IIoT – jak zmieni świat i dlaczego jest to ważne

Przemysłowy IoT - nadchodzi czas na masowe wdrożenia. Według analityków rynku w 2018 roku nastąpi gwałtowny wzrost liczby wdrożeń systemów IIoT i zastosowań technologii internetu rzeczy w różnych branżach przemysłowych, jak m.in. transport, energetyka, służba zdrowia, przemysł wytwórczy itd.

Zastosowania przemysłowych systemów IoT, czyli IIoT (Industrial IoT) są coraz bardziej powszechne. Zdaniem analityków z Gartnera w roku 2018 nastąpi przełom we wdrożeniach systemów IoT i IIoT – ich liczba będzie gwałtownie rosnąć, a w roku 2020 do sieci podłączonych będzie blisko 20 miliardów urządzeń IoT. Gartner prognozuje, że wartość tego segmentu rynku (urządzenia, oprogramowanie i usługi) wyniesie ponad 300 mld USD w 2020 roku. Z kolei, według szacunków ABI Research globalna wartość rynku narzędzi do integracji IoT, przechowywania, analizowania i zarządzania danymi oraz tworzenia raportów osiągnie w 2021 roku poziom 30 mld USD.

„W 2018 roku nastąpi gwałtowne przyspieszenie transformacji w kierunku przekształcania fabryk w zakłady przemysłowe sterowane programowo. Technologia IoT zacznie umożliwiać automatyzację, synchronizację i wdrożenie procesów typu DevOps w fabrykach, a dzięki dostępności danych z wielu lokalizacji również globalizację procesów wytwórczych pozwalającą na podejmowanie lepszych decyzji biznesowych” mówi Rich Rogers, wiceprezes działu IoT w firmie Hitachi Vantara.

Zobacz również:

Zastosowanie IoT w medycynie spowoduje, że opieka zdrowotna przejdzie na nowy poziom. Możliwe będzie monitorowanie stanu zdrowia pacjentów przez 24 godziny na dobę, zindywidualizowane ich leczenie lub automatyczne dozowanie lekarstw. Natomiast wykorzystanie IoT w przemysłach wytwórczych umożliwi kontrolowanie globalnych łańcuchów dostaw, proaktywną reakcję na pojawiające się problemy, a także przewidywanie potencjalnych awarii i podejmowanie wyprzedzających je działań serwisowych.

Jeśli chodzi o Polskę, to według IDC, popularność rozwiązań IoT wciąż jest względnie niewielka i pod tym względem znacznie ustępujemy innym krajom UE. IDC szacuje, że w 2018 roku w Polsce największą wartość będzie miał rynek monitorowania pojazdów (344 mln dolarów), a na drugim miejscu branża energetyczna inwestująca w inteligentne sieci smart grid (227 mln dolarów).

Czy w najbliższym czasie to się zmieni i wdrożenia systemów IIoT w Polsce zaczną zdobywać większą popularność? Zależy to od wzrostu wartości nowych inwestycji, które w ostatnich latach miały słaby poziom, a także zwiększenia świadomości jakie zyski można uzyskać z wdrożeń IIoT. Czynnikiem sprzyjającym zmianie sytuacji są również niedobory pracowników, bo systemy IIoT w wielu przypadkach mogą ograniczyć konieczność ich zatrudniania.

Jakie są różnice między IoT i IIoT

IIoT koncentruje się na możliwościach podłączenia do systemu IoT czujników i urządzeń wykorzystywanych w specyficznych branżach, jak służba zdrowia, przemysły wydobywcze, energetyczne itp. Natomiast IoT dotyczy również urządzeń konsumenckich, na przykład różnego rodzaju sprzętu związanego z kontrolowaniem ćwiczeń fitness itp. Konsumenckie urządzenia IoT dostarczają użytecznych informacji, ale najczęściej nie generują alarmów mających krytyczne znaczenie, jeśli coś działa nie tak jak należy.

IIoT to zastosowanie różnego rodzaju czujników do automatycznego kontrolowania i ewentualnie sterowania działaniem urządzeń wykorzystywanych w transporcie, przez dostawców energii, służbie zdrowia i innych branżach przemysłowych. Czujniki takie są podstawowym, fizycznym elementem systemu, który jednak może funkcjonować dopiero po utworzeniu odpowiedniej infrastruktury komunikacyjnej oraz oprogramowania zarządzającego systemem.

W przypadku IIoT, detekcja błędów lub awarii ma najczęściej znaczenie krytyczne, bo mogą one zagrażać życiu pacjenta lub powodować duże straty związane na przykład z zatrzymaniem działania linii produkcyjnych lub uszkodzeniami transportowanych produktów.

Z technicznego punktu widzenia nie ma większej różnicy między systemami IoT i IIoT – w obu przypadkach jest to wdrożenie sensorów, które zbierają dane i automatycznie dostarczają informacji do systemów zarządzających i analitycznych, które generują alarmy i przekazują ważne informacje do osób zarządzających działaniem systemu, co przyspiesza i ułatwia podejmowanie odpowiednich decyzji.

To co jednak odróżnia IIoT od urządzeń IoT znajdujących zastosowania na rynku konsumenckim to przede wszystkim wymagania na długi czas życia. „Urządzenia przemysłowe pracują średnio 7-10 lat i wdrożenie systemu IIoT powinno zapewniać porównywalny czas jego życia” uważa Mike Bell, wiceprezes firmy Canonical.

IIoT w zasadzie nie jest to czymś nowym. Od dawna była możliwość pomiaru określonych parametrów, np. temperatury, wilgotności, rytmu serca itd. i odpowiedniego reagowania na ich zmiany wykraczające poza założone normy. Ale IIoT daje nowe możliwości i stwarza nową jakość ze względu na możliwości automatyzacji i skalę – setki, tysiące lub nawet setki tysięcy czujników mogą dostarczać informacji ważnych dla efektywnego funkcjonowania systemu.

Dlatego też trudno polemizować z opiniami, że systemy IIoT otwierają nowe, ogromne możliwości zwiększenia efektywności praktycznie we wszystkich branżach przemysłowych.

Brama do obsługi komunikacji z czujnikami SEZO. Źródło: WiRan.

Brama do obsługi komunikacji z czujnikami SEZO. Źródło: WiRan.

Polska firma WiRan opracowała i rozwija ofertę czujników IoT SEZO, które pozwalają na monitorowanie temperatury, wilgotności, przyśpieszenia, natężenia światła, ruchu, ciśnienia i innych parametrów środowiskowych. Urządzenia komunikują się z kontrolerami przy wykorzystaniu bezprzewodowych technologii LoRaWAN lub NB-IoT. LoRaWAN jest oparty na firmowej sieci bezprzewodowej i ma zasięg do 2 km w obszarze zurbanizowanym oraz do 20 km w otwartej przestrzeni. Natomiast NB-IoT wykorzystuje usługi oferowane przez operatorów sieci mobilnych.

Jakie są zastosowania IIoT

Dzięki IIoT możliwe jest śledzenie i kontrolowanie przebiegu procesów na poziomie niedostępnej dotąd szczegółowości, a dzięki odpowiedniej analizie informacji dostarczanych przez czujniki, system taki pozwala na prognozowanie i zapobieganie potencjalnym awariom.

Liczba praktycznych zastosowań IIoT jest ogromna i wciąż pojawiają się kolejne pomysły.

Organizacja promująca zastosowania IIoT, Industrial IoT Consortium wymienia 15 najważniejszych obszarów, w których zastosowanie takich systemów wydaje się obecnie najbardziej efektywne i prawdopodobne:

1. Aplikacje do inteligentnego, zautomatyzowanego zasobami znajdującymi się w magazynach.

2. Predykcyjne, zdalny serwis zapewniający utrzymanie działania systemów.

3. Monitorowanie procesów przesyłania towarów i transportu.

4. Zintegrowane systemy logistyczne.

5. Zautomatyzowane sieci pom iarowe.

6. Systemy wykorzystywane w tzw. inteligentnych miastach Smart City.

7. Zdalne monitorowanie środowiska w rolnictwie i hodowli.

8. Przemysłowe systemy bezpieczeństwa.

9. Optymalizacja zużycia energii.

10. Systemy do sterowania ogrzewaniem, wentylacją i klimatyzacją.

11. Zdalne monitorowanie działania maszyn na liniach produkcyjnych.

12. Automatyczne śledzenie stanu zasobów i podejmowanie odpowiednich działań logistycznych.

13. Monitorowanie poziomu ozonu, gazów i temperatury w środowiskach przemysłowych.

14. Monitorowanie środowiska i bezpieczeństwa warunków pracy ludzi.

15. Zarządzanie poziomem zasobów pozwalające na ich minimalizację i zwiększenie efektywności.

Czujnik do zdalnego pomiaru temperatury i wilgotności. Źródło: Efento.

Czujnik do zdalnego pomiaru temperatury i wilgotności. Źródło: Efento.

Założona w 2014 roku polska firma Efento specjalizuje się w rozwijaniu rozwiązań z zakresu IoT. Oferuje rozwiązanie umożliwiające monitorowanie i analizę różnych parametrów fizycznych przy wykorzystaniu bezprzewodowych czujników temperatury, wilgotności, ciśnienia i otwarcia/zamknięcia. Sensory komunikują się ze smartfonami lub bramami Efento Gateway przy wykorzystaniu techniki Bluetooth Low Energy. Bramy przesyłają informacje do chmury Efento Cloud. Czujniki mogą zarejestrować w pamięci do 18 tys. pomiarów temperatury i wilgotności, a ich maksymalny zasięg wynosi ok. 100 m w otwartej przestrzeni.

Zagrożenia i problemy na jakie napotyka popularyzacja technologii

Chyba najwięcej wątpliwości i obaw budzi wciąż bezpieczeństwo. Jak przypomina przykład botnetu Mirai, efektywne zabezpieczenia są bardzo ważne. Skuteczny atak na urządzenia IoT pozwala bowiem na utworzenie potężnych sieci pozwalających na prowadzenie ataków DDoS o dużej skali lub działań zmierzających do wykradania danych z firmowych systemów IT przy wykorzystaniu furtki jaką mogą udostępniać systemy IoT zawierające luki. Należy jednak podkreślić, że w tych głośnych przykładach ataków były wykorzystywane konsumenckie urządzenia IoT, a nie przemysłowe systemy IIoT.

W przypadku IIoT problem jest skomplikowany, bo wymaga zapewnienia bezpieczeństwa w warstwie aplikacyjnej, sprzętowej, sieciowej, komunikacyjnej i analitycznej, co w systemach heterogenicznych wykorzystujących elementy pochodzące od różnych dostawców jest trudne, gdyż wciąż nie ma jednolitych, powszechnie zaakceptowanych standardów w tym zakresie.

Kalkulator TCO i ROI dla projektów IoT

Plan wdrożenia systemu IIoT wymaga oszacowania kosztów inwestycji i utrzymania systemu, bo tylko wówczas można określić czy przyniesie ona wymierne korzyści. Pomocne w tym mogą być oferowane w internecie kalkulatory parametrów TCO i ROI takie, jak kalkulator dostępny na stronie http://www.techproresearch.com/.

Dlatego warto zwrócić uwagę na takie dokumenty jak Industrial Internet Security Framework, który prezentuje zestaw najlepszych praktyk, które pozwalają producentom i użytkownikom systemów IIoT na ocenę ryzyka związanego z wdrożeniami i jego minimalizowanie. Dokument ten został opublikowany przez organizację IIC (Industrial Internet Consortium) skupiającą praktycznie wszystkie duże firmy zaangażowane w rozwój systemów IIoT. Przy zachowaniu dobrych praktyk i zastosowaniu urządzeń spełniających wymagania użytkownika na poziom bezpieczeństwa, wdrożenie systemu IIoT nie stwarza większych zagrożeń niż istniejące w standardowych systemach IT.

Oprócz bezpieczeństwa występują jednak również inne problemy hamujące popularyzację IIoT. Wśród nich można wymienić kilka najważniejszych:

• Brak standaryzacji. IoT jest we względnie wczesnej fazie rozwoju i większość rozwiązań jest budowana na bazie różnych starszych już spopularyzowanych i rozpowszechnionych technologii. Producenci sprzętu i oprogramowania projektują je zgodnie z własnymi pomysłami wykorzystując różne formaty danych i protokoły transmisji. Z jednej strony ułatwia to dopasowanie rozwiązań do wymagań użytkowników, ale jednocześnie utrudnia niezbędną integrację z systemami innych producentów. A każdy sensor musi współpracować z siecią i wydajnie oraz niezawodnie przesyłać dane do oprogramowania analitycznego i zarządzającego pracą systemu. W systemach IoT najbardziej popularne są systemy komunikacji bezprzewodowej Bluetooth, Wi-Fi, GSM i LTE. W przypadku sieci komórkowych opracowano kilka wersji protokołów dedykowanych do obsługi systemów IoT jak, LoRaWAN, Sigfox lub (NB)-IoT. W sumie na rynku funkcjonuje ponad 20 protokołów, które są stosowane w różnego rodzaju systemach IoT. Brak powszechnie przyjętych standardów powoduje, że integracja rozwiązań najlepszych lub najbardziej dopasowanych do wymagań użytkownika może być trudna.

• Integracja ze starszymi technologiami i systemami. Urządzenia IIoT z reguły wykorzystują najnowsze wersje protokołów i formatów danych. Ich wdrożenie w infrastrukturze wyposażonej w stare rozwiązania często stwarza problemy, a wymiana wszystkich elementów systemu często nie znajduje uzasadnienia ekonomicznego. Inaczej jest w przypadkach gruntownej modernizacji lub budowy nowej infrastruktury - wówczas zaplanowanie wdrożenia systemu IIoT może istotnie zwiększyć jej efektywność, niezawodność i wydajność.

• Finanse. Wdrożenie systemu IIoT z reguły wymaga nowego oprogramowania i nowego sprzętu. Choć koncepcja IIoT jest oparta na założeniu, że rozwiązanie to ma przynosić wymierne korzyści, ale zrozumiałe jest, że wielu menedżerów zniechęcają koszty początkowej inwestycji.

• Ludzie. By w pełni wykorzystać korzyści z wdrożenia systemu IIoT często niezbędni są pracownicy mający wiedzę i doświadczenia związane z technologiami uczenia maszynowego, analityki w czasie rzeczywistym lub analizy ogromnych zbiorów danych Big Data. Dlatego też koszty związane ze szkoleniami lub zatrudnianiem nowych specjalistów mogą być znaczące i należy je uwzględnić w fazie planowania wdrożenia IIoT.

Masowa popularyzacja IoT będzie miała ogromny wpływ nie tylko na codzienne życie konsumentów, ale przede wszystkim na biznes i gospodarkę. Bo chyba każdy już słyszał o internecie rzeczy, lodówkach lub żarówkach podłączonych do internetu, urządzeniach ubieralnych i wielu innych gadżetach, ale największy wpływ na praktycznie wszystkie branże przemysłu i pośrednio również doświadczenia konsumentów będzie miał rozwój i wdrożenia technologii IIoT.

Technologia IIoT jest często określana jako Industry 4.0 (Przemysł 4.0) – czwarta rewolucja przemysłowa (po wiekach pary, elektryczności i internetu).

Transformacja w kierunku IIoT będzie stopniowa, ale firmy, które zbyt późno zauważą jej znaczenie mogą stracić swoją pozycję, a nawet zniknąć z rynku. Dlatego warto już dziś zacząć analizować jakie techniczne rozwiązania IIoT mogą znaleźć zastosowania oraz zapewnić wzrost zysków i konkurencyjności.

Uniwersalny kontroler urządzeń IoT. Źródło: Acceed GmbH.

Uniwersalny kontroler urządzeń IoT. Źródło: Acceed GmbH.

Nowy model uniwersalnego kontrolera IoT MXE-210 firmy Adlink może służyć również jako brama dla innych lokalnych kontrolerów IoT. Urządzenie oferowane przez niemieckiego dystrybutora Acceed może być przykładem, jak duża jest liczba protokołów i różnych standardów wykorzystywanych w systemach IIoT. Według specyfikacji podawanych przez Acceed, kontroler MXE-210 obsługuje m.in. protokoły Modbus, EtherCAT, DDS, MQTT, CANOpen (za pośrednictwem Vortex Edge Connect), a także Wi-Fi, BT, LoRa (Long Range Wide Area Network), 3G oraz 4G LTE.