پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) چیست؟ راهنمای جامع کاربرد، اجزا و انتخاب پلتفرم IIoT

امروزه کارخانه‌های مدرن برای افزایش بهره‌وری، کاهش توقفات، کنترل کیفیت و تصمیم‌گیری سریع‌تر، به داده‌های دقیق و لحظه‌ای از ماشین‌آلات و فرایندهای تولید نیاز دارند. بنابراین به راهکاری نیاز است تا علاوه بر جمع‌آوری اطلاعات حیاتی، در تصمیم گیری‌های لحظه‌ای و توسعه سیستم‌های هوشمند خودکار و نیمه خودکار نیز کاربرد داشته باشد.

اینجاست که اینترنت اشیا صنعتی IIoT اهمیت پیدا می‌کنند. در این مقاله، سعی شده تا همه چیز درباره پلتفرم IIoT، از جمله مفاهیم اینترنت اشیا صنعتی و اجزای آن گرفته تا نحوه عملکرد، مزایا، کاربردها، چالش‌های اجرا و معیارهای انتخاب یک راهکار مناسب برای محیط‌های صنعتی بررسی شوند.

اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) چیست؟

بر اساس تعریف سازمان NIST، اینترنت اشیا صنعتی Industrial Internet of Things یا به اختصار IIoT، مجموعه‌ای از تجهیزات هوشمند است که با متصل کردن همه بخش‌های یک واحد صنعتی به یک سرور مرکزی و در اصطلاح فنی (شبکه کردن تجهیزات)، تصمیم گیری را آسان و کارهای تکراری و بدون نیاز به ناظر را تبدیل به اتوماسیون می‌کند.

اینترنت اشیا صنعتی در صنایع مختلف نظیر صنایع تولیدی، نفت و گاز، انرژی، آب و فاضلاب، حمل‌ونقل، معدن و زیرساخت‌های حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این صنایع، داده‌هایی مانند دما، فشار، لرزش، سرعت، مصرف انرژی، وضعیت تجهیزات و میزان تولید می‌توانند به شکل پیوسته ثبت و تحلیل شوند تا در تصمیم گیری‌های سطح بالا و یا سیستم‌های هوشمند مورد استفاده قرار گیرند. اینترنت اشیاء یکی از ابزارهای مهم در توسعه صنایع با استاندارد صنعت نسخه 4 (Industry 4.0) است.

اهمیت IIoT در دنیای صنعتی امروز

افزایش پیچیدگی خطوط تولید، رقابت شدید، هزینه بالای توقف تجهیزات و نیاز به کنترل کیفیت مستمر باعث شده است داده‌های عملیاتی به یکی از دارایی‌های مهم سازمان تبدیل شوند.

IIoT می‌تواند میان فناوری اطلاعات و فناوری عملیاتی ارتباط برقرار کند و اطلاعاتی را که پیش‌تر در تجهیزات جداگانه باقی می‌ماند، در اختیار سیستم‌های تحلیلی و مدیریتی قرار دهد. سازمان NIST نیز همگرایی IT و OT را یکی از روندهای مهم تحول سیستم‌های صنعتی می‌داند، هرچند این اتصال نیازمند توجه جدی به امنیت است.

پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی چیست؟

پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی یک زیرساخت نرم‌افزاری برای اتصال، مدیریت، جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و تحلیل داده‌های تجهیزات صنعتی است. این پلتفرم در واقع لایه‌ای میان تجهیزات موجود در محیط عملیاتی و نرم‌افزارهای مدیریتی و تحلیلی قرار می‌گیرد.

در یک معماری صنعتی، پلتفرم IIoT می‌تواند داده‌های PLC، SCADA، سنسورها، ماشین‌آلات و تجهیزات قدیمی را دریافت کرده و پس از استانداردسازی، آنها را برای داشبوردها و نرم‌افزارهای تحلیل‌های پیشرفته و MES، ERP ارسال کند. پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی بستری برای مدیریت چرخه کامل داده‌های صنعتی محسوب می‌شود.

اجزای اصلی یک پلتفرم IIoT

برای درک بهتر ساختار این فناوری، باید اجزای پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی را در چند لایه اصلی بررسی کرد:

• تجهیزات و حسگرهای صنعتی: سنسورها، ماشین‌آلات، PLC ها، کنترلرها و ربات‌ها داده‌هایی مانند دما، فشار، جریان و ارتعاش را تولید می‌کنند.
• درگاه ارتباطی و Edge :Gateway و تجهیزات Edge داده‌ها را دریافت، فیلتر و پردازش می‌کنند و امکان تصمیم‌گیری با تأخیر کم را فراهم می‌سازند.
• لایه ارتباط و پروتکل‌ها: پلتفرم از پروتکل‌هایی مانند MQTT، OPC UA و Modbus برای ارتباط با تجهیزات مختلف استفاده می‌کند.
• مدیریت و ذخیره‌سازی داده: داده‌ها سازمان‌دهی، پاک‌سازی و ذخیره می‌شوند تا برای تحلیل، بررسی روندها و گزارش‌گیری مورد استفاده قرار گیرند.
• تحلیل و برنامه‌های کاربردی: داده‌ها با استفاده از داشبورد، هشدار، یادگیری ماشین، نگهداری پیش‌بینانه و Digital Twin به اطلاعات قابل تصمیم‌گیری تبدیل می‌شوند.

پلتفرم IIoT چگونه کار می‌کند؟

پلتفرم IIoT با دریافت داده از ماشین‌آلات و سنسورها آغاز می‌شود. داده‌ها از طریق شبکه‌های صنعتی به Gateway یا Edge منتقل، اعتبارسنجی و به لایه پلتفرم ارسال می‌شوند تا ذخیره، دسته‌بندی و تحلیل شوند. نتایج نیز از طریق داشبورد، گزارش، هشدار یا API در اختیار اپراتورها و سیستم‌های سازمانی قرار می‌گیرد و در برخی معماری‌ها به‌صورت فرمان کنترلی به لایه عملیاتی بازمی‌گردد. این چرخه، مبنای اتوماسیون هوشمند است.

مهم‌ترین قابلیت‌های یک پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی

یک پلتفرم مناسب باید علاوه بر اتصال تجهیزات، توانایی مدیریت چرخه کامل داده و عملیات را داشته باشد. قابلیت‌های اصلی معمولاً شامل موارد زیر است:

1. اتصال به تجهیزات و پروتکل‌های صنعتی مختلف
2. مدیریت متمرکز تجهیزات و دارایی‌ها
3. جمع‌آوری و ذخیره داده‌های بلادرنگ و تاریخی
4. ساخت داشبورد و ابزارهای بصری‌سازی
5. تعریف هشدار و رویداد بر اساس شرایط عملیاتی
6. تحلیل داده و پشتیبانی از الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
7. اتصال به سیستم‌هایی مانند MES، ERP و SCADA
8. ارائه API برای توسعه نرم‌افزارهای اختصاصی
9. مدیریت کاربران، نقش‌ها و سطح دسترسی
10. تأمین قابلیت‌های امنیتی، ثبت رویدادها و مدیریت چرخه عمر تجهیزات

مزایای استفاده از پلتفرم IIoT

مزایای استفاده از پلتفرم IIoT زمانی آشکار می‌شود که داده‌های پراکنده تجهیزات به یک جریان اطلاعاتی منسجم و قابل استفاده تبدیل شوند و مهم‌ترین مزایای آن عبارت‌اند از:

• کاهش توقفات تولید: تحلیل وضعیت تجهیزات می‌تواند نشانه‌های اولیه خرابی را شناسایی کند و امکان اجرای نگهداری پیش‌بینانه را افزایش دهد. در نتیجه سازمان می‌تواند بخشی از تعمیرات را پیش از خرابی جدی برنامه‌ریزی کند.
• افزایش بهره‌وری: اطلاعات لحظه‌ای درباره عملکرد ماشین‌آلات، زمان‌های توقف و میزان تولید به مدیران و مهندسان کمک می‌کند گلوگاه‌های فرایند را سریع‌تر شناسایی کنند.
• بهبود کیفیت: ثبت مداوم پارامترهای فرآیند امکان ارتباط میان شرایط تولید و کیفیت محصول را فراهم می‌کند. این داده‌ها می‌توانند برای کشف الگوهای منجر به خطا یا تولید محصول نامنطبق استفاده شوند.
• مدیریت بهتر انرژی و منابع: اندازه‌گیری مصرف برق، گاز، آب و سایر منابع در سطح ماشین یا خط تولید، امکان شناسایی مصرف غیرعادی و اصلاح الگوهای پرهزینه را ایجاد می‌کند.

چالش‌های پیاده‌سازی IIoT

سازمان باید محدودیت‌های فنی و عملیاتی موجود را در نظر بگیرد. امنیت در این میان اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا اتصال تجهیزات عملیاتی به شبکه می‌تواند سطح حمله سایبری را افزایش دهد. چالش‌های اصلی عبارت‌اند از:

• وجود ماشین‌آلات قدیمی و فاقد رابط ارتباطی استاندارد
• تنوع زیاد برندها و پروتکل‌های صنعتی
• پیچیدگی اتصال شبکه‌های IT و OT
• نیاز به امنیت سایبری و کنترل دسترسی
• حجم بالای داده و هزینه ذخیره‌سازی
• کمبود نیروی متخصص در حوزه‌های OT، شبکه و تحلیل داده
• دشواری یکپارچه‌سازی با سیستم‌های قدیمی
• نیاز به تعریف دقیق اهداف و شاخص‌های بازگشت سرمایه

تفاوت IoT و IIoT چیست؟

IIoT در اصل شاخه‌ای تخصصی از IoT است که برای محیط‌های صنعتی و دارایی‌های حیاتی طراحی شده و معمولاً الزامات بیشتری در زمینه قابلیت اطمینان، امنیت، تأخیر، مقیاس و سازگاری با تجهیزات صنعتی دارد. در جدول زیر می‌توانید، مقایسه ویژگی‌های این دو استاندارد را مطالعه کنید:

هنگام انتخاب یک پلتفرم IIoT به چه نکاتی توجه کنیم؟

بهترین پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی الزاماً گران‌ترین یا دارای بیشترین امکانات نیست؛ بلکه پلتفرمی است که با معماری موجود، اهداف عملیاتی و مسیر توسعه آینده سازمان بیشترین سازگاری را داشته باشد. مهم‌ترین معیارها عبارت‌اند از:

• سازگاری با PLC ها، سنسورها و پروتکل‌های فعلی
• پشتیبانی از تجهیزات قدیمی و جدید
• معماری Edge، Cloud یا ترکیبی متناسب با نیاز
• مقیاس‌پذیری برای افزایش تعداد تجهیزات و حجم داده
• امکانات امنیتی و مدیریت دسترسی
• API و قابلیت اتصال به MES، ERP و SCADA
• امکانات تحلیل داده و هوش مصنوعی
• قابلیت انتقال و مالکیت داده‌ها
• مدل قیمت‌گذاری و هزینه توسعه در آینده
• کیفیت پشتیبانی فنی و سابقه ارائه‌دهنده

پیاده‌سازی راهکارهای صنعتی با آذرتسکا

موفقیت پروژه تنها به فناوری وابسته نیست و انتخاب معماری، امنیت، یکپارچه‌سازی و تعریف اهداف تجاری نیز اهمیت زیادی دارد. در واقع IIoT پلتفرم اینترنت اشیا صنعتی زمانی بیشترین ارزش را ایجاد می‌کند که بخشی از یک برنامه مشخص برای تأمین نیاز واحد صنعتی باشد.

آذرتسکا با بررسی شرایط موجود، نیازهای فنی و اهداف عملیاتی، می‌تواند مسیر مناسب برای طراحی و پیاده‌سازی راهکارهای صنعتی متناسب با مجموعه را مشخص کند و راهکارهای مهندسی و اتوماسیون صنعتی مناسب را به سازمان‌ها ارائه دهد و در طراحی و اجرای زیرساخت‌های IIoT و ایجاد بستری مناسب برای توسعه کارخانه هوشمند کمک کند.

سوالات متداول