Связанные одной сетью: зачем производству нужны технологии промышленного интернета вещей

Содержание:

• Как приходят данные
• Основа интернета вещей
• Замещение всему голова
• IoT пока не определился
• Теперь все стандартно
• В поисках киберфизиков

Как приходят данные

На первый взгляд может показаться, что промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT) от обычного интернета вещей (IoT) мало чем отличается. По структуре они действительно схожи.

Есть периферия – датчики и автоматизированные устройства, которые, будучи подключенными к интернету, собирают и передают данные, а также выполняют удаленные команды. Есть программное обеспечение (ПО) с пользовательским интерфейсом – они позволяют на расстоянии вплоть до тысяч километров (было бы подключение к Сети) получать актуальные данные с этих самых датчиков и принимать решения. И, разумеется, инфраструктура между ними, которая и обеспечивает такие возможности: защищенная телеком-сеть, серверное и диагностическое оборудование, системы автоматизации.

Российская горно-металлургическая отрасль взяла курс на цифровизацию

«Интернет вещей является связующим звеном между операционными (OT) и информационными (IT) технологиями, – поясняет «Профилю» директор Ассоциации интернета вещей Андрей Колесников. – IoT дает объективные данные «с земли», без которых невозможно принимать осознанные решения в части управления промышленным производством. Элементы управления «на земле» (например, реле, двигатели, задвижки и т. д.) дают возможность оркестрации производственным циклом в реальном времени».

Промышленные IoT-системы от обычного интернета вещей отличаются двумя основными параметрами – во-первых, масштабность и комплексность, во-вторых, значимость результата. Датчики и IoT-устройства в промышленности работают с гораздо большим числом типов данных (да и объемы этих данных тоже заметно выше), которые необходимо сводить между собой. Соответственно, сложнее ПО, работающее с этими данными.

Что же касается результата, то от решений, принятых на основе этих данных, и от грамотной автоматизации зависят многомиллионные и даже миллиардные производства. Цена ошибки крайне высока, а значит, и работать такие технически сложные IIoT-системы должны безукоризненно. Что же конкретно они делают?

Три кита IoT

Говоря об интернете вещей – промышленном или любом другом, – нельзя забывать о трех китах, на которых он стоит и без которых не может существовать.

Первый – связь. Много говорилось о перспективности 5G в построении IoT-систем, но пока интернет вещей в основном работает на базе самостоятельных протоколов NB-IoT и LoRaWAN. Они весьма энергоэффективны и при этом позволяют постоянно передавать небольшие потоки данных в обе стороны.

Второй – работа с данными. В современном IIoT активно применяются механики Data Science и различные алгоритмы искусственного интеллекта. Без них получить преимущество перед конкурентами почти нереально.

Наконец, третий – безопасность. Надо ли говорить, что информация в промышленности крайне чувствительна, иногда в ней фигурируют персональные данные сотрудников и клиентов. А значит, и защита в IoT-системах должна строиться соответствующая.

Основа интернета вещей

Как рассказали «Профилю» в пресс-службе «Газпром нефти» – компании, которая активно внедряет различные цифровые технологии на своих производствах, – на рынке уже представлены десятки датчиков и систем IIoT. Они предназначены для автоматизации процессов, помогают экономить электроэнергию, предупреждают поломку техники и даже прогнозируют потребности клиентов для настройки оптимальных режимов работы оборудования.

Ума палаты: под интеллектуальный дом подведут фундамент стандартов

В сфере железнодорожного транспорта интернет вещей – самый короткий путь для изменения моделей обслуживания. «Сейчас большая часть данных об инфраструктуре, подвижном составе и логистических цепочках находится в слепой зоне либо собирается разрозненно. Не видя полную картину, сложно оптимизировать процессы, – объясняет пресс-служба РЖД. – Для оптимизации процессов и применения принципиально новых подходов к обслуживанию инфраструктуры и подвижного состава необходимы актуальные и достоверные данные об объектах, и проще всего это сделать при помощи интернета вещей».

Представитель РЖД также отметил, что внедрение IIoT-систем позволяет увеличить выработку ресурса: оборудование меняется не по регламенту, а по фактическому состоянию, снижается количество непредвиденных отказов.

Именно это и является базовой задачей IIoT. Создание киберфизической системы (объединяет реальные рабочие устройства в виртуальную сеть, то есть основа интернета вещей) позволяет изменить подход к взаимодействию с инфраструктурой, перейти от регламентного управления к фактологическому, подкрепленному реальными данными. Это особенно важно для крупных промышленных и транспортных корпораций: имея гигантскую инфраструктуру в разных частях страны, без помощи IIoT-систем эти данные собирать крайне сложно, в некоторых случаях – невозможно.

В зависимости от задач и доступных ресурсов IIoT-система корпорации может быть расширена. На производствах к интернету подключаются индустриальные роботы, в строительстве – промышленные 3D-принтеры, в транспортной и логистической индустриях – транспортные средства. Создается цифровой двойник – виртуальная копия индустриальных бизнес-процессов, обновляемая в реальном времени на основе IIoT-датчиков. Теоретически усложнять систему можно до предела, пока абсолютно все процессы не будут интегрированы в единую сеть.

Замещение всему голова

В середине января аналитическая компания TelecomDaily представила отчет о развитии IIoT в России, включающий в себя рынки оборудования, специализированного ПО и профильных услуг. По итогам 2023 года российский IIoT-сегмент оценивается в 144,4 млрд рублей, что на 5% больше, чем в 2022-м (тогда он упал на 11% год к году). По прогнозам аналитиков, в следующие несколько лет рост ускорится, и к 2026-му объем рынка должен достичь 188,9 млрд рублей.

Эксперты и компании, с которыми «Профиль» обсудил перспективы IIoT-рынка России, отмечают, что его основным драйвером и трендом по-прежнему является импортозамещение. «Оно продолжает играть существенную роль в транспорте, логистике, промышленности и энергетике, – перечисляет Андрей Колесников. – С главным вызовом, дефицитом компонентной базы, удалось справиться и наладить альтернативные поставки. В РФ локализовали производство интернета вещей, но никаких иллюзий: микроэлектроника, сенсоры и исполнительные устройства все импортные».

Вычисляй и властвуй: как разработка микросхем приобрела геополитическое значение

О массовом импортозамещении говорить действительно пока рано. Во многом из-за специфики индустрии: в IIoT применяются устройства совершенно разных типов. Датчики, промышленные машины, диагностическое оборудование, серверы, сотовые вышки и даже SIM-карты – все это и многое другое так или иначе задействовано в IIoT-системах, но производится и поставляется разными компаниями.

В частности, еще в середине прошлого года зеленоградский «Микрон» обещал в 2024-м начать массовый выпуск «симок». В конце декабря отдельно говорилось о картах связи для IoT: компания планировала поставить на рынок «несколько сотен тысяч» SIM-карт. Вот только требуются их миллионы, а значит, большую часть либо не получится заместить, либо придется переходить на более дешевые китайские аналоги.

Но, несмотря на все сложности, компании твердо нацелены полностью перейти на отечественное оборудование и софт. «Это дает технологическую независимость и возможность развивать свою компонентную базу, – заявили в пресс-службе РЖД. – Что, в свою очередь, позволяет существенно экономить на производстве и закупке устройств, а также значительно сокращает сроки поставки готовой продукции и упрощает ее эксплуатацию».

IoT пока не определился

Ориентированность государственных корпораций на импортозамещение понятна. И надо отметить, она поддерживается и государственной политикой. В 2019 году, когда были приняты дорожные карты по развитию сквозных цифровых технологий, среди них фигурировала карта развития «промышленного интернета», под которым, судя по описанию, как раз и понимался IIoT.

Термин «интернет вещей» в связке с госинициативами фигурирует редко, он даже нигде официально не закреплен. Тем не менее это направление активно поддерживается государством: российская промышленность должна быть максимально независима.

Одна из последних инициатив – дорожная карта по развитию индустриального ПО до 2030 года. За этот период в сферу IIoT будет инвестировано около 90 млрд рублей: 13,3 млрд выделит «Росатом», 74,4 млрд будут привлечены на внебюджетной основе.

К слову, представители компании «Цифрум» («Росатом») – заместитель генерального директора по проектам, технологиям и инновациям Дмитрий Баглей и директор отраслевого центра компетенций по развитию направления «Цифровой двойник» Олег Маковельский – рассказали, что термин «промышленный интернет вещей» сегодня постепенно замещается более унифицированным и конкретным понятием «телеметрия и телемеханика».

На пути к индустриальной революции

Рынок IIoT в мире стремительно развивается. Консалтинговая компания Precedence Research оценила его в $320,9 млрд в 2022 году с прогнозом роста до $1,56 трлн к 2032-му. У Straits Research оценка чуть иная, но прогнозы роста еще более позитивные: с $334,5 млрд в 2022-м до $2,92 трлн к 2031 году.

К основным трендам в сфере IIoT представители индустрии относят прежде всего предиктивную аналитику на базе искусственного интеллекта. Но, разумеется, активно развиваются и другие направления. В частности, изучаются новые технологии связи и их сочетания (в том числе проводных с беспроводными типами соединений), способы вычислений: пограничные (edge), туманные (fog) и т. д.

Такие инновации ориентированы на так называемую революцию индустрии 4.0: как предполагается, производства станут насквозь цифровыми, энергоэффективными, экологически безопасными и полностью автоматизированными.

Теперь все стандартно

Несмотря на неустоявшуюся в индустрии терминологию, для нее продолжают формировать и внедрять госстандарты. В середине января был утвержден ГОСТ протокола связи LoRaWAN, который должен вступить в силу 1 июля этого года. Олег Маковельский поясняет, что «это один из протоколов беспроводной доставки потоковых данных, которые используются для различных задач: калибровки, адаптации моделей цифровых двойников, предсказательной аналитики и т. д.».

Основными эффектами от закрепления за протоколом официального статуса в РЖД называют следующие: улучшение совместимости (обеспечение надежной и совместимой коммуникации между устройствами разных производителей), защита данных (установка требования безопасности и конфиденциальности для передачи данных IoT) и облегчение развертывания и управления (за счет наличия руководства по развертыванию и настройке устройств, сетей и приложений IoT).

Как технология 5G перессорила ведущие страны мира

«Единственный вопрос, который остается открытым: будет ли достаточным уровень обеспечения безопасности и конфиденциальности для применения LoRaWAN на критической инфраструктуре, где очень высокие требования к защите информации», – уточнили в пресс-службе транспортной корпорации.

В России с 2021 года уже действует ГОСТ на другой профильный протокол связи – NB-IoT. Однако, как рассказал Андрей Колесников, этот стандарт требует доработки. Она ведется, и вскоре начнется этап экспертного обсуждения.

О преимуществах LoRaWAN перед другими IoT-протоколами связи «Профилю» рассказали в пресс-службе «Ростелекома» – компании, которая уже несколько лет развивает свое решение на базе этой технологии. «Это более низкая стоимость приборов учета в сравнении с, например, NB-IoT/GSM; низкое энергопотребление (более длительный срок автономной работы устройств, до 10 лет); высокая емкость сети (от 700 до 10 тыс. на одну базовую станцию); простота и низкая стоимость организации покрытия. Это открытый стандарт, для которого существует большое количество поставщиков оконечных устройств, что положительно повлияет на развитие отрасли и конкуренцию».

В поисках киберфизиков

Непростым остается вопрос кадров для IoT-рынка, в том числе промышленного. Из-за специфики отрасли тут сложно назвать неких конкретных специалистов – отрасли не хватает всех: разработчиков, инженеров, телеком-специалистов…

Тем не менее ориентированность на подготовку профессионалов есть. В НИУ ВШЭ, в частности, введена магистерская программа «Интернет вещей и киберфизические системы», нацеленная в том числе на комплексную подготовку специалистов. Отмечается и то, что от абитуриентов требуется «осваивать новую для российского рынка профессию».

Очевидно, что рынок промышленного интернета вещей (телеметрии и телемеханики) будет расширяться. Дмитрий Баглей и Олег Маковельский назвали целый ряд развивающихся в этом сегменте направлений: аппаратная составляющая (измерительные устройства, контроллеры, промышленные компьютеры, работающие с измерительными устройствами), автоматизированные системы нижнего уровня, промышленные протоколы, технологии беспроводной связи и телекоммуникации «новых поколений».

«Отдельным перспективным направлением можно назвать развитие платформенных автоматизированных систем мониторинга промышленного оборудования (СМПО) и платформенных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП), – подчеркивают эксперты. – В последнее время, кстати, системы класса «АСУ ТП» выглядят более интересными и зрелыми относительно платформ IIoT». Также к перспективным относятся развитие сетей 5G и 6G, шифрование данных по протоколам, создание унифицированных протоколов для различных средств диагностирования оборудования.

И пока сети 6G остаются отдаленным проектом, связь пятого поколения постепенно двигается к внедрению и на территории России. Но тут стоит отметить, что низкие 5G-частоты для систем IoT (ниже 1 ГГц) в стране еще не согласованы, и эта перспектива остается туманной. Равно как и будущее IIoT-рынка: да, он будет расти и развиваться, но как быстро – зависит от очень многих факторов.