Интернет вещей: технологии, меняющие бизнес

Технологии сбора и обработки данных, получаемых с датчиков промышленного оборудования, не являются чем-то принципиально новым — такие системы работали еще в 1980-е гг. Традиционно они представляли собой закрытые автоматизированные системы, жестко нацеленные на выполнение конкретных задач. Революционная суть современной информатизации нашла выражение, в частности, в резком уменьшении стоимости датчиков, миниатюризации и снижении их энергопотребления, а также в упрощении схемы подключения. Эти новации дали мощный импульс росту номенклатуры цифровых сенсоров, видов генерируемых данных и всему сегменту умных систем управления разнообразным оборудованием: в заводских цехах, домах, офисах, на городских улицах и т.д.

Дальнейшая трансформация сетей датчиков в IoT в мире стала возможна благодаря достижениям в других областях высоких технологий: снижению стоимости вычислительных мощностей и сетей передачи данных, развитию облачных технологий и математических методов обработки больших массивов данных (Big Data). 

Технологические предпосылки IoT:

• Снижение стоимости вычислительных мощностей
  Удешевление процессоров, памяти и систем хранения данных.
• Развитие облачных технологий и Big Data
  Данные технологии позволяют иметь гибкую систему хранения и анализа данных в условиях постоянного увеличения объема.
• Снижение стоимости передачи данных
  Снижение затрат позволяет перенаправить средства на инвестиции в большие процессинговые системы.
• Быстрое увеличение количества устройств
  Количество сенсоров и «подключенных» устройств увеличивается.

Результат налицо. Радиометки активно заселяют фабрики и магазины — с их помощью будет отслеживаться жизненный цикл производства и продажи товаров, а также данные экологической обстановки, ведут видеонаблюдение, следят за состоянием железнодорожного полотна, посевов на полях и миграцией животных. Полученные сведения передаются на обработку следующему элементу информационной системы, для этого все оцифрованные вещи IoT снабжаются интерфейсом для коммуникаций с другими системами.

Еще один интересный аспект цифровой идентификации заключается в том, что помеченные таким образом предметы, люди и животные будут распознаваться и отображаться всевозможными устройствами дополненной реальности (очки, камеры, сканеры, смартфоны, бинокли и т.п.). С учетом возможностей связи с цифровыми объектами можно говорить о перспективах огромной рыночной ниши — коммерческих мобильных решений виртуальной реальности. В Cisco утверждают, что видео составит 80% всего интернет-трафика к 2021 г. (в 2016 г. он занимал 67%). Это несомненный вызов для технологий сетей передачи данных.

Индустрия его принимает и интенсивно занимается разработкой мобильных сетей нового поколения. В частности Qualcomm и Verizon в октябре прошлого года успешно выполнили первое подключение к сети 5G с использованием чипсета для мобильных платформ.

Совместное развитие сенсорных технологий и сетей передачи данных открывает широкие возможности для развития территориально-распределенных проектов Интернета вещей. Грамотно спроектированная система IoT подразумевает создание технологической экосистемы, т.е. набора ИТ-решений для сбора, передачи, агрегации данных и платформы, позволяющей обработать данные и использовать их для работы «умных» ИТ-систем. И вот уже Nokia объединяется с Amazon Web Services для проведения совместных разработок в области IoT и 5G — речь идет о более тесной интеграции между сетью и ИТ-инфраструктурой с участием облачных вычислений в контексте Интернета вещей. Ниже представлена технологическая экосистема IoT.

Более конкурентоспособным оказывается тот ИТ-продукт, который способен снабжать производство наиболее ценными данными, а не только поддерживать традиционный функционал. Ценностью будет обладать не сам используемый на предприятии инструмент, а его цифровой двойник, который содержит набор полезных данных. Наличие этих данных приводит к радикальным трансформациям устоявшихся бизнес-процессов. Например, General Electric предлагает авиакомпаниям покупать не двигатель, который окажется на балансе компании, а определенное количество летных часов. Компания Rolls-Royce подобным образом использует фиксированный по оплате план обслуживания авиационных двигателей согласно их почасовой наработке в полете. Такие взаимоотношения ведут к возникновению не только новых бизнес-моделей, но даже новых рынков сервисной экономики.

Часть вещей, снабженных датчиками и связанных с ПО обработки данных, вполне могут взаимодействовать друг с другом или с внешней средой без участия человека. Это дает повод для прогнозов на тему цифровых предприятий и безлюдных производств (такое название получили роботизированные и компьютеризированные производственные участки, где человек выполняет работы только по управлению, наладке, техподдержке, но не участвует в самом производственном процессе).

Захватывающе выглядит идея дальнейшего развития понятия «сетевая вещь» в смысле Интернета вещей: любой выпускаемый продукт в процессе производства активно взаимодействует с технологическим оборудованием, системами логистики и другими объектами инфраструктуры, позволяя на лету оптимизировать производственный процесс в зависимости от текущей ситуации, вносить корректировки в план производства. Причем все эти корректировки могут вноситься на различных участках производственных процессов, которые могут принадлежать разным компаниям и различным производствам. Ниже представлена логика развития производственного предприятия, идущего по пути цифровизации.

Такой подход подразумевает принципиальную децентрализацию производственных процессов. Модель сетевого управления промышленными предприятиями данного класса разрабатывается в нашей стране в рамках программы «Фабрики будущего» Национальной технологической инициативы, рассчитанной до 2035 г. Судя по планам, промышленные предприятия страны ждут серьезные трансформации, включая радикальную перестройку производственных процессов в формат «облачного предприятия» (MaaS — предприятие как услуга).

Идея цифрового предприятия увлекает развитые страны уже долгое время. Так, крупнейшие американские компании создали консорциум Industrial Internet Consortium, японские — IoT Acceleration Consortium. Кроме того, на уровне правительств принимаются масштабные программы развития промышленности, такие как Industrie 4.0 в Германии, «Сделано в Китае — 2025», «Общество 5.0» в Японии, Advanced Automation и Advanced Manufacturing Initiative в США.

По аналогии с наиболее известной немецкой концепцией в нашей стране сформировалось представление о модернизации предприятий промышленности с помощью автоматизации и информатизации, которое стали называть «Инфраструктура 2.0».

В центре всей концепции — единая цифровая платформа, которая управляет всеми видами работ по цифровому проектированию: от эскизного проекта до окончательного варианта конструкции, причем для любых изделий, включая сложные функциональные модели. Для них обеспечивается параллельное проектирование механических узлов, электрических систем и средств автоматизации, в том числе модульный принцип создания программного кода. Такой подход обеспечивает универсальность программных модулей и возможность их повторного использования, что снижает себестоимость и сокращает сроки выпуска уникальных станков.

Центральная платформа управления — общепринятая концепция управления производственными процессами, которая используется как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации механизмов. Отдельные процессы в реальном времени обмениваются данными о состоянии узлов и агрегатов с центральной системой, что дает возможность осуществлять ремонтно-профилактические работы не по графику, а ориентируясь на реальное состояние дел.

Модернизация промышленности приводит к изменению самой структуры информационного пространства, где конструируют и эксплуатируют промышленное оборудование, через объединение разнородных автоматизированных систем. Возможно, это приведет к разрешению исторически сложившегося противоречия между единством производственно-административной деятельности предприятия и автономностью управления на уровне отдельных промышленных систем.

Зарубежные концепции предполагают усиление интеграции разнообразных информационных систем, работающих на предприятии. Так, на уровне немецкой концепции Industry 4.0 понятие единого информационного пространства обогащается слоем данных, снимаемых с интеллектуальных датчиков, а также интеллектуальным анализом этих данных, воздействующим на различные подсистемы предприятия, например, запуск 3D-печати или отправка информации клиенту предприятия. В схематичном виде концепция Industry 4.0 представлена ниже.