Het Industrial Internet of Things (IIoT) wordt gedefinieerd als een reeks apparaten en toepassingen waarmee grote organisaties een eind{0}}tot-verbonden omgeving kunnen creëren, van de kern tot de rand. Het omvat ook traditionele fysieke infrastructuur, zoals containers en logistieke vrachtwagens, om gegevens te verzamelen, op gebeurtenissen te reageren en beter geïnformeerde beslissingen te nemen met behulp van slimme apparaten.
Het Industrial Internet of Things (IIoT) is een uitbreiding van het Internet of Things (IoT) en kent vele toepassingen in de consumentenruimte. IoT-gebruiksscenario's omvatten bijvoorbeeld slimme apparaten voor thuisgebruik, zoals Amazon Echo, die Alexa-spraakherkenning gebruiken om de verlichting op afstand uit te schakelen.
Bij industriële activiteiten is de technologie op grote-schaal commercieel toegepast in omgevingen met een complexe infrastructuur en grote apparatuur. Industrieel IoT kan daarentegen verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC) in een fabriek op afstand beheren. Dit is slechts één industrieel IoT-gebruiksscenario voor het stroomlijnen en verbeteren van het beheer van bedrijfsactiviteiten.
Hoe werkt Industrieel IoT?
Industrieel IoT is een subcategorie van IoT waarin bedrijven opnieuw definiëren hoe ze industriële gegevens kunnen verbinden, monitoren, analyseren en erop kunnen reageren om de kosten te verlagen en de groei te stimuleren.
Het idee achter Industrial IoT is om de gegevens te gebruiken die door de jaren heen zijn gegenereerd door ‘domme apparaten’ in industriële faciliteiten. Intelligente machines aan de lopende band kunnen niet alleen gegevens sneller vastleggen en analyseren, maar ze kunnen ook sneller belangrijke informatie communiceren, waardoor zakelijke beslissingen sneller en nauwkeuriger kunnen worden genomen.
De integratie van informatietechnologie (IT) en operationele technologie (OT) drijft het industriële internet der dingen aan. Het is een netwerkmatrix die apparaten met apparaten verbindt, gegevens verzamelt via sensortechnologie, deze analyseert en deze rechtstreeks integreert in platforms die als services fungeren. Industrieel IoT zal een nieuw tijdperk van industriële toepassingen inluiden met veel mogelijkheden voor economische expansie.
Industrieel IoT verzamelt grote hoeveelheden veldgegevens vanaf de fabrieksvloer, verzendt deze via verbonden knooppunten, analyseert deze op servers en transformeert de informatie in bruikbare inzichten op een cloudplatform. Dit moedigt bedrijven aan betere beslissingen te nemen voor hun specifieke markten en doelgroepen. Met andere woorden: Industrial IoT is een systeem dat edge-apparaten zoals actuatoren, sensoren, controllers, connected switches, gateways en industriële personal computers (IPC's) met de cloud verbindt.
Hoe zijn Industrie 4.0 en Industrial IoT met elkaar verbonden?
Industrie 4.0 is een product van de vierde industriële revolutie. De vierde industriële revolutie wordt gedefinieerd als de integratie van traditionele geautomatiseerde productie met industriële processen die worden aangedreven door slimme technologieën en autonome communicatieapparatuur.
De term ‘Industrie 4.0’, afgekort als I4.0 of I4, ontstond in 2011 als een initiatief van de Duitse overheid dat de afgelopen twintig jaar krachtig heeft gepleit voor de digitalisering van industriële processen.
Zoals beschreven door de Boston Consulting Group is het Industrial Internet of Things (IoT) de belangrijkste pijler van Industrie 4.0, naast additive manufacturing of 3D-printen, augmented reality (AR), autonome robotica, big data-analyse, cloud computing, cybersecurity, horizontale en verticale systeemintegratie en simulatie. Dit komt door de autonome communicatie tussen machines en gedecentraliseerde digitale omgevingen die in staat zijn automatisch problemen op te lossen waarvoor voorheen menselijke tussenkomst nodig was.
Industrie 4.0 omvat het industriële internet der dingen, digitalisering en duurzaamheid van bedrijven in een bredere context. Industrieel IoT is de drijvende kracht achter Industrie 4.0, zonder welke er geen Industrie 4.0 zou zijn. Met andere woorden: Industrieel IoT is beperkt tot datadetectie, datatransmissie, databerekening, dataverwerking en domein-specifieke slimme toepassingen.
Architectuur van het industriële internet der dingen
Een typische industriële IoT-architectuur beschrijft de opstelling van digitale systemen zodat ze samen netwerk- en dataconnectiviteit bieden tussen sensoren, IoT-apparaten, dataopslag en andere lagen. Daarom moet een industriële IoT-architectuur over het volgende beschikken.
1. IoT-apparaten aan de rand van het netwerk
Dit zijn groepen netwerkobjecten die zich aan de rand van het IoT-ecosysteem bevinden. Deze bevinden zich zo dicht mogelijk bij de locatie van de gegevensbron. Dit zijn doorgaans draadloze actuatoren en sensoren in industriële omgevingen. Een verwerkingseenheid of klein computerapparaat en een verzameling observatie-eindpunten. Edge IoT-apparaten kunnen traditionele apparaten in brownfield-omgevingen omvatten, camera's, luidsprekers, sensoren en andere meters en monitoren.
Wat gebeurt er aan de meest afgelegen rand van het netwerk? Sensoren nemen gegevens uit hun omgeving en de items die ze monitoren, en transformeren de informatie vervolgens in statistieken en cijfers die IoT-platforms kunnen analyseren en omzetten in bruikbare inzichten. Actuatoren controleren de processen die plaatsvinden in de waargenomen omgeving. Ze veranderen de fysieke omgeving waarin de gegevens worden gegenereerd.
2. Edge-gegevensbeheer en initiële verwerking
Zonder hoge- kwaliteit kunnen enorme hoeveelheden gegevens, geavanceerde analyses en kunstmatige intelligentie hun volledige potentieel niet verwezenlijken. Gegevensverwerking is zelfs op sensorniveau mogelijk.
In dit opzicht biedt edge computing het snelste antwoord, omdat gegevens voor-worden verwerkt aan de rand van het netwerk, bij de sensor zelf. Hier kunnen digitale en geaggregeerde gegevens worden geanalyseerd. Zodra relevante inzichten zijn verzameld, is het mogelijk om door te gaan naar de volgende fase in plaats van alle verzamelde informatie te verzenden. Deze extra verwerking vermindert de hoeveelheid gegevens die naar het datacenter of de cloud wordt verzonden.
3. Cloud voor geavanceerde verwerking
Edge-apparaten zijn beperkt in hun voorverwerkingsmogelijkheden. Hoewel de rand zo dichtbij mogelijk is gebracht om het verbruik van lokale rekenkracht te beperken, zullen gebruikers de cloud moeten gebruiken voor diepere en grondigere verwerking.
En op dat moment moet er een keuze worden gemaakt of prioriteit wordt gegeven aan de wendbaarheid en directheid van edge-apparaten of aan de geavanceerde inzichten van cloud computing. Op de cloud-gebaseerde oplossingen kunnen een grote hoeveelheid verwerkingsprocessen uitvoeren. Hier kunnen gegevens uit verschillende bronnen worden samengevoegd en inzichten opleveren die aan de edge niet beschikbaar zijn.
In de context van een industriële IoT-architectuur zal de cloud dat wel hebben.
Naven:Naast telemetrie en apparaatcontrole biedt het veilige koppelingen met veldsystemen. Indien nodig kan de hub externe connectiviteit bieden met lokale systemen op meerdere locaties. Het onderhoudt alle communicatie-elementen, zoals verbindingsbeheer, beveiligde communicatiekanalen en apparaatauthenticatie en -autorisatie.
Opslag:Wordt gebruikt om informatie op te slaan voor en na verwerking.
Analyse:Draagt bij aan de verwerking en analyse van gegevens.
Gebruikersinterface:Biedt visualisatie van de analyseresultaten die aan de eindgebruiker worden geleverd, meestal via een webbrowserinterface, maar ook via e-mail, sms en telefonische waarschuwingen.
4. Internetgateway
Hier worden de sensorgegevens verzameld en omgezet in digitale kanalen voor verdere verwerking bij de internetgateway. Nadat de geaggregeerde en gedigitaliseerde gegevens zijn verzameld, verzendt de gateway deze via internet, zodat deze verder kunnen worden verwerkt voordat ze naar de cloud worden geüpload. De gateway blijft onderdeel van het edge-gegevensverzamelingssysteem. Het grenst aan actuatoren en sensoren en voert de initiële gegevensverwerking aan de rand uit.
Gateways kunnen zowel als hardware als als software worden ingezet.
Hardware:Hardwaregateways zijn autonome apparaten. Biedt bekabelde (analoge en digitale) en draadloze interfaces voor downstream-sensorconnectiviteit. Er is ook een internetverbinding beschikbaar, lokaal of via een standaardlink naar een router.
Software:Op een pc kan een softwaregateway worden geïnstalleerd in plaats van verbinding te maken met een hardwaregateway. De software draait op de achtergrond of voorgrond en biedt upstream- en downstream-communicatieverbindingen als hardware-toegangspunten, waarbij de pc de fysieke interface levert. De op software-gebaseerde gateway biedt toegang tot vision-sensorinstellingen en presentatie van sensorgegevens via de gebruikersinterface.
5. Verbindingsprotocollen
Voor het verzenden van gegevens via industriële IoT-systemen zijn protocollen vereist. Deze protocollen zouden idealiter sector-standaard, goed-gedefinieerd en veilig moeten zijn. De protocolspecificatie kan de fysieke kenmerken van de verbinding en bedrading bevatten, de procedure voor het tot stand brengen van het communicatiekanaal en het formaat van de gegevens die via dat kanaal moeten worden verzonden.
Enkele veel voorkomende protocollen die worden gebruikt in industriële IoT-architecturen zijn onder meer:
Geavanceerd Message Queuing Protocol (AMQP):Dit is een verbindings-geleid, bi-directioneel, gemultiplext, compact data-gecodeerd berichtenprotocol. In tegenstelling tot HTTP is AMQP gebouwd voor IIoT-georiënteerde cloudconnectiviteit.
MQ-telemetrietransport (MQTT):Dit is een compact client-server-berichtenprotocol. MQTT geeft de voorkeur aan IIoT-apparaten vanwege de korte berichtframegrootte en de minimale coderuimte.
Beperkt toepassingsprotocol (CoAP):Dit is een datagramgeoriënteerd protocol dat kan worden ingezet via de transportlaag, inclusief User Datagram Protocol (UDP). CoAP is een gecomprimeerde versie van HTTP ontwikkeld voor IIoT-vereisten.
6. Industriële IoT-platforms
Industriële IoT-systemen zijn nu in staat om activiteiten in de hele waardeketen te coördineren, monitoren en controleren. Deze platforms controleren apparaatgegevens en beheren analyses, datavisualisatie en kunstmatige intelligentie (AI)-taken voor edge-apparaten en, in sommige gevallen, sensoren rechtstreeks naar de cloud en terug.
De Industrial Internet Reference Architecture (IIRA) kan worden gebruikt als referentie voor het ontwikkelen van complexe systemen in de industriële IoT-ruimte. Over het algemeen pleit het IIRA-raamwerk ervoor dat organisaties raamwerken ontwerpen met behulp van een systeembenadering die feedback en iteratie omvat. Daarnaast beveelt het aan om industriële IoT-ontwerpen aan te passen voor specifieke bedrijfssectoren, zoals energie, gezondheidszorg, transport en overheidsgebruik.
Voordelen van industrieel IoT
Industrieel IoT biedt de volgende voordelen.
1. Verhoogde efficiëntie
Het grootste voordeel van Industrial IoT is het vermogen om bedrijven te helpen bij het automatiseren en zo de operationele efficiëntie te maximaliseren. Bovendien kunnen fysieke apparaten worden aangesloten op softwareoplossingen via sensoren die de prestaties continu monitoren. Hierdoor kunnen organisaties de operationele efficiëntie van specifieke apparaten en volledige wagenparken beter begrijpen. Bovendien maakt industriële IoT data-gestuurde besluitvorming- en monitoring op afstand van alle productieprocessen mogelijk.
2. Verhoog de productie
Door het apparaatgebruik te vergroten, kunnen organisaties met IoT-productieprocessen hun productiviteit verhogen. Zoals eerder vermeld, bieden netwerkapparaten een continue stroom gegevens die inzicht kunnen geven in de werking van apparatuur. Dit kan de algehele efficiëntie van de apparatuur verbeteren en de prestaties van de machine tijdens de looptijd maximaliseren. Bovendien verbetert het gebruik van industriële IoT-apparaten de benutting van menselijk kapitaal. Slimme apparaten kunnen worden gebruikt om alledaagse, repetitieve en gevaarlijke activiteiten uit te voeren, waardoor werknemers vrijkomen voor andere, meer strategische productie-gerelateerde taken.
3. Fouten verminderen
Het gebruik van industriële IoT dwingt bedrijven hun productieactiviteiten te automatiseren. Door de menselijke factor uit industriële activiteiten te elimineren, worden de inefficiënties geëlimineerd die ervoor zorgen dat defecte producten de lopende band verlaten. Met minder kwaliteitsgebreken verbetert de winstgevendheid van een bedrijf dankzij een grotere klanttevredenheid en merkherkenning.
4. Vereisten voor voorspellend onderhoud
Voorspellend onderhoud is een strategie om defecten aan activa te voorkomen door productiegegevens te analyseren om patronen te ontdekken en dreigende problemen te voorspellen.
Integratie van industriële IoT-sensoren in industriële apparatuur maakt conditie-gebaseerde managementmeldingen mogelijk. Deze sensoren registreren de temperatuur, vochtigheid en andere omgevingsvariabelen in het werkgebied, evenals de samenstelling van materialen en hoe transportfactoren het transport hebben of zouden kunnen beïnvloeden. Al deze gegevens zijn nuttig voor voorspellend onderhoud. Als gevolg hiervan kunnen defecten aan bedrijfsmiddelen worden vermeden, de kosten worden verlaagd en de stilstand van de machine worden geminimaliseerd.
5. Zorg voor de veiligheid van werknemers
Slimme productie zorgt voor meer veiligheid, waarbij alle industriële IoT-sensoren samenwerken om de veiligheid van werknemers en werkplekken te bewaken. Een geïntegreerd veiligheidssysteem beschermt de werkplek, de productielijn en het personeel. Bij een incident kan de hele vestiging op de hoogte worden gebracht, kunnen activiteiten worden stopgezet en kan het senior management bemiddelen om het probleem op te lossen. Het incident kan ook nuttige informatie opleveren die kan worden gebruikt om herhaling in de toekomst te voorkomen.
6. Besparing op energiekosten
Industriële activiteiten zijn een belangrijke bron van de mondiale energievoorziening, wat schadelijk is voor de duurzaamheid en het algehele bedrijfsresultaat. Continue monitoring van systemen met behulp van sensoren en kleine apparaten kan inefficiënties aan het licht brengen die tot verspilling leiden. Dit omvat niet alleen monitoringapparatuur, maar ook geïntegreerde handelingen zoals het regelen van de temperatuur, het waterverbruik, de luchtvochtigheid en de verlichting van apparatuur. Bovendien verbruiken sensoren, dankzij de vooruitgang in IoT-technologie, minder energie, wat zeker een zegen is.
7. Verbeter de buitendienst en klantervaring
Industrieel IoT kan de levering van buitendienst helpen verbeteren. Het wordt bepaald door aspecten als tijd, context en betrokkenheid van technici bij een bepaalde serviceactiviteit. Industrieel IoT maakt ook real-datazichtbaarheid mogelijk. Dit betekent dat Original Equipment Manufacturers (OEM's), eindgebruikers en andere geïnteresseerde partijen zich bewust zullen zijn van de risico's en moeilijkheden die zich voordoen, wat resulteert in een positieve ervaring.
Voorbeelden van industrieel IoT
Van de detailhandel tot de productie: de meest opvallende industrieën en bedrijven hebben op de een of andere manier gebruik gemaakt van het industriële IoT. Hier zijn enkele opmerkelijke voorbeelden van industrieel IoT met positieve bedrijfsresultaten:
1. PepsiCo gebruikt industrieel IoT voor het volgen van activa
Ingebouwde industriële IoT-componenten in transport, wagenpark en verpakking kunnen helpen de inventaris van begin tot eind bij te houden. Het moet ook een evenwicht bewaren tussen vraag en aanbod door de voorraadniveaus te volgen. pepsiCo is een voorbeeld van een bedrijf dat gebruik maakt van deze industriële IoT-use case. Het maakt gebruik van een aantal technologieën om zich aan te passen aan de marktvraag, de zichtbaarheid van voorraadsystemen te beheren en de bevoorradingsregels automatisch aan te passen.
2. BMW gebruikt Industrial IoT om een digitale tweeling van zijn producten te creëren.
Een digital twin is een industriële IoT-toepassing waarbij een complexe verzameling sensoren wordt gebruikt om een nauwkeurige simulatie van een product of productieomgeving tot in de kleinste details en fysieke kenmerken op te bouwen. BMW maakt gebruik van industriële IoT, kunstmatige intelligentie (AI) en meeslepende technologieën om een digitale replica te bouwen van het gehele productieproces van een fabriek. Hierdoor kunnen organisaties producten ontwikkelen, evalueren en optimaliseren in een echte- omgeving, zonder de bijbehorende kosten of risico's.
3. Larsen & Toubro (L&T) gebruikt industrieel IoT voor monitoring op afstand en kostenbesparingen
De energie- en nutssectoren maken gebruik van grote operationele infrastructuren, soms in gevaarlijke omstandigheden die niet geschikt zijn voor handmatige bediening. In deze situaties kunnen industriële IoT-apparaten kritische operationele gegevens verzamelen en verzenden zonder de aanwezigheid van een menselijke operator. L&T zet bijvoorbeeld een op afstand bewaakt groen waterstofstation in in Gujarat, India. Met behulp van industriële IoT kan L&T de operationele en energiekosten verlagen en relevante inzichten verkrijgen in het functioneren van de energiecentrale.
4. Een Ierse distilleerderij gebruikt industrieel IoT voor milieumonitoring
De voedingsmiddelen- en drankenindustrie is sterk afhankelijk van het vermogen om producten onder ideale omgevingsomstandigheden te produceren en op te slaan. Industriële IoT-systemen kunnen veranderingen in het milieu monitoren en floormanagers waarschuwen voor productdegradatie voordat deze zich voordoet. Distilleerderijen die alcoholische dranken produceren zijn een ideaal voorbeeld van industrieel IoT omdat ze in kwetsbare omgevingsomstandigheden opereren. Distilleerderijleverancier Frilli heeft onlangs industriële IoT-technologie ingezet voor een Iers drankenmerk om automatisering, efficiëntie en harmonisatie van processen te bieden.
5. Airbus maakt gebruik van het industriële iot-platform van Bosch om slimme fabrieken te creëren
Airbus probeert storingen te elimineren door industriële IoT-sensoren te integreren in machines en apparatuur op de productievloer en door werknemers te voorzien van draagbare apparaten zoals een industriële slimme bril. Een fout in het proces kan de organisatie miljoenen dollars kosten om te corrigeren. Airbus gebruikt digitale intelligentie om de activiteiten te optimaliseren en de productiviteit te verhogen na een samenwerking met Bosch om de Fabriek van de Toekomst te lanceren.
Tegenwoordig is Industrial IoT een basisproduct voor grote ondernemingen en een van de belangrijkste aanbiedingen van grote cloudproviders zoals Microsoft en Amazon Web Services (AWS). Industrial IoT breidt geavanceerde data-analyse en cloudmogelijkheden uit naar industriële toepassingen zoals apparatuuronderhoud, fabrieksactiviteiten, supply chain management en personeelsveiligheid. Gegevens van industriële IoT-platforms kunnen zelfs helpen bij het simuleren en testen van producten in digitale omgevingen, waarbij digitale en fysieke systemen naadloos worden geïntegreerd om de industriële resultaten exponentieel te verbeteren.