إدماج نظم الهم مع أيوت للعمليات الصناعية المُنظمة

فتكامل نظم " ملاحية " البشرية مع شبكة " إنترنت " للأشياء يعيد تعريف العمليات الصناعية، مما يتيح مستويات غير مسبوقة من وضوح البيانات، والتشغيل الآلي، والكفاءة، وحيث أن صناعات التصنيع والعمليات تشمل الصناعة ٤,٠، فإن دمج شركة HMI وشركة IoT ينشئ نظاماً إيكولوجياً اختيارياً مترابطاً يمكن فيه للمشغلين رصد ومراقبة المعدات وفهمها على النحو الأمثل من أي مكان آخر، وهذا التآزر يقلل من مستوى سعة المصانع.

Understanding HMI Systems and IoT in Industrial Contexts

ما هو وجه الإنسان - المشرق؟

وإحدى شركات HMI هي واجهة للمستعملين تربط المشغلين بالآلات والعمليات ونظم المراقبة، وهي تتألف عادة من عرض بياني غالباً ما يُظهر بيانات آنية مثل درجة الحرارة والضغط والسرعة وحالة الإنذار، ويستخدم المشغلون جهاز HMI للتفاعل مع أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، ونظم الرقابة الإشرافية وحيازة البيانات (SCADA)().

ما هو الإنترنت من الأشياء؟

وتشير شبكة المعلومات الصناعية (الشبكة الدولية) إلى شبكة من أجهزة الاستشعار المادية، والمحاضرين، والمتحكمين، والبوابات التي تجمع وتتبادل البيانات على الشبكة الدولية، وخلافا لشبكات التشغيل التقليدية، كثيرا ما تستخدم أجهزة تكنولوجيا المعلومات بروتوكولات الاتصال الموحدة مثل MQTT، أو OA، أو MDBO، أو أجهزة التحكم في المركبات، ويمكن نشرها على أجهزة قياسية متفجرة ذات قيمة متفاوتة من أجهزة القياس أو جديدة.

The Convergence of HMI and IoT

وعندما تدمج نظم إدارة الطاقة مع شركة إيوت، تتطور شاشات المشغل من هيئة مراقبة محلية إلى نافذة إلى مؤسسة متصلة، ويمكن أن تقوم شركة HMI التي تستخدم تكنولوجيا المعلومات بسحب البيانات من أجهزة الاستشعار عبر المصنع، ومن أجهزة تغذية سلسلة الإمداد في أعلى المجرى، وحتى من مصادر الطقس الخارجي أو أسعار الطاقة، وهذا التقارب يكسر صوامع المعلومات، مما يتيح للمشغلين أن لا يرون فقط ما تقوم به آلة إنتاجية واحدة، بل كيف تؤدي أهدافا.

الفوائد الرئيسية لإدماج شركة HMI مع شركة IoT

رصد التسلسل الحقيقي والتصوير

ومع قيام أجهزة الاستشعار بالأشعة فوق البنفسجية مباشرة بتوصيل البيانات إلى منطقة الهوتوكتار، يكتسب المشغلون الضوء الفوري على الوضع الآلي ومعدلات الإنتاج والظروف البيئية، فبدلا من انتظار التقارير الدورية أو القراءات اليدوية، يمكنهم أن ينظروا إلى الاتجاهات الحية، ويحددوا العتبات، ويتلقىوا إنذارات فورية، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يظهر خط تجهيز الأغذية درجة حرارة من كل منطقة من مناطق الفرن في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمشغلين تحديد الهوايات قبل أن تتضرر نوعية المنتجات.

الصيانة الافتراضية والحد من وقت العمل

ومن بين أقوى النتائج التي حققها إدماج المركبات العضوية الثابتة في منطقة المحيط الهندي، الصيانة المتوقعة، إذ أن أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية تلتقط الاهتزاز، ودرجة الحرارة، والسحب الحالي، وغيرها من البارامترات التي تشير إلى الفشل أو الوشيك، ويمكن أن تعرض أجهزة رصد الحالة التي بها خطوط الاتجاهات، وأجهزة الإنذار الآلي عندما تتجاوز القياسات النطاقات الآمنة، وتتلقى أفرقة الصيانة إنذارات مبكرة، مما يسمح لها بأن تخفض تكاليف الصيانة المقررة في وقت العطلها(75).

تعزيز اتخاذ القرارات مع البيانات الشاملة

وعندما تتاح للمشغلين إمكانية الحصول على بيانات تاريخية وواقعية من مصادر متعددة، يمكنهم اتخاذ قرارات مستنيرة أسرع، ويمكن أن يُحدث إنتاج متكامل بواسطة استهلاك الطاقة أو جداول التحول أو مقاييس نوعية المواد الخام، وهذا الرأي الكلي يدعم تحليل الأسباب الجذرية، وتحديد الاختناقات، والتحسين المستمر، وعلى سبيل المثال، إذا تباطأ خط التغليف، يمكن للمشغل أن يفحص فورا ما إذا كانت المسألة أفضل ميكانيكية أو فعالة أو متصلة مباشرة بتجهيز الإمدادات.

كفاءة الطاقة والاستدامة

ويمكن للمشغلين أن يرصدوا استخدام الطاقة لكل آلة، أو لكل خط، أو لكل منتج، ويمكنهم تحديد المعدات غير الفعالة، وتحقيق التسلسل الأمثل لبدء التشغيل/الخفض، وتخفيض حجم الذروة، إذ تحقق العديد من المرافق الصناعية وفورات في الطاقة تتراوح بين 10 و20 في المائة بمجرد تصور أنماط الاستهلاك والعمل عليها، وحيث أن الاستدامة تصبح أولوية مؤسسية، فإن إدماج مادة HMI مع مادة إيوت يوفر القياسات اللازمة لتتبع التخفيضات في البصمة الكربونية.

الوصول عن بعد والقدرة على العمل

وتتيح برامجيات التعليم العالي الحديثة للموظفين المأذون لهم بالوصول إلى شاشات HMI عن طريق أجهزة التعبئة الإلكترونية أو الأجهزة المتنقلة، ويمكن لمديري النباتات أن يفحصوا حالة الإنتاج من منازلهم، ويمكن للفنيين أن يضطروا إلى فرز المشاكل دون أن يكونوا حاضرين مادياً، وقد أثبتت هذه القدرة أنها لا تقدر بثمن خلال وباء COVID-19، وتواصل دعم القوى العاملة الموزعة، كما أن الوصول عن بعد يتيح للخبراء المتخصصين المساعدة في مواقع متعددة، والحد من تكاليف السفر ووقات.

تنفيذ نظم إدارة عمليات النقل الجوي الدولي: إطار عمل تدريجي

الخطوة 1: نشر الاستشعار واقتناء البيانات

ويُعد أساس أي تكامل بين تكنولوجيا المعلومات والاتصالات عملية موثوقة لجمع البيانات، بدءا بتحديد البارامترات الرئيسية التي تؤثر على أداء العمليات أو نوعيتها أو سلامتها، وتشمل أجهزة الاستشعار المشتركة اختبارات الحرارة، ومنتجات الضغط، ومستشعرات التدفق، والمحولات الحالية، ومفاتيح الجوار، أما بالنسبة للآلات الموجودة، فإن أجهزة الاستشعار الجاهزة تستخدم أساليب السحب غير الغازية.

الخطوة 2: تكامل البيانات واختيار منهاج العمل

ويجب أن تتدفق البيانات المجمعة إلى منبر مركزي، وتشمل الخيارات نظماً للوحدة، ومنابر للشبكة الدولية للتصنيف السحابي (مثل نظام رصد الأرض، ومؤسسة Azure IoT Hub، أو سيمنس ميدانستر)، أو هياكل ربط حافة الهجينة، وينبغي للمنبر أن يدعم تجميع البيانات، وتخزين المواد الزمنية، والتكامل مع النظم القائمة للبرمجيات مثل نظام تخطيط موارد المؤسسة.

الخطوة 3: تصميم تجربة استخدام وتجميع المعلومات

(ج) تصميم شاشات البيوتادايين السداسي الكلور لعرض بيانات اليو تي بطريقة واضحة وغير ملائمة، واستخدام مخططات الاتجاهات للمتغيرات المستمرة، ووضع نماذج لانحرافات النقاط، ووضع أجهزة الإنذار، وتحديد أولويات المعلومات الأكثر أهمية عن الشاشة الرئيسية، مع تحديد صفحات التمرينات للتحليل التفصيلي، والنظر في تحديد الاتجاهات القائمة على الضبط (خطورة/الدرجة الأولى) لتحديد مواقع الصيانة الحقيقية.

الخطوة 4: الربط والهياكل الأساسية للشبكة

ومن الضروري إقامة وصلات موثوقة، فيما يتعلق بالشبكات الموجودة على الأرض، استخدام شبكة الإثيرات الصناعية (PROFINET, EtherNet/IP) مع تحويلات مدارة إلى حركة المرور في القطاعات، وبالنسبة للمواقع النائية أو المعدات المتنقلة، النظر في الخلايا (G/5G) أو W-Fi 6, أو LoRaWAN.

الخطوة 5: تدابير الأمن السيبرى

(ب) إدخال أجهزة تكييف الهواء في نظام المعلومات الإدارية المتكامل، وتطبيق نظم الكشف عن الأضرار، وتطبيق أجهزة الأمن الصناعي، وإنفاذ التوثيق القوي، وتطبيق جميع البيانات في العبور وفي مكان آخر، وتنفيذ مراقبة الدخول على أساس الدور على منصة HMI وIoT.

التحديات والنظر في التكامل

أمن البيانات والمخاطر الخاصة

ومع زيادة الوسائل التي تربط بين شبكة الإنترنت، يتسع نطاق سطح الهجوم، فالأدوات الصناعية الإلكترونية - مثل تلك التي تستخدم في الخط الحديدي الاستعماري أو هندوراس - تُدمِر إمكانية التعطل، وتستلزم حماية البيانات التشغيلية الحساسة، والملكية الفكرية، ومعلومات العملاء الاستثمار المستمر في الأدوات الأمنية، والتدريب، وخطط الاستجابة للحوادث، وقد تفتقر شركات توليد الطاقة إلى سمات أمنية حديثة، أو إلى تجزؤ شبكي أو تحديث البوابات.

تعقيد النظام وقابليته للتشغيل المتبادل

ويمكن أن يكون إدماج مختلف الأجهزة والبروتوكولات والبرامجيات أمراً صعباً من الناحية التقنية، حيث يستخدم مختلف البائعين أشكالاً من الممتلكات، مما يجعل من الصعب وضع خرائط للبيانات، وقد تحتاج جهود توحيد المعايير (مثلاً، مكتب تنسيق العمليات الجوية، ومنظمة MQTT Sparkplug B، ونموذج RAMI 4.0) إلى المساعدة، ولكن قابلية التشغيل الكامل للتبادل لا تزال تعمل حالياً، وقد تحتاج المنظمات إلى خدمات متوسطة أو تكامل مع المعايير.

التكاليف الأولية وتسويق الموارد البشرية

ويمكن أن تكون التكاليف الأولية للمستشعرات، والبوابات، ورخص البرامجيات، والارتقاء بالشبكة، وخدمات التكامل كبيرة، وقد تكافح المؤسسات الصغيرة والمتوسطة لتبرير الاستثمار دون نموذج واضح للإنتقام، غير أن المشاريع الرائدة التي تستهدف المعدات ذات القيمة العالية أو المشاكل المزمنة كثيرا ما تظهر مكاسب سريعة.

التدريب على إدارة التغيير وتعزيز القوة العاملة

ويتطلب إدخال التكنولوجيا الجديدة تكييف المشغلين والتقنيين، وقد يُعتادون على جمع البيانات يدوياً أو على الوصلات البينية القديمة التي تربط بين الشركة، وينبغي أن يشمل التدريب الشامل استخدام آراء البيانات الجديدة، وتفسير التحليلات، والاستجابة للتنبيهات، وأن يشرك المشغلون في مرحلة التصميم لضمان تلبية النظام لاحتياجاتهم العملية، وأن يؤدي الاتصال الواضح بشأن عمليات مكافحة الحرائق التي لا تنطوي على فوائد إلى زيادة في الوقت اللازم للتبني.

الاتجاهات المستقبلية في التكامل بين البعثة والبعثة

إدواردو ديج - التحليل والاستخبارات الفنية

وتخفض البيانات المجهزة على الحافة من استخدام الترددات وزوارق النطاقات مع التمكين من اتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي، ويمكن لنماذج التعلم الآلي القائمة على أساس العمر أن تكشف عن وجود أوجه شاذة أو تنبؤ بالفشل أو أن تُحدّد المعايير إلى أقصى حد دون انتظار الرحلات السحابية، وستتضمن البعثات الميدانية المقبلة تحليلاً متجسداً، لا يظهر فقط ما يحدث، بل ولماذا وما ينبغي عمله بعد ذلك، مثلاً، قد تقترح التشويش على الحد من السرعة.

التوائم الرقمية والحياكة

والتوائم الرقمي هو نسخة طبق الأصل من نظام مادي يتطور مع بيانات الوقت الحقيقي، وعندما تغذي بيانات شركة HMI توأم رقمي، يمكن للمشغلين أن يحفزوا التغييرات، ويديروا سيناريوهات " ما إذا " ، ويدربوا موظفين جددا دون مخاطر، ويمكن للتوائم أيضا أن يقارن الأداء الفعلي مع بارامترات التصميم، ومع زيادة القدرة الحاسوبية، فإن التوأم الرقمي سيصبحان أدات موحدة لتحقيق الاستخدام الأمثل للعمليات وإدارة دورة الحياة.

الواقع المحظوظ والقابل للزراعة

ويمكن أن تُضخم نظارات أو أقراص الارتجاعية بيانات HMI على المعدات المادية، مما يدل على درجة الحرارة أو اليقظة أو تعليمات الصيانة مباشرة في مجال المشغل، وهذا التفاعل الخالي من اليد يؤدي إلى تحسين السلامة والكفاءة، لا سيما أثناء عمليات التفتيش أو الإصلاح، وتُنتج بيانات التألق المتدفقة إلى أجهزة البحث والتطوير عن مزيج لا يحصى من العوالم الرقمية والجسدية.

5 زاي - التواصل بين الولايتين المنخفضتين الموثوق بهما

وتوفر شبكات الخلايا الجيل الخامس درجات عالية من الترددات، وقلة الكفاءة، والأداء المحدد. وسيمكن 5 زاي من حلقات التحكم في الوقت الحقيقي، والتوجيه الآلي المتنقل، وعمليات الفرز العالية الكثافة التي كانت غير عملية في السابق، وستتمكن البعثات من الاتصال اللاسلكي بنفس درجة الموثوقية التي تتيحها شبكة إيثريت اللاسلكية، مما سيفتح إمكانيات جديدة لوضع المصانع.

الميكنة الأمنية السيبرانية ومؤسسة زيرو للمحفوظات

وستعتمد الشبكات الصناعية المقبلة مبادئ عدم الثقة: كل جهاز وكل مستخدم وكل تدفق للبيانات يتم التحقق منه باستمرار، ويوفر نموذج أمني إلكتروني طبقة أمنية موزعة ومكيفة تحمي نظم HMI-IoT حتى عندما تتفاوت الحدود بين المناطق المحيطة بالمنطقة وسحابها، وسيصبح التشغيل الآلي للسياسات الأمنية والاستجابة للحوادث معيارا.

الاستنتاج: الطريق إلى العمليات الصناعية المُرتَبة

فإدماج نظم إدارة الطاقة مع تكنولوجيا الطاقة ليس مجرد تحديث للتكنولوجيا - بل هو تحول استراتيجي نحو عمليات تحركها البيانات، وتسهلها، وتصبح الفوائد - الوقت الحقيقي، والتنبؤ، ووفورات الطاقة، والانتقال عن بعد - مباشرة إلى ميزة تنافسية، وفي حين أن هناك تحديات تتعلق بالأمن، والتعقيد، والتكاليف، فإنها يمكن إدارتها مع التخطيط الدقيق والتنفيذ التدريجي، ومع أن التحولات في الأسواق، والالتفافات الرقمية، والتوائم الرقمية،

For further reading on industrial IoT standards and best practices, visit the Industrial Internet Consortium or explore the OPC Foundation for protocol details. To see how predictive maintenance delivers measurable ROI, review the Deloit predictive maintenance