فهم دور أجهزة الاستشعار عن طريق الضغط في مجال الرصد الصناعي

ومن شأن أجهزة الاستشعار التي تعمل بالضغط أن تُعد عناصر أساسية في النظم الصناعية، وتوفر بيانات حرجة عن حالة السوائل والغازات داخل خطوط الأنابيب، والدبابات، والضغط، والآلات الهيدروليكية، التي تُستخدم في كثير من الأحيان، والتي تُستخدم في تحليلات غير دقيقة للغاز، والتي يمكن أن تكون متماثلة في شكل قياسات حرجة، أو مثبتة بدرجة حرجة.

حاسوب مستعمل كمنفذ للصيانة

كما أن عمليات الدمج في نظام إدارة المباني تتيح للشركات إمكانية استخدام الهياكل الأساسية، وتخزينها، وتجهيزها، وتحليل كميات كبيرة من بيانات الاستشعار على نطاق واسع، كما أن الحلول التقليدية في مجال العمليات تكافح مع المرونة اللازمة لشبكات الاستشعار المتنامية، والقدرة الحاسوبية اللازمة لأجهزة التحليل المتقدمة.

نهج التكامل التدريجي

اختيار أجهزة الاستشعار الصحيحة للضغط

ومن بين القرارات التقنية الأولى اختيار أجهزة الاستشعار التي تستخدم في إنتاج البيانات الرقمية في شكل يتفق مع بوابات الإيو تي، وتحتاج أجهزة الاستشعار الأناولوجية إلى محولات إضافية من نوع التناظر إلى رقمي، مما يزيد من التكلفة والتعقيد، كما أن أجهزة الاستشعار الرقمية التي لها وصلات قياسية مثل I(2) ، وأجهزة SPI، أو وحدات التحكم في الحرارة القصوى 85، هي نماذج مفضلة.

إنشاء نقل البيانات الموثوقة

ويجب أن تنتقل البيانات الحساسة من الحافة إلى السحابة عن طريق اتصال موثوق ومأمون، كما أن أكثر بروتوكولات إيوت شيوعاً هو MQeuing Telemetry Transport)، وهو بروتوكول ناشر للوزن الخفيف، مثالي لتصميم الأجهزة المقيدة والشبكات المتقطعة، وهو ما يقلل من استخدام الترددات الترددية ويدعم مستويات جودة الشبكة لضمان إيصال الرسائل.

اختيار منتدى السحاب وتكوينه

وبعد اختيار مقدم سحابة، أنشأ خدماته الخاصة بالآوت، وهذا ينطوي على إنشاء " شيء " لكل جهاز استشعار، وينتج شهادات من طراز X.509 للتوثيق، ويحدد السياسات التي يمكن أن تصل إليها الموارد، ويستخدم نظام " إيوت هوب " (Azure IoT Hubancy Cobancy) توأمة أو مفاتيح أو شهادات من نظام " SBOT Core)

استنباط البيانات وتخزينها

فبمجرد وصول البيانات إلى السحابة، لا تحتاج إلى استراتيجية تخزين على النحو الأمثل بالنسبة لبيانات السلسلة الزمنية، ولا تكون قواعد البيانات ذات الصلة فعالة بالنسبة لأجهزة الاستشعار العالية التردد، بل تستخدم قواعد بيانات متخصصة في مجال السلاسل الزمنية مثل أجهزة التلقيح ذات الصبغة الفلورية، أو خدمات الأشعة السحابية مثل نظام أمازون تايم، وتدعم هذه القواعد عمليات أخذ العينات، وسياسات الاحتفاظ بها، ووظائف التراكم التي تحد من تكاليف التخزين

تنفيذ التحليلات والتعلم في مجال الآلات

ويمكن أن تبنى نماذج تنبؤية للنفقة، وأن يكون النهج البسيط هو وضع عتبات ثابتة: إذ يمكن للضغط أن يتجاوز الحد الأقصى أو الانخفاض الأدنى لفترة مستمرة، ومع ذلك فإن الأجهزة التي تتدهور تدريجياً، وأجهزة الإنذار القائمة على الحدود تفتقد في كثير من الأحيان علامات الارتطام، وحتى نماذج التعلّم الماكرة التي تُستخدم في الأنماط العادية، مثلاً، تُدرّب نموذجاً للكشف عن الارتداد على البيانات التاريخية الملزمة أثناء عمليات التشغيل العادية.

التبصر والإنذار

ولا يمكن أن تؤدي خدمات النقل إلى استخدامات غير مباشرة إلا إذا كانت تؤدي إلى اتخاذ إجراءات، أو بناء لوحات للتنبيه باستخدام أدوات مثل غرافانا أو باور بي آي أو خدمات غير متماثلة (الرؤية السريعة، أو باور بى) أو إلى وجود نظام نموذجي للإنذار بالصدمات (الإنذار بالصدمات) أو إلى وجود نماذج إنذارات دقيقة في جميع الحالات.

حالات الاستحقاقات والاستخدام في العالم الحقيقي

رصد خط أنابيب النفط والغاز

في أعلى المجرى ووسط المجرى النفطي والغاز، أجهزة استشعار الضغط على طول خطوط الأنابيب تكشف عن التسربات أو الغلق أو إخفاقات الضخ، عن طريق إدخال بيانات الضغط إلى منصة السحاب، يمكن للمشغلين تحديد موقع التسرب عن طريق تحليل موجات الضغط، و أحد كبار مشغلي خطوط الأنابيب أبلغ عن انخفاض بنسبة 40 في المائة في وقت كشف التسرب، ونقصان بنسبة 25 في المائة في أجهزة الإنذار الزائفة

نظم HVAC في المباني الذكية

وتستخدم المباني التجارية أجهزة استشعار للضغط في أجهزة التموين والبرد للحفاظ على نوعية الهواء والراحة الحرارية، ويتيح التكامل بين الكلاود لمديري المرافق رصد مئات المناطق من لوحة واحدة، وعندما يكتشف جهاز الاستشعار هبوطا في ضغط الموصلات، يمكن للنظام تلقائيا تعديل أجهزة الرماة أو التنبيه إلى أجهزة التصفية النظيفة، وتكشف البيانات بمرور الوقت عن أنماط موسمية، وتساعد على تحديد مواعيد عمليات الصيانة الجامعية المانعة بنسبة 30 في المائة.

إدارة المياه والمياه المستعملة

وتقوم مرافق المياه البلدية بنشر أجهزة استشعار للضغط في محطات المضخات، والمستودعات، وأعمدة التوزيع، وتساعد التحليلات السحابية على كشف التسربات (فقدان الضغط)، أو الأنابيب المنفجرة (الهبوط الضئيل)، أو مقايضة الضخ (تقلبات الضغط) ويمكن للمرافق، من خلال بيانات الضغط المصاحبة لأجهزة استشعار التدفق ونوعية المياه، أن تعطي الأولوية لعمليات الإصلاح وتخفض المياه غير المتجددة.

التصدي للتحديات المشتركة

أمن البيانات ومشاكلها

ويمكن أن تكون بيانات الاستشعار حساسة، أو تكشف عن أنماط التشغيل أو أوجه الضعف في النظم، وتستخدم دائما نظام TLS للبيانات العابرة بين أجهزة الاستشعار والبوابات ونقاط النهاية السحابية، وتنفذ التوثيق المتبادل القائم على الشهادات لضمان الربط بين الأجهزة المأذون بها فقط، وفي السحابة، تستخدم البيانات المستشفرة في الراحة مفاتيح تدار بواسطة خدمات مثل نظام رصد الأرض أو نظام السحب الآلي.

Connectivity and Edge Computing

ولا يمكن أن يكون لجميع المواقع الوصول إلى الإنترنت موثوقاً به، وقد يعاني المستشعرون في المواقع النائية من فقدان الحزم أو ارتفاع درجة الحرارة، ويخففون من ذلك عن طريق نشر مدخل محلي يخزن البيانات مؤقتاً ويحمّل عند استعادة القدرة على الاتصال، كما أن البوابة يمكن أن تؤدي أيضاً عمليات تحليل محلية، وأن تنفذ إجراءات حرجة زمنياً دون انتظار السحب، وأن تستخدم قاعدة نقل البضائع مع فترات زمنية ثابتة لضمان عدم تسويتها.

معايرة الاستشعار والصيانة

أجهزة استشعار الضغط تنفجر بمرور الوقت بسبب التدوير الحراري أو التلوث أو الإجهاد الميكانيكي، والتوازن المنتظم ضروري للحفاظ على دقة البيانات، ويمكن للمنصات السحابية تتبع جداول المعايرة ومجسات العلم التي تجاوزت فترة فرزها، وتنفيذ نظام للفحص: استخدام جهاز استشعار للضغط المرجعي بصورة دورية للتحقق من القراءة، أو تطبيق أساليب إحصائية (مثلا، تعديل أجهزة الاستشعار السحابية من المقاييس الثابتة).

مستقبل إدماج أجهزة الاستشعار المضللة

وستزيد الاتجاهات الناشئة من تعزيز قيمة رصد الضغط المرتبط بالسحابات، وستؤدي النماذج الرقمية للتوائم - الفيزيائية التي تتضمن بيانات الاستشعار في الوقت الحقيقي إلى زيادة شيوعية الشركات التي تحفز سلوك النظام في إطار سيناريوهات مختلفة، مما سيمكن من إجراء تحليلات للقوى المحركة والتحكم الأمثل، وسيؤدي نشر الشبكات اللاسلكية ذات الترددات العالية إلى انخفاض في حجم المعلومات المستقاة من السحابات وارتفاع معدلات الارتفاع، مما يتيح مزيدا من أجهزة الاستشعار عن مسارات.

خاتمة

فإدماج أجهزة الاستشعار التي تعمل بالضغط مع الحوسبة السحابية يؤدي إلى تحول الصيانة من نشاط تفاعلي قائم على الجدول الزمني إلى ممارسة استباقية تحركها البيانات، ومن خلال اختيار أجهزة الاستشعار بعناية، وتصميم خط بيانات قوي، وحفز التحليلات السحابية، يمكن للمنظمات أن تكتشف حالات الشذوذ قبل ذلك، والتنبؤ بالفشل، وتحقيق الحد الأمثل من الأداء، وتقليص التكاليف التشغيلية، وتحسين السلامة، والاستدامة البيئية.