أثر أجهزة البيوت على رصد العملية الهندسية ومراقبتها

ويعود الانتشار السريع لتكنولوجيا الإنترنت في الأمور إلى إعادة تشكيل هيكلية أساسية لكيفية رصد العمليات الهندسية ومراقبتها، إذ باتت تُدخل أجهزة الاستشعار الذكية والمحاضرات في النظم المادية، أصبح للمهندسين الآن إمكانية الوصول إلى تدفق مستمر للبيانات التشغيلية التي كانت غير قابلة للاستدامة في السابق، وهذا التحول من عمليات التفتيش اليدوية الدورية إلى قطاعات النقل الفعلي الدائم، والرؤية الحقيقية، مما يتيح الكشف بسرعة عن القضايا، والتعديلات الأكثر دقة، وتحقيق مستوى من الأمان.

مؤسسة رصد عملية إيوت - دريفن

وقد اعتمد رصد العمليات التقليدية على القراءة اليدوية الدورية أو أجهزة الاستشعار المعزولة ذات القدرة المحدودة على الاتصال، حيث تغير أجهزة التوحيد القياسي هذه النموذج من خلال إنشاء نسيج مترابط مكثف لمصادر البيانات يوفر رؤية مرنة وحقيقية لكل مقاس حرج داخل نظام هندسي.

اقتناء البيانات المستمر في سكال

وتُنشر أجهزة الاستشعار الحديثة للوقود في كل نقطة من نقاط الاهتمام في عملية ما: على أجهزة التناوب، وعلى خطوط الأنابيب، وعلى طول أحزمة النقل، وفي إطار نظم الرقابة البيئية، وتقيس هذه أجهزة الاستشعار متغيرات مثل درجة الحرارة، والضغط، ومعدل التدفق، والهزاء، والرطوبة، والفولط، والتكوين الكيميائي، وتُنقل البيانات دون أي اتصال إلى منابر مركزية أو قائمة على الحوافد، وكثيرا ما تستخدم بروتوكولات المستمرة.

حاسبة حاسوبية للتوقيت الحقيقي

وفي حين أن منابر السحاب ذات قيمة بالنسبة للمحللين على المدى الطويل، فإن العديد من تطبيقات الرصد تتطلب إجراء فوريا، فالحساب على أساس الرفع يقترب من أجهزة الاستشعار، ويتيح التحليل والاستجابة في الوقت الحقيقي دون توافر القدرة على إرسال البيانات إلى خادوم عن بعد، وعلى سبيل المثال، يمكن لجهاز تحديد الهوية أن يكشف عن حدوث تسرع مفاجئ في اليقظة الحركية ويحدث إنذارا أو توقفا في غضون ثوان من الحد من الارتداد، مما يحول دون حدوث أضرار في هيكل الارتداد.

الإنذار المسبق وكشف حالة الشذوذ

ويمكن تشكيل منابر الأيوتات بعتبات دينامية تتكيف مع ظروف التشغيل المتغيرة بدلا من استخدام الحدود الثابتة، وعندما يبتعد جهاز الاستشعار عن الأنماط المتوقعة، يولد النظام إنذارا يوجه إلى الفريق الهندسي المناسب، وتستخدم نظما أكثر تطورا نماذج للتعلم الآلي مدربة على البيانات التاريخية لكشف الشذوذات الخفية التي قد تشير إلى تدهور المعدات في المراحل المبكرة أو عدم معالجةها أو إلى مخاطر محتملة تتعلق بالسلامة.

قدرات التحكم في التحولات

وبالإضافة إلى الرصد، تتيح أجهزة التوحيد القياسي وجود جيل جديد من نظم الرقابة تكون أكثر استجابة وتكيفا وكفاءة من سابقيها، وتعزز مراقبة الصوت المغلقة بتوافر بيانات أكثر ثراء وأكثر تواترا من شبكات الاستشعار الموزعة.

الرقابة التأديبية والتطبيقية

ويعتمد المتحكمون التقليديون في استخدام الطاقة على بارامترات ثابتة للتنقية، قد تصبح دون المستوى الأمثل مع تغير عمر المعدات أو ظروف التشغيل، ويمكن أن تكيف نظم التحكم التي يمكن استخدامها في استخدام النفط الخام بصورة دينامية مع تحديد نقاط القوة ومعايير التفاف على أساس التغذية في الوقت الحقيقي، وعلى سبيل المثال، يمكن لنظام HVAC الذكي في مرفق كبير أن يُحدِّد درجة الحرارة والتدفق الجوي على نحو أفضل عبر مئات المناطق عن طريق أنماط شغل الطاقة التي تُصِم باستمرار، وتكييف الهواء في الهواء في الهواء في الهواء.

Distributed Control and Coordination

وفي العمليات المعقدة مثل صنع المواد الكيميائية أو توليد الطاقة، يجب أن تعمل حلقات التحكم المتعددة في الوئام، حيث تتيح شبكات التوحيد المغناطيسي هياكل الرقابة الموزعة حيث يتواصل فرادى المتحكمين مباشرة مع بعضهم البعض، ويتقاسمون البيانات وينسقون الإجراءات دون وجود اختناقات مركزية، ويحسن هذا النهج من جانب الأقران التسامح إزاء الأخطاء وقابلية التصعيد، حيث يمكن للنظام أن يستمر في العمل حتى لو فشلت إحدى وحدات التحكم أو وصلات الاتصال.

العمليات عن بعد والتفاعل بين الجوانب الإنسانية والملحقة

وتوفر منابر الأيوتات للمهندسين إمكانية الوصول عن بعد إلى نظم المراقبة من خلال أجهزة مؤمنة للتشغيل يمكن الوصول إليها عبر الحواسيب المكتبية أو الأقراص أو الهواتف الذكية، وهذه الوصلات توفر بيانات عن العمليات في الوقت الحقيقي، ورسومات الاتجاهات، وملخصات الإنذار في شكل بصري غير ملائم، ويمكن للمشغلين تعديل نقاط الموقع أو بدء أو وقف المعدات، وتقر بالأجهزة الإنذارية من أي مكان توجد فيه وصلات شبكية.

إدارة البيانات والهياكل الأساسية لتحليلها

القيمة المستمدة من أجهزة التوحيد المغناطيسي تناسب بشكل مباشر مع قدرة المنظمة على إدارة وتجهيز وتحليل مسارات البيانات الناتجة عن ذلك، بناء بنية أساسية قوية للبيانات شرط أساسي لنجاح تبني تكنولوجيا المعلومات في مراقبة العمليات الهندسية.

استراتيجيات استنفاد البيانات وتخزينها

ويمكن أن تولد عمليات نشر الأجهزة الصناعية IoT بيانات عن مجموعات زمنية سنوياً، ويتطلب استنفاد البيانات بصورة فعالة خطوط أنابيب قابلة للتقسيم يمكن أن تعالج بيانات عالية السرعة من آلاف أجهزة الاستشعار، ويجب أن توازن قواعد بيانات السلسلة الزمنية مثل نظام InfluxDB، أو مصرف بيانات التوقيت، أو مؤرخي صناعة الممتلكات، على النحو الأمثل، في كثير من الأحيان، فيما يتعلق بتخزين البيانات التي تُستخدم في الآونة الأخيرة بكفاءة.

نوعية البيانات ومواصلتها

فبيانات الاستشعار عن طريق الفم تكون في كثير من الأحيان مزعجة أو غير كاملة أو غير متسقة، وقبل أن يمكن استخدامها في التحليل أو المراقبة، يجب تنظيف البيانات والتحقق منها وإضفاء طابع السياق عليها، فعلى سبيل المثال، لا يمكن أن تكون قراءة درجة الحرارة دقيقة إلا في نطاق معين، وينبغي تداخل أو تبيان القيم المفقودة، ويشمل القراءــة الاستدلالية إثراء القياسات الخام بالبيانات الوصفية مثل الأجهزة، وعلامات الموقع، وسجلات الصيانة.

التبصر، لوحات المشاهدة، والإبلاغ

ومن الضروري وضع صورة فعالة للبيانات من أجل تحويل البيانات الخام إلى معلومات ذات طابع عملي، وتوفر منابر حديثة للمناهج التي تستخدم فيها تكنولوجيا المعلومات لوحات مصممة خصيصاً تبين مؤشرات الأداء الرئيسية والاتجاهات في الوقت الحقيقي وملخصات الإنذار، ويمكن تصميم هذه اللوحات على نحو يتوافق مع مختلف أدوار المستعملين: وقد يحتاج المشغلون إلى استعراض عام بسيط للمعالم الحرجة، في حين قد يحتاج مهندسو العمليات إلى تحليل مفصل للاتجاهات وخرائط أسبوعية لمراقبة العمليات الإحصائية.

الأمن والقابلية للاعتماد والمعايير

ومع زيادة ارتباط العمليات الهندسية، فإن سطح الهجوم على التهديدات الإلكترونية المحتملة يتسع بدرجة كبيرة، وضمان أمن وموثوقية نظم إيوت ليس إضافة اختيارية بل شرطا أساسيا لعمليات آمنة وقابلة للثقة.

التحديات الأمنية التي تواجه بلدان العالم

وكثيرا ما تكون أجهزة التوحيد القياسي مجهزة بالموارد، مما يجعل من الصعب تنفيذ آليات الأمن التقليدية مثل جدران الحماية أو برامجيات مكافحة الفيروسات، وتشمل أوجه الضعف المشتركة ضعف التوثيق، والاتصالات غير المشفوعة، والبرمجيات الثابتة التي لا تزال قائمة، والتخفيف من هذه المخاطر، ينبغي للمنظمات أن تعتمد نهجا معمقا في مجال الدفاع: ينبغي أن توثق الأجهزة على الشبكة باستخدام الشهادات أو الرموز، وينبغي أن تكون جميع الاتصالات مجهزة باستخدام بروتوكولات مثل TLS.

الموثوقية والتكرار

وفي مجال مراقبة العمليات الهندسية، يمكن أن تترتب على فشل النظام عواقب وخيمة، بما في ذلك توقف الإنتاج أو تلف المعدات أو حوادث السلامة، ويجب تصميم نظم إيوت بعقلية، ويشمل ذلك استخدام أجهزة الاستشعار وممرات الاتصال الزائدة عن الحاجة، وتنفيذ أساليب التحلل الميسرة، وضمان استمرار نظم المراقبة في العمل في دولة آمنة حتى لو فقدت الشبكة، وضمان استمرار المنطق المحلي لمراقبة الخريف، الذي يشار إليه في كثير من الأحيان باسم " أساليب التحكم في السحاب " .

معايير الصناعة وإمكانية التشغيل المتبادل

(أ) النظام الإيكولوجي للمتفجرات من مخلفات الحرب مجزأ، مع العديد من البائعين، والبروتوكولات، والأشكال المتعلقة بالبيانات: بالنسبة للنشرات الهندسية الواسعة النطاق، فإن قابلية التشغيل المتبادل بين الأجهزة والنظم من مختلف الجهات المصنعة أمر أساسي.

تطبيقات وفوائد القطاع

وفي حين أن مبادئ الرصد والمراقبة التي يمكن أن يُستخدم فيها استخدام تكنولوجيا المعلومات والاتصالات تنطبق بشكل عام، فإن التنفيذات المحددة تختلف اختلافا كبيرا بين مختلف المجالات الهندسية، ويعطي كل قطاع الأولوية لمختلف القياسات ويواجه قيودا تشغيلية فريدة.

التصنيع والإنتاج المتميز

4 - وفي مجال التصنيع، تعتبر أجهزة الإيوتات محورية لمفهوم الصناعة 4.0. أجهزة الاستشعار في أوقات دورة مسارات الإنتاج، والنواتج، ومقاييس الجودة في الوقت الحقيقي، والرصد المشروط لآلات وآليات وأجهزة النقل التابعة للجنة الوطنية المركزية يسمح لأفرقة الصيانة بالجدول الزمني للإصلاحات القائمة على فترات الارتداء الفعلية بدلا من فترات ثابتة، وتعظيم توافر المعدات.

الطاقة والمرافق

ويعتمد قطاع الطاقة اعتماداً كبيراً على استخدام الطاقة الكهربائية في إدارة الشبكات، وتحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة المتجددة، ورصد الأصول، وتوفر القياسات الذكية بيانات استهلاكية من السلع الرعوية تتيح برامج الاستجابة للطلب والتسعير الديناميكي، وتستخدم التربينات الشمسية أجهزة الاستشعار من حيث سرعة الرياح، ودرجة حرارة الأفرقة، وأداة اللافقار، وتكيف تلقائياً مع أجهزة تغذية الأشعة المتحركة، وتعقّب عوامل الحرارة المثلى لتعظيم الإنتاج.

النقل واللوجستيات

في النقل، أجهزة الإيوت تراقب صحة المركبات، وظروف الشحن، وأداء الطرق، تتبع نظم إدارة الأسطول مواقعها، واستهلاك الوقود، وسلوك السائقين، مما يسمح للشركات اللوجستية بأن تُحدّد الطرق وتخفض تكاليف التشغيل، وفي نظم السكك الحديدية، ترصد أجهزة الاستشعار عن بعد حالة العجلات، وسلامة المسارات، وحالة الإشارة، مما يتيح الصيانة المتوقعة التي تقلل من اختلالات الخدمات.

الصناعات التحويلية: المواد الكيميائية والصيدلانية والأغذية

وفي الصناعات التحويلية، تعتبر المراقبة الدقيقة لدرجات الحرارة والضغط والضغط والهكتار والتدفقات أمراً بالغ الأهمية بالنسبة لنوعية المنتجات وسلامتها، وتوفر أجهزة الاستشعار بالأشعة البنفسجية بيانات عالية الاستبانة لازمة لاستراتيجيات متقدمة لمراقبة العمليات مثل الرقابة التنبؤية النموذجية، وفي مجال الصناعات الصيدلانية، فإن الرصد المستمر لظروف ومعدات الغرف النظيفة أمر أساسي للامتثال لممارسات التصنيع الجيدة، وفي مجال تجهيز الأغذية، يكفل رصد سلسلة النفايات الباردة.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ويتسارع تطور التوحيد القياسي في رصد العمليات الهندسية ومراقبتها، مدفوعاً بتطورات في الاستخبارات الاصطناعية، والاتصالات اللاسلكية، والتقليل من أجهزة الاستشعار، وسيؤدي العقد المقبل إلى زيادة قدرة النظم المستقلة.

AI and Machine Learning Integration

وقد طُبقت بالفعل تعلم الآلات للتنبؤ بإخفاقات المعدات، وتحقيق الحد الأمثل من نقاط التفتيش، وكشف أوجه الخلل في العمليات، حيث أن الخوارزميات تصبح أكثر تطوراً وانخفاضاً في التكاليف الحاسوبية، يمكننا أن نتوقع من الوكالة الدولية للطاقة أن تضطلع بدور مركزي أكبر في قرارات الرقابة في الوقت الحقيقي، إذ لا يمكن مثلاً استخدام التعلم في مجال الإنفاذ لتدريب سياسات الرقابة التي تتوافق مع أهداف الأداء الطويلة الأجل، مثل تكييف نظم الطاقة التقليدية.

التوائم الرقمية والحياكة

والتوائم الرقمي هو نسخة افتراضية من عملية أو نظام مادي يجري تحديثه باستمرار مع بيانات التوحيد القياسي في الوقت الحقيقي، ويمكن للمهندسين استخدام التوأم الرقمي لتحفيز سيناريوهات " ما إذا كان " ، واستراتيجيات مراقبة الاختبار، وتحقيق أقصى قدر من العمليات دون المخاطرة بالعملية الفعلية، مثلا، يمكن أن يُظهر توأم رقمي من مفاعل كيميائي أثر تغير تركيبة المواد الوسيطة أو نشاط حفاز، مما يتيح للمهندسين تحديد ظروف التشغيل المثلى قبل تنفيذ التغييرات في النموذج الافتراضي في المتطورة.

5G and next-Generation Connectivity

5G wireless networks offer significantly higher bandwidth, lower latency, and greater tool density compared to previous generations. For industrial IoT, 5G enables applications that require realtime control over wireless links, such as autonomous mobileroids (AMRs) and collaborativeroids (cobots) that operate safely alongside human workers.

الاستدامة والاستخدام الأمثل للطاقة

وسيستخدم استخدام أجهزة التأشيرات الفوقية بصورة متزايدة لدعم أهداف الاستدامة، إذ إن الرصد الفوري لاستهلاك الطاقة، واستخدام المياه، وتوليد النفايات يمكن المنظمات من تحديد أوجه القصور وتنفيذ الإجراءات التصحيحية، وتعظيم نظم البناء الذكية للضوء والتدفئة والتبريد على أساس الشغل والتنبؤات الجوية، والحد من آثار الكربون، وفي التصنيع، فإن الاستخدام الأمثل لعملية قياس الانبعاثات يخفض إلى الحد الأدنى من النفايات والخردة في المواد.

اعتبارات التنفيذ وأفضل الممارسات

إن نشر حلول للمناطق المتروكة لرصد العمليات الهندسية ومراقبتها هو تعهد معقد يتطلب تخطيطا دقيقا وتعاونا بين المهام والتزاما بالإدارة الجارية، ومن المرجح أن تحقق المنظمات التي تتبع نُهج التنفيذ المنظمة قيمة دائمة من استثماراتها في مجال تكنولوجيا المعلومات.

بدء مع أهداف واضحة و طيارات

فبدلا من محاولة تنفيذ واسع النطاق منذ البداية، تبدأ المنظمات الناجحة بمشاريع تجريبية محددة جيدا تعالج مشاكل تجارية محددة، مثلا، يمكن أن يركز نموذج على تخفيض وقت النزول غير المخطط له على آلة واحدة حرجة، أو على تحسين مراقبة درجة الحرارة في مرحلة إنتاج عالية القيمة، وينبغي أن يكون للنموذج مقاييس نجاح واضحة، وجدول زمني محدد، وفريق صغير مركز، ويمكن للدروس المستفادة من هذا المشروع أن تسترشد بتصميم مخاطر الانتشار الأوسع نطاقا.

الاستثمار في إدارة البيانات وإدارة دورة الحياة

ولا تعد بيانات تكنولوجيا المعلومات قيمة إلا إذا كانت جديرة بالثقة، ويمكن الوصول إليها، وموثوقة توثيقا جيدا، ومن الضروري وضع سياسات لإدارة البيانات في وقت مبكر، ويشمل ذلك تحديد ملكية البيانات، ومراقبة الدخول، وفترات الاحتفاظ، ومعايير الجودة، كما أن هناك سجلا للبيانات يوثق معنى كل قراءة من أجهزة الاستشعار ومصدرها وسياقها يساعد المهندسين وعلماء البيانات على استخدام المعلومات بفعالية، ومع تزايد الهياكل الأساسية للشبكة، يمكن لأدوات إدارة دورة البيانات الآلية أن تنفذ سياسات الاحتفاظ بها.

بناء أفرقة شاملة ومحلية

وتتطلب مبادرة ناجحة بشأن تكنولوجيا المعلومات مجموعة من المهارات: الخبرة الفنية في مجال العملية الهندسية التي يجري رصدها، والكفاءة في الربط الشبكي والنظم المدمجة، وعلوم البيانات وقدرات التحليل، والمعارف المتعلقة بأمن الفضاء الحاسوبي، وينبغي للمنظمات أن تستثمر في تدريب الموظفين الحاليين وتعيين الأخصائيين حسب الحاجة، كما أن تعزيز التعاون بين أفرقة التكنولوجيا التشغيلية وتكنولوجيا المعلومات أمر مهم بصفة خاصة، حيث أن هذه الأفرقة تعمل بصورة تقليدية في إطار " البصم " .

خطة تحقيق الاستقرار والثورة

وتتطور التكنولوجيا بسرعة، ولا يوجد استثناء من المشهد الذي يُستخدم فيه استخدام تكنولوجيا الفضاء الخارجي، فعند اختيار المعدات والمنابر والبروتوكولات، تعطي الأولوية للمكونات القائمة على معايير مفتوحة ولديها نظم إيكولوجية قوية للبائعين، وتتجنب القفل في مجال الملكية، حيثما أمكن، حيث يمكن أن تعوق عمليات التحديث والتكامل في المستقبل، وتُصمم البنية الأساسية للنظام بحيث تتيح أجهزة استشعار جديدة، وقدرات تحليلية، أو تُضاف قيم برمجيات غير قابلة للتعطيل.

وفي الختام، فإن تأثير أجهزة الإيوت على رصد العمليات الهندسية ومراقبتها عميق ولا يزال يتكشف، إذ توفر الرؤية في الوقت الحقيقي، والتحكم في التكيف، وتوليد بيانات غنية للمحللين، وتُمكِّن تكنولوجيا إيوت المهندسين من تشغيل عمليات أكثر كفاءة وأمناً واستدامة، وستُتاح للمنظمات التي تتبنى هذه القدرات في الوقت نفسه معالجة التحديات المرتبطة بالأمن وإدارة البيانات وتنمية المهارات في إطارات تنافسية متزايدة الترابط.