فوائد استخدام الشبكات الصناعية اللاسلكية في نباتات التصنيع

كما أن الرصد في الوقت الحقيقي يمكّن المشغلين من استخدام لوحات مظلة مثبتة على أقراص متنقلة، مما يتيح لهم التعرف على الاختناقات أو الانحرافات النوعية فورا، ونتيجة لذلك، يكون الحد الأدنى للمصانع أكثر استجابة ودافعا للبيانات.

تحسين التنقل والإنتاجية التشغيلية

ويحرر المشغلون، أو فنيو الصيانة، والمشرفون من محطات العمل الثابتة، ويجهزون بأجهزة قابلة للارتداء، أو أجهزة مسح يدوية، أو أقراص متحركة من طراز HMI، ويمكن للموظفين الحصول على مركز الآلات، أو تعليمات العمل، أو تنبيهات السلامة من أي مكان داخل منطقة التغطية، مما يقلل من وقت المشي، ويعجل بالاستجابة للأدوات، وييسر التعاون في عمليات التجميع، ويسهل نظاما للتنقلات من حيث الإنتاج.

تعزيز السلامة والرصد البيئي

كما أن الشبكات التي لاسلكية تدعم جيلاً جديداً من تطبيقات السلامة، ويمكن للمستشعرات القابلة للزراعة أن تكشف عن قرب العمال من الآلات الخطرة، أو تسرب الغاز، أو درجات الحرارة القصوى، أو إطلاق الإنذارات أو إغلاق المعدات التلقائية، ولا يمكن وضع أزرار التوقف عن العمل في حالات الطوارئ، وقطع الأمان إلا عند الحاجة دون تشغيل الكابلات عبر الممرات، وفي البيئات التي تنجم فيها عن الغبار أو الغازات المتفجرة، فإن الأجهزة اللاسلكية المرخص بسلام البيئة المتواضع تؤدي إلى إزالة مخاطرة.

التكنولوجيات الرئيسية التي تقود شبكات صناعية لاسلكية

Wi-Fi 6 (802.11ax) and Wi-Fi 6E

ويعرض الواي فاي 6 منافذ أعلى، ودرجة أقل من الرطوبة، وأداؤه الأفضل في بيئات الأجهزة الكثيفة مقارنة بالأجيال السابقة، حيث توجد سمات مثل الوصول المتعدد النطاقات لشعبة الترددات الأرثوغنية والوقت المحدد للهدف، وهو مناسب جداً لمصانع التصنيع التي تتطلب وصلات متزامنة من مئات أجهزة الاستشعار، والضوضاء التراكمية، والأجهزة الجاهزة اليدوية.

5G Private Networks

5 زاي بدأ يظهر كتقنية تحويلية للأجهزة اللاسلكية الصناعية، وقدرتها على الاتصال الواطئ الموثوق بها للغاية، مما يتيح التحكم في الوقت الحقيقي بالآليات والآلات التي تعمل بالبطاقة تحت 1 ملليمتر ثانوي، وتمنح الشبكات الخاصة 5G شركات تصنيع مصممة ومأمونة ويمكن التنبؤ بها عبر المعسكرات الكبيرة، ويقوم كبار بائعي التشغيل الآلي مثل سيمنز وبوش بالفعل بتجريب 5G للهياكل الأساسية المغلقة.

بروتوكولات آيوت الصناعية: WirelessHART, ISA100.11a, and BLE

وبالنسبة لصناعات التصنيع، توفر شركة WirelessHART و ISA100.11a اتصالات موثوقة وشبكة مصغرة لآلاف أجهزة الاستشعار في بيئات صعبة، وهذه البروتوكولات مصممة لاستهلاك الطاقة المنخفض، والقوة من التدخل، والتشغيل المتبادل مع الأجهزة الموجودة حالياً HART.

التحديات واستراتيجيات التخفيف

الشواغل الأمنية في الشبكات الصناعية اللاسلكية

فالشبكات اللاسلكية التي تبث عادة إشارات يمكن اعتراضها إذا لم تكن مؤمنة بشكل سليم، والمصانع التي تعمل على تصنيعها هي أهداف رئيسية للهجمات الإلكترونية لأن الإنتاج المعطل يمكن أن يتسبب في خسائر مالية هائلة، فالثباتاتوموار، وخرق البيانات، والوصول غير المأذون به إلى نظم المراقبة، هي تهديدات حقيقية، غير أن الشبكات الصناعية الحديثة اللاسلكية تضم طبقات متعددة من الأمن:

• Strong encryption:] WPA3-Enterprise for Wi-Fi, AES-128 for WirelessHART, and TLS for data transport.
• Device authentication:] IE 802.1X with EAP-TLS ensures only authorized devices join the network.
• Network segmentation:] Separate VLANs or virtual private networks (VPNs) isolate OT traffic from IT traffic and the internet.
• Continuous monitoring:] Intrusion detection systems (IDS) and security information and event management (SIEM) tools watch for anomalous behavior.

ومن الضروري إجراء تحديثات منتظمة للبرمجيات، ووضع سياسة أمنية محددة جيدا، تتماشى مع معايير مثل المعيار رقم 6443، وبمعاملة الأمن كجزء لا يتجزأ من تصميم الشبكات، يمكن للمصنعين أن يحققوا مستوى من الحماية يلبي أو يتجاوز مستوى الحماية التي توفرها الشبكات اللاسلكية.

Interference, Signal Fading, and Reliability

إن البيئات الصناعية مرموقة للتدخل الكهرومغناطيسي من المحركات، والحاملات، والسيارات العالية التردد، والموصلات اللاسلكية، والعقبات المادية مثل رفوف المعادن، والجدران الخرسانية، والمعدات المتحركة يمكن أن تسبب تلف الإشارات وتكاثر الناموسيات، وللإبقاء على الاتصالات الموثوقة، يجب على مصممي الشبكات:

• إجراء مسح شامل للمواقع باستخدام محللي الطيف لتحديد مصادر التدخل.
• (و) استخدام تكنولوجيا الطيف المزود بالترددات (FHSS) التي تقفز عبر القنوات لتجنب ترددات مزعجة.
• نشر الطبقات المتوسطة حيث يمكن لكل عقدة أن تقدم البيانات، وتوفر مسارات زائدة.
• تنفيذ آليات الخدمات (الخدمة العامة) لتحديد أولويات حركة المراقبة الحرجة من حيث الوقت على البيانات ذات الأولوية الدنيا.
• اختيار نقاط الدخول والراديو الصناعية التي تُقيَّم لمدى درجات الحرارة الممتدة، والغبار، والهتز.

ومع التخطيط السليم، يمكن للموثوقية اللاسلكية في البيئات الصناعية أن تضاهي أو تتجاوز 99.999 في المائة من المتاح، كما يتبين من العديد من عمليات النشر في مصافي النفط ونباتات السيارات.

درجة الحرارة في مراقبة التوقيت

ولا تكون جميع التكنولوجيات اللاسلكية مناسبة لتطبيقات مراقبة الغلق التي تتطلب تحديداً على المستوى الثاني الجزئي، إذ أن الواي الواي الواي التقليدي له طابع متغير بسبب زعم شركة CSMA/CA، مما يجعل من غير المناسب مراقبة الحركة العالية السرعة، إلا أن التكنولوجيات الجديدة مثل الربط الشبكي الحساس بالزمن على البروتوكولات اللاسلكية، و5G URLC، وأجهزة التصنيع غير المجهزة.

حالات الاستخدام: شبكات لاسلكية في العمل

المركبات المصحوبة بمرشدين آليين وأجهزة آلية مستقلة ذاتيا

وتعتمد المركبات الجوية المضادة للمركبات والمركبات على الشبكات اللاسلكية للقيادات الملاحية وتنسيق حركة المرور وإدارة الأسطول، وفي مركز توزيع كبير، يمكن لمئات الروبوتات أن تتواصل عبر شبكة وي-فاي أو 5 جي لتجنب الاصطدامات، وتقنين الطرق، وتزامنها مع الناقلين، وبدون سلك، فإن هذه النظم ستتطلب أسلاك أرضية باهظة التكلفة أو أدلة متفائلة تحد من المرونة.

رصد المعدات المتداولة

وتوجد عادة مضخات ومحركات ومعجبات ومكثفات في المناطق النائية أو الخطرة، وترسل أجهزة استنشاق ودرجات الحرارة اللاسلكية بيانات إلى منصة تحليلية قائمة على الغيوم، ويتلقى المهندسون إنذارات تنبؤية عند اكتشاف تدهور الحوادث، مما يسمح بتحديد موعد الصيانة أثناء فترات التوقف المقررة، وأفادت محطة كيميائية في تكساس بحدوث انخفاض بنسبة 40 في المائة في حالات الخروج غير المخطط لها بعد نشر 500 جهاز لاسلكي لرصد الأوضاع.

خطوط الجمعية المرنة

وفي مجال صناعة السيارات، تتطلب التغييرات النموذجية إعادة تشكيل خط سريع، فالأداة اللاسلكية والذئاب العقيمة تتواصل مع نظام الجودة المركزي، وتزيل زوايا الكابلات، وتسمح بتغييرات سريعة، ويستخدم المشغلون أجهزة مسح الشوائب اللاسلكية والقوارير للتحقق من الأجزاء، والحد من الأخطاء وتحسين إمكانية التعقب.

إدارة المستودعات والمخزون

وتستخدم المستودعات بطاقات السحب والمسح اليدوي الموصل بالشبكة لتتبع المخزون في الوقت الحقيقي، وتقضي الشبكات اللاسلكية على الحاجة إلى محطات الماسح الثابتة، مما يتيح للعمال التنقل بحرية مع الحفاظ على تواصل مستمر مع نظام إدارة المستودعات، ويصبح عد العناوين أسرع وأكثر دقة.

أفضل ممارسات التنفيذ

إجراء دراسة استقصائية عن مواقع الثورة وتقييم المخاطر

قبل نشر أي نظام لاسلكي، إجراء مسح لمواقع نموذج الإبلاغ المالي من أجل تحديد التغطية، وتحديد التدخل، وتحديد موقع الوصول الأمثل، وتقييم المخاطر الأمنية والعوامل البيئية والامتثال التنظيمي (مثلاً، لجنة التنسيق المالي، فريق التكنولوجيا والتقييم الاقتصادي).

التصميم من أجل إعادة التوحيد والقابلية للتصنيف

استخدام أجهزة التحكم الزائدة عن الحاجة، ونقاط الوصول المتعددة ذات التغطية المتداخلة، والربط الشبكي المشرق لضمان عدم وجود نقطة فشل واحدة، وخطة التوسع في المستقبل عن طريق عرض النطاق الترددي وعناوين شركاء التنفيذ، واختيار معايير البائعين - التشخيص حيثما أمكن تجنب القفل.

الأولوية لأمن الفضاء الإلكتروني

تنفيذ نهج الدفاع المتعمق: تشفير جميع أشكال الحركة اللاسلكية، وتوثيق جميع الأجهزة، وشبكات القطاعات التي تستخدم الجدران النارية، والرصد المستمر، ومتابعة إطار الأمن السيبرلي التابع للشبكة الدولية للطلاب والمبادئ التوجيهية IEC 62443، ومواصلة تحديث البرمجيات وإجراء اختبارات الاختراق الدورية.

اختبارات سريعة مع حمولات العمل الحقيقي

:: توجيه الشبكة اللاسلكية التي تضم مجموعة فرعية تمثيلية من الأجهزة واستخدام الحالات قبل بدء التشغيل الكامل، وقياس الرطوبة، وخسارة الحزم، وقطعة الرؤوس تحت حمولات الذروة، وتقييم أن حلقات المراقبة الحرجة تفي بمتطلبات توقيتها، وتوفير التدريب للموظفين على الدمج السليم للأجهزة، وتشويه الشبكتين.

خاتمة

فالشبكات الصناعية التي لاسلكية لم تعد بديلاً عن النشوء، فهي تصبح العمود الفقري للصناعة الحديثة، أما المرونة في الفوائد، والوفورات في التكاليف، وتعزيز جمع البيانات، والتنقل، وتحسين السلامة، والقدرة على التصعيد، فهي تفوق التحديات التي تكتنفها عندما تكون مخططة ومضمونة على النحو المناسب، وبما أن التقدم التكنولوجي مع نظام وي - فاي 6، و5 زاي، والبروتوكولات المحددة، فإن الحدود بين أجهزة الاستقبال اللاسلكية لا تزال غير واضحة.

ويتطلب الانتقال النظر بعناية في الأمن والتدخل والتساهل، ولكن الأدوات وأفضل الممارسات للتغلب على هذه العقبات ناضجة ومثبتة، ومن خلال التعاون مع الشركاء في التكنولوجيا، والتقيد بمعايير الصناعة، وترتيب أولويات استراتيجية النشر المنهجي، يمكن لأي مصنع تصنيع أن يكشف كامل إمكانات الشبكات الصناعية اللاسلكية، ومصنع المستقبل لاسلكية، والمستقبل موجود هنا بالفعل.