منصة إنترنت الأشياء الصناعي هي البرمجيات التي تقع بين آلاتك وموظفيك. فهي تجمع القراءات من المستشعرات ووحدات التحكم والعدادات، وتحتفظ بسجلها التاريخي، وتعرضها بشكل مفيد، وتقرر متى يحتاج شيء ما إلى الانتباه، وفي حالات كثيرة ترسل الأوامر بدورها إلى المعدات. واختيارها أهم من اختيار أي مستشعر بمفرده، لأن المستشعرات تُستبدل كل بضع سنوات، بينما تحتفظ المنصة ببياناتك ومنطق التنبيهات لديك وعادات فريقك.

صفحات المقارنة بين المورّدين تسرد الميزات في الغالب. ونادرًا ما تخبرك أي الفروق ستهم في موقعك في السنة الثانية، حين يغطي النظام آلات أكثر وأشخاصًا أكثر وربما مصنعًا ثانيًا، ومن هذه الزاوية ينطلق هذا الدليل.

باختصار

  • تربط منصة IIoT المعدات، وتخزن بياناتها وتضعها في سياقها، وتحوّلها إلى لوحات معلومات وتنبيهات وإجراءات؛ وهي تكمّل نظام SCADA ومؤرخ البيانات (historian) ولا تحل محلهما.
  • دعم البروتوكولات يحدد مقدار العمل الذي يكلفه ربط كل آلة، لذا تحقق من كيفية دخول بيانات Modbus وOPC UA والمستشعرات اللاسلكية.
  • التحليلات في صالة الإنتاج تدور في معظمها حول السياق: معرفة الأصل الذي تنتمي إليه كل قراءة، ووحدتها، وما الذي تُقارن به.
  • قيّم المنصات بحسب أدائها عند الحجم الذي ستصل إليه، ثم تحقق من ذلك بتجربة أولية على معداتك.

ما هي منصة IIoT؟

منصة IIoT، اختصارًا لمنصة إنترنت الأشياء الصناعي، طبقة برمجية تجمع البيانات من أنواع كثيرة من المعدات الصناعية في مكان واحد وتجعلها قابلة للاستخدام. وهي تغطي عادةً اتصال الأجهزة، وتخزين البيانات، والعرض المرئي للبيانات، والقواعد والتنبيهات، ووصول المستخدمين، والتكامل مع أنظمة الأعمال الأخرى.

ومن المفيد أن تنظر إليها إلى جانب الأنظمة الموجودة أصلًا في المصنع. فنموذج ISA-95، المنشور أيضًا باسم IEC 62264، يقسّم المصنع إلى مستويات. في الأسفل المستشعرات والمشغّلات. وفوقها تشغّل وحدات PLC ووحدات التحكم الآلات في الزمن الحقيقي. وتشرف أنظمة SCADA وHMI على العمليات وتتيح لعمال التشغيل التدخل. ويخزن مؤرخ البيانات (historian) قيم العمليات عالية التردد. وفي المستويات الأعلى، تدير برمجيات MES أوامر الإنتاج، ويتولى نظام ERP شؤون الأعمال.

ولا تندرج منصة IIoT بدقة ضمن مستوى واحد. فهي كثيرًا ما تقرأ من مستويي وحدات التحكم وSCADA، وتضيف بيانات من مستشعرات لاسلكية لم تُوصَل يومًا بأي شيء، وتخدم أشخاصًا في الصيانة والطاقة والجودة والإدارة. وبينما صُمم نظام SCADA لعامل تشغيل يتحكم في عملية واحدة في الزمن الحقيقي، صُممت منصة IIoT لأشخاص كثيرين يراقبون أصولًا كثيرة عبر عدة مواقع.

وهذا الفرق يحدد ما يمكن توقعه منها. فالمنصة الجيدة تجعل إضافة المستشعر المئة والموقع الخامس رخيصة. وهي عادةً ليست المكان الذي تشغّل فيه نظام تعشيق للسلامة (interlock) أو حلقة تحكم مغلقة تحتاج إلى توقيت بالمللي ثانية؛ فهذه تبقى في وحدة PLC.

ماذا تفعل برمجيات إنترنت الأشياء الصناعي؟

تؤدي معظم برمجيات إنترنت الأشياء الصناعي الوظائف الست نفسها. وتكمن الفروق بين المنتجات في مدى قدرة كل وظيفة على التوسع.

  1. الربط. تستقبل البيانات من المعدات عبر بروتوكولات صناعية وبروتوكولات إنترنت الأشياء، مثل Modbus وOPC UA وMQTT وLoRaWAN، مباشرة أو عبر بوابة طرفية تترجم بروتوكولًا إلى آخر.
  2. النمذجة. تحوّل القيم الخام إلى أصول وقياسات: هذا الرقم هو حرارة مخرج المضخة 3 في القاعة B، بالدرجات المئوية.
  3. التخزين. تحتفظ بالسجل التاريخي مدة كافية لمقارنة هذا الشهر بالعام الماضي.
  4. العرض. تعرض لوحات معلومات لأدوار مختلفة، من هاتف الفني إلى شاشة الحائط في غرفة التحكم.
  5. القرار. تقيّم القواعد وتطلق تنبيهات تصل إلى الشخص المناسب.
  6. التنفيذ والتكامل. ترسل الأوامر إلى المعدات التي تقبلها، وتتبادل البيانات مع أنظمة الصيانة أو ERP أو ذكاء الأعمال عبر واجهات API.

والوظيفة الأولى تحدد كم تكلفك كل آلة جديدة. فالمعدات القديمة تتخاطب ببروتوكول Modbus، الذي قدمته شركة Modicon عام 1979 ولا يزال منتشرًا في كل مكان. أما المعدات الأحدث فكثيرًا ما توفر OPC UA، المعتمد معيارًا باسم IEC 62541، والذي ينقل القيم ووصفًا لمعناها معًا. والمستشعرات العاملة بالبطارية التي تُضاف إلى المعدات القائمة تستخدم عادةً LoRaWAN أو راديو مشابهًا منخفض الطاقة. والمنصة التي تحتاج إلى شيفرة مخصصة لكل من هذه ستكون بطيئة النمو.

ولنأخذ منصة واحدة مثالًا: في منصة Kilo لإنترنت الأشياء الصناعي تربط معدات Modbus وOPC UA وBACnet عبر بوابة MQTT طرفية تحوّل بياناتها إلى MQTT ليستقبلها موصّل MQTT في Kilo، وتوجّه مستشعرات LoRaWAN إلى خادم الشبكة المدمج في المنصة. وعندما تسمّي شركتان مصنعتان القراءة نفسها بأسماء مختلفة، تربط مفاتيحهما الخام بمقياس موحّد واحد، بحيث ترى لوحة المعلومات أو القاعدة درجة حرارة واحدة متسقة.

والنمذجة، أي الوظيفة الثانية، قد تكلف المشروع أشهرًا. فإذا وصل كل جهاز بأسماء حقول ووحدات خاصة به، فيجب بناء كل لوحة معلومات يدويًا. أما المنصة التي توفر تعريفات قياس قابلة لإعادة الاستخدام وقوالب للأجهزة، فتتيح لك تهيئة نوع المستشعر مرة واحدة ونسخه إلى الأجهزة الخمسين التالية.

كيف تعمل تحليلات إنترنت الأشياء الصناعي؟

تحوّل تحليلات إنترنت الأشياء الصناعي تدفق القراءات إلى إجابات عن أسئلة تشغيلية: أي الآلات ترتفع حرارتها، وكم استهلك الخط 2 من الطاقة الأسبوع الماضي مقارنة بالخط 1، وأي المضخات تقضي أطول وقت قرب حدها الأقصى. ومعظم هذا العمل أبسط مما توحي به كلمة «تحليلات».

ويبدأ الأمر بالسياق. فبيانات إنترنت الأشياء الصناعي تصل أرقامًا مرتبطة بمعرّفات الأجهزة وأسماء الحقول. وقبل أن يتمكن أي أحد من تحليلها، تحتاج المنصة إلى معرفة الأصل الذي تنتمي إليه القراءة، ووحدتها، وما هو الطبيعي لهذا الأصل، وأي القراءات الأخرى ترتبط بها. فقيمة اهتزاز قدرها 4.5 مم/ث لا تعني الكثير وحدها. أما في مضخة صغيرة ظلت تعمل عند 1.8 لأشهر، فهي تستحق التوقف عندها.

ثم تأتي بضع عمليات قياسية تغطي نسبة مفاجئة من الاحتياجات الفعلية:

  • التجميع: الحد الأدنى والأقصى والمتوسط والمجاميع لكل ساعة أو وردية أو يوم أو شهر، وهي تحوّل القراءات الخام إلى تقارير.
  • المقارنة: القياس نفسه عبر آلات متطابقة، أو الآلة نفسها عبر الزمن، وهي تكشف القيم الشاذة.
  • العتبات والمدد: قيمة تتجاوز حدًا لمدة أطول من وقت محدد، وهذا يحوّل البيانات إلى تنبيه دون إنذارات كاذبة من القفزات العابرة.
  • القيم المشتقة: الطاقة لكل وحدة منتجة، أو ساعات التشغيل من قراءة التيار، أو فرق الحرارة عبر مبادل حراري.

ويعمل التعلم الآلي فوق هذه العمليات، ويساعد في المشكلات التي لا تحسن العتبات التعامل معها، مثل رصد التركيبات غير المعتادة لعدة قراءات أو التنبؤ بقيمة ما. ولكي يعمل يحتاج إلى سجل تاريخي نظيف وموضوع في سياقه، ولهذا فإن المنصة التي تتقن الأساسيات شرط مسبق.

وعلى منصة تحليلات إنترنت الأشياء أيضًا أن تحدد أين تجري الحسابات. فالملخصات البسيطة يمكن أن تجري في السحابة. أما الإشارات عالية التردد، مثل أشكال موجات الاهتزاز الكاملة التي تُؤخذ منها العينات آلاف المرات في الثانية، فتُختزل عادةً عند الطرف أولًا، لأن إرسالها خامًا سيُغرق الشبكات ووحدات التخزين.

ما هي أفضل منصة IIoT؟

لا توجد منصة IIoT واحدة هي الأفضل، لأن الخيار الصحيح يعتمد على المعدات التي لديك، والمكان المسموح لك بتشغيل البرمجيات فيه، والحجم الذي تخطط للتوسع إليه. ويسرد الجدول أدناه المعايير التي تميّز المنصات عادةً بعضها عن بعض في الواقع العملي، مع سؤال تطرحه على كل مورّد.

المعيار لماذا يهم السؤال الذي تطرحه
دعم البروتوكولات يحدد تكلفة ربط كل آلة كيف تصل بيانات Modbus وOPC UA والمستشعرات اللاسلكية إلى المنصة تحديدًا، وما الذي يجب تشغيله في الموقع؟
النشر قد تستبعد سياسة تقنية المعلومات أو عقود العملاء السحابة العامة هل المنتج نفسه متاح سحابيًا أو محليًا أو بالطريقتين؟
التوسع عبر مواقع متعددة تتعثر المنصات المبنية لموقع واحد أمام نمو السنة الثانية كيف تُنظَّم المواقع والصلاحيات وأعداد الأجهزة عند 10 مواقع و1,000 جهاز؟
الوصول إلى البيانات ستحتاج إلى سجلك التاريخي في أدوات أخرى ما واجهات API وخيارات التصدير المتاحة، وهل هي مشمولة في السعر؟
التحكم في الوصول يحتاج المقاولون وعمال التشغيل والمديرون إلى صلاحيات مختلفة هل يمكن ضبط الصلاحيات لكل منطقة ولكل موقع؟
التنبيهات التنبيه الذي لا يستجيب له أحد يجب أن يصل إلى شخص آخر هل يمكن تصعيد التنبيهات إلى شخص آخر إذا لم يستجب أحد؟
نموذج التسعير بعض النماذج تجعلك تدفع ثمن النمو هل التسعير لكل جهاز، أو لكل نقطة بيانات، أو لكل رسالة، أو لكل مستخدم، وكم يكلف عند ثلاثة أضعاف حجمك الحالي؟

وللتوسع وجهان. الوجه التقني هو ما إذا كانت المنصة تواكب تراكم الأجهزة والرسائل وسنوات من السجل التاريخي؛ وعادةً يستطيع المورّدون عرض أرقام على ذلك. أما الوجه التنظيمي فيصعب رؤيته في العرض التوضيحي: مقدار العمل الذي تتطلبه إضافة الموقع الخامس. فإذا كان كل موقع جديد يعني إعادة بناء لوحات المعلومات، وإعادة إنشاء قواعد التنبيه، وإعادة إدخال صلاحيات المستخدمين يدويًا، فقد تتحمل البرمجيات النمو بينما يقضي فريقك أسابيع في كل عملية إطلاق. اطلب من المورّد أن يعرض كيف يُنسخ إعداد موقع قائم إلى موقع جديد.

ويمكنك اختبار الجدول بتجربة أولية تحاكي أصعب حالة حقيقية لديك بدلًا من العرض التوضيحي للمورّد. اربط آلة Modbus قديمة واحدة عبر بوابة، ومستشعرين لاسلكيين أو ثلاثة، وجهازًا واحدًا من شركة مصنعة مختلفة. وابنِ لوحة المعلومات التي سيستخدمها رئيس قسم الصيانة، واضبط تنبيهًا واحدًا مع تصعيد، واطلب من شخص خارج المشروع أن يغيّر حدًا دون مساعدة. تجربة كهذه تستغرق بضعة أسابيع، وتجيب بالأدلة عن معظم الأسئلة أعلاه.

وثمة علامتان تحذيريتان ينبغي الانتباه إليهما أثناء التقييم. الأولى منصة يحتاج فيها كل نوع جديد من الأجهزة إلى الخدمات المهنية للمورّد. والثانية تسعير رخيص على نطاق التجربة الأولية وغير واضح بعده.

أسئلة شائعة عن منصات إنترنت الأشياء الصناعي

هل منصة إنترنت الأشياء الصناعي هي نفسها SCADA؟

لا. فنظام SCADA يشرف على العمليات ويتحكم فيها في الزمن الحقيقي، عادةً على شبكة محلية بوصلات مباشرة بوحدات PLC. أما منصة إنترنت الأشياء الصناعي فتركز على جمع البيانات من مصادر ومواقع كثيرة للمراقبة والتحليل والتنبيهات. وتشغّل مصانع كثيرة الاثنين معًا، فتقرأ منصة IIoT قيمًا مختارة من SCADA أو من وحدات PLC.

ما هي منصة إنترنت الأشياء الصناعي السحابية؟

هي منصة IIoT يستضيفها المورّد ويُوصل إليها عبر الإنترنت، فلا تحتاج إلى تشغيل خوادم بنفسك. وترسل المعدات بياناتها عبر بوابات باتصالات صادرة، وهذا يعني عادةً عدم فتح منافذ للاتصالات الواردة في جدار الحماية بالمصنع. والمقابل أن الاتصال بالإنترنت يصبح جزءًا من مسار البيانات، لذا يجب أن تخزن البوابات القراءات مؤقتًا إذا انقطع الاتصال.

كم تكلفة منصة إنترنت الأشياء الصناعي؟

تتنوع نماذج التسعير: لكل جهاز متصل، أو لكل نقطة بيانات أو وسم (tag)، أو بحسب حجم الرسائل، أو لكل مستخدم، أو ترخيص مؤسسي ثابت. والعتاد والتركيب والبوابات منفصلة عادةً، وبعض المورّدين يتقاضون أيضًا رسومًا مقابل الوصول إلى API أو الاحتفاظ بسجل بيانات أطول. والرقم الذي يستحق المقارنة هو التكلفة الإجمالية عند الحجم الذي تتوقع بلوغه بعد ثلاث سنوات.

هل تحتاج منصة إنترنت الأشياء الصناعي إلى Sparkplug B؟

ليس بالضرورة، لكنه مفيد مع بيانات MQTT. وSparkplug B مواصفة مفتوحة من مؤسسة Eclipse تحدد كيف تنظّم الأجهزة الصناعية موضوعات MQTT وحمولات رسائلها، بما في ذلك الرسائل التي تبلّغ عن اتصال الجهاز أو انقطاعه. وهي تجعل بيانات MQTT من مورّدين مختلفين أسهل في التفسير بشكل متسق. والمنصات التي تقبلها تستطيع عادةً اكتشاف الوسوم الجديدة بجهد أقل في الربط اليدوي.

اربط وحدة تحكم قديمة واحدة عبر بوابة طرفية، وأربعة مستشعرات لاسلكية على الآلات التي يراقبها فريق الصيانة عن كثب أكثر من غيرها، وابنِ لوحة المعلومات الوحيدة التي سيفتحها رئيس قسم الصيانة كل صباح. خمسة أجهزة تقع ضمن الخطة المجانية في Kilo، فلا تكلّف التجربة إلا العتاد وبضعة أسابيع من المتابعة.