الاتجاهات الناشئة في مستوى الاستشعار التكنولوجيات اللازمة للصناعة التكامل

3 - الاستخبارات الفنية والتحليل المتقدم

ويجري دمج تحليلات البيانات المتقدمة والآلات التي تستخدمها أجهزة الاستشعار مباشرة في أجهزة الاستشعار أو بوابات الحافة، بدلا من مجرد إرسال قيم القياس الخام، يمكن للمستشعرات الذكية:

• اكتشاف أنماط غير عادية من مشاكل عملية الإشارة (مثل البلورة والتنظيف).
• (ب) أن تُفرض عندما تصل الصهريج إلى مستوى معين استناداً إلى معدلات التعبئة/الاختفاء التاريخية.
• تحديد الحساسات أو الإشباع قبل أن يؤثر على الدقة، مما يؤدي إلى إجراء روتينات للتحرير الذاتي.
• تقليل الإنذارات الكاذبة من خلال التصفية من الضوضاء من المُتَحَرِّكات أو الأمواج أو التَصَدُّق

وهذه القدرات تحول الصيانة من الاسترجاع إلى التنبؤ، فعلى سبيل المثال، يمكن لمستشعر جي آر أن يرصد عملية بناء الودائع على التقنيين الذين يُسْتَبَرون ويُنبهون عند الحاجة إلى التنظيف، مما يحول دون حدوث تأخير غير متوقع، بل إن هناك نظما أكثر تطورا يمكن أن تعدل معايير القياس تلقائيا للحفاظ على الأداء مع تغير ظروف العمليات.

4- التنميط وتكنولوجيا الرصد المتعدد الأطراف

وقد مكّنت النظم الكهروميكانيكية الدقيقة من تطوير أجهزة استشعار صغيرة منخفضة التكلفة يمكن أن تُدمج في معدات تكون أجهزة الاستشعار التقليدية فيها كبيرة أو مكلفة جدا، ويمكن استخدام أجهزة استشعار الضغط القائمة على نظام الرصد المتعدد الأطراف، على سبيل المثال، في اختبارات المستوى الهيدروكولوجي المدمج لمستودعات المياه السكنية أو مرصدات مضخات مضخة متداخلة.

ويفتح هذا التدني في المنافذ تطبيقات جديدة في أجهزة التحلل المحتوي على درجة استهلاكية وفي الحالات الصناعية المتخصصة مثل رصد مستويات تشحيم الأوزان في أجهزة التروس أو مستويات التبريد في أجهزة لجنة التفاوض الحكومية الدولية، كما يتيح البصمة الصغيرة أيضاً صفائف متعددة النقاط، حيث تُقيس مجموعة من أجهزة الاستشعار التابعة لوزارة الطاقة المتعددة المؤشرات التوزيع على مستوى أعلى من قاع صهريج كبير، مما يوفر الدقة التي لا يمكن قياس نقطة واحدة تحقيقها.

5 - التوائم الرقمية والحياكة

وأصبحت التكنولوجيا الرقمية التوأم أداة حاسمة في تحقيق الاستخدام الأمثل للعمليات، إذ تغذي أجهزة الاستشعار من المستوى بيانات الوقت الحقيقي في نسخة طبق الأصل من النظام المادي، ويمكن للمهندسين بعد ذلك أن يُجريوا محاكاة - مثل ما يحدث إذا فشلت المضخة أو صمامات - دون أن يخاطروا بالإنتاج الفعلي.

وتساند أجهزة الاستشعار المتقدمة ذات التشخيصات الرقمية المجهزة بالأجهزة التشخيصية الميكانيكية التوأم الرقمي عن طريق توفير قياسات المستوى فحسب، بل أيضاً قياسات الصحة المستشعرة (مثلاً، نوعية الإشارة، درجة الحرارة الداخلية، الوقت منذ المعايرة الأخيرة) وهذه البيانات الإضافية تحسن من مدى ولاء التوأمة التوائم وتتيح للمشغلين التحقق من نتائج المحاكاة مقارنة بالأداء الحقيقي.

6 - تعزيز السلامة والتصميمات الآمنة في جوهرها

ولا تزال السلامة تشكل أولوية عليا، لا سيما في الغازات والمواد الكيميائية والمستحضرات الصيدلانية، إذ أن تصميمات الاستشعار من المستوى الجديد تتضمن دائرة آمنة في جوهرها تحد من الطاقة الكهربائية والحرارية، مما يسمح بوضع أجهزة الاستشعار مباشرة في المناطق الخطرة دون ضياع ثقيلة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من أجهزة الاستشعار تستوفي الآن متطلبات نظام SIL (مستوى النزاهة) للاستخدام في نظم مجهزة بأجهزة الأمان، إذ توفر أجهزة تشخيص ذاتية ومسارات قياس زائدة، تساعد هذه أجهزة الاستشعار النباتات على استيفاء معايير السلامة الوظيفية، مع تمكينها من الاتصال بالأجهزة، مثلاً، يمكن لجهاز استشعار راداري يُختار لشبكة SIL-2- أن يرسل في الوقت نفسه قيماً رفيعة المستوى للحفاظ على نظام للمراقبة ومنصة.

7 - أجهزة الاستشعار المتعددة الأبعاد وأجهزة الاستشعار الذكية

ويمكن أن يقيس أحدث جيل من أجهزة الاستشعار من المستوى متغيرات العمليات المتعددة في وقت واحد، ويمكن لأي جهاز راداري واحد أن يُنتج مستوى الإنتاج، والمسافة، ودرجة الحرارة، بل والكثافة أو التركيز (عن طريق تحليل الموجات المستمرة المزودة بالترددات) وتخفض أجهزة الاستشعار المتعددة المستويات عدد الأدوات المطلوبة، وتخفض تكاليف التركيب والصيانة.

كما أن أجهزة الاستشعار الذكية تُظهر على متن السفينة وأجهزة الإطلاق عن طريق أجهزة الهاتف الذكية، ويمكن للفنيين أن يتحدوا النطاقات، وأنواع الإنتاج، وعتبات الإنذار دون الحاجة إلى فتح صندوق التقاطع أو ربط حاسوب محمول، مما يقلل كثيرا من الوقت الذي ينفق على المعايرة والتشويش.

الأثر على الصناعة

وهذه الاتجاهات لا تتطور في العزلة - فهي تحول كيفية عمل المصانع والمصافي والمرافق، وتمتد أهم الآثار إلى ثلاثة مجالات أساسية.

تحسين الكفاءة وتحقيق الاستخدام الأمثل للموارد

فالإبراز على مستوى الزمن الحقيقي يتيح للمشغلين التحكم بدقة في دورات ملء وتصريف المياه، وتقليل التدفقات الزائدة إلى أدنى حد، وخفض النفايات، وبالنسبة للمصنوعات السوائب، فإن بيانات المستوى الدقيق تمنع الدقائق المغلقة وتضمن معدلات تغذية ثابتة لحاملي المياه أو المزلاجات، وفي معالجة المياه، فإن أجهزة الاستشعار الذكية تعمل على تحقيق الحد الأمثل من فترات تشغيل المضخات، مما يقلل من استهلاك الكهرباء بنسبة ١٥ إلى ٣٠ في المائة.

وعند دمج البيانات في نظم الإدارة البيئية ونظام تخطيط الموارد في المؤسسة، يمكن أن تؤدي بيانات المستوى إلى إصدار أوامر شراء تلقائية لتجديد الموارد، ومنع عمليات التخزين مع الاحتفاظ برسوم المخزون، وهذه العملية المتأصلة هي علامة بارزة للصناعة 4، حيث تقود البيانات القرارات بدلا من الطلقات اليدوية.

الصيانة الافتراضية وإدارة الأصول

ويمكن أن يكون الوقت المتعطل بسبب سوء قراءة مستوى الدبابات أو إخفاق أجهزة الاستشعار باهظ التكلفة، حيث يتلقى المشغلون، مع التشخيصات المدمجة والمحللين السحابيين، إنذارات مبكرة بشأن تدهور أجهزة الاستشعار، ويمكن تحديد مواعيد الصيانة أثناء فترات التوقف المقررة بدلا من التسبب في حالات الطوارئ.

وعلاوة على ذلك، يمكن لتحليل الاتجاهات في تقلبات المستوى أن يشير إلى مسائل في المعدات المتجهة إلى أعلى مستوى، مثلاً، قد يشير التغير المفاجئ في معدل ملء المضخة إلى وجود مضخة فاشلة، حيث أن بيانات الاستشعار من المستوى المصاحبة لأجهزة استنشاق أو استشعار درجة الحرارة، تظهر صورة كاملة عن صحة الأصول.

الاستدامة والحد من النفايات

فالتحكم في مستوى الضبط على مستوى سليم يقلل من النفايات مباشرة، ففي المعالجة الكيميائية، يكفل المستوى الدقيق الحجم الصحيح للدفعات، ويتجنب إعادة العمل بتكلفة، وفي مجال الغذاء، يقلل من فقدان المنتجات أثناء النقل، ومن خلال تحسين إدارة المخزون، يمكن للشركات أن تقلل من حجم المواد التي انتهت صلاحيتها أو غير القابلة للاستخدام.

وبالإضافة إلى ذلك، تدعم أجهزة الاستشعار اللاسلكية الامتثال البيئي من خلال الرصد المستمر لأحواض الاحتواء المسكوبة أو بوادر مياه العواصف، ويتوقع المشرفون بصورة متزايدة بيانات في الوقت الحقيقي، كما أن أجهزة الاستشعار الحديثة تجعل هذا قابلا للتحقيق دون تكبيل باهظ الثمن.

تطبيق أجهزة الاستشعار من المستوى التناسلي

ويتطلب اعتماد هذه التكنولوجيات تخطيطا دقيقا، ويجب على المنظمات أن تقيّم مدى التوافق مع الهياكل الأساسية القائمة، وممارسات إدارة البيانات، وأمن الفضاء الإلكتروني.

اعتبارات المطابقة والملاءمة

وهناك العديد من النباتات التي لديها مئات من أدوات المستوى الميراثي، ونادرا ما يكون ردها ممكناً، والخبر الجيد هو أن معظم أجهزة الاستشعار الجديدة تدعم البروتوكولات المتوافقة مع بعضها البعض مثل HART أو 420 ميغاواط مع الاتصالات الرقمية المجهزة بالأجهزة اللاسلكية، وأن إعادة تشكيل وحدة لاسلكية أو إضافة بوابة حافة يمكن أن تجلب أجهزة الاستشعار الناظرة إلى عالم التوحيد القياسي دون استبدال كامل.

وعند اختيار أجهزة استشعار جديدة، ابحث عن تلك التي تقدم خيارات متعددة في النواتج )اللوج، الرقمي، اللاسلكي( للسماح بالهجرة التدريجية، وكذلك النظر فيما إذا كانت الصلة الميكانيكية للمجس )اللف، الخيط، المشبك( مطابقة للألمات الموجودة لتجنب تعديل السفن.

إدارة البيانات وأمن الفضاء الحاسوبي

ويولد مستشعرات المستوى التي يمكن استخدامها في استخدام تكنولوجيا المعلومات بيانات أكثر بكثير من بيانات سلفها، ويجب على المشغلين أن يكفلوا لشبكتهم أن تُعالج المخرج وأن تُطبق سياسات لتخزين البيانات واستبقائها، ويمكن للحساب أن يُحدث البيانات محليا قبل التجهيز، ولا يرسلوا إلا أفكاراً عملية إلى السحابة، مما يقلل من تكاليف عرض النطاقات.

ويشكل الأمن السيبرى شاغلاً بالغ الأهمية، إذ تخلق أجهزة الاستشعار المترابطة بلا هوادة مساحات هجومية إضافية، وتُحدث أجهزة تصنيع الأنابيب المدمجة (TLS 1.3, AES —128) وتوثيقها في جهاز الاستشعار، وينبغي للمستعملين أيضاً أن يقطعوا أجهزة IoT على شبكة مستقلة من VLAN، وأن يقدموا تحديثات منتظمة للمعارف الثابتة، وأن يستخدموا هويات المستندة إلى شهادات لكل جهاز من أجهزة الاستشعار([24]).

اختيار التكنولوجيا الصحيحة

ولا يوجد نوع واحد من أجهزة الاستشعار يناسب جميع الطلبات، وينبغي أن تنظر عملية الاختيار في ما يلي:

• Medium] — Clean liquid, slurry, foam, solid, corrosive, high —viscosity?
• Environment] - ارتفاع درجة الحرارة، والضغط، والفراغ، والمنطقة الخطرة؟
• Accuracy needed] - Process control (ki1 mm) vs. inventory (5 mm)?
• Connectivity] – Existing fieldbus, wireless coverage, power availability?