避免掉进IIoT“陷阱”——规划和部署IIoT的五大问题清单

2023-02-20 08:48 Alan Raveling

工业物联网(IIoT)是智能制造工业4.0以及其它自动化和控制趋势的关键组成部分。尽管这个术语可能被过度使用,但下述问题可以作为工程师和相关人员在规划、部署和应用等IIoT各个阶段的问题清单模板。

1 从数据中获得前瞻性见解

       从其核心来看,IIoT可以看做是一个众多组件的集合,这些组件收集数据并将其传输到应用程序,然后分析和处理这些数据,以获得有用的信息。利用这些数据,可以深入了解设备的运行性能(作为预测分析的一部分),提供机器学习或统计分析包,或实现丰富的趋势或历史图表和图形。

       通过更多设备来收集更多的数据,工程师、统计学家、数据科学家和其它参与设备设计和运营的人员,可以更全面地了解导致停机、报废和产品质量差的问题。从这些数据中获得的见解,使组织能够从被动应对转变为主动管理。

       拥有数十、数百或成千上万
传感器数据采集器,并不意味着就是一个完整的IIoT解决方案,它还需要包括处理数据的传输机制和软件包。制定IIoT战略必须包括数据通信要求、部署标准以及对所有权、支持或维护的期望。

       在您的组织中,IIoT设备是否可以使用与可编程逻辑控制器(
PLC)和人机界面(HMI)相同的网络?设施所在的区域,是否存在4G/5G无线网络,IIoT设备是否可以使用这些无线网络?是否允许使用其它无线协议,如低功耗蓝牙(BLE)或LoRaWAN?必须根据组织内制定的哪些安全策略或要求来评估这些解决方案?

2 评估数据来源

       当面临某些工程挑战,而IIoT解决方案似乎适合时,最终设计有几个影响因素。工程师首先应评估数据源。

       1.是否需要安装新的传感器或仪表?如何解决设备的
电源和通信布线问题?

       许多IIoT设备可以使用电池供电,根据占空比的不同,使用寿命从1年到5年不等。一些设备可以使用安装点的能源自行供电。

       2.该数据有哪些可能的格式,如MQTT、4-20mA、REST API、RS232、JSON和RS485?是否需要对数据进行任何翻译或转换?如果是这样,在哪里转换?

       为了节省通信时间和能源,传感器可能会传输一个紧凑的比特流,然后需要将其分解为单独的数据字段。

       3.每10秒或10分钟就需要更新一次数据吗?在每个通信周期内,发送多少数据?

       例如,使用LoRaWAN,单个设备在给定时间内可以发送的数据量有上限,带宽通常以单个或低两位千比特每秒(kbps)速率进行测量。如果使用蜂窝调制解调器,一个月生成的数据量至关重要,了解这一点可以避免超载或其它罚款。

       4.数据源和传感器之间的距离是以码/米还是英里/公里为单位测量的?现有的远程网络是否到位,或者是否需要创建一个新的网络?

       地形、空间中使用的其它频率,或物理基础设施和设备可能会影响不同通信协议的使用范围。这可能会阻塞或减少设备的有效范围。

3 确定如何处理IIoT数据

       接下来,工程师必须确定如何处理生成的数据。这些数据点的关联、存储和时间戳,都对信息的有效使用至关重要。

       1.将传感器与特定部件、设备或区域关联的策略是什么?谁来跟踪已部署IIoT设备的库存及其位置?

       它们是资产,必须按照与网络连接的其它设备相同的政策和程序进行管理。

       2.数据将存储在何处以及如何存储?是转到基于云的服务还是传输到本地数据库?如何解决无法访问互联网的问题?

       在选择数据存储解决方案时,请考虑每天生成的数据量以及必须存储的数据量。

       3.如何同步每个IIoT设备的时间或数据生成事件?可接受的IIoT设备之间的时间差是多少?

       蜂窝设备使用网络时钟,而无线或有线网络设备可能使用网络时间协议(NTP)。设备间的时间差只有几秒钟。

       4.每个IIoT设备报告使用何种时间格式?是否需要转换时间戳?

       一些设备以Epoch格式列出时间(自1970年1月1日起过去的秒数),一些设备以UTC记录时间,而其它设备则根据本地时区列出时间。日期和时间必须采用相同的格式,以便应用程序处理、比较和分析设备提供的数据和信息。

4 考虑IIoT数据的可用性

       由于数据现在保存在数据库或其它系统中,工程师必须考虑其使用或可访问性。

       1.只能通过IIoT软件解决方案访问数据,还是也可以访问驱动软件的表格和数据库?

       一些供应商或解决方案提供商仅提供基于网络或前端的访问。这种访问允许进行分析或可视化,但不允许将数据集成到其它内部解决方案中。

       2.软件是在基于云的平台中,还是在组织的环境中运行?正常运行时间能保证吗?如果IIoT解决方案在1小时或1天都不可用,会产生什么影响?

       随着这些IIoT解决方案的数据和分析变得越来越重要,组织可能需要决定:如果IIoT系统离线,是否应该继续运行设备。

       3.谁有权访问,访问权限有哪些?是否允许合作伙伴、承包商或第三方访问数据?

       工程师应与组织的IT或安全团队合作,以了解数据共享、传输数据以及集成到现有的身份和访问管理系统中的任何要求。

5 评估对IIoT设备的支持和管理

       随着IIoT设备和潜在网络或网关就位,工程师应评估对这些设备的支持和管理。

       1.谁来负责应对设备故障或停机?

       例如,电池供电设备的寿命有限,应定期进行维护以更换电池。

       2.IIoT设备是否有备品备件,存储在哪里?更换故障设备需要多长时间?组织内谁知道如何执行这些任务?

       某个区域的技术人员可能需要接受额外的培训或文件,以便他们更换这些部件。

       3.IIoT设备预期寿命是多少?两三年后是否有可用的备品备件,确保能够更换现有硬件?

       组织可能需要根据IIoT领域每年发生的快速变化来评估其战略。新的特性或功能可以提供足够的价值,以推动定期更换。

       IIoT可以使组织做出更明智、更快的决策,并通过提高效率、节约成本或避免额外的成本来提升价值。尽管本文提出的问题比回答的问题更多,但通过这些问题和注意事项,将得到一个更加稳健和全面的解决方案,避免在没有准备的情况掉进IIoT的“陷阱”。