18 февраля 2022 г.

«Индустрия 4.0» требует учета & контроля на каждом этапе производственных или товарных цепочек, который можно реализовать разными способами. Наиболее распространенный —внедрение решений на основе «интернета вещей» (IoT), снабжение машин и механизмов датчиками для снятия технических параметров и передачи полученных данных для последующей обработки на серверах. Заметим, что датчики не обязательно должны быть на устройстве — есть и бесконтактные методы получения информации.

Почему тема актуальна именно сейчас?

Актуальность сквозного контроля и нужного для его поддержки IoT определена не только пандемией, но и всей логикой развития рынка. «Истинный потенциал рынка будут определять способности технологических компаний и бизнеса управлять технологиями и инновациями, которые с бурным развитием открытости и доступности данных смогут предоставить совместное и безопасное их использование», — еще в допандемийные времена отмечал пример Олег Саенко, руководитель направления IoT в России, СНГ и Восточной Европе в компании Cisco, ссылаясь на данные отчета McKinsey Report за 2015.

Бум IoT был предсказуем, о его наступлении знали давно. «До 2020 года разработка специализированных решений для IoT будет оставаться слишком сложной для большинства организаций и потребует огромных инвестиций», — отмечал г-н Саенко, ссылаясь на прогноз Gartner от 2015 года. Так оно и вышло: 2020 оказался переломным годом в развитии IoT — к этому времени технологии оказались достаточно развитыми, были наработаны кейсы с выразительной эффективностью, рынок созрел, да и пандемия активизировала повсеместные процессы цифровизации.

Годовая выручка от продаж решений IoT к 2025 году должна составить от 4 до 11 трлн долл. Судя по всему, так оно и будет, причем по верхней границе — пандемия не создала новые тренды, но ускорила существующие.

От оцифровки к цифровизации

Напомним, что разделяют три стадии внедрения ИТ у заказчиков: «оцифровку», «цифровизацию» и «цифровую трансформацию», которые отличаются степенью интеграции цифровых технологий с операционной деятельностью компании. На этапе первом этапе ИТ используют для упрощения технических задач сотрудников компании, на втором — в рамках интересующей нас цифровизации — собираемые данные анализируют для оптимизации управленческих решений, технических процессов и т. д. «Цифровая трансформация» (DX) более сложный процесс, но уже на этапе цифровизации компании практикуют data-driving.

Data-driving используют не только в выработке рыночных стратегий, но и в разных аспектах операционной деятельности. Например, «умные здания» и, например, «умные тепловозы» обеспечивают похожие преимущества в режиме эксплуатации: контроль за текущим состоянием объектов, причем с минимальными затратами ручного труда, а также после некоторой обработки «конвертирование» получаемых данных в бизнес-значимую информацию. Результатом могут быть проактивные действия для предотвращения поломок, оптимизация сроков планового ремонта, уточнение графика профилактики и прочих технических действий с оборудованием. Очевидно, что все эти возможности оптимизируют разные статьи накладных расходов, а также приводят к существенному снижению рисков, что тоже является экономической категорией.

Данные, собранные IoT-системами, активно используют для моделирования в разных формах — от проведения аналитики в Excel до построения «цифровых двойников». Причем моделирование применяют как к отдельным механизмам, так и к товарным цепочкам, бизнес-процессам и т. д. Эксперименты на моделях позволяют протестировать большее количество гипотез, причем без опасения создать проблемы для реальной инфраструктуры, что способствует снижению рисков и повышает качество управленческих решений.

IoT требует инфраструктуры для передачи данных

Собрать данные с физической инфраструктуры — половина дела, нужно их передать в инфраструктуру цифровую. Данных много, посылать за показаниями счетчиков/датчиков сотрудников с бумагой и карандашами — слишком дорого и непозволительно медленно. Кабельное подключение счетчиков возможно далеко не всегда, а эффективным для таких данных «кабель» является редко — большинство датчиков передает не более мегабайта данных в месяц. Оптимальными будут радиоканалы, которые в реальных условиях чаще всего и применяют.

Соответствующие кейсы известны с давних времен, однако новая эпоха наступила, когда заказчики начали отказываться от проприетарных wireless-решений в пользу построенных на индустриальных стандартах. Первые IoT-решения использовали для связи SMS, причем было это задолго до появления термина «интернет вещей». Тогда соответствующие технологии коммуникаций операторы сотовой связи называли «М2М-коммуникации», возможности которых были достаточны для ряда задач взаимодействия как с датчиками, так и с исполнительными механизмами. Но в пересчете на байт пересылаемой информации SMS было очень дорогим каналом, поэтому стали искать другие способы организации канала для обмена данными c IoT-компонентами.

Выбираем канал под задачу

Каналы для передачи данных под задачи «учета & контроля» подбирают в зависимости от особенностей производства, бизнес-моделей, рельефа и т. д. Вариантов технологий для создания каналов достаточно много.

Для передачи данных и обратной связи с исполнительными устройствами операторы сотовой связи предложили GPRS, а впоследствии — решения на 3G и 4G. Это было дешевле, чем использование SMS, но в большинстве случаев избыточно — зачем использовать широкополосный канал для передачи пакетов данных, для которых хватает «эсэмэсного» объема в 140 байт? Кроме того, подключенные к сотовым сетям устройства отличаются достаточно высоким энергопотреблением, что в ряде ситуаций могло создавать проблемы — «умным датчикам» и другим IoT-компонентам требовалось обеспечивать внешнее питание.

Еще в девяностых создали технологии построения специализированных сотовых сетей, которые были призваны заменить SMS как канал передачи информации. Позже эти технологии получили общее название LPWAN (Low-power Wide-area Network). Сегодня для создания LPWAN существуют разные стандарты — LoRa, NB-IoT, Sigfox, Weightless и HaLow и др. — которые имеют ряд очевидных преимуществ.

Преимущества LP-WAN

Сети на LPWAN не являются широкополосными, по ним даже голос передать нельзя, но для большинства задач IoT они сбалансированы практически идеально.

Во-первых, большинство стандартов LPWAN использует нелицензируемые радиодиапазоны. В российских условиях это достаточно важно, вспомним истории с 5G и AirTag, у которых отсутствует официальная «прописка» в РФ.

Во-вторых, важной особенностью является крайне малое потребление конечных устройств, благодаря чему они могут месяцами и годами работать от одной батарейки. Это критично как для мобильных решений, так и для многих стационарных — не нужно подводить дополнительное питание, почти до нуля уменьшается стоимость обслуживания, которое сводится к замене элемента питания раз в несколько кварталов.

В-третьих, гипер-оптимизированное энергопотребление устройств, использующих LPWAN, прекрасно ложится на «зеленую» повестку, так как его следствием является резкое уменьшение электромагнитного загрязнения среды. Это бывает важно, например, при установке LPWAN-решений в многоквартирных домах, где могут работать многие сотни smart-счетчиков и «умных датчиков».

«Дальнобойнойсть» LPWAN составляет до 30 км, несмотря на малое энергопотребление! Конечно, в реальных условиях оно зависит от используемого стандарта, рельефа местности и других факторов, но даже в городской среде составляет километры, что позволяет уверенно строить сети для IoT на оборудовании этих стандартов.

В большинстве случаев подключенные датчики и исполнительные smart-устройства, составляющие основу IoT, передают очень небольшое количество данных, да и делают это достаточно редко. Данные от большинства технических устройств — например, с датчиков по вибрациям, температуре или задымлению, показания счетчиков учета воды, информация об открытии/закрытии дверей и т. д. — не могут быть большими, поэтому для них достаточно каналов LPWAN.

Заметим, что LPWAN для IoT достаточны именно в большинстве случаев, но не всегда. О том, в к каких ситуациях и для каких задач оказываются актуальны широкополосные подключения, мы поговорим в продолжении этой статьи.

Продолжение следует.

Источник: Александр Маляревский, внештатный обозреватель CRN/RE