» - мониторинг работы оборудования, станков с ЧПУ и автоматических лини. https://www.intechnology.ru/

5. Система SAYMON. https://saymon.info/solutions_ru/use_case_ru/

Industrial "Internet of things" at the enterprise Cherepanov N.V.

Joint-stock company "Lavochkin Association" In article questions of development of «Digital economy» with reference to industrial production on the basis of computer network interaction сyberneticphysical components are considered. Development of this idea is provided with computer technologies in the industry with creation of a digital image of all production in interests of target production. On the basis of this approach the fourth industrial revolution which basis is the Internet of things began to develop. Features of expansion of the industrial Internet of things at the industrial enterprise are considered. The industrial Internet of things means increase in volumes of data, work with Big data, Big computing capacities, carrying out of the cloudy calculations, the developed network means, systems of intellectual estimations and decision-making, means of a virtual reality. New models and control facilities production at all stages of life cycle of a product are created. All equipment at the enterprise, participating in production, should is united in a uniform network. The system should give the uniform environment for each participant of production. Cloudy decisions for the industrial Internet of things are one of determining elements. Some domestic and foreign means of support of the industrial Internet of things which can be assumed as a basis for adaptation at the industrial enterprise are considered.

Keywords: Digital economy, the Industry 4.0, the industrial

Internet of things, life cycle of a product. References

1. Schwab K. The Fourth Industrial Revolution. [In Russian]. - IVI.:

Eksmo, 2016.

2. Mell P., Grance T. The NIST Definition of zcloud Computing. -

Gaitersburg: National Institute of Standards and Technology, 2011.

3. Winnum - Platform for the Industrial Internet of things. https://winnum.ru/

4. System of monitoring "Dispatcher" - monitoring of work of the

equipment, machine tools with Numerical program management and automatic transfer lines. https://www.intechnology.ru/

5. System SAYMON. https://saymon.info/solutions_ru/use_case_ru/

a>

о

CS

0

01

О Ш

m

X

<

m о х

X