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:

• 8 błędów strategii danych, których należy unikać

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.

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.

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.

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.

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.

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.