IoT для производства

Как российскому производственному предприятию заработать на технологиях Промышленного интернета вещей?

Концепция Интернета вещей появилась еще в начале 1990-х годов, но долгое время оставалась хайпом. Только за последние несколько лет, благодаря развитию облачных технологий, специализированных систем связи для устройств («вещей»), смартфонов и носимых устройств, технологический пазл сложился, и сегодня все эти технологии успешно (а главное – экономически эффективно) применяются на производстве для решения широкого круга задач.

Максим Осорин
Максим Осорин,
руководитель
по продвижению
и продажам SAP
Cloud Platform
в России и СНГ

Говоря о Промышленном интернете вещей (Industry Internet of Things, IIoT), мы имеем в виду событийные киберфизические информационные системы реального (или близкого к реальному) времени. Они тесно интегрированы, с одной стороны, с традиционными системами управления технологическими процессами и производством (АСУ ТП / SCADA и MES), а с другой, с бизнес-приложениями и учетными системами предприятия, такими как ERP, CRM, SCM, и прочими решениями.

Эти системы называют киберфизическими, потому что при их использовании мы всегда имеем дело с объектами физического мира, которые в данном случае называются «вещами», – это агрегаты и установки, производственные линии, люди, животные, транспортные средства. С помощью датчиков, актуаторов и edge-устройств, а также современных технологий связи непрерывные потоки данных (показания датчиков или сигналы контроллера), исходящие от «вещей», в реальном или близком к реальному времени поступают в облачную платформу, где визуализируются и обрабатываются в контексте решения различных задач. Функциональность облачных сервисов сводит к минимуму необходимость программирования, к тому же по своему назначению они многообразны – от потоковой аналитики по поиску отклонений в данных до голосовых интерфейсов с искусственным интеллектом.

IIoT-системы призваны реагировать на определенные события. Например, при отклонении показаний датчиков технического состояния единицы оборудования может автоматически запуститься комплексный процесс: создание срочной заявки на ремонт, уведомление диспетчера о необходимости останова оборудования и перехода на резерв или выполнение процедуры без участия человека, информирование начальника смены производственного участка о событии, назначение оперативного рабочего задания машинисту указанного оборудования и т. д. Этот пример хорошо иллюстрирует интегрированность системы: уведомление отправляется в SCADA-систему диспетчера, объекты «заявка» и «заказ» создаются в модуле ТОиР системы ERP, добавляются данные из HR-системы.

IIoT ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ


Одной из перспективных областей применения Промышленного интернета вещей является энергетика производственногопредприятия


Одной из перспективных областей применения Промышленного интернета вещей является энергетика производственного предприятия.

На современных промышленных предприятиях можно встретить любые виды энергоресурсов, в их числе – электроэнергия, природный и технический газ, вода разных типов. У многих имеется собственная энергетическая инфраструктура: генераторы тепловой и электрической энергии, сетевая инфраструктура (подстанции, воздушные и кабельные линии электропередач), различные насосные станции, трубопроводы и т. д. Чем выше энергоемкость производства, тем большую долю в затратах на единицу готовой продукции составляют энергозатраты.

Сегодня основной тенденцией является переход от учета потребления энергоресурсов на уровне всего предприятия или крупных цехов к поагрегатному учету. Речь идет о применении системы KPI для оценки энергоэффективности на каждом производственном участке вплоть до конкретного агрегата или установки. На практике это означает, что вместо пары сотен приборов учета электроэнергии, которые обычно используются на предприятии, потребуется установить несколько тысяч устройств – на каждый агрегат.

Эта задача эффективно решается с применением IIoT-технологий, например сетей LP WAN. В частности, протоколы LoRA WAN и NB IoT специально разрабатывались для того, чтобы упростить подключение устройств за счет высокой энергоэффективности: практически любой прибор учета можно подключить с помощью автономного недорогого устройства, которое сможет работать от встроенного источника питания до 10 лет. Благодаря упрощенному проектированию и отсутствию необходимости подводить каналы связи и обеспечивать их питанием, себестоимость и время подключения одной точки оказываются минимальными.

Протокол LoRa WAN больше подойдет предприятиям, которые готовы самостоятельно заниматься сетевой инфраструктурой для «вещей», а NB IoT – это конкурентный ответ операторов мобильной связи: такая сеть разворачивается на действующей инфраструктуре базовых станций оператора и, как правило, требует только обновления соответствующего программного обеспечения.

ПРИМЕР


Только технологии IIoT позволяют дешево и в короткие сроки объединить различные источники непрерывных данных, информационные системы и многообразие интерфейсов, что дает возможность реализовать гибкую бизнес-логику для получения законченного результата


В качестве примера реализации поагрегатного учета рассмотрим горно-обогатительную фабрику, которая обогащает железосодержащую руду, добытую шахтным или карьерным способом.

Таких крупных предприятий у нас в стране несколько десятков. «Топливом» для них служит вода, с помощью которой порода, содержащая железо, проходит технологический цикл обогащения. Обычно фабрика поделена на несколько параллельно работающих секций (цехов). Для выполнения всего технологического цикла обогащения породы используется большое количество высоковольтных насосов. Обычно это устройства, подключенные напрямую к подстанции мощностью 6 кВт. На фабрике, состоящей из четырех секций, действуют 80–90 таких насосов. Наработка насоса на отказ в зависимости от разных факторов варьируется от 1,5 тыс. до более чем 4 тыс. часов. Наша задача – максимально продлить этот срок без ущерба для параметров технологического цикла.

Типовое решение на базе IIoT предусматривает сбор данных о мгновенной потребляемой мощности каждого электродвигателя насоса (это делается с помощью измерительных трансформаторов, устанавливаемых на подстанции) и онлайн-расчет коэффициента загрузки насоса с индикацией отклонений вверх/вниз. Данный коэффициент позволит точно определить, в каком состоянии находится рабочее колесо насоса (оно стирается от агрессивной среды) и правильно ли подобрана мощность электродвигателя (часто при ремонте оперативный персонал ставит мощность побольше, полагая, что так надежнее).

Вся эта информация визуализируется в облачном сервисе, там же проводится сравнение типовых единиц оборудования. Дополнив каждый насос/электродвигатель датчиками температуры, вибраций и качества масла, мы сможем контролировать его техническое состояние. Так как фабрика – это очень агрессивная среда, необходимо использовать индустриально исполненные датчики LoRa WAN или NB-IoT, которые не требуют дополнительных проводов и полностью автономны. Мобильное приложение для машинистов насосов позволит не только уведомлять их об отклонениях на конкретной единице оборудования, но и узнавать, были ли приняты меры по устранению отклонений (с помощью журнала и подтверждения через приложение осмотра насоса сотрудником). Подтверждение того, что машинист проверил насос в конкретную смену, легко реализуется с помощью RFID/NFC-метки или QR-кода.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Что же дает такое решение?

  1. Во-первых, увеличивается срок службы насоса и электродвигателей за счет мониторинга параметров их работы и гарантированного своевременного выполнения процедур по их обслуживанию. На практике это приведет к увеличению ходимости насосов на 50–100%. В масштабе рассматриваемой нами фабрики это означает, что ежегодно не потребуется заменять примерно 100 насосов, а экономия составит около 80–100 млн руб.
  2. Во-вторых, замена насоса будет происходить, когда эффективность его рабочего колеса снижена в результате износа. Если оно изношено, а электродвигатель продолжает работать, возникает перерасход энергии – примерно 30–40 тыс. руб. в сутки.
  3. В-третьих, появится возможность следить за тем, чтобы использовались насосы и электродвигатели, оптимальные для конкретного участка, так как установка насоса большей, чем необходимо, мощности – это меньшая эффективность при значительных энергозатратах.

«Во-вторых» и «в-третьих» позволят сэкономить до 30% от общего количества энергозатрат на данные насосы в год, а кроме того, снизится удельный расход электроэнергии на единицу готовой продукции. Для нашей горно-обогатительной фабрики это означает ежегодное сокращение затрат на несколько десятков миллионов рублей.

Средняя стоимость такого проекта, включая расходы на разработку, оборудование и подписку на облачные сервисы, составит 10–15 млн руб., а эффектом станет экономия 120–150 млн руб. в год. Благодаря применению технологий PaaS и LP WAN срок реализации проекта вряд ли превысит 15 недель. Цифры более чем убедительные.

Данный подход, когда поагрегатный учет энергоресурсов дополняется тренд-анализом производственных параметров и связывается с бизнес-процессами, может быть применен повсюду – будь то печи для производства трансформаторной стали (дополняем энергопотребление значениями температуры, в сети контейнерных базовых станций оператора сопоставляем энергопотребление с трафиком разного типа) или вакуумные насосы в цехе вакуумно-пленочного литья (здесь, помимо энергопотребления, нас интересует эффективность охлаждения). Я много езжу по стране и часто общаюсь с представителями различных предприятий. В моей практике еще не было ни одного такого визита, где не возникала бы задача, связанная с поагрегатным учетом и тренд-анализом.

Только технологии IIoT позволяют дешево и в короткие сроки объединить различные источники непрерывных данных, информационные системы и многообразие интерфейсов, что дает возможность реализовать гибкую бизнес-логику для получения законченного результата.

IIoT В ИНДУСТРИИ 4.0


Промышленный интернет вещей сегодня – это не набор технологий будущего и перспективных концепций, а действенный инструмент повышения эффективности и прибыльности производства


Если предыдущий пример касался Индустрии 3.0, когда речь идет об автоматизации и внедрении киберфизических систем, то в Индустрии 4.0 такие системы обеспечивают взаимодействие между различными предприятиями.

В настоящее время набирает популярность внедрение в производство и, в частности, в производственную энергетику так называемых сервисных моделей. Например, зачем платить за проектирование, строительство и эксплуатацию энергетических объектов предприятия, если все это можно доверить партнеру (поставщику)? Таким поставщиком может быть дочерняя или полностью независимая компания.

Рассмотрим пример литейного производства. Критически важным объектом на нем являются подстанции и трансформаторы постоянного тока, с помощью которых работают литейные печи. Альтернативой традиционному подходу, когда этим оборудованием занимается собственное энергетическое подразделение, будет долгосрочный контракт с заключением соглашения об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA) с поставщиком, который за свой счет выполнит проектирование, монтаж и пусконаладку и будет заниматься эксплуатацией данного оборудования. При этом рассчитываться с ним можно по-разному, но, как правило, все метрики учитывают объем производства или объем использования оборудования. Вместо капитальных затрат – операционные, причем в привязке к объемам производства.

Для контроля SLA нужна IIoT-система, которая способна осуществлять мониторинг технического состояния оборудования, прогнозировать отказы и планировать ремонты. Эта же система обеспечит контроль за выполнением ремонтных работ и их качеством. Оборудование будет оснащено набором датчиков и средств измерения, в системе станут фиксироваться предотказные состояния, аварии и их продолжительность, предпринятые меры и объемы выполненных ремонтных работ. Фактически такая система является базисом для взаиморасчетов между производственной компанией и поставщиком.

В итоге предприятие экономит на персонале, концентрируется на основном производстве и делит с поставщиком производственные риски. Затраты на данную инфраструктуру понятны и четко вписываются в себестоимость готовой продукции. Более того, чтобы больше заработать, поставщик будет постоянно модернизировать оборудование для снижения своих расходов, повышая его надежность и характеристики.

С точки зрения поставщика, плюсов тоже много. Он может экономить на эффекте масштаба и специализации, если клиентов больше чем один, а кроме того, получает гарантированный бизнес на много лет, который легко планируется и финансируется.

Для России это новое направление, но, например, Германия полным ходом движется к применению сервисных моделей в производстве. Причем это прерогатива не только таких гигантов, как Siemens, но и сравнительно небольших предприятий. Например, компания Mapal, производитель режущего инструмента для металлообрабатывающей промышленности, создала дочернюю компанию c-Com, которая предлагает рынку решение по управлению так называемыми C-комплектующими (c-parts) – вторичными по отношению к готовому изделию, но затратными с точки зрения закупок, логистики и складирования. К ним относится и режущий инструмент. Обеспечивая подключение клиентских станков, предоставляя информацию о складских запасах на самом предприятии и у поставщиков, система c-Com позволяет значительно сократить затраты на администрирование закупок, хранение и использование C-комплектующих.

***

Применение IIoT в краткосрочной операционной перспективе позволяет реализовать целый комплекс проектов по повышению эффективности производства. За счет коротких сроков и относительно низкой стоимости такие проекты, как правило, окупаются менее чем за год.

В стратегической и долгосрочной перспективе IIoT открывает возможности для трансформации бизнеса и внедрения новых бизнес-моделей.

Таким образом, Промышленный интернет вещей сегодня – это не набор неких технологий будущего и перспективных концепций, а действенный инструмент повышения эффективности и прибыльности производства.

Контакт с нами
Отправить

Выполните вход под своей учетной записью или зарегистрируйтесь, чтобы создать новую учетную запись.

Не зарегистрированы?

Еще не зарегистрированы? Получите доступ к 5000 эксклюзивных материалов, подпишитесь на новостную рассылку и управляйте ей.




Создать новый профиль