إنترنت الأشياء الصناعي، ويُختصر غالبًا إلى IIoT، يعني ربط المستشعرات والمعدات في المصانع ومنشآت المرافق وغيرها من المواقع الصناعية، بحيث يمكن متابعة حالتها وإنتاجها والتصرف بناءً عليها من أي مكان. وأكثر تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي شيوعًا هي مراقبة حالة الآلات، ومراقبة الطاقة، ومستويات الخزانات والسوائل، والظروف البيئية، وقياس استهلاك المرافق، وتتبع الأدوات والأصول.

لا يحتاج أي منها إلى مصنع جديد. فمعظمها يبدأ ببضعة مستشعرات تعمل بالبطارية تُضاف إلى آلات تعمل بالفعل. وتختلف المشاريع في الغالب فيما يحدث للبيانات بعد ذلك، وهذا ما يتناوله معظم هذا المقال.

باختصار

  • التطبيقات التي تؤتي ثمارها أولًا هي التطبيقات العملية: صحة الآلات، والطاقة، والمستويات، ودرجات الحرارة، والتسربات.
  • يبدأ معظمها بتركيب لاحق على المعدات القائمة: مستشعرات لاسلكية تُثبَّت على الآلات الموجودة دون أي تغيير في نظام التحكم.
  • الأجهزة المعتادة هي مستشعرات الاهتزاز، ومشابك قياس التيار، ومستشعرات المستوى والضغط، ومجسات الحرارة، والبوابات التي تقرأ البيانات من وحدات التحكم في الآلات.
  • يبدأ التصنيع الذكي عندما تُدمج البيانات من عدة مصادر من هذه، فتبدأ في إطلاق إجراءات لا رسوم بيانية فقط.

ما هي المراقبة عبر إنترنت الأشياء الصناعي؟

المراقبة عبر إنترنت الأشياء الصناعي هي الجمع المستمر للقراءات من المعدات الصناعية، وإرسالها تلقائيًا إلى برمجيات تخزنها وتعرضها وتطلق التنبيهات. وهي تحل محل جولات التفقد بالورقة والقلم، وقراءة العداد الشهرية، والمرور بجانب الآلة للإصغاء إلى صوتها.

والسلسلة التي تقف وراءها تتكون من الحلقات القليلة نفسها في كل مشروع تقريبًا. يقيس المستشعر شيئًا فيزيائيًا، مثل الاهتزاز أو التيار أو المستوى أو الحرارة. ثم يرسل القراءة عبر شبكة، وغالبًا ما تكون راديو منخفض الطاقة مثل LoRaWAN للمستشعرات العاملة بالبطارية، أو اتصالًا سلكيًا أو عبر Wi-Fi للمعدات الموصولة بالكهرباء. وتستقبل البوابة القراءات وتمررها إلى منصة. وتحتفظ المنصة بالسجل التاريخي، وتعرض لوحات المعلومات، وتفحص القواعد، ثم تُخطر القواعد الأشخاص أو تطلق إجراءات.

ويمكنك الحصول على البيانات من الآلة بطريقتين. الأولى أن تقرأ ما تعرفه الآلة أصلًا: فالآلات الحديثة ووحدات PLC الخاصة بها (وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، أي الحواسيب الصناعية التي تشغّلها) تحتفظ بقيم مثل السرعات ودرجات الحرارة والعدادات، ويمكن قراءتها عبر بروتوكولات صناعية مثل Modbus أو OPC UA. والثانية أن تضيف مستشعرات من الخارج، وهذا غالبًا أسرع في المعدات القديمة، أو حيث يتطلب المساس بنظام التحكم موافقة الشركة المصنعة للآلة. وتستخدم مصانع كثيرة الطريقتين معًا، فتقرأ وحدات التحكم حيث يسهل ذلك، وتضيف المستشعرات حيث لا يسهل.

كيف يُستخدم إنترنت الأشياء الصناعي في التصنيع؟

يغطي إنترنت الأشياء الصناعي في التصنيع أكثر بكثير من آلات الإنتاج. يعرض الجدول أدناه تطبيقات شائعة، وما يقيسه كل منها، وما الذي يتغير بعد ربط القراءات. واعتبره مجموعة أمثلة لا قائمة كاملة.

التطبيق ما الذي يُقاس ما الذي يتغير
مراقبة حالة الآلات الاهتزاز والحرارة في المحركات والمضخات والمراوح وعلب التروس تُكتشف مشكلات المحامل والمحاذاة قبل أسابيع من أن توقف خط الإنتاج
مراقبة الطاقة الكهرباء لكل خط أو آلة أو وردية يصبح الاستهلاك في وضع الخمول والمعدات غير الكفؤة مرئيًا بدلًا من أن يختبئ في فاتورة واحدة
الهواء المضغوط التدفق والضغط وقدرة الضاغط تظهر التسربات والضغط المضبوط على قيمة أعلى من اللازم كهدر قابل للقياس
مستويات الخزانات والسوائل سوائل التبريد ومواد التشحيم والكيماويات والمواد الخام تُخطَّط عمليات إعادة التعبئة مسبقًا بدلًا من اكتشاف الحاجة إليها في جولة القياس بالعصا
الظروف البيئية الحرارة والرطوبة في المخازن والمناطق النظيفة وغرف المعالجة تبقى المواد والمنتجات ضمن ظروفها المحددة، مع سجل يثبت ذلك
حرارة العمليات الأفران والمجففات وغرف التبريد يطلق الانحراف عن نطاق الوصفة تنبيهًا أثناء الوردية، لا عند الفحص النهائي
المرافق والمياه عدادات المياه ومستشعرات التسرب والضغط في خطوط الإمداد تُرصد التسربات والاستهلاك غير الطبيعي في اليوم نفسه
تتبع الأصول مواقع الأدوات والحاويات والرافعات الشوكية والمقطورات وقت أقل في البحث، وعدد أقل من المفقودات بين المواقع

ويوضح الهواء المضغوط مدى سرعة تراكم هذه الأرقام. فوفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية، قد تهدر التسربات أحيانًا ما بين 20 و30% من إنتاج الضاغط في المصانع التي لا تعالجها. لنفترض أن ضاغطًا بقدرة 75 كيلوواط يعمل 6,000 ساعة في السنة، وأن ربع إنتاجه يضيع في التسربات. هذا يهدر نحو 112,500 كيلوواط ساعة سنويًا، وبسعر 0.20 يورو للكيلوواط ساعة يعني ذلك نحو 22,500 يورو تُدفع مقابل هواء يتسرب من الوصلات والخراطيم. ومراقبة قدرة الضاغط وضغط الخط ليلًا، حين يتوقف الإنتاج، تكشف حمل التسرب مباشرة، لأن كل ما يواصل الضاغط ضخه من هواء أثناء توقف الإنتاج يخرج عبر التسربات.

وتعمل مراقبة الطاقة بالطريقة نفسها على نطاق أوسع. فمعظم المصانع تتلقى فاتورة كهرباء واحدة لا تقول شيئًا عن استهلاك كل آلة. ومشابك قياس التيار على المغذيات الرئيسية لكل خط تُظهر الاستهلاك لكل خط ولكل وردية، وكثيرًا ما تكشف آلات تُركت تعمل طوال عطلة نهاية الأسبوع، أو خطًا يستهلك طاقة أكثر بشكل ملحوظ من خط مطابق له بجواره.

وتكتسب سجلات البيئة والعمليات أهميتها القصوى حيث تكون المواد حساسة. فاللواصق والطلاءات لا تتصلب كما ينبغي إلا ضمن نطاق محدد من الحرارة والرطوبة، والخشب والورق تتغير أبعادهما مع الرطوبة، وتخزين الأغذية والأدوية له حدود موثقة. والمستشعر الذي يسجّل كل بضع دقائق ينتج السجل الذي يطلبه المدقق أو العميل، والتنبيه أثناء الوردية يمنح أحدهم الوقت لنقل المخزون أو إصلاح باب قبل أن تضيع دفعة إنتاج.

وينقسم تتبع الأصول إلى مشكلتين مختلفتين. فبين المواقع، يمكن تزويد المقطورات والحاويات والمركبات بأجهزة تتبع GPS تبلّغ عن مواقعها. أما داخل قاعة كبيرة، فإشارة GPS لا تصل عادةً، ولذلك يعتمد تحديد الموقع الداخلي على طرق أخرى، مثل منارات Bluetooth أو بطاقات تُقرأ عند الأبواب والمناطق. ومن المفيد أن تحدد أيّ المشكلتين تحتاج إلى حلها قبل اختيار العتاد، لأن الأجهزة والتكاليف تختلف كثيرًا.

ما هي أمثلة أجهزة إنترنت الأشياء الصناعي؟

الأجهزة التي تقف وراء هذه التطبيقات هي في الغالب أدوات قياس عادية ومجرّبة جيدًا أُضيف إليها اتصال لاسلكي أو شبكي. ومن الأمثلة الشائعة:

  • مستشعرات اهتزاز لاسلكية تُثبَّت على مبيت المحمل بمغناطيس أو مسمار ملولب أو مادة لاصقة، وتبلّغ عن الاهتزاز والحرارة كل بضع دقائق.
  • محولات التيار وعدادات الطاقة، تُشبك حول الكابلات في لوحة التوزيع لقياس استهلاك الكهرباء دون قطع الأسلاك.
  • مستشعرات المستوى، وعادةً ما تعمل بالموجات فوق الصوتية أو الرادار، وتُركَّب أعلى الخزان لقياس مدى امتلائه.
  • مستشعرات الضغط والتدفق على خطوط الهواء المضغوط والمياه والعمليات.
  • مستشعرات الحرارة والرطوبة للغرف ومخازن التبريد ومناطق التخزين، ومجسات الحرارة للأفران ومعدات العمليات.
  • مستشعرات الأبواب والتلامس التي تبلّغ عما إذا كانت بوابة أو خزانة أو واقية آلة مفتوحة.
  • مستشعرات الغاز لأول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون أو غازات أخرى في مناطق العمل المغلقة.
  • بوابات طرفية تقرأ القيم من وحدات PLC والعدادات عبر Modbus أو OPC UA وتمررها إلى المنصة.
  • أجهزة تتبع للرافعات الشوكية والحاويات والمقطورات التي تتنقل داخل المواقع أو بينها.
  • مرحّلات ووحدات تحكم في الصمامات تستطيع تشغيل المعدات أو إيقافها، أو فتح صمام وإغلاقه، عند تلقي أمر.

ويحدد مصدر الطاقة وموضع التركيب كثيرًا من العمل الفعلي. فالمستشعرات العاملة بالبطارية يمكن وضعها في أي مكان لكنها تحتاج إلى استبدال كل بضع سنوات، بينما تحتاج الأجهزة الموصولة بالكهرباء إلى كهربائي ومصدر تغذية قريب. والمعدات في المناطق ذات الأجواء القابلة للانفجار تحتاج إلى أجهزة معتمدة لتلك المنطقة.

وعند اختيار الأجهزة، يهم البروتوكول بقدر ما يهم القياس. فالمستشعرات التي تستخدم معيارًا مفتوحًا مثل LoRaWAN أو MQTT يمكن دمجها مع علامات تجارية أخرى ونقلها إلى برمجيات أخرى لاحقًا. أما المستشعر الذي لا يتواصل إلا مع السحابة الخاصة بالشركة المصنعة له، فيربط كل قرار مستقبلي بهذه الشركة.

ولمشاريع الطاقة، توفر Kilo Electronics أجهزة مراقبة الطاقة ضمن مستشعراتها الصناعية الأخرى، كما يعمل العتاد من أي مورّد يستخدم اتصالًا مدعومًا بالطريقة نفسها.

كيف يدعم إنترنت الأشياء الصناعي التصنيع الذكي؟

التصنيع الذكي مصطلح واسع، لكنه في جوهره يعني مصنعًا تُدمج فيه البيانات القادمة من الآلات والمرافق والأشخاص وتُستخدم لاتخاذ القرارات بشكل أسرع، ومع إجراءات تلقائية على نحو متزايد. ويوفّر إنترنت الأشياء الصناعي البيانات. أما تحوّلها إلى تصنيع ذكي فيتوقف على ما يحدث بعد تركيب المستشعرات.

ودمج المصادر يأتي أولًا. فقراءة الاهتزاز تصبح أكثر فائدة بجانب استهلاك الآلة للطاقة، وحرارة غرفة التبريد بجانب حالة بابها. ولا ينجح ذلك إلا عندما تُجمع القراءات القادمة من شركات مصنعة مختلفة في مكان واحد بأسماء ووحدات متسقة.

ثم يجب أن تقود البيانات إلى إجراء. والتنبيه الموجّه إلى شخص هو الإجراء الأكثر شيوعًا، لكن بعض الاستجابات يمكن أن تكون تلقائية، مثل إيقاف مضخة عندما ينخفض مستوى الخزان، أو إغلاق صمام عندما يرصد مستشعر التسرب وجود ماء.

وبمجرد أن ينجح الإعداد على خط واحد، يجب تكراره عبر الخطوط والمواقع، حتى لا يبدأ المصنع الثاني من الصفر.

وفي صالة إنتاج صناعية تعمل بـ Kilo، تتولى الدمج بربط القراءات الخام من الشركات المصنعة المختلفة بمقياس موحّد واحد، بحيث ترى لوحة المعلومات أو القاعدة درجة الحرارة نفسها أيًا كان المستشعر الذي يرسلها. أما تنفيذ الإجراءات، فتُسند إلى القاعدة أمرًا محفوظًا للجهاز، مثل إغلاق صمام عبر وحدة تحكم LoRaWAN من الفئة C، أو تشغيل مرحّل متصل عبر MQTT، ويسجّل Kilo كل أمر مع نتيجته، من Delivered إلى Confirmed أو Failed.

وتنمو معظم حلول إنترنت الأشياء للتصنيع بهذا الترتيب: المراقبة أولًا، ثم تنبيهات يثق بها الناس، ثم إجراءات تلقائية لعدد قليل من الحالات التي لا تتغير فيها الاستجابة الصحيحة أبدًا. والقفز مباشرة إلى الأتمتة يأتي غالبًا بنتائج عكسية، لأن أحدًا لا يعرف بعد أي القراءات موثوقة بما يكفي للتصرف بناءً عليها دون أن يتحقق منها شخص أولًا.

أسئلة شائعة عن تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي

ما الفرق بين إنترنت الأشياء الصناعي في التصنيع وإنترنت الأشياء؟

التقنية متشابهة إلى حد كبير، لكن إنترنت الأشياء الصناعي يعمل في ظروف أصعب: ضوضاء كهربائية، وهياكل معدنية، ونطاقات واسعة من درجات الحرارة، ومعدات تعمل لعقود. كما أنه يتصل ببروتوكولات صناعية وأنظمة تحكم، وتكلفة القراءة الخاطئة أو التنبيه الفائت فيه أعلى عادةً بكثير مما هي في إنترنت الأشياء الاستهلاكي.

هل تعمل مراقبة إنترنت الأشياء الصناعي مع الآلات القديمة؟

نعم. فالآلات القديمة كثيرًا ما تملك مخرجات تناظرية، وعادةً إشارات 4–20 مللي أمبير، أو ملامسات مرحّلات تُظهر ما إذا كانت تعمل، ويمكن لمحولات صغيرة أن تحوّلها إلى قراءات ترسلها البوابة. وحيث لا تملك الآلة أي مخرجات على الإطلاق، تتولى قياسها من الخارج مستشعرات للاهتزاز أو التيار أو الحرارة.

هل تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي جزء من الصناعة 4.0؟

نعم، بوصفها إحدى لبناتها. فالصناعة 4.0 مفهوم أوسع، طُرح ضمن استراتيجية للحكومة الألمانية وجرى التعريف به في معرض هانوفر الصناعي (Hannover Messe) عام 2011، ويشمل التصنيع الرقمي ككل. أما إنترنت الأشياء الصناعي فهو الجزء الذي يربط المعدات المادية لكي يمكن استخدام بياناتها.

هل تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي آمنة؟

يمكن أن تكون كذلك، مع الحرص. فسلسلة IEC 62443 هي الإطار الدولي الرئيسي لتأمين أنظمة الأتمتة والتحكم الصناعية، وتُطبَّق على نحو متزايد على أجهزة IIoT وبواباتها. ومن الممارسات الأساسية: الاتصالات المشفرة، وفصل شبكة IIoT عن شبكة التحكم، وتقييد الأنظمة التي يمكنها إرسال أوامر إلى المعدات.

لترى صحة الآلات ومستويات السوائل جنبًا إلى جنب في موقعك، ضع مستشعر اهتزاز على كل محرك من المحركات الثلاثة التي سيكون تعطلها الأشد ضررًا، ومستشعرات مستوى على خزاني سائل التبريد اللذين ينخفض مستواهما أكثر من غيرهما. واضبط قاعدة واحدة تراقب المحركات الثلاثة وتطلق إنذارًا عندما يبقى الاهتزاز في أي منها فوق حد تحدده لمدة ساعة. خمسة أجهزة وقاعدة واحدة تقع ضمن الخطة المجانية في Kilo.