Các nhà sản xuất công nghiệp đang tìm cách tối ưu hóa hiệu suất trong mọi khía cạnh của sản xuất nhà máy. Một cách tiếp cận tập trung vào Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) như một cách để tạo ra lợi ích có thể định lượng được trong việc quản lý tài sản, một phần nhờ vào những tiến bộ trong mạng không dây, thu nhỏ và bộ xử lý mạnh mẽ hơn đang biến cảm biến IIoT thành máy tính mini. Những đột phá này có thể giúp các tổ chức đạt được những cải tiến đáng kể trong quy trình quản lý tài sản và khu vực sản xuất .
Giới thiệu
Internet of Things công nghiệp (IIoT) – kết nối các thiết bị giao tiếp dữ liệu trên nhiều thiết bị và tài sản công nghiệp trong sản xuất, kim loại và khai thác mỏ, sản xuất năng lượng, xử lý, vận chuyển / truyền tải và các ứng dụng sử dụng cuối – đang tạo ra cơ hội to lớn cho sự phát triển kinh doanh . Sự phát triển về “máy móc thông minh” này kéo theo ba lĩnh vực chính: loại bỏ sự phức tạp, dự đoán hiệu suất và giảm thời gian không hiệu quả.
Có hàng ngàn tài sản máy thông minh có giá trị cao trên khắp thế giới, bao gồm tuabin khí, hơi, nước và gió, và các thiết bị công nghiệp lớn bao gồm, lò nung, máy phát hơi nước, mũi khoan, máy nén, động cơ và ổ đĩa, ước tính khoảng 300 triệu số giờ lao động mỗi năm, với chi phí 20 tỷ đô la. Khoản đầu tư này có thể được giảm đáng kể thông qua việc thu thập và phân tích kịp thời và chính xác các dữ liệu theo dõi tình trạng của thiết bị công nghiệp thiết yếu này.
Để đạt được những nền kinh tế như vậy sẽ đòi hỏi việc triển khai các thiết bị điện tử mạnh mẽ cho IoT công nghiệp (IIOT) và tích hợp nhiều hơn các thiết bị thông minh trong nhiều máy móc công nghiệp. Điều này cũng yêu cầu kết hợp dữ liệu trường từ các máy thông minh (cảm biến và người vận hành) với dữ liệu phi trường (phân tích lịch sử, mô phỏng, vật lý).
Các nhà thiết kế máy thông minh phải xem xét họ cần phần cứng điện tử nào, dữ liệu được thu thập và truyền đạt như thế nào cũng như cách các thành phần khác nhau hoạt động cùng nhau như một bộ phận để cải thiện hiệu suất của phần còn lại của hệ thống. Họ cũng phải đảm bảo rằng mỗi thiết bị đủ mạnh để tồn tại ở những vị trí xa xôi, khắc nghiệt tiềm ẩn, nơi việc bảo trì có thể khó khăn.
Sự trỗi dậy của các hệ sinh thái được kết nối trong sản xuất
Cải thiện quản lý tài sản thông qua dữ liệu do IIoT tạo có thể mang lại lợi ích cho chuỗi cung ứng. Chúng bao gồm chuyển tiếp dữ liệu quan trọng của nhà cung cấp, giám sát tài sản từ xa để tăng hiệu suất hoặc cải thiện việc vận chuyển và phân phối sản phẩm. Ví dụ, các công ty có thể phân tích dữ liệu được tích lũy thông qua các cảm biến để tăng số liệu về thời gian sửa chữa. Các nhà sản xuất cũng có thể tận dụng hệ sinh thái lấy sản phẩm làm trung tâm được kết nối để hỗ trợ hoạt động xuất sắc tổng thể cũng như thiết kế và phát triển các sản phẩm phù hợp hơn với nhu cầu và sở thích của khách hàng.
Khi bạn xem xét động thái của mình đối với các dịch vụ kỹ thuật số gia tăng, điều quan trọng là phải nhận ra cơ bản của IIoT đối với các sản phẩm kết nối, chuỗi cung ứng được kết nối và sản xuất thông minh. Dựa trên một nghiên cứu gần đây của Trung tâm Future Operation của Cognizant, lĩnh vực thiết bị công nghiệp giữa doanh nghiệp với doanh nghiệp là một trong những khu vực tích cực nhất để phát triển sản phẩm thông minh, với 58% người được hỏi nói rằng công ty của họ đã và đang phát triển sản phẩm.
Cải thiện quản lý tài sản là một trong những lợi ích của việc tăng cường áp dụng hệ thống thông minh. Tuy nhiên, lợi ích của kết nối IIoT không chỉ giới hạn ở các nhà sản xuất. Các ngành dựa trên tài sản phân tán lớn, chẳng hạn như đường sắt và tiện ích, cũng đang chuyển đổi theo hướng áp dụng tích hợp các khuôn khổ quản lý tài sản. Họ đang tận dụng các khả năng nâng cao của cả mạng cải tiến và xử lý dữ liệu tập trung.
Ngoài việc cải thiện chức năng của các tài sản đa dạng (máy móc ở tầng sản xuất , thiết bị hiện trường từ xa, phương tiện vận chuyển, v.v.), việc sử dụng nhiều hơn IIoT có thể giúp tối ưu hóa và giảm chi phí vận hành, giảm tiêu thụ tài nguyên và tăng thời gian hoạt động của thiết bị / máy móc. Điều này dựa trên việc sử dụng dữ liệu hiệu suất có thể định lượng được để thúc đẩy các cải tiến gia tăng. Những thông tin chi tiết giàu dữ liệu theo thời gian thực này được lấy từ điểm của cảm biến gốc (ở cấp thiết bị máy móc). Hơn nữa, bằng cách áp dụng phân tích dữ liệu, các công ty có thể sử dụng những thông tin chi tiết này để dự đoán chính xác hơn mức hiệu suất cao nhất và điều chỉnh lịch trình trực tuyến / ngoại tuyến để tối ưu hóa sản xuất.
Lợi ích của IIoT cho ứng dụng quản lý tài sản
Trong tất cả các ngành công nghiệp, hệ thống thông minh đang giúp tạo ra những tiến bộ đáng kể trong thiết kế, kỹ thuật, sản xuất và vận chuyển. Ví dụ, trong ngành công nghiệp ô tô, viễn thông có thể chuyển tiếp thông tin hiệu suất hữu ích. Dữ liệu này có thể ảnh hưởng đến các thiết kế trong tương lai và từ đó tăng tốc chu kỳ sản xuất để đưa các mẫu mới nhất ra thị trường nhanh hơn. Các hệ thống thông minh này bao gồm một số yếu tố nhất quán: cảm biến được kết nối mạng IoT, giao tiếp giữa Máy với Máy (M2M), tự động hóa thông minh, khả năng tương tác và các giao thức bảo mật.
Điều này cũng đúng đối với quản lý tài sản tiên tiến trong sản xuất. Trái ngược với các hình thức quản lý tài sản truyền thống dựa trên phương pháp tiếp cận phản ứng và tĩnh, dữ liệu hoạt động dựa trên IIoT có thể hỗ trợ các phương pháp chủ động, dự đoán và phản hồi nhanh hơn để bảo trì và đổi mới tài sản. Hầu hết các hệ sinh thái được kết nối sử dụng IIoT bao gồm năm thành phần sau:
1. Phần cứng
Một khía cạnh quan trọng của phần cứng công nghiệp là khả năng áp dụng các cảm biến cho một nội dung. Những điều này cung cấp phương tiện mà máy móc, thiết bị hạng nặng hoặc phương tiện giao thông có thể truyền dữ liệu. Trong nỗ lực tăng lợi tức trên tài sản (ROA), các nhà sản xuất đang sử dụng khả năng kỹ thuật số của họ để phát triển các khuôn khổ giám sát dịch vụ từ xa. Những điều này nâng cao hơn nữa cả khả năng phục vụ và độ tin cậy của tất cả các tài sản công nghiệp được kết nối IIoT. Hơn nữa, mức độ thông minh và mức độ chi tiết dữ liệu của các cảm biến sản xuất này tiếp tục phát triển. Đó là nhờ những tiến bộ trong thu thập, lưu trữ, xử lý, kết nối mạng và truyền thông dữ liệu.
2. Kết nối mạng
Trong lĩnh vực sản xuất, giao tiếp giữa Máy với Máy (M2M) đã trở thành trụ cột chính trong nhiều thập kỷ. Ở một số khía cạnh nhất định, IIoT chỉ đơn giản là đại diện cho một phiên bản tinh vi hơn của công nghệ đó. Khi các nhà máy sản xuất áp dụng ngày càng nhiều mạng không dây, các hệ sinh thái được kết nối này cung cấp một phương tiện hiệu quả để chuyển tiếp thông tin tài sản để các hoạt động có thể phản hồi tức thì khi cần thiết bằng cách sử dụng các công cụ dựa trên thiết bị di động.
3. Quản lý dữ liệu
Các hầm chứa thông tin rời rạc từ lâu đã đặt ra những thách thức cho các công ty sản xuất. Với khả năng kỹ thuật số ngày càng tăng, các tổ chức này đang rời bỏ cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống chịu trách nhiệm cho các bộ phận đó. Thay vào đó, các nhóm vận hành đang dựa vào cơ sở dữ liệu định hướng dữ liệu lớn và cơ sở dữ liệu trong bộ nhớ để dễ dàng lưu trữ, chia sẻ và hành động trên thông tin nhanh chóng hơn, do đó cải thiện việc quản lý tài sản tổng thể.
4. BI và Phân tích
Các công cụ phân tích đang phát triển để giải quyết các loại yêu cầu thông minh khác nhau. Đó là một phần do thực tế là không có công cụ duy nhất nào có thể đáp ứng tất cả các điều kiện trong các bối cảnh kinh doanh và hoạt động khác nhau. Quá trình xử lý được cải thiện, nền tảng đa dạng (độc quyền, mã nguồn mở, v.v.) và khả năng phân tích lượng dữ liệu phi cấu trúc ngày càng tăng cho phép các nhà sản xuất tạo ra thông tin chi tiết về mọi khía cạnh của sản xuất và tối ưu hóa hiệu suất nội dung.
5. Tính di động
Tính di động tăng lên trên khu vực sản xuất cho phép các hoạt động truy cập vào nhiều thông tin liên quan đến tài sản và hành động nhanh chóng trên dữ liệu đó trong thời gian thực, đặc biệt là về bảo trì và sửa chữa. Do đó, các kỹ thuật viên có khả năng nhận cảnh báo và thông báo, truy cập cơ sở kiến thức và nắm bắt dữ liệu để cải thiện việc giám sát và kiểm soát tài sản. Những khả năng như vậy cũng làm tăng lợi thế cạnh tranh của tổ chức thông qua việc cải tiến quá trình ra quyết định và quy trình sản xuất hợp lý hơn.
Những thách thức của việc triển khai IIoT
Trong khi việc thiết lập hệ sinh thái kết nối IIoT mang lại nhiều cơ hội, các công ty cũng có thể đối mặt với những thách thức khi triển khai. Điều này một phần là do nhu cầu về kiến trúc có thể xử lý quy mô, khả năng tương tác và mang lại khả năng tồn tại lâu dài. Nhìn chung, việc thiếu các tiêu chuẩn ngành và các thông lệ tốt nhất được xác định rõ ràng tạo ra các rào cản khi các công ty xem xét cách tiếp cận tốt nhất của họ. Những mối quan tâm này không chỉ mở rộng đến việc đảm bảo an ninh mà còn bao gồm các vấn đề về thu thập / lưu trữ dữ liệu và có được các mạng kết nối phù hợp.
Việc áp dụng hệ sinh thái IIoT đòi hỏi sự hợp tác đáng kể trong một tổ chức và phải được dẫn dắt bởi lãnh đạo điều hành. Hơn nữa, một nhóm nội bộ, đa chức năng phải chịu trách nhiệm chỉ đạo chương trình nghị sự được kết nối. Khi các nhà sản xuất bổ sung thêm nhiều cảm biến và khả năng không dây để thiết lập kết nối IIoT lớn hơn, họ sẽ gặp phải những thách thức nhất định trong các lĩnh vực sau:
• Bảo vệ an ninh mạng
Các biện pháp bảo vệ cần được áp dụng cho các lộ trình thông tin liên lạc, quy trình thu thập dữ liệu và lưu trữ. Ngoài việc đảm bảo các chính sách quản trị và tuân thủ được áp dụng, việc kiểm tra bảo mật thường xuyên là điều cần thiết. Các cuộc xâm nhập lĩnh vực mạng gần đây, chẳng hạn như tệp đính kèm botnet IoT từ chối dịch vụ (DDoS) Mirai năm 2016, đã tập trung mới vào tầm quan trọng của bảo mật khi các giám đốc điều hành C-suite lên chiến lược áp dụng IIoT lớn hơn.
Kiến trúc IIoT bao gồm nhiều mạng không đồng nhất kết nối các thiết bị và mọi thứ thông qua các giao thức tiêu chuẩn và độc quyền, bao gồm TLS an toàn và DTLS. Việc thêm các khóa xác thực và mã định danh duy nhất vào số lượng lớn tài sản sản xuất sẽ làm tăng độ phức tạp lên rất nhiều. Vì không có phương pháp tiếp cận bổ sung, có sẵn để đảm bảo thông tin liên lạc IIoT ở cấp độ giao thức, các công ty phải đối mặt với nhiệm vụ khó khăn là cân bằng bảo mật vì nó liên quan đến băng thông, nguồn cung cấp năng lượng cảm biến, truyền thông mạng và xử lý. Để đảm bảo các giải pháp IIoT linh hoạt và an toàn, cần phải có các chính sách quản trị, rủi ro và tuân thủ cùng với các bản cập nhật bảo mật thường xuyên.
• Thu thập dữ liệu
Đối với các công ty sản xuất, việc lựa chọn nền tảng quản lý thiết bị và dữ liệu phụ thuộc vào mức độ khả năng mở rộng, tính linh hoạt, dễ quản lý thiết bị và dữ liệu cũng như hỗ trợ ứng dụng. Hơn nữa, các công ty phải giải quyết các lo ngại về quyền riêng tư đối với tất cả dữ liệu được thu thập, lưu trữ, xử lý và truy cập, bất kể thiết bị được sử dụng (cảm biến, thiết bị di động, v.v.).
Việc lựa chọn công nghệ thu thập dữ liệu phù hợp phụ thuộc vào sự kết hợp độc đáo giữa khả năng và mức độ trưởng thành của cơ sở hạ tầng IIoT, giá trị cảm nhận của khách hàng (việc quản lý tài sản đã được cải thiện chưa? Chìa khóa với quản lý tài sản được kết nối với IIoT là thu thập dữ liệu có thể hành động để giải quyết các vấn đề cụ thể cần giải quyết về quản lý tài sản và tăng hiệu quả.
• Kết nối IIoT
Trong môi trường sản xuất, mạng được kết nối IIoT bao gồm các thiết bị phần cứng (cảm biến, bộ điều khiển, cổng) giao thức truyền thông, công cụ phân tích và nền tảng quản lý thiết bị và dữ liệu. Điều này thể hiện sự trao đổi phức tạp của các công nghệ thiếu các tiêu chuẩn và giao thức chung. Bất chấp điều đó, các nhà sản xuất đang tiến lên nhanh chóng để tận dụng IIoT. Ví dụ, nghiên cứu từ IDC dự đoán rằng vào năm 2018, 40% trong số một trăm nhà sản xuất rời rạc hàng đầu sẽ bao gồm kết nối IP để cung cấp các sản phẩm như một dịch vụ.
Xu hướng này, được gọi là dịch vụ hóa, mở rộng giá trị của dịch vụ sản phẩm bằng cách bổ sung các dịch vụ bổ sung. Chẩn đoán từ xa và bảo trì có thể được thực hiện dựa trên dữ liệu sản phẩm đã tích lũy. Mô hình tương tự có thể được áp dụng cho tầng sản xuất hoặc quản lý tài sản từ xa. Cuối cùng, các hệ thống IIoT và kết nối mà chúng chuyển tiếp dữ liệu qua đó phải thích ứng và có thể mở rộng. Điều này có thể thực hiện chủ yếu thông qua phần mềm hoặc chức năng bổ sung tích hợp với giải pháp IIoT tổng thể.
Vai trò của phân tích
Khi nhiều dữ liệu được tạo ra, các nhà sản xuất ngày càng tràn ngập thông tin. Công ty nghiên cứu McKinsey ước tính giá trị do các ứng dụng IoT tạo ra sẽ tăng lên 3,7 nghìn tỷ đô la vào năm 2025 [3] . Điều này một phần nhờ vào việc cải thiện đánh giá hàng tồn kho và quản lý hoạt động cũng như bảo trì dự đoán — tất cả các khía cạnh chính của quản lý tài sản hiệu quả.
Nói chung, việc nắm được thông tin hiện trạng nhất là rất quan trọng để quản lý tài sản hiệu quả. Các quy trình phân tích cạnh (tức là ở rìa mạng) cung cấp dữ liệu mới, có thể hành động được phân tích trong thời gian thực để giúp giảm độ trễ của dịch vụ, cải thiện thời gian phản hồi của tài sản và rút ra thông tin chi tiết về quản lý có thể sử dụng cục bộ để đưa ra dự đoán về bảo trì và duy trì tài sản.
Các lĩnh vực công nghiệp đa dạng dựa vào phân tích cạnh để quản lý tài sản bao gồm: Vận tải (theo dõi hàng hóa / container); Thiết bị nặng và OEM (chẩn đoán và sử dụng tài sản) và Năng lượng (lập kế hoạch công nghệ vận hành (OT)). Một khía cạnh chính cần ghi nhớ liên quan đến phân tích cạnh là khả năng cung cấp kết quả để giải quyết vấn đề cụ thể liên quan đến nội dung và loại bỏ dữ liệu không liên quan.
Biên dịch các bài đọc cảm biến khác nhau, phân tích cạnh lưu trữ dữ liệu cục bộ để phát hiện bất thường, chỉ gửi dữ liệu có vấn đề tới cloud nơi nó kích hoạt cảnh báo và báo cáo cho các nhóm vận hành. Điều này vừa đảm bảo quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu cũng như giảm chi phí lưu trữ và băng thông tổng thể cho các công ty. Thời gian quản lý tài sản cao hơn thông qua phân tích cạnh đảm bảo rằng thời gian hoạt động, tuổi thọ tài sản, kiểm soát chi phí, an toàn và chất lượng đáp ứng các mục tiêu sản xuất do nhóm điều hành C-suite đặt ra.
Kết luận
Ngày càng có nhiều công ty sản xuất hướng tới việc áp dụng các dịch vụ kỹ thuật số. Và IIoT đại diện cho một liên kết quan trọng đối với hệ sinh thái lấy sản phẩm làm trung tâm gồm khách hàng được kết nối, chuỗi cung ứng được kết nối và sản xuất thông minh. Các tổ chức này cũng đang dựa vào IIoT để nâng cấp quản lý tài sản lên một tầm cao mới.
Những đổi mới công nghệ liên quan đến cảm biến, mạng và phần mềm đang tạo ra những thông tin chi tiết giàu dữ liệu theo thời gian thực trong một hệ sinh thái đa dạng, trong đó các nhóm hoạt động dựa trên thiết bị di động có thể phản hồi tức thì. Mặc dù các công ty gặp phải những thách thức trong việc triển khai, nhưng lợi nhuận tiềm năng từ các tài sản được quản lý tốt hơn là quá ấn tượng để loại bỏ. Khi các tổ chức sản xuất áp dụng IIoT cùng với phân tích biên, họ đang đạt được các quy trình hoàn thiện cao để bảo trì dự đoán và theo quy định.
