IoT i Przemysł 4.0: Praktyczny przewodnik po transformacji cyfrowej

MarketsandMarkets donosi, że globalny rynek Przemysłu 4.0 został wyceniony na 52,17 mld USD w 2023 roku. Oczekuje się, że do 2028 r. wzrośnie do 182,01 mld USD, przy CAGR na poziomie 28,4%. Ten szybki wzrost pokazuje, jak bardzo producenci, dostawcy energii i operatorzy infrastruktury inwestują w cyfryzację. Ich celem jest zwiększenie wydajności, odporności i konkurencyjności. U podstaw tej transformacji leży zdolność do gromadzenia, przenoszenia i wykorzystywania danych operacyjnych na dużą skalę.

Internet rzeczy (IoT ) jest praktyczną podstawą, która to umożliwia. IoT łączy maszyny, czujniki i zasoby przemysłowe z oprogramowaniem. Przekształca to fizyczne operacje w ciągłe strumienie danych. Strumienie te można monitorować, analizować i automatyzować. Wspiera to konserwację predykcyjną, śledzi wydajność w czasie rzeczywistym i usprawnia podejmowanie decyzji. Ma to wpływ na fabryki, łańcuchy dostaw i podstawową infrastrukturę. W rzeczywistych zastosowaniach niezawodna i bezpieczna łączność ma kluczowe znaczenie. Jest to szczególnie ważne, gdy zasoby są rozproszone w różnych lokalizacjach lub krajach. W ten sposób Przemysł 4.0 i IoT nie są odrębnymi koncepcjami. Razem definiują sposób, w jaki nowoczesne operacje przemysłowe są dziś budowane, skalowane i optymalizowane.

Zrozumienie IoT i przemysłowego IoT (IIoT)

Aby uniknąć nieporozumień, ważne jest oddzielenie ogólnego IoT od przemysłowego IoT (IIoT). IoT oznacza wszystkie podłączone urządzenia. Obejmuje to inteligentne termostaty domowe, urządzenia ubieralne, połączone samochody i infrastrukturę miejską. IIoT koncentruje się na zastosowaniach IoT w środowisku przemysłowym. Obejmuje to fabryki, sieci energetyczne, sieci transportowe i ciężki sprzęt.

Pomyśl o tym w ten sposób:

• Ogólny IoT koncentruje się na zastosowaniach konsumenckich i komercyjnych, takich jak inteligentne domy i biura. Tutaj ważna jest wygoda i skala.
• IIoT koncentruje się na zastosowaniach przemysłowych. Priorytetem jest niezawodność, bezpieczeństwo, długi cykl życia urządzeń i stabilna łączność.

IIoT odgrywa istotną rolę w Przemyśle 4.0. Inteligentne fabryki i połączone operacje opierają się na stałym strumieniu danych z maszyn i narzędzi. Bez IIoT trudno jest osiągnąć widoczność w czasie rzeczywistym i automatyzację na dużą skalę.

Typowe urządzenia IIoT to:

• Czujniki drgań dla maszyn
• Czujniki temperatury dla maszyn
• Inteligentne liczniki w systemach energetycznych
• Kontrolery na liniach produkcyjnych
• Urządzenia śledzące dla zasobów i pojazdów

Urządzenia te stanowią podstawę Przemysłu 4.0.

Ewolucja rewolucji przemysłowych: Od 1.0 do dziś

Każda rewolucja przemysłowa wprowadzała technologie, które zmieniały sposób produkcji towarów. Przemysł 4.0 jest najnowszym etapem tej podróży, ale aby w pełni go zrozumieć, musimy przyjrzeć się wcześniejszym fazom.

Rola IoT w Przemyśle 4.0

IoT jest kluczem do Przemysłu 4.0. Łączy urządzenia, gromadzi dane i umożliwia komunikację w czasie rzeczywistym w środowisku przemysłowym.

Zasadniczo czujniki i siłowniki znajdują się w maszynach, narzędziach i infrastrukturze. Czujniki zbierają dane, takie jak temperatura, ciśnienie, wibracje, lokalizacja lub zużycie energii. Siłowniki pomagają systemom podejmować działania. Mogą dostosować ustawienia maszyny lub zatrzymać proces, gdy zostaną osiągnięte określone progi.

Dane przechodzą przez połączone systemy do platform oprogramowania. Tam mogą być monitorowane, analizowane i wykorzystywane do automatyzacji decyzji. W rezultacie powstaje ciągła pętla sprzężenia zwrotnego łącząca świat fizyczny z systemami cyfrowymi.

W praktyce oznacza to, że:

• Kierownicy produkcji mogą zobaczyć, co dzieje się na hali produkcyjnej w czasie rzeczywistym.
• Zespoły konserwacyjne mogą wykrywać wczesne oznaki awarii sprzętu, zanim dojdzie do awarii.
• Operacje mogą być optymalizowane w oparciu o rzeczywiste dane dotyczące wydajności, a nie założenia.

Ta komunikacja między maszynami i systemami przekształca tradycyjne fabryki w inteligentne, połączone operacje. Niezawodna łączność jest kluczowym elementem tego obrazu. W wielu konfiguracjach przemysłowych kluczowa jest łączność komórkowa IoT. To właśnie tutaj globalne karty SIM IoT firmy Com4 stają się szczególnie cenne, zwłaszcza gdy zasoby są rozproszone w wielu lokalizacjach lub krajach.

Podstawowe technologie wspierające Przemysł 4.0

Systemy cyberfizyczne (CPS)

CPS łączy fizyczne maszyny z cyfrowymi systemami sterowania. Taka konfiguracja pozwala nam automatycznie monitorować i dostosowywać procesy przy użyciu danych w czasie rzeczywistym.

Big Data i analityka

Systemy przemysłowe generują duże ilości danych. Platformy analityczne przekształcają te dane w przydatne informacje. Spostrzeżenia te pomagają w optymalizacji, kontroli jakości i planowaniu konserwacji.

Chmura i Edge Computing

Edge computing szybko przetwarza dane w pobliżu maszyn. Z kolei platformy chmurowe zapewniają przechowywanie danych na dużą skalę, zaawansowaną analizę i szeroki wgląd w systemy.

Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe

Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe pomagają znajdować wzorce, przewidywać awarie i automatyzować decyzje. Są one szczególnie przydatne w kontroli jakości i konserwacji predykcyjnej.

Łączność przemysłowa (4G, 5G, NB-IoT i satelitarna)

Niezawodna łączność jest podstawą Przemysłu 4.0. Obejmuje ona technologie komórkowe i komunikację satelitarną. Zazwyczaj obejmuje to rozwiązania takie jak stały dostęp bezprzewodowy lub globalną łączność satelitarną. Wybór ten zależy od konkretnego przypadku użycia.

Grupy takie jak Światowe Forum Ekonomiczne twierdzą, że Przemysł 4.0 jest definiowany przez połączenie tych technologii.

Korzyści z IoT w Przemyśle 4.0

Wartość biznesowa IoT w Przemyśle 4.0 jest bardzo praktyczna i wymierna.

Jednym z najsilniejszych czynników wpływających na wartość jest skrócenie czasu przestojów. Sama konserwacja predykcyjna może zaoszczędzić duże koszty, unikając nieoczekiwanych przestojów w produkcji.

Inne ważne korzyści obejmują

• Wyższą produktywność, ponieważ maszyny są wykorzystywane bardziej efektywnie.
• Niższe koszty operacyjne dzięki lepszemu zarządzaniu energią i mniejszej liczbie napraw awaryjnych.
• Lepsza jakość produktów dzięki ciągłemu monitorowaniu i zautomatyzowanym kontrolom.
• Szybsze i lepsze decyzje, ponieważ menedżerowie widzą, co dzieje się w czasie rzeczywistym.

W budownictwie i zarządzaniu odpadami Sensorita wykorzystuje połączone czujniki. Śledzą one pojemniki na odpady w różnych miejscach. Pomaga to w planowaniu logistycznym i ogranicza liczbę dodatkowych odbiorów. Oszczędza to czas i pieniądze.

Przypadki użycia IIoT w Przemyśle 4.0

IIoT już przynosi rezultaty w wielu branżach. Oto niektóre z jego najbardziej znaczących przypadków użycia:

Produkcja

• Konserwacja predykcyjna z wykorzystaniem czujników drgań i dźwięku, jak w przypadku Soundsensing.
• Monitorowanie produkcji w czasie rzeczywistym w celu wczesnego wykrywania wąskich gardeł.
• Zautomatyzowana kontrola jakości przy użyciu połączonych kamer i czujników.

Logistyka i łańcuch dostaw

• Śledzenie zasobów i floty, aby wiedzieć, gdzie znajdują się towary i w jakim są stanie.
• Monitorowanie łańcucha chłodniczego dla żywności i farmaceutyków.
• Inteligentniejsze planowanie tras i zapasów w oparciu o bieżące dane.

Energia i infrastruktura

• Zdalne monitorowanie elementów sieci, tuneli, mostów lub rurociągów, jak w przypadku Gomero.
• Szybsze wykrywanie usterek i wydajniejsze planowanie konserwacji.

Dostawy żywności i operacje w terenie

• W przypadku Just Eat Norway połączone systemy pomagają w prowadzeniu dużych, rozproszonych operacji. Czas pracy i niezawodność są tutaj kluczowe.

Com4 oferuje pakiety łączności, a także dodatkowe produkty IoT, takie jak prywatne APN i VPN. Narzędzia te zapewniają bezpieczną i niezawodną komunikację między urządzeniami i platformami.

Wyzwania i kwestie praktyczne

Pomimo wyraźnych korzyści, wdrożenie IoT w Przemyśle 4.0 nie jest pozbawione wyzwań.

• Bezpieczeństwo i ochrona danych muszą być brane pod uwagę od samego początku. Każde podłączone urządzenie jest potencjalnym punktem wejścia, jeśli nie jest odpowiednio zabezpieczone.
• Integracja z istniejącymi systemami jest często trudniejsza niż oczekiwano. Wiele fabryk wciąż polega na starszych maszynach, które nigdy nie zostały zaprojektowane z myślą o łączności.
• Zarządzanie danymi staje się bardziej złożone wraz ze wzrostem liczby urządzeń. Potrzebne są jasne zasady dostępu do danych, ich przechowywania i wykorzystania.
• Ludzie i procesy są równie ważne jak technologia. Zespoły potrzebują nowych umiejętności, a organizacje muszą dostosować sposób podejmowania decyzji.

Firmy odnoszące sukcesy często zaczynają od jasnego przypadku użycia. Udowadniają jego wartość, a następnie stopniowo skalują.

Przyszłość IoT i Przemysłu 4.0

Kolejna faza Przemysłu 4.0 pójdzie jeszcze dalej. Cyfrowe bliźniaki mogą symulować całe fabryki lub systemy. Pomoże nam to przetestować zmiany przed zastosowaniem ich w prawdziwym świecie. Więcej sztucznej inteligencji zbliży się do maszyn dzięki przetwarzaniu brzegowemu. Prywatne sieci 5G i zaawansowane rozwiązania komórkowe będą zasilać aplikacje, które wymagają niskiego opóźnienia i wysokiej niezawodności. Będziemy częściej korzystać z technologii iSIM i eSIM.

Kierunek jest jasny. Systemy przemysłowe staną się bardziej autonomiczne, bardziej połączone i bardziej oparte na danych.

Przemysł 4.0 i IoT zmieniają sposób, w jaki firmy przemysłowe pracują, konkurują i dodają wartość. IoT i IIoT stanowią podstawę danych i łączności. Przetwarzanie w chmurze, analityka i sztuczna inteligencja przekształcają dane w spostrzeżenia i działania.

Kluczowe czynniki napędzające wartość są jasne: wyższa wydajność, niższe koszty, lepsza jakość i bardziej odporne operacje. Sukces wymaga również praktycznego podejścia. Należy wziąć pod uwagę bezpieczeństwo, integrację i gotowość organizacji.

Dla liderów biznesowych strategiczne działania to:

• Zacznij od dobrze zdefiniowanych przypadków użycia o dużym wpływie.
• Zbudowanie skalowalnej i bezpiecznej podstawy łączności i danych.
• Traktowanie Przemysłu 4.0 jako długoterminowej transformacji, a nie jednorazowego projektu.

Dla organizacji skalujących inicjatywy IoT kluczowa jest współpraca z doświadczonymi dostawcami, takimi jak Com4. Pomagamy zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo infrastruktury. Wsparcie to ma kluczowe znaczenie dla globalnych wdrożeń klasy przemysłowej.