Постоянно происходит все большее усложнение технологий и расширение их функциональности. Сейчас «умные устройства» и робототехника все чаще перехватывают эстафету у человека на выполнение обыденных, нудных и относительно простых действий. Какую только сферу жизни не взять, везде используется автоматика: уборка помещений, стирка, приготовление пищи, контроль температуры, управление производственными процессами, регуляция потоков транспортного и людского движения. И это перечислена только часть глобального применения «умных» технологий.
Каждая система автоматизации обычно контролирует только один фактор. Но часто, для получения полноценного результата требуется комплексное взаимодействие отдельных частей, что и достигается системами интернета вещей (IoT). Примером может послужить дорожное движение, а конкретно специальные случаи его использования. Обычно, регуляция транспортного потока зависит только от нагрузки. Дважды или трижды в день дается преимущество по времени людям, в местах их пересечения с автотранспортом. В остальные периоды паузы сокращаются, чтобы ускорить движение машин. Обычное время изменения – утром, в обед и вечером, когда персонал спешит на работу или домой, а дети перемещаются между жильем и школами или садиками. Так вот, изредка требуется организовать «зеленую улицу» для транспорта специального назначения. В движении машина сообщает свои координаты дорожным системам, которые производят логичное переключение регулирующих сигналов, чтобы ускорить ее прохождение участка пути. Причем делается это в зависимости от текущей загруженности дороги и времени дня.
Объединение различных автоматизированных систем не заканчивается приведенным примером. Они используются практически везде, где нужны управляющие технологии — дома, на производствах, в медицине, сельском хозяйстве и животноводстве. Применяется взаимодействие различной аппаратуры и в сфере деятельности силовых структур, спасательных служб, а также правительственных организаций.
Особый интерес представляют сети Internet of things (IoT) или промышленный интернет вещей. Раньше, изготовить любой предмет быта или механизм можно было в приблизительных размерах и кустарно. Конвейерное производство же, множества однотипных товаров подразумевает точное их совпадение по характеристикам. Ведь, в сущности, вся современная продукция состоит из комплекса деталей или элементов, которые должны обладать едиными параметрами для своего типа, в целях последующего получения единообразного результата в итоговом выпуске продукта. В свою очередь, сама конструкция и способы ее монтажа требует планирования по материалам и количеству.
В общем виде взаимосвязь определяется так: человек создает при помощи компьютера схему изготовления деталей и общей их сборки в одну конструкцию. Далее эта информация поступает на станки, которые начинают выполнять заданные с ее помощью программы. Каждый производящий аппарат, в свою очередь отправляет периодические отчеты о том, сколько уже изготовлено деталей, их точные характеристики и количественное соотношение брака/готовой продукции. Общий объем информации дает направление внесения изменений людьми в цикл производства, для его оптимизации.
Кроме перечисленного, для общего взаимодействия на предприятии курсирует множество информационных потоков от различного оборудования. Транспортные системы отчитываются о доставке исходных материалов и отгрузке продукции, аварийные комплексы сообщают о возможных чрезвычайных ситуациях, производится контроль действия персонала и расчеты по оплате его труда, в зависимости от выработки, регулируется общая температура помещений и работа систем вентиляции. Все это может выполняться в автоматическом режиме, с использованием IoT.
Интернет вещей применяется не только в машиностроительных предприятиях. Заменив «станки» на «скот» или «растения», с принятием во внимание, что результатами производства будут натуральные продукты, можно понять, как используется технология передачи данных в сфере животноводства и сельского хозяйства. Конечно с учетом того, что живые организмы не выполняют схемы, но требуют кормления и ухода для получения результата.
В разрезе производства, промышленный интернет вещей и робототехника носят общее название Industrial Internet of Things или Iiot. Используемые технологии связи, практически ничем, кроме повышенных требований к их надежности, не отличаются от применяемых в «умных домах». На программном уровне сети используются протоколы TCP/IP, WiFi, MQTT, CoAP, DDS, STOMP, AMQP. Аппаратная составляющая представлена коммуникационными устройствами, их поддерживающими, с различными технологиями передачи информации.
Сами узлы сети делятся по функциональным возможностям и сфере применения. Это датчики, контроллеры, сервера и управляющие станции. Соответственно, могут различаться и применяемые протоколы, для связи между ними. Существуют их варианты, как верхнего уровня, так и транспортные. Некоторые могут выполнять обе эти функции, к примеру, такие, как MQTT.
Для соединений — датчик обычно применяется DDS. Транспортом его служат UDP соединения, которые относятся к широковещательным протоколам и лежат в основе интернета. Для взаимодействия конечных узлов между собой используется схема разделения их на условных «издателей» и «подписчиков». Первые помещают свои данные на центральный узел, их объединяющий, вторые считывают интересующую точку сети информацию.
С целью передачи сведений с датчика или центрального узла с сервером применяются CoAP, MQTT, XMPP или STOMP. Все это также сети верхнего уровня с транспортной основой UDP, кроме MQTT, который использует для соединения TCP/IP. К тому же существует его вариант, предназначенный для меж узловой коммуникации — MQTT-SN. Разница во всех протоколах обмена между сенсором или узлами с сервером — в структуре передаваемых пакетов. Зачастую используются подмножества XML формата.
Сервера между собой соединяются или по чистому TCP/IP или по протоколу уровнем выше — AMQP. Функциональность которого обеспечивается специальным брокером сообщений, обеспечивающим маршрутизацию пакетов и успешную их доставку получателям.
Что касается соединения сервера с управляющей станцией — здесь по праву находится транспортный протокол TCP/IP с использованием HTTP. Именно по-последнему идет взаимодействие между человеком и всем комплексом устройств, подключенных к одному или группе серверов.
Конечно, для использования подобного обмена требуется наличие определенной «логики» у всех узлов сети, что обеспечивается широким использованием микроконтроллеров. В своей основе, они маленькие, но полнофункциональные компьютеры, объединяющие на своей плате микропроцессор, все виды памяти и места хранения информации, а также управляющие вводом — выводом электронные решения. Причем все это может находится в единой микросхеме. Достаточно вспомнить относительно универсальный контроллер — Arduino или похожие на него STM, TI MSP430, Netduino, Teensy, Particle Photon, ESP8266.
Конечно, характеристики такого мини-компьютера далеки от больших собратьев, но они вполне достаточны для управления различным оборудованием, а также сбора и передачи информации.
Начальной и конечной точкой любого производства всегда служит планирование. Приобретение начальных ресурсов, расчет объема продаж, распределение стимулирующих фондов — все это те вопросы, которые им решаются. Если смотреть на автоматизацию через призму интернета вещей, то тут выходит на первый план взаимодействие между людьми и техникой. Информация, необходимая для планирования производства должна поступить в удобной форме оператору. В свою очередь его решения обязаны быть переданы на контрольные узлы и точки IoT сети.
Среди обрабатываемой информации идут объемы купленных и имеющиеся ресурсов на складах, количество выполненной продукции, запросы покупателей, сведения о движении денег и общая производительность. Все эти данные сводятся в наглядный вид системами ERP, что расшифровывается английским Enterprise Resource Planning или русским — планирование ресурсов предприятия. В идеале, изначальная информация собирается и передается автоматически, через сети интернета вещей. Решения оператора преобразуются в понятный исполняющим контурам язык (программы для станков, указания для персонала) и отправляются получателям с помощью IioT.
Можно привести множество примеров применения технологии IioT в различных производствах. Их объединяет только одно — знание точной информации на каждом этапе создания продукта дает возможность сократить риски и ускорить сам процесс получения результата.
Машиностроение и производство механизмов подразумевает автоматизацию работы отделов ПТО, создания схем оборудования, программ для станков на их основе, контроль размеров продукции и ее вида. Также важна точность соединения деталей, количественное соотношение брака и готовых изделий. Не лишним для производства индустриальным методом вещей будет информация об имеющихся ресурсах. Все это обеспечивается в рамках IoT, с последующим ускорением всех этапов создания продукции и уменьшением количества сбоев.
Отличия от машиностроительных производств в данном случае минимальны. Любой автотранспорт состоит из множества деталей, сборку которых производят вручную или с использованием робототехники. Этапы изготовления включают монтаж автомобиля, последующую покраску и испытания ходовой части. Использование датчиков, производящих контроль всех последовательностей процесса сборки грузовика, трактора, мототехники, легковой машины или экскаватора позволит выпускать более качественный финальный продукт. Важна и связь между узлами проведения тестирования и отделами ИТР предприятия, в которые стекаются итоговые данные, что и относится к сфере применения промышленного интернета вещей.
Не стоит забывать и о роботизированной сборке. Как раз в этом случае важно, по возможности напрямую, передавать программы, управляющие сборочной линией от отделов АСУ и ПТО предприятия. Также необходимо производить контроль ее работы, с целью оптимизации и внесения необходимых изменений. Для чего используются показания датчиков и систем видеонаблюдения.
Производства, на которых создается чувствительный к качеству изготовления воздушный и космический транспорт требуют и большей автоматизации. В таких случаях контроль каждой детали абсолютно важен, а сборка производится без людей, с целью исключения «человеческого фактора» вызывающего последующий выход ее из строя в случае ошибки работника. Кроме того, воздухоплавательная техника, еще на этапе проектирования, в разрезе места, где используется промышленный интернет вещей и робототехника, проходит компьютерную симуляцию. То есть, еще в процессе проектирования выполняется расчет поведения готового продукта в конкретных условиях. Речь идет о подъемной силе, критичных характеристиках двигателя, сопротивляемости воздействиям (напору воздуха, вакууму, температурам, погодным и форс-мажорным факторам).
Важна и температура сборочных помещений, которая контролируется непосредственно электроникой. Естественно, все этапы производства необходимо объединить в единую сеть обмена управляющими командами и данными от сенсоров, что позволит, в общем, функционировать подобной системе.
Здесь применение промышленных сетей IoT оправдано в контроле поставок и качества полученного натурального продукта. К тому же, специально ориентированные датчики могут проверять условия производства — влажность земли, ее минеральное насыщение, погоду, температуру животных. Возможности интернета вещей для сельского хозяйства этим не ограничиваются. Использование сети передачи данных позволяет контролировать перемещение животных, их кормление или системы полива и внесения удобрений в почву.
Для подобных производств используются как роботизированные линии, так и человеческий труд. Изначально создается электронная схема, которая должна быть еще до момента физического исполнения пройти симуляцию, подтверждающую ее работоспособность. Уже на ее основе создаются планы ручной сборки или программное обеспечение для станков. Само производство происходит в чистых помещениях с контролируемой влажностью и температурой. После изготовления, каждая схема проходит тестирование. Все это в комплексе требует перемещение информации с одного этапа производства на другой, что и выполняется сетями интернета вещей.
Применение промышленных сетей связи в медицине только начинается. Они стали необходимы для планирования общей функциональности оздоровительных учреждений. Среди контролируемых факторов — сами пациенты и их здоровье, мониторы состояния, аппаратура поддержки жизни или терапевтическое оборудование, наличие лекарств и продуктов, а также обеспеченность персонала средствами защиты. Важна в медицине, и регуляция температуры воздуха в помещениях, с постоянной поддержкой необходимой стерильности.
Оправдано применение интернета вещей и в фирмах, осуществляющих транспортировку. Знание о количестве топлива, техническом состоянии автомобиля, его координатах в текущий момент и загруженности, может быть получено от комплекса датчиков. Данные от которых отправляются отделам ИТР подобных предприятий. В зависимости от полученной информации меняются маршруты передвижения на более короткие, что снижает потребление топлива и общий износ техники. Кроме того, возможностями IoT осуществляется передача данных о ремонтных ресурсах. Все это вместе позволяет снизить общие расходы и увеличить скорость выполнения заказов на транспортных предприятиях.
(средняя: 5,00)
Загрузка...
