Предмет "Труд (Технология)", модуль «Компьютерная графика. Черчение»", презентация по теме "Промышленный Интернет вещей", 9 класс

Модуль «Робототехника»

Промышленный Интернет вещей,

9 класс

Цели урока:

• познакомить с понятием «Промышленный Интернет вещей (IIoT)», с компонентами IIoT, вещей, с основными условиями для внедрения IIoT, с основными сферами применения IIOT; с оценкой эффективности использования IIoT;
• сформировать основные требования к безопасности промышленного интернета вещей;
• воспитывать умение работать в команде.

С помощью интернета можно управлять не только информацией, но и вещами, которые нас окружают в повседневной жизни. Уже давно никого не удивляет объединение в одну сеть нескольких устройств (например, компьютера, планшета и смартфона) или управление через интернет промышленным оборудованием.

Что такое IoT

IoT (интернет вещей, Internet of Things) – это взаимодействие различных устройств между собой и окружающим миром, исключающее участие человека и позволяющее изменить некоторые социальные и экономические нормы.

Области применения интернета вещей

Идея обмена информацией между промышленными устройствами не нова и реализована много лет назад. Однако такие промышленные системы являются закрытыми и общаются только с устройствами, находящимися в одной с ними сети, использующими такие же протоколы и архитектуру.

IIoT выводит взаимодействие между машинами на новый уровень, поскольку он обеспечивает систему и стандарты универсальной взаимосвязи по IP (Интернет-протокол), независимо от типа устройства, выполняющего обмен.

Индустриальный (чаще промышленный) Интернет вещей

(англ. Industrial Internet of Things, IIoT) - интернет вещей для корпоративного / отраслевого применения - система объединенных компьютерных сетей и подключенных промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и программным обеспечением для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека.

Компоненты Промышленного IIoT

1. Датчики и устройства. Это основные элементы IIoT, отвечающие за сбор данных в реальном времени из различных сред. Они фиксируют такие параметры, как температура, давление, вибрация и другие. Собранная информация затем передается на облачные платформы или локальные серверы для дальнейшей обработки.

2. Средства подключения. Это то, через что происходит передача собранных данных в облако. Существует множество способов подключения, включая Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, LPWAN, Ethernet, LTE и другие. Вариант подключения зависит от специфики применения конкретного устройства.

3. Облачные вычисления. Как только данные попадают в облако или на сервер, они проходят обработку и анализ с применением мощных алгоритмов и аналитических инструментов. Этот этап может включать автоматическую отправку уведомлений или корректировку параметров датчиков без необходимости вмешательства человека. В некоторых случаях для принятия решений требуется участие пользователя, что подразумевает наличие человеко-машинного интерфейса.

4. Интерфейсы и визуализация. Для удобства пользователей разработаны интерфейсы и панели управления, позволяющие визуализировать данные и получать отчеты о состоянии оборудования и процессов. Интерфейс обеспечивают возможность ввода данных пользователем и проверки работоспособности системы. Действия, выполняемые пользователем через интерфейс, передаются в облако и далее к самим датчикам устройств.

Как работает промышленный интернет вещей

1. Устанавливаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на ключевые части оборудования:

• устройства сбора данных (sensors) - устройства, которые собирают данные о состоянии оборудования, температуре, влажности и других параметрах производства;
• система передачи данных (communication system) - система, которая передает данные от устройств сбора данных к центральному серверу;
• центральный сервер (central server) - сервер, который принимает данные от устройств сбора данных и обрабатывает их;
• программное обеспечение для анализа данных (data analytics software) - программа, которая обрабатывает и анализирует данные, полученные от устройств сбора данных;
• программное обеспечение для управления данными (data management software) - программа, которая управляет данными, полученными от устройств сбора данных.

2. Осуществляется сбор информации, которая впоследствии позволяет компании приобрести объективные и точные данные о состоянии предприятия.

3. Обработанные данные доставляются во все отделы предприятия, что помогает наладить взаимодействие между сотрудниками разных подразделений и принимать обоснованные решения.

Как промышленный интернет вещей трансформирует экономику

IIoT кардинально изменяет всю экономическую модель взаимодействия «поставщик – потребитель».

Это позволяет:

• автоматизировать процесс мониторинга и управления жизненным циклом оборудования;
• организовать эффективные самооптимизирующиеся цепочки от предприятий – поставщиков до компаний – конечных потребителей;
• перейти к моделям «экономики совместного использования»;
• позволяет не только повысить качество технической поддержки оборудования, но и обеспечить переход к новой бизнес-модели его эксплуатации, когда оборудование оплачивается заказчиком по факту использования его функций.

Внедрение сетевого взаимодействия между машинами, оборудованием, зданиями и информационными системами, возможность осуществлять мониторинг и анализ окружающей среды, процесса производства и собственного состояния в режиме реального времени, передача функции управления и принятия решений интеллектуальным системам приводят к смене «парадигмы» технологического развития, называемой также «четвертой промышленной революцией».

Условия для внедрения IIoT

Анализ мировых практик внедрения IIoT показывает, что основными сферами применения решений в сфере промышленного интернета являются производства, характеризующиеся наличием одного либо нескольких следующих важных условий:

• выпуск широкой номенклатуры продукции, использование значительного перечня комплектующих;
• потребность в повышении качества выпускаемой продукции и снижении степени брака;
• потребность в обеспечении эффективного сервисного обслуживания ранее поставленной продукции;
• потребность в снижении эксплуатационных затрат производства;
• значительная энергоемкость производства;
• сложные производственные условия;
• потребность в оперативной диагностике неисправностей технологического оборудования для снижения незапланированных остановок производства;
• потребность в обеспечении высокой производительности персонала;
• потребность в обеспечении безопасности персонала;
• необходимость системной интеграции широкого спектра.

Как внедрить промышленный интернет вещей на предприятии

• Планирование (цели и задачи) и стратегия;
• Выбор оборудования и датчиков;
• Соединение и сетевая инфраструктура;
• Разработка программного обеспечения;
• Интеграция и тестирование;
• Внедрение и масштабирование;
• Обеспечение безопасности;
• Поддержка и обслуживание;
• Использование.

Индустриальный (Промышленный)

Интернет Вещей

Сферы применения IIOT

Промышленный Интернет вещей IIOT

«Умное» городское освещение

— это система, использующая датчики, умные контроллеры и облачные платформы для автоматического управления уличными фонарями. Она оптимизирует яркость в реальном времени, сокращая энергопотребление, снижает затраты на обслуживание, повышает безопасность и служит инфраструктурой для датчиков городской среды (экология, трафик).

Промышленный Интернет вещей IIOT

«Умный» вывоз бытовых отходов

— это использование IIoT-датчиков, ИИ и аналитики данных для оптимизации сбора мусора. Датчики в контейнерах измеряют уровень наполнения, а системы автоматически строят оптимальные маршруты для мусоровозов, экономя топливо и время. Это снижает расходы на логистику и предотвращает переполнение баков. Датчики могут определять возгорание или кражу контейнера.

Промышленный Интернет вещей IIOT

«Умный» пешеходный переход

это элемент инфраструктуры «умного города» (Smart City), который использует технологии Промышленного интернета вещей (IIoT) для повышения безопасности на дорогах. В отличие от обычного IoT, ориентированного на пользовательский комфорт, IIoT-решения для переходов строятся на принципах повышенной надежности, отказоустойчивости и работы в реальном времени.

Промышленный Интернет вещей IIOT

«Умный» транспорт

IIoT может быть использован для создания интеллектуальных транспортных систем, которые обеспечивают автоматическое управление движением, оптимизацию маршрутов, контроль за состоянием транспортных средств и предотвращение аварий.

Промышленный Интернет вещей IIOT

IIoT-аварийность

- обеспечивает круглосуточный автоматизированный мониторинг критически важных зон — чердаков, подвалов, технических помещений, систем ХВС, ГВС, отопления и газоснабжения — для предотвращения аварий. Использование сети беспроводных датчиков позволяет выявлять протечки, загазованность или несанкционированный доступ в реальном времени, сокращая время реагирования и минимизируя ущерб.

детектор утечки газовой трубы IIOT

Промышленный Интернет вещей IIOT

Удаленный cбор и обработка информации с приборов энергоучета

— это автоматизированный процесс получения данных о потреблении ресурсов (электроэнергия, вода, газ, тепло) без необходимости физического присутствия контролера. Такие системы часто называют АСКУЭ (Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии) или умными счетчиками.

Устройство сбора и передачи данных со счетчиков

Промышленный Интернет вещей IIOT

Удаленный cбор и обработка информации с приборов ГВС, ХВС

— это процесс автоматизированной передачи данных со счетчиков (имеющих импульсный выход или встроенный радиомодуль) на центральный сервер для формирования отчетности и учета потребления ресурсов.

Промышленный Интернет вещей IIOT

Экологический мониторинг

обеспечивают непрерывный сбор данных по следующим критическим параметрам:

• качество атмосферного воздуха: датчики фиксируют концентрацию и мелкодисперсных частиц в местах выбросов и на границах санитарно-защитных зон.
• контроль водных ресурсов: анализ состава сточных вод, уровня pH, наличия нефтепродуктов и тяжелых металлов.
• управление отходами: «умные» контейнеры и системы отслеживания перемещения опасных отходов.
• состояние почвы: мониторинг влажности, температуры и содержания химических веществ.

Где работает Промышленный Интернет Вещей на производстве

Промышленный Интернет вещей IIOT

Электроэнергетика

IIoT используется во всех сегментах электроэнергетики: генерация, передача и распределение, сбыт, потребление. Интернет вещей улучшает контролируемость подстанций и линий электропередачи за счет дистанционного мониторинга и распределения электроэнергии по сетям. Также IIoT является основой для создания системы умных сетей, позволяющих оптимизировать расход электричества и снизить количество аварий.

Промышленный Интернет вещей IIOT

Нефтегазовая промышленность

это одна из самых ресурсоёмких и насыщенных данными, сопряженной с высоким уровнем риска. В отдельных компаниях трудятся десятки тысяч сотрудников, а цепочки поставок являются одними из самых длинных в мире. Данные поступают и собираются в самых разных форматах из множества источников, что значительно усложняет их стандартизацию и анализ.

С помощью технологий IIoT нефтегазовая отрасль может объединять машины, устройства и датчики, что способствует более эффективному управлению активами. Это позволяет снижать количество отказов оборудования, уменьшать эксплуатационные затраты и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Процесс разведки нефтяных и газовых месторождений может быть более точным благодаря сейсмическому мониторингу (4D технологии).

Промышленный Интернет вещей IIOT

Здравоохранение

– трансформируют здравоохранение, объединяя устройства, датчики и программное обеспечение для мониторинга пациентов в реальном времени, оптимизации работы больниц и управления активами. Это снижает повторные госпитализации, повышает точность диагностики и эффективность лечения. Удаленный мониторинг пациентов: носимые устройства и датчики отслеживают жизненно важные показатели (сахар, давление, ЭКГ) в режиме реального времени, передавая данные врачам.

Промышленный Интернет вещей IIOT

Сельское хозяйство

Используя инструменты IIoT, фермеры могут лучше управлять своими посевами и домашним скотом с помощью информации в реальном времени и большей точностью. Устройства IIoT можно размещать в почве для принятия решения о поливе, внесении удобрений, борьбе с вредителями, прикреплять к технике или даже носить животным для мониторинга таких условий, как температура, влажность, влажность почвы, уровни питательных веществ и поведение животных.

Промышленный датчик почвы на основе IIOT

Оценка эффективности использования IIoT

Внедрение концепции интернета вещей, будет оправдано, если это дает экономический эффект по сравнению с принятыми формами производства и бизнес-процессов. Консультанты J'son & Partners Consulting провели анализ кейсов по применению интернета вещей в различных отраслях в мире и проанализировали численные значения показателей эффективности.

Плюсы IIoT

👎 Минусы IIoT

Статистика в режиме реального времени.

Автоматизация бизнеса.

К IoT-системе легко подключить сотни умных устройств, которые будут постоянно передавать информацию между собой. Это помогает принимать взвешенные решения на основе реальных данных.

Техническая сложность внедрения.

Высокая масштабируемость.

IIoT помогает автоматизировать рутинные задачи и выявлять неэффективные процессы. Это позволяет компаниям лучше распределять ресурсы и не тратить время опытных сотрудников на второстепенные задачи.

Требует постоянного соединения с сетью.

Чем больше типов смарт-устройств нужно подключить к системе, тем сложнее ее будет разработать. Лучше начать с нескольких ключевых функций и постепенно масштабировать продукт после запуска.

Улучшенный контроль качества.

IIoT-систему можно масштабировать после запуска: расширять функциональность и внедрять новые сторонние интеграции.

IIoT-систему нужно регулярно поддерживать.

Устройства в экосистеме интернета вещей опираются на беспроводное соединение, которое должно оставаться надежным в любых условиях. Поэтому IIoT-системы нужно тщательно тестировать на протяжении всего процесса разработки. 

Повышенная безопасность персонала на производстве.

Чтобы все компоненты программного обеспечения работали исправно, систему нужно обслуживать. Техподдержка может оказаться недешевой, так что о ней не стоит забывать при первичной оценке бюджета.

IIoT-девайсы можно использовать для контроля качества товаров, в том числе пищевых продуктов и веществ, опасных для окружающей среды.

Сотрудников нужно обучить пользоваться системой.

Умные устройства, вроде датчиков движения, очень полезны в таких опасных сферах как строительство и производство. Они могут предотвращать травмы и уведомлять сотрудников об угрозах здоровью.

Ограниченная совместимость со сторонними решениями.

В зависимости от количества функций IIoT-системы, на обучение персонала может уйти много времени.

Продукты в сфере промышленного интернета вещей обычно разрабатывают с нуля. Поэтому нужно выделять время на внедрение совместимости с другими программами.

Преимущества промышленного интернета вещей (плюсы)

Улучшение эффективности производства - промышленный интернет вещей позволяет оптимизировать производственные процессы и уменьшить количество отходов.

Увеличение безопасности производства - промышленный интернет вещей позволяет быстро обнаруживать потенциальные проблемы и предотвращать аварии.

Оптимизация затрат на обслуживание оборудования - промышленный интернет вещей позволяет своевременно обнаруживать неисправности и проводить профилактику, что снижает расходы на ремонт и замену оборудования.

Улучшение качества продукции - благодаря сбору и анализу данных о производственных процессах, промышленный интернет вещей позволяет выявлять проблемы в производственной линии и принимать меры для их устранения, что улучшает качество продукции.

Оптимизация логистики - промышленный интернет вещей позволяет отслеживать перемещение грузов и оптимизировать логистические процессы, что уменьшает затраты на транспортировку и ускоряет доставку.

Улучшение управления ресурсами - промышленный интернет вещей позволяет контролировать расход энергии, воды и других ресурсов, что позволяет сократить расходы на их использование.

проблемы при внедрении промышленного интернета вещей (минусы)

• Большие затраты на внедрение - внедрение промышленного интернета вещей может быть дорогим процессом, требующим инвестиций в новое оборудование и программное обеспечение.
• Необходимость обучения персонала - для эффективного использования промышленного интернета вещей необходимо обучить персонал, что может занять значительное время и стоить дополнительные затраты.
• Проблемы с конфиденциальностью данных - сбор и передача большого количества данных может привести к проблемам с конфиденциальностью и безопасностью данных.
• Необходимость совместимости с существующим оборудованием - для внедрения промышленного интернета вещей необходимо убедиться, что новое оборудование совместимо с уже существующим.

Промышленный интернет вещей — одна из самых перспективных ниш, которая открывает новые горизонты для современных бизнес моделей. Тот факт, что парк IoT-устройств в России продолжает расти, подтверждает: рынок требует эффективных технологических решений. Сейчас все больше компаний начинают внедрять IIoT, чтобы автоматизировать бизнес, повысить производительность и выручку.