چکیده:

اینترنت اشیاء به عنوان یک فناوری نوظهور نقش بسزایی در آینده بشریت خواهد داشت. یکی از مهمترین این نقش ها کمک به افزایش بهره وری و تولید در صنایع و در قالب استانداد صنعتی 4.0 می باشد. لذا در این مقاله که ادامه مقاله قبلی در حوزه اینترنت اشیاء می باشد، به بررسی اصلی ترین مولفه های این استاندارد و همچنین معماری مربوطه می پردازیم. سپس مهمترین مسائل و رویکردهایی که در این حوزه مطرح می شود را ارائه خواهیم داد.

کلمات کلیدی:

صنعت 4.0، اینترنت اشیا، اینترنت اشیا صنعتی، سیستم­های برنامه­ریزی منابع سازمانی، کارخانه هوشمند، رایانش ابری

مؤلفه ها و استانداردهای صنعتی 4.0

اصل اساسی چارچوب صنعتی 4.0، هسته IoT و تولید هوشمند است. مؤلفه های اصلی استاندارد صنعتی 4.0 عبارت اند از IoT، فضای ابری مبتنی بر ساخت هوشمند که فرآیند تولید را به یک فرآیند هوشمند تبدیل می کند. تبدیل تولیدات گذشته به تولیدات خودکار یکپارچه از دیگر ویژگی های استاندارد صنعتی 4.0 است. این ادغام منجر به کارایی و تغییر در روش تولید سنتی در بین انسان ها و ماشین آلات خواهد شد.

• کلان داده ها: مجموعه ای جامع از اطلاعات سنسورها و تجهیزات تولید مختلف برای تصمیم گیری در زمان واقعی استفاده خواهد.
• ربات ها: امروزه ربات ها انعطاف پذیری سیستم را افزایش می­دهند و هوشمندانه با انسان کار می کنند. ربات ها در مکان های سختی کار می کنند که انسان نمی تواند کار کند و هوشمندانه تصمیم بگیرد. ربات ها می توانند وظیفه­های مربوطه را دقیقاً و در یک محدودیت زمانی مشخص انجام دهند.
• شبیه سازی: با استفاده از شبیه سازی می توان قبل از ساخت سیستم واقعی، نحوه کار سیستم را فهمید. شبیه سازی ها نه تنها زمان طراحی را کوتاه می کنند بلکه باعث کاهش خرابی ها می شوند. این امر همچنین منجر به بهبود کیفیت و تصمیم گیری می شود.
• IoT صنعتی: در اینترنت اشیا با استفاده از یک پروتکل ارتباطی اشیای مختلفی در سراسر جهان به هم پیوند می خورند. این سرویس شامل اینترنت خدمات، اینترنت ساخت، سیستم تعبیه شده الکترونیکی، اتصال به افراد و اتصال به اطلاعات و ارتباطات است.
• امنیت سایبری: با افزایش استفاده از اینترنت در استاندارد صنعتی 4.0، حملات اینترنتی بشدت افزایش یافته است که برای سیستم صنعتی مضر است. برای غلبه بر این تهدید به سیستم­های ارتباطی قابل اعتماد نیاز هست. ارتباط بین سیستم صنعتی، خدمات و اینترنت باعث ایجاد اطلاعات خوبی برای برنامه ریزی سیستم تولید می شود.
• رایانش ابری: صنعت برای ارتباطات به بستر فناوری اطلاعات به فضای ابری متصل می شود. به اشتراک گذاری داده ها در چارچوب صنعتی 4.0 در بین شرکت ها فوق العاده افزایش یافته است. این امر منجر به برقراری ارتباط درونی با سرعت میلی ثانیه یا میکروثانیه می شود. در رایانش ابری دستگاه های مختلفی به همان ابر متصل می شوند و اطلاعاتی را که برای کل کارخانه مفید است به اشتراک می گذارند.

معماری مرجع برای کارخانه­ های هوشمند مبتنی بر IoT در استاندارد صنعتی 4.0

شکل زیر معماری مرجع را برای کارخانه هوشمند مبتنی بر IoT استاندارد صنعتی 4.0 ارائه می­دهد که شامل چندین مجموعه فناوری و دیدگاه می‌­باشد.

 

• ماشین های هوشمند: شامل ارتباطات M2M، ارتباط ماشین آلات با سایر دستگاه­ ها و انسان­ ها است.
• دستگاه های هوشمند: شامل دستگاه های متصل در کارخانه مانند دستگاه های زمینه ای، دستگاه­های تلفن همراه­، دستگاه های عامل و … می­‌باشد.
• فرآیندهای تولیدات هوشمند: شامل ارتباطات پویا، کارآمد و خودکار در زمان واقعی برای مدیریت و کنترل محیط ساخت که توسط IoT فعال شده است.
• مهندسی هوشمند: شامل طراحی و توسعه محصول، مهندسی محصول، تولید و خدمات پس از فروش می‌­باشد. این امر می تواند نیاز به استفاده از داده­ های جمع آوری شده از فرآیند تولید در روند برنامه ­ریزی و بهینه­ سازی ماشین­ آلات (مکانیکی، الکتریکی و…) داشته باشد.
• ساخت IT: نرم افزارهای مورداستفاده کسب وکارهای مختلف که در شبکه پشتیبانی می­شود را در برمی‌­گیرد. نظارت و کنترل هوشمند از طریق سنسورها، کنتورهای هوشمند و دستگاه های تلفن همراه را انجام می‌­دهد و در آخر نیز مدیریت تولید هوشمند که از ادغام داده های IoT می­‌باشد، را بر عهده دارد.
• تدارکات هوشمند: شامل ابزارها و فرآیندهای تدارکات هوشمند است. تدارکات سازمان یافته نمونه ای از تدارکات داخلی هوشمند است که به تغییرات غیرمنتظره تولید، مانند تنگناها و کمبود مواد واکنش نشان می دهد.
• داده های بزرگ و رایانش ابری: شامل الگوریتم ها، برنامه های تجزیه وتحلیل و… است. تجزیه وتحلیل داده های بزرگ فرصت های عمیقی را برای بهبود آینده کارخانه و فرایندهای تولید ایجاد می­کند، بنابراین کارخانه را قادر می­‌سازد، محصولات جدید را ارائه دهد.
• تأمین کنندگان هوشمند: شامل ایجاد روابط پایدار با تأمین کنندگان است. به عنوان مثال، با افزایش اشتراک اطلاعات در زمان واقعی و همچنین با انتخاب بهترین تأمین کننده بر اساس نیاز کارخانه، انعطاف پذیری را افزایش می‌­دهد.
• شبکه هوشمند: شامل زیرساخت های هوشمند کارخانه درزمینه­ ی تأمین انرژی است. به ویژه، در واکنش برابر تغییرات قیمت انرژی (به عنوان مثال مدیریت تقاضا) ضروری است.

مشخصات کارخانه های هوشمند

این بخش خصوصیات اصلی بالقوه کارخانه ­های هوشمند در استاندارد صنعتی 4.0 را موردبحث قرار می­‌دهد.

• سفارشی سازی حجم: فرایندهای تولید باید نیازهای مختلف سفارشات را برآورده کنند. از سوی دیگر اجازه می‌­دهد تا فرد در طراحی گنجانده شود و تغییرات تا آخرین لحظه را امکان پذیر می کند.
• انعطاف پذیری: از فرایندهای تولید هوشمند می­‌باشد و در پیکربندی خود باید جنبه های مختلفی ازجمله زمان، کیفیت، قیمت و جنبه های زیست محیطی را در نظر بگیرد (به عنوان مثال در اوج مصرف انرژی باید از تولید بی­رویه جلوگیری شود).
• قابلیت مشاهده کارخانه و تصمیم گیری بهینه: تصمیم­گیری صحیح در هر زمان یک نکته مهم برای موفقیت در بازار است. اینترنت اشیا تقریباً در زمان واقعی (به عنوان مثال وضعیت تولید در هرلحظه) شفافیت از ابتدا تا انتها را فراهم می­کند و امکان بهینه سازی سایت­های کارخانه در منطقه تولید را فراهم می کند و سپس کارایی کارخانه را بهبود می بخشد.
• ایجاد خدمات جدید: اینترنت اشیا (به عنوان مثال دستگاه های هوشمند و برنامه های تلفن همراه) راه های جدیدی را برای ایجاد خدمات و ارزش ها برای مشتریان قبل و بعد از خرید باز می کند.
• نظارت از راه دور: فناوری اینترنت اشیا امکان مشارکت شخص ثالث (به عنوان مثال تأمین کنندگان) در نظارت، بهره برداری و نگهداری کارخانه ها با خدمات جدید را فراهم می کند.
• اتوماسیون و تغییر نقش انسان: عملیات تولید را می توان با حداقل دخالت انسان بهینه کرد. این امر می تواند باعث بهبود کارایی، کاهش خطاها و اتلاف انرژی و سایر منابع شود.
• نگهداری فعال: نظارت بر سیستم تولید و جمع آوری داده های عملکرد در زمان واقعی تأثیر مثبتی در بهبود نگهداری فعال دارد. به عنوان مثال با استفاده از سنسورها برای کنترل دما، می توان اقدامات پیشگیرانه ای را انجام داد که از محدوده مشخص خارج نشده و از خرابی جلوگیری می کند.
• زنجیره تأمین متصل: اینترنت اشیا به تولیدکنندگان کمک می کند تا درک بهتری از اطلاعات زنجیره تأمین در هرلحظه به دست آورند. با اتصال ماشین ها و تجهیزات به تأمین کنندگان، همه­ ی طرف ها می توانند وابستگی متقابل، جریان مواد و زمان چرخه تولید را درک کنند.
• مدیریت انرژی (HVAC و تولید): بهبود بهره وری انرژی مستلزم آگاهی از رفتار مصرف انرژی در خط تولید و سطح ماشین است. کنتورهای هوشمند می توانند داده های زمان واقعی را ارائه دهند و بر اساس قابلیت های آن ها و با همکاری خدمات خارجی تصمیم گیری کنند.

در آخر می­توان گفت:

• رصد بیشتر، اشتراک بیشتر، سادگی بیشتر
• یک تجارت ساده یک کسب وکار رو به رشد است.

مسائل فعلی اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا یک فناوری درحال توسعه نسبتاً جدید است. به ویژه با دستگاه های بیشتری که در سال های آینده آنلاین و به شبکه متصل گردند که پیش بینی می­‌شود تحت مسائل قابل توجه­ای قرار بگیرد. موارد زیر چالش­های اصلی پیشرو اینترنت اشیا در صنعت می­‌باشد.

• استانداردها و مقررات

تعداد فزاینده دستگاه های متصل، استانداردسازی و تنظیم اینترنت اشیا را به یک امر پیچیده و مشکل تبدیل می کند. مباحث استانداردسازی و تنظیم می تواند از مشکلات فنی گرفته تا موارد حقوقی باشد. به عنوان مثال تکه تکه شدن، یک مشکل فنی است که کاربران به دلیل کمبود استانداردهای اینترنت اشیا با آن روبرو می شوند. دستگاه های هوشمند مختلف ممکن است از پروتکل های مختلف ارتباط بی سیم مانند Blutooth، Wi-Fi، Zigbee و 5G استفاده کنند و مانع از برقراری ارتباط صحیح در سیستم های اینترنت اشیا شوند. از طرف دیگر، عدم تنظیم مقررات موضوعات مرتبط با اینترنت را برجسته می کند و همچنین لایه دیگری از پیچیدگی را به این مسائل اضافه می کند. در صورت وجود نقص و عدم وجود مقررات، تعیین مسئولیت و استفاده از اینترنت اشیا را دشوار می کند. استانداردها و مقررات، بر کیفیت کلی خدماتی که فناوری های اینترنت اشیا ارائه می دهند، تأثیر می گذارد و بنابراین کلیه ذینفعان اینترنت اشیا را شامل می شود، چه کاربران شخصی، چه تولیدکنندگان یا سازمان هایی که فناوری ها IoT را در فرایندهای خود ادغام می کنند.

• حریم خصوصی

آگاهی از حریم خصوصی با افزایش تنوع اطلاعات شخصی مشترک از طریق اینترنت افزایش یافته است. اینترنت اشیا با گسترش انواع داده های ضبط شده و به اشتراک گذاشته شده از طریق اینترنت، این مسئله را پیچیده تر می کند. ازآنجاکه اینترنت اشیا با دستیابی به جزئیات بیشتر از محیط، بهتر کار می کند، این امر بین خلوت کاربر و کیفیت خدمات مسئله ایجاد می کند.

• امنیت

هنگام استفاده داده ها و اطلاعات، نگرانی های امنیتی همیشه وجود خواهد داشت. اینترنت اشیا با دستیابی به طیف گسترده ای از اطلاعات شخصی و ادغام نزدیک در فعالیت های فردی و سازمانی، چالش های امنیتی خاص خود را اضافه می کند. این ویژگی های اینترنت اشیا باعث می شود این فناوری به عنوان هدفی مناسب برای مجرمان سایبری شناخته شود. علاوه بر این، هرگونه نقض، حمله و آسیب پذیری یک دستگاه یا سیستم اینترنت اشیا، امنیت کلی شبکه های مربوطه را ضعیف می کند.

نتیجه گیری:

با توجه به گستردگی حوزه اینترنت اشیاء در صنعت، وجود یک معماری مشخص و یکپارچه به منظور افزایش بهره وری و امکان ارتباط بین نودها ضروری به نظر می رسد. لذا در این مقاله معماری رایج در این حوزه را توضیح دادیم و مهمترین اجزای آنرا تشریح کردیم. در پایان استانداردهای مختلف، حفظ حریم خصوصی و امنیت این شبکه ها به عنوان مهمترین دغدغه های این حوزه مطرح گردید.

 

نویسنده: علی نوبری

 

منابع:

 

1. Liao, Y., Loures, E. D. F. R., & Deschamps, F. (2018). Industrial Internet of Things: A systematic literature review and insights. IEEE Internet of Things Journal, 5(6), 4515-4525.
2. Shrouf, F., Ordieres, J., & Miragliotta, G. (2014, December). Smart factories in Industry 4.0: A review of the concept and of energy management approached in production based on the Internet of Things paradigm. In 2014 IEEE international conference on industrial engineering and engineering management (pp. 697-701). IEEE.
3. Boyes, H., Hallaq, B., Cunningham, J., & Watson, T. (2018). The industrial internet of things (IIoT): An analysis framework. Computers in industry, 101, 1-12.
4. Tavana, M., Hajipour, V., & Oveisi, S. (2020). IoT-based Enterprise Resource Planning: Challenges, Open Issues, Applications, Architecture, and Future Research Directions. Internet of Things, 100262.
5. Bi, Z., Da Xu, L., & Wang, C. (2014). Internet of things for enterprise systems of modern manufacturing. IEEE Transactions on industrial informatics, 10(2), 1537-1546.
6. Stephan Thangalah, Vinay Sharma and V N Sundharam. (2018). International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) Volume 9, 877 – 884.
7. Syed Sultan Mahmood, Pramod Sharma. (2020). Iot Based Industrial Automation using Zigbee Communication Standard.International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE).
8. https://www.industrialautomationindia.in/industryitm/9343/The-Influential-Role-of-IoT-in-Accelerating-Industry-4.0
9. https://www.hiotron.com/iot-and-industrial-automation
10. https://www.techsling.com/the-role-of-iot-in-industrial-automation
11. https://www.iotworldtoday.com/2020/10/21/iot-security-best-practices-for-industry-and-enterprise/
12. https://www.ixon.cloud/knowledge-hub/7-practical-applications-of-iiot-in-industrial-automation
13. https://www.iotworldtoday.com/2016/01/24/three-main-themes-in-the-industrial-internet-of-things
14. https://www.lead-innovation.com/english-blog/industrial-internet-of-things
15. https://www.trendmicro.com/vinfo/us/security/definition/internet-of-things
16. https://www.trendmicro.com/vinfo/us/security/definition/industrial-internet-of-things-iiot