يتم تعريف إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) على أنها مجموعة من الأجهزة والتطبيقات التي تسمح للمؤسسات الكبيرة بإنشاء بيئة متصلة -إلى-نهاية من المركز إلى الحافة. ويشمل أيضًا البنية التحتية المادية التقليدية، مثل الحاويات والشاحنات اللوجستية، لجمع البيانات والتفاعل مع الأحداث واتخاذ قرارات أكثر استنارة بمساعدة الأجهزة الذكية.
تعد إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) امتدادًا لإنترنت الأشياء (IoT) ولها العديد من التطبيقات في مجال المستهلك. وتشمل حالات استخدام إنترنت الأشياء، على سبيل المثال، الأجهزة المنزلية الذكية مثل Amazon Echo، والتي تستخدم ميزة التعرف على الصوت Alexa لإطفاء الأضواء عن بُعد.
وفي العمليات الصناعية، شهدت هذه التكنولوجيا{0}استخدامًا تجاريًا واسع النطاق في بيئات ذات بنية تحتية معقدة ومعدات كبيرة. في المقابل، يمكن لإنترنت الأشياء الصناعي إدارة أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في جميع أنحاء المصنع عن بعد. وهذه مجرد حالة واحدة لاستخدام إنترنت الأشياء الصناعي لتبسيط وتحسين إدارة العمليات التجارية.
كيف يعمل إنترنت الأشياء الصناعي؟
إنترنت الأشياء الصناعي هو فئة فرعية من إنترنت الأشياء حيث تعيد الشركات تعريف كيفية الاتصال بالبيانات الصناعية ومراقبتها وتحليلها والتصرف بناءً عليها لتقليل التكاليف ودفع النمو.
الفكرة وراء إنترنت الأشياء الصناعي هي استخدام البيانات التي تم إنشاؤها على مر السنين بواسطة "الأجهزة الغبية" في المنشآت الصناعية. لا تستطيع الآلات الذكية الموجودة على خط التجميع التقاط البيانات وتحليلها بشكل أسرع فحسب، ولكنها أيضًا أسرع في توصيل المعلومات المهمة، مما يساعد على اتخاذ قرارات العمل بشكل أسرع وأكثر دقة.
إن تكامل تكنولوجيا المعلومات (IT) وتكنولوجيا العمليات (OT) هو الذي يقود إنترنت الأشياء الصناعية. وهي عبارة عن مصفوفة شبكة تربط الأجهزة بالأجهزة، وتجمع البيانات من خلال تقنية الاستشعار، وتحللها، وتدمجها مباشرة في منصات تعمل كخدمات. سوف يبشر إنترنت الأشياء الصناعي بعصر جديد من حالات الاستخدام الصناعي مع العديد من الفرص للتوسع الاقتصادي.
يجمع إنترنت الأشياء الصناعي كميات كبيرة من البيانات الميدانية من المصنع، وينقلها عبر العقد المتصلة، ويحللها على الخوادم، ويحول المعلومات إلى رؤى قابلة للتنفيذ على منصة سحابية. وهذا يشجع الشركات على اتخاذ قرارات أفضل لأسواقها المحددة والجماهير المستهدفة. بمعنى آخر، إنترنت الأشياء الصناعي هو نظام يربط الأجهزة الطرفية مثل المحركات وأجهزة الاستشعار ووحدات التحكم والمفاتيح المتصلة والبوابات وأجهزة الكمبيوتر الشخصية الصناعية (IPCs) بالسحابة.
كيف ترتبط الصناعة 4.0 وإنترنت الأشياء الصناعي؟
الصناعة 4.0 هي نتاج الثورة الصناعية الرابعة. تُعرف الثورة الصناعية الرابعة بأنها دمج التصنيع الآلي التقليدي مع العمليات الصناعية المدعومة بالتقنيات الذكية وأجهزة الاتصالات المستقلة.
ظهر مصطلح "الصناعة 4.0"، والمختصر بـ I4.0 أو I4، في عام 2011 كمبادرة من الحكومة الألمانية التي دافعت بقوة عن رقمنة العمليات الصناعية على مدار العشرين عامًا الماضية.
وكما وصفت مجموعة بوسطن الاستشارية، فإن إنترنت الأشياء الصناعي (IoT) هو الركيزة الأساسية للصناعة 4.0، بالإضافة إلى التصنيع الإضافي أو الطباعة ثلاثية الأبعاد، والواقع المعزز (AR)، والروبوتات المستقلة، وتحليلات البيانات الضخمة، والحوسبة السحابية، والأمن السيبراني، وتكامل الأنظمة الأفقية والرأسية، والمحاكاة. ويرجع ذلك إلى الاتصال المستقل بين الآلات والبيئات الرقمية اللامركزية القادرة على حل المشكلات التي كانت تتطلب في السابق التدخل البشري تلقائيًا.
تشمل الصناعة 4.0 إنترنت الأشياء الصناعي والرقمنة واستدامة الشركات في سياق أوسع. إنترنت الأشياء الصناعي هو القوة الدافعة وراء الصناعة 4.0، والتي بدونها لن يكون هناك صناعة 4.0. بمعنى آخر، يقتصر إنترنت الأشياء الصناعي على اكتشاف البيانات، ونقل البيانات، وحساب البيانات، ومعالجة البيانات، والتطبيقات الذكية الخاصة بالمجال-.
هندسة إنترنت الأشياء الصناعية
تصف بنية إنترنت الأشياء الصناعية النموذجية ترتيب الأنظمة الرقمية بحيث توفر معًا اتصال الشبكة والبيانات بين أجهزة الاستشعار وأجهزة إنترنت الأشياء وتخزين البيانات والطبقات الأخرى. ولذلك، يجب أن تتمتع بنية إنترنت الأشياء الصناعية بما يلي.
1. أجهزة إنترنت الأشياء الموجودة على حافة الشبكة
هذه عبارة عن مجموعات من كائنات الشبكة الموجودة على حافة النظام البيئي لإنترنت الأشياء. وتقع هذه في أقرب وقت ممكن إلى موقع مصدر البيانات. عادةً ما تكون هذه مشغلات وأجهزة استشعار لاسلكية في البيئات الصناعية. وحدة معالجة أو جهاز حاسوبي صغير ومجموعة من نقاط نهاية المراقبة. قد تتضمن أجهزة Edge IoT الأجهزة التقليدية في البيئات البنية والكاميرات ومكبرات الصوت وأجهزة الاستشعار وأجهزة القياس والشاشات الأخرى.
ماذا يحدث عند الحافة البعيدة للشبكة؟ تأخذ أجهزة الاستشعار البيانات من المناطق المحيطة بها والعناصر التي تراقبها، ثم تقوم بتحويل المعلومات إلى مقاييس وأرقام يمكن لمنصات إنترنت الأشياء تحليلها وتحويلها إلى رؤى قابلة للتنفيذ. تتحكم المحركات في العمليات التي تحدث في البيئة المرصودة. إنها تغير البيئة المادية التي يتم فيها إنشاء البيانات.
2. إدارة بيانات الحافة والمعالجة الأولية
وبدون الجودة-العالية، لا يمكن للكميات الهائلة من البيانات والتحليلات المتطورة والذكاء الاصطناعي تحقيق إمكاناتها الكاملة. معالجة البيانات ممكنة حتى على مستوى المستشعر.
وفي هذا الصدد، توفر حوسبة الحافة أسرع إجابة، حيث تتم معالجة البيانات مسبقًا-على حافة الشبكة، عند المستشعر نفسه. وهنا، يمكن تحليل البيانات الرقمية والمجمعة. بمجرد جمع الأفكار ذات الصلة، من الممكن الانتقال إلى المرحلة التالية بدلاً من إرسال جميع المعلومات المجمعة. تعمل هذه المعالجة الإضافية على تقليل كمية البيانات المرسلة إلى مركز البيانات أو السحابة.
3. السحابة للمعالجة المتقدمة
أجهزة Edge محدودة في قدرات المعالجة المسبقة الخاصة بها. في حين تم تقريب الحافة قدر الإمكان للحد من استهلاك طاقة الحوسبة المحلية، سيحتاج المستخدمون إلى الاستفادة من السحابة لمعالجة أعمق وأكثر شمولاً.
وعند هذه النقطة، يجب الاختيار بين إعطاء الأولوية لسرعة وفورية الأجهزة الطرفية أو الرؤى المتقدمة للحوسبة السحابية. يمكن أن تؤدي الحلول المستندة إلى السحابة-قدرًا كبيرًا من المعالجة. هنا، يمكن تجميع البيانات من مصادر مختلفة وتقديم رؤى غير متوفرة على الحافة.
في سياق بنية إنترنت الأشياء الصناعية، سيكون للسحابة.
المحاور:بالإضافة إلى القياس عن بعد والتحكم في الأجهزة، فإنه يوفر روابط آمنة للأنظمة الميدانية. إذا لزم الأمر، يمكن للمركز توفير اتصال عن بعد بالأنظمة المحلية عبر مواقع متعددة. ويحافظ على جميع عناصر الاتصال مثل إدارة الاتصال وقنوات الاتصال الآمنة ومصادقة الجهاز والترخيص.
تخزين:يستخدم لتخزين المعلومات قبل وبعد المعالجة.
التحليلات:يساهم في معالجة البيانات وتحليلها.
واجهة المستخدم:يوفر تصورًا لنتائج التحليل التي يتم تسليمها إلى المستخدم النهائي، عادةً من خلال واجهة متصفح الويب، ولكن أيضًا من خلال تنبيهات البريد الإلكتروني والرسائل النصية القصيرة والهاتف.
4. بوابة الإنترنت
يتم هنا جمع بيانات المستشعر وتحويلها إلى قنوات رقمية لمزيد من المعالجة عند بوابة الإنترنت. بعد الحصول على البيانات المجمعة والرقمية، تقوم البوابة بإرسالها عبر الإنترنت بحيث يمكن معالجتها بشكل أكبر قبل تحميلها على السحابة. تظل البوابة جزءًا من نظام جمع بيانات الحافة. إنه مجاور للمحركات وأجهزة الاستشعار ويقوم بمعالجة البيانات الأولية على الحافة.
يمكن نشر البوابات كأجهزة أو برامج.
الأجهزة:بوابات الأجهزة هي أجهزة مستقلة. يوفر واجهات سلكية (تناظرية ورقمية) ولاسلكية لتوصيل أجهزة الاستشعار النهائية. يتم توفير الاتصال بالإنترنت أيضًا، إما محليًا أو من خلال رابط قياسي بجهاز التوجيه.
برمجة:على جهاز الكمبيوتر، يمكن تثبيت بوابة برمجية بدلاً من الاتصال ببوابة الأجهزة. يعمل البرنامج في الخلفية أو المقدمة ويوفر روابط الاتصال الأولية والنهائية كنقاط دخول للأجهزة، مع توفير الكمبيوتر الشخصي للواجهة المادية. تسمح البوابة المستندة إلى البرنامج- بالوصول إلى إعدادات مستشعر الرؤية وعرض بيانات المستشعر من خلال واجهة المستخدم.
5. بروتوكولات الاتصال
يتطلب نقل البيانات عبر أنظمة إنترنت الأشياء الصناعية بروتوكولات. من المفترض أن تكون هذه البروتوكولات متوافقة مع معايير الصناعة-ومحددة جيدًا-وآمنة. قد تحتوي مواصفات البروتوكول على الخصائص الفيزيائية للاتصال والأسلاك، وإجراءات إنشاء قناة الاتصال، وتنسيق البيانات التي سيتم إرسالها عبر تلك القناة.
تتضمن بعض البروتوكولات الشائعة المستخدمة في بنيات إنترنت الأشياء الصناعية.
بروتوكول انتظار الرسائل المتقدم (AMQP):هذا عبارة عن اتصال-موجه،-بروتوكول مراسلة مشفر ثنائي الاتجاه ومتعدد الإرسال ومضغوط للبيانات-. على عكس HTTP، تم تصميم AMQP للاتصال السحابي الموجه نحو IIoT-.
نقل القياس عن بعد MQ (MQTT):يعد هذا بروتوكول مراسلة خادم- مضغوطًا. ويفضل MQTT أجهزة IIoT نظرًا لحجم إطار الرسالة القصير ومساحة الرمز الصغيرة.
بروتوكول التطبيق المقيد (CoAP):هذا هو بروتوكول موجه نحو مخطط البيانات ويمكن نشره عبر طبقة النقل بما في ذلك بروتوكول مخطط بيانات المستخدم (UDP).CoAP هو نسخة مضغوطة من HTTP تم تطويرها لمتطلبات IIoT.
6. منصات إنترنت الأشياء الصناعية
أصبحت أنظمة إنترنت الأشياء الصناعية الآن قادرة على تنسيق العمليات ومراقبتها والتحكم فيها عبر سلسلة القيمة. تتحكم هذه الأنظمة الأساسية في بيانات الجهاز وإدارة التحليلات وتصور البيانات ومهام الذكاء الاصطناعي (AI) للأجهزة الطرفية، وفي بعض الحالات، أجهزة الاستشعار مباشرة إلى السحابة والعودة.
يمكن استخدام البنية المرجعية للإنترنت الصناعي (IIRA) كمرجع لتطوير الأنظمة المعقدة في مجال إنترنت الأشياء الصناعي. بشكل عام، يدعو إطار عمل IIRA إلى قيام المؤسسات بتصميم أطر العمل باستخدام نهج الأنظمة الذي يتضمن التعليقات والتكرار. بالإضافة إلى ذلك، توصي بتخصيص تصميمات إنترنت الأشياء الصناعية لقطاعات أعمال محددة، مثل الطاقة والرعاية الصحية والنقل والاستخدام الحكومي.
مزايا إنترنت الأشياء الصناعية
يقدم إنترنت الأشياء الصناعي المزايا التالية.
1. زيادة الكفاءة
أكبر ميزة لإنترنت الأشياء الصناعي هي قدرته على مساعدة الشركات على الأتمتة وبالتالي زيادة الكفاءة التشغيلية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توصيل الأجهزة المادية بالحلول البرمجية من خلال أجهزة الاستشعار التي تراقب الأداء بشكل مستمر. وهذا يمكّن المؤسسات من فهم الكفاءة التشغيلية لأجهزة معينة وأساطيل كاملة بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، يتيح إنترنت الأشياء الصناعي اتخاذ القرارات-المعتمدة على البيانات-والمراقبة عن بعد لجميع عمليات الإنتاج.
2. زيادة الإنتاج
من خلال زيادة استخدام الأجهزة، يمكن للمؤسسات التي لديها عمليات تصنيع إنترنت الأشياء زيادة إنتاجيتها. كما ذكرنا سابقًا، توفر الأجهزة المتصلة بالشبكة دفقًا مستمرًا من البيانات التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول تشغيل المعدات. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين الكفاءة الإجمالية للمعدات وزيادة أداء الماكينة إلى الحد الأقصى أثناء وقت التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي استخدام أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية إلى تحسين الاستفادة من رأس المال البشري. يمكن استخدام الأجهزة الذكية لأداء أنشطة وضيعة ومتكررة وخطيرة، وبالتالي تحرير الموظفين للقيام بمهام أخرى ذات صلة بالإنتاج -أكثر إستراتيجية.
3. تقليل الأخطاء
إن استخدام إنترنت الأشياء الصناعي يجبر الشركات على أتمتة عمليات الإنتاج الخاصة بها. يؤدي استبعاد العامل البشري من العمليات الصناعية إلى القضاء على أوجه القصور التي تتسبب في خروج المنتجات المعيبة من خط التجميع. مع وجود عيوب أقل في الجودة، تتحسن ربحية الشركة بسبب زيادة رضا العملاء والاعتراف بالعلامة التجارية.
4. متطلبات الصيانة التنبؤية
الصيانة التنبؤية هي استراتيجية لتجنب فشل الأصول من خلال تحليل بيانات الإنتاج لتحديد الأنماط والتنبؤ بالمشكلات الوشيكة.
يتيح دمج مستشعرات إنترنت الأشياء الصناعية في المعدات الصناعية تقديم إشعارات الإدارة المستندة إلى الحالة-. تسجل هذه المستشعرات درجة الحرارة والرطوبة والمتغيرات البيئية الأخرى في منطقة العمل، بالإضافة إلى تكوين المواد وكيفية تأثير عوامل النقل أو يمكن أن تؤثر على النقل. كل هذه البيانات مفيدة للصيانة التنبؤية. ونتيجة لذلك، يمكن تجنب فشل الأصول، وتقليل التكاليف، وتقليل وقت توقف الماكينة.
5. ضمان سلامة العمال
يتيح التصنيع الذكي قدرًا أكبر من الأمان، حيث تتعاون جميع أجهزة استشعار إنترنت الأشياء الصناعية لمراقبة سلامة الموظفين وأماكن العمل. نظام سلامة متكامل يحمي مكان العمل وخط الإنتاج والموظفين. في حالة وقوع حادث، يمكن إخطار المنشأة بأكملها، ويمكن إيقاف الأنشطة، ويمكن للإدارة العليا التوسط لحل المشكلة. قد يؤدي الحادث أيضًا إلى إنشاء معلومات مفيدة يمكن استخدامها لتجنب تكرارها في المستقبل.
6. توفير تكاليف الطاقة
تعد العمليات الصناعية مصدرًا رئيسيًا لإمدادات الطاقة العالمية، وهو ما يضر بالاستدامة والنتيجة النهائية العامة. قد تكشف المراقبة المستمرة للأنظمة التي تستخدم أجهزة الاستشعار والأجهزة الصغيرة عن أوجه القصور التي تؤدي إلى الهدر. ولا يشمل ذلك معدات المراقبة فحسب، بل يشمل أيضًا العمليات المتكاملة مثل تنظيم درجة الحرارة واستخدام المياه والرطوبة وإضاءة المعدات. بالإضافة إلى ذلك، مع التقدم في تكنولوجيا إنترنت الأشياء، تستهلك أجهزة الاستشعار طاقة أقل، وهو أمر جيد بالتأكيد.
7. تحسين الخدمة الميدانية وتجربة العملاء
يمكن لإنترنت الأشياء الصناعي أن يساعد في تحسين تقديم الخدمات الميدانية. ويتم تحديده من خلال جوانب مثل الوقت والسياق ومشاركة الفني في عملية خدمة معينة. يتيح إنترنت الأشياء الصناعي أيضًا-رؤية البيانات في الوقت الفعلي. وهذا يعني أن الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEMs) والمستهلكين النهائيين وأي أطراف مهتمة أخرى ستكون على دراية بالمخاطر والصعوبات التي تنشأ، مما يؤدي إلى تجربة إيجابية.
أمثلة على إنترنت الأشياء الصناعية
من البيع بالتجزئة إلى التصنيع، استخدمت معظم الصناعات والشركات البارزة إنترنت الأشياء الصناعي بطريقة ما. فيما يلي بعض الأمثلة البارزة لإنترنت الأشياء الصناعي مع نتائج أعمال إيجابية:.
1. تستخدم شركة PepsiCo إنترنت الأشياء الصناعي لتتبع الأصول
قد تساعد مكونات إنترنت الأشياء الصناعية المضمنة في النقل والأسطول والتعبئة والتغليف في تتبع المخزون من البداية إلى النهاية. وينبغي أيضًا الحفاظ على التوازن بين العرض والطلب من خلال تتبع مستويات المخزون. تعد شركة PepsiCo مثالاً على شركة تستخدم حالة استخدام إنترنت الأشياء الصناعية هذه. ويستخدم عددًا من التقنيات للتكيف مع طلب السوق، وإدارة رؤية أنظمة المخزون، وضبط قواعد التجديد تلقائيًا.
2. تستخدم BMW إنترنت الأشياء الصناعي لإنشاء توائم رقمية لمنتجاتها.
التوأم الرقمي هو تطبيق إنترنت الأشياء الصناعي الذي يتم فيه استخدام مجموعة معقدة من أجهزة الاستشعار لبناء محاكاة دقيقة لمنتج أو بيئة إنتاج وصولاً إلى آخر التفاصيل والميزات المادية. تستخدم BMW إنترنت الأشياء الصناعي والذكاء الاصطناعي (AI) والتقنيات الغامرة لبناء نسخة رقمية من عملية الإنتاج بأكملها في المصنع. يتيح ذلك للمؤسسات تطوير المنتجات وتقييمها وتحسينها في بيئة-حقيقية دون تحمل التكاليف أو المخاطر المرتبطة بها.
3. تستخدم شركة Larsen & Toubro (L&T) إنترنت الأشياء الصناعي للمراقبة عن بعد وتوفير التكاليف
يستخدم قطاعا الطاقة والمرافق بنى تحتية تشغيلية كبيرة، وأحياناً في ظروف خطرة غير مناسبة للتشغيل اليدوي. في هذه المواقف، يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء الصناعية جمع ونقل البيانات التشغيلية الهامة دون وجود مشغل بشري. على سبيل المثال، تقوم شركة L&T بنشر محطة هيدروجين أخضر يتم مراقبتها عن بعد في ولاية جوجارات بالهند. باستخدام إنترنت الأشياء الصناعي، يمكن لـ L&T تقليل تكاليف التشغيل والطاقة والحصول على رؤى ذات صلة بعمل محطة الطاقة.
4. يستخدم مصنع تقطير أيرلندي إنترنت الأشياء الصناعي للمراقبة البيئية
تعتمد صناعة الأغذية والمشروبات بشكل كبير على القدرة على إنتاج وتخزين المنتجات في ظل ظروف بيئية مثالية. يمكن لأنظمة إنترنت الأشياء الصناعية مراقبة التغيرات البيئية وتحذير مديري الطوابق من تدهور المنتج قبل حدوثه. تعد مصانع التقطير التي تنتج المشروبات الكحولية مثالًا مثاليًا لإنترنت الأشياء الصناعي لأنها تعمل في ظروف بيئية هشة. قامت شركة Frilli، الموردة لمصانع التقطير، مؤخرًا بنشر تقنية إنترنت الأشياء الصناعية لعلامة تجارية أيرلندية للمشروبات لتوفير الأتمتة والكفاءة وتنسيق العمليات.
5. تستفيد شركة إيرباص من منصة إنترنت الأشياء الصناعية من Bosch لإنشاء مصانع ذكية
وتسعى شركة إيرباص إلى القضاء على الأعطال من خلال دمج أجهزة استشعار إنترنت الأشياء الصناعية في الآلات والمعدات الموجودة في ساحة التصنيع وتزويد الموظفين بأجهزة يمكن ارتداؤها مثل النظارات الصناعية الذكية. قد يكلف خطأ في هذه العملية المنظمة ملايين الدولارات لتصحيحه. تستخدم شركة إيرباص الذكاء الرقمي لتحسين العمليات وزيادة الإنتاجية بعد الشراكة مع Bosch لإطلاق مصنع المستقبل.
تعد إنترنت الأشياء الصناعية اليوم عنصرًا أساسيًا للمؤسسات الكبيرة وأحد العروض الرئيسية المقدمة من كبار موفري الخدمات السحابية مثل Microsoft وAmazon Web Services (AWS). يعمل إنترنت الأشياء الصناعي على توسيع نطاق تحليلات البيانات المتقدمة والقدرات السحابية ليشمل التطبيقات الصناعية مثل صيانة المعدات وعمليات المصانع وإدارة سلسلة التوريد وسلامة الموظفين. يمكن أن تساعد البيانات المستمدة من منصات إنترنت الأشياء الصناعية في محاكاة المنتجات واختبارها في البيئات الرقمية، ودمج الأنظمة الرقمية والمادية بسلاسة لتحسين النتائج الصناعية بشكل كبير.