اینترنت اشیا صنعتی IIOT چیست – آینده اتوماسیون صنایع دنیا

اینترنت اشیا صنعتی چیست؟

اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) به گسترش و استفاده از اینترنت اشیا (IoT) در بخش ها و برنامه های صنعتی اشاره دارد. IIoT شامل کاربردهای صنعتی از جمله روباتیک، دستگاه های پزشکی و فرآیندهای تولید نرم افزاری است. IIoT یکی از تکنولوژی‌های مهم و پرکاربرد در فرآیندهای اتوماسیون صنعتی و مانیتورینگ صنعتی است.

برای درک بهتر از اینترنت اشیاء صنعتی حتماً ویدئوی زیر را ببینید

آیا IIoT همان IoT است؟ 

IIoT در اصل زیر مجموعه ای از اینترنت اشیا (IoT) است. این اصطلاح به فناوری اینترنت اشیاء مورد استفاده در ساختارهای صنعتی یا تاسیسات تولیدی اشاره می کند. IIoT یک فناوری کلیدی در Industry 4.0Industry 4.0Industry 4.0 به مرحله جدیدی در انقلاب صنعتی اشاره دارد که تمرکز زیادی بر ارتباط متقابل، اتوماسیون، یادگیری ماشین و داده‌های Real-Time دارد.، مرحله بعدی انقلاب صنعتی است.

کاربردهای اینترنت اشیا صنعتی

فناوری IIoT برای تجهیزات ابزار دقیق، جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها، گزارش‌دهی و تصمیم‌گیری خودکار در عملیات صنعتی استفاده می‌شود. این کار را از طریق یک سیستم به هم پیوسته از حسگرهای هوشمند، گیت وی‌ ها (Gateways)، پلتفرم های نرم افزاری و سرورهای ابری امکان پذیر می کند.

کاربردهای IIoT شامل کاربردهای صنعتی، از جمله رباتیک، دستگاه های پزشکی و فرآیندهای تولید نرم افزاری است. در نظر داشته باشید که IIoT فراتر از دستگاه های مصرف کننده معمولی و عملیات اینترنتی رایج در دستگاه های فیزیکی  مرتبط با اینترنت اشیا است.

اینترنت اشیا صنعتی چطور کار میکند؟

در سیستم‌های رایج IIoT نیاز است تا داده‌ها بین چندین دستگاه و در چندین شبکه، از لبه (حسگرها، دستگاه‌های راه دور و رایانه‌ها) تا ابر (سیستم‌های کامپیوتری متمرکز) به اشتراک گذاشته شود. اجزای نرم افزار به جای تبادل پیام، از طریق اشیا داده به اشتراک گذاشته شده و فیلتر شده با هم ارتباط برقرار می کنند.

چه صنایعی نیاز به IIoT دارند؟

اینترنت اشیا صنعتی، در ابتدا اینترنت اشیا (IoT) را به گونه ای توصیف کرد که در چندین صنعت مانند تولید (Industry 4)، لجستیک، نفت و گاز، حمل و نقل، انرژی و تاسیسات، معدن و … استفاده می شود. فلزات، هوانوردی و سایر بخش های صنعتی نیز در عمل نیاز به استفاده از این ساز و کار دارند.

اینترنت اشیا صنعتی (Industrial Internet of Things) تنها یکی از سه نوع اصلی شبکه های مبتنی بر IP می باشد. دو دسته دیگر اینترنت اشیا مربوط به مصرف کننده ها و اتصال ماشین به ماشین دراتوماسیون صنعتی می شود. در این مطلب ابتدا توصیف مختصری از دسته بندی های IOT ارائه می کنیم و سپس به بررسی کامل IIOT می پردازیم.

مقدمه ای از شبکه های اینترنت اشیاء IOT و مدل صنعتی آن IIOT

از سال ۲۰۰۰ زمانی که اولین ورژن IPv6 معرفی شد و در سال ۲۰۰۷ زمانی که اولین نسخه از شبکه های بی سیم با توان مصرفی کم معرفی شدند، به صورت مجازی تمام دستگاه هایی که با IP به یکدیگر وصل میشوند، چه با سیم چه بی سیم توانستند به یکدیگر متصل شوند. این شبکه ها با نام اینترنت اشیا یا IOT شناخته شدند و هم اکنون یکی از موضوع های مورد توجه گسترش دهندگان شبکه های اتوماسیون و مانیتورینگ صنعتی می باشد. این سیستم های صنعتی به تمام شبکه های مبتنی بر IP چه خارجی و چه داخلی با استفاده از گیت وی (Gateway) متصل می شوند. این شبکه ها نیاز به برنامه نویسی و ساختار خاص برای ارائه داده های خود به سیستم های مورد نظر دارند.

در این مطلب ابتدا توصیف مختصری از دسته بندی های IOT ارائه می کنیم و سپس به بررسی کامل اینترنت اشیا صنعتی یا IIOT می پردازیم.

اینترنت اشیا صنعتی یا به صورت مخفف IIOT تنها یکی از سه نوع اصلی شبکه های مبتنی بر IP می باشد. دو دسته دیگر اینترنت اشیا مربوط به مصرف کننده ها و اتصال ماشین به ماشین است.

IOT مصرف کننده ها

برخلاف محیط های صنعتی، IOT مصرف کننده ها نه نیاز به بلادرنگ بودن دارد نه قطعی بودن و ساختار آن بر اساس تعامل دستگاه با انسان می باشد. مشاهده یک فایل تصویری بروی موبایل، یا به اشتراک گذاشتن اطلاعات بروی یک سرور خاص مثال هایی از IOT مصرف کننده ها است. در صورت انجام نشدن درخواست مصرف کننده، یک انسان در حال کارکردن با دستگاه می باشد که می تواند آن برنامه خاص را از اول راه اندازی کند و جواب بگیرد. در IOT مصرف کننده، معمولا ارتباط به صورت client/server است و داده ها به صورت جریان مداوم با حجم بالا می باشد.

این نوع از IOT بسیار متفاوت از نوع صنعتی (IIOT) آن است به ویژه در بحث اطمینان و قطعی بودن که نیازهایی بیش از IOT پایه مورد نیاز است. بحث IOT صنعتی به دو دسته اصلی تقسیم می شود: کاربردهای نظارتی ماشین به ماشین(M2M) و شبکه های M2M برای کاربردهای کنترلی توزیع شده.

اینترنت اشیا ماشین به ماشین

مشابه یک سیستم معمولی client/server کاربردهای نظارتی ماشین به ماشین شامل سیستم های ردیابی خودرو، سیستم های نظارتی ساختمان ها وسیستم های ردیابی موبایل ها، مثال هایی از این گروه IOT می باشند. این نوع از برنامه ها از سیستم های ارتباطی client/server استفاده می کند و حجم کمتری از اطلاعات را ارسال می کنند. برای مثال، داده ارسالی میتواند شامل اطلاعات هویتی، مشخص کننده مکان دستگاه و زمانی ثبت داده باشد.

مهمترین اصل در این ارتباطات، قابلیت اطمینان سیستم برای برقراری ارتباط است زیرا در این سیستم ها هیچ انسان بهره داری(operator) وجود ندارد تا عملیات بازیابی سیستم و خطایابی را انجام دهد. در این سیستم ها زمانی که اطلاعات در دسترس نیست یا غیرقابل اطمینان است، هر هزینه ای برای بدست آوردن اطلاعات قابل تحمل است.

اینترنت اشیاء و ماشین به ماشین بر اساس اینترنت اشیاء صنعتی

بحثی که بیش از IOT مصرف کننده ها و ماشین به ماشین سنتی اهمیت دارد، کاربردهای IIOT است. شکل زیر این نوع از IOT که یکی از مهم ترین نوع های ارتباط ماشین به ماشین است در جایی که برنامه ها نیاز به انجام عملیات کنترلی توزیع شده تک به تک(peer to peer) دارند را نشان می دهند.

در واقع هرگاه سیستمی داشته باشیم که درآن دستگاه هایی عملیات های کنترلی را انجام می دهند با استفاده از پروتوکل های مبتنی بر IP با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، می توانیم ادعا کنیم که سیستم کنترل در مجموعه ما یک IIOT می باشد.

استفاده از ماشین های چندگانه به جای ماشین های تک در این بحث بسیار مهم است زیرا در این بحث کاربردهای چند به چند، تعداد زیادی از گره ها برای انجام فرایندی خاص با یکدیگر فعالیت می کنند. برای مثال، یک ماشین حمل اساس را در یک فرودگاه در نظر بگیرید. این ماشین حرکت بار بروی نوار نقاله را تشخیص می دهد. ماشین بسته را با خواندن بار کد بروی آن شناسایی میکند و سپس آن را بر أساس بارکد به نوار نقاله بعدی هدایت میکند.

بعد در ادامه این انتقال، زمانی که نقاله به یک نقطه برای گسترده شدن می رسد یک نود کار تصمیم گیری برای مسیریابی بسته مورد نظر را انجام می دهد. برای این چینین سیستمی، ارتباط بین سیستم نیاز به تنها یک ارتباط ساده client/server ندارد. درعوض، یک نود به صورت یک عملگر تک در شبکه عمل می کند و هر گره برای انجام کار، تصمیم درست را اتخاذ می کند، عملیات مربوطه را به انجام می رساند و وضعیت کار خود را به دیگر گره ها گزارش می دهد.

داده ها به صورت مکرر ارسال می شوند اما این داده ها حجم زیادی ندارند. یک پیام فقط حامل اطلاعاتی نظیر دما، فشار یا وضعیت یک سوییچ است. غالبا این سیستم ها فرآیندها را با سرعتی بیش از سرعت انسان به انجام می رسانند، بنابراین باید با اطمینان و امنیت بالاتری بدون دخالت انسان عمل کنند. از دست دادن ارتباط می تواند منجر به تحمیل هزینه اضافی و حتی به خطر انداختن امنیت انسان ها شود.

در کنار انجام وظیفه های عادی، این سیستم ها برای اعلام اخطارها، آرشیو کردن اطلاعات تاریخی و ذخیره کردن اطلاعات پایه برای انجام تحلیل باید به یک سیستم خبره متصل شوند. این ارتباطات می تواند با یک ارتباط IP در یک شبکه محلی کار کند یا در یک سیستم ابری ذخیره شود. زمانی که سیستم با سیستم خبره ارتباط برقرار میکند، این ارتباط مانند ارتباط سنتی M2M که پیش تر بحث کردیم برمی گردد.

در گذشته، سیستم هایی که این نیازها را برطرف می کردند به صورت سیم کشی و با پروتوکل های داخلی کار می کردند اما امروزه با وجود دستگاه های بی سیم با مصرف توان پایین و دستگاه هایی از این قبیل، برای بیشتر کاربردها می توان از سیستم هایی با پروتوکل های ارتباطی IP استفاده کرد.

در آینده ای نزدیک شاهد خواهیم بود که واحدهای صنعتی برای برقراری ارتباط بین بخش های مختلف سیستم کنترل خود از پلتفورم های (Platform IIOT) که با پروتوکل های IP با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، استفاده می کنند و در واقع سیستم کنترل خود را به یک IIOT تبدیل می کنند.

امیدواریم به زودی حداقل شاهد حضور بخشهایی از این تکنولوژی در ایران عزیزمان باشیم. هر چند به علت محدودیتهای موجود و موارد امنیتی این امر با تاخیر مواجه شود.