IoT, IIoT, Industrial Connected và Công nghiệp 4.0 kết hợp với nhau để tạo ra một mô hình mới cho doanh nghiệp

Matt Wopata , nhà phân tích cao cấp của IoT Analytics, trích đoạn trích từ Công nghiệp và Công nghiệp được kết nối 4.0 của công ty 4.0 (I4.0) và Internet công nghiệp (IIoT) là cả hai thuật ngữ mô tả xu hướng công nghệ đột phá trong môi trường công nghiệp. Cả hai thuật ngữ đều được sử dụng thường xuyên, không có sự khác biệt rõ ràng và đôi khi có thể thay thế cho nhau, vì chúng đại diện cho các thuật ngữ cho sự đổi mới đang diễn ra của toàn bộ ngành sản xuất – một lĩnh vực đại diện trực tiếp khoảng 20% ​​tổng số việc làm ở châu Âu và ~ 12% Mỹ.

Khái niệm về IoT là về việc áp dụng internet trong hầu hết các hoạt động kinh tế và nó tập trung vào phần phụ trợ công nghệ để kết nối chéo và khả năng tương tác. IoT công nghiệp (IIoT) đề cập đến các ngành công nghiệp nặng như sản xuất, năng lượng, dầu khí và nông nghiệp, trong đó tài sản công nghiệp được kết nối với internet. Các phân khúc khác nhau là công nghiệp hơn các ngành khác và công nghiệp được kết nối, đặc biệt tập trung vào sản xuất, nằm ở phía công nghiệp nhất như trong Hình 1 .

Hình 1: Các phân đoạn IoT, từ ít nhất đến công nghiệp nhất

Ngành công nghiệp được kết nối là phân khúc lớn nhất trong IoT, chiếm hơn 30% thị trường trong năm 2017. Nó trùng lặp với thị trường I4.0 nói chung, tuy nhiên I4.0 có phạm vi rộng hơn, vì nó nhằm tối ưu hóa toàn bộ chuỗi giá trị sản xuất và bao gồm các công nghệ hỗ trợ khác như sản xuất phụ gia, thực tế ảo tăng cường và robot hợp tác. Hình 2 minh họa sự chồng chéo của I4.0 với IoT và làm nổi bật các công nghệ hỗ trợ I4.0 khác.

Hình 2: So sánh IoT và Công nghiệp 4.0 về phạm vi công nghiệp và công nghệ (được điều chỉnh từ Plattform Industrie 4.0)

Các yếu tố của công nghiệp 4.0

I4.0 có thể được xem xét từ năm quan điểm khác nhau:

1. Khối xây dựng IIoT: Các yếu tố công nghệ cần thiết để kết nối và phân tích dữ liệu từ máy móc và thiết bị, bao gồm:

  •  Phần cứng, chẳng hạn như chip, cảm biến hoặc hub
  • Các giao thức và dịch vụ kết nối
  • Các thành phần phần mềm, bao gồm cơ sở hạ tầng, Nền tảng platform IoT và phân tích
  • Các ứng dụng được xây dựng trên lớp phần mềm

Hình 3: Các yếu tố của Công nghiệp 4.0

2. Disrupted technologies : Các công nghệ và tiêu chuẩn (như ISA-95 năm lớp truyền thống) sẽ bị thay đổi hoặc thay thế bằng công nghệ I4.0.

3. Công nghệ hỗ trợ: Các công nghệ không phải là một phần của ngăn xếp IIoT nhưng thường được triển khai cùng với các công nghệ IIoT và hỗ trợ các trường hợp sử dụng I4.0.

4. Các trường hợp sử dụng chính: Các trường hợp sử dụng triển khai IIoT và các công nghệ hỗ trợ để cải thiện hoạt động, hiện thực hóa doanh thu mới và phục vụ khách hàng tốt hơn.

5. Các bên liên quan bị tác động: Các nhà máy sản xuất thiết bị gốc (OEM) và các nhà cung cấp tự động hóa công nghiệp đều sử dụng các công nghệ I4.0 để tạo sự khác biệt trên thị trường. Các công ty tự động hóa công nghiệp lớn như Siemens , Rockwell Automatic , General Electric , ABB và Schneider Electric đang tạo ra các chiến lược được xây dựng xung quanh IIoT và I4.0, trong khi các nhà máy và OEM đang sử dụng công nghệ I4.0 để cải thiện hoạt động và tạo ra các sản phẩm và dịch vụ khác biệt.

I4.0 market

Thị trường chính cho I4.0 có thể được coi là thị trường cho các khối xây dựng bao gồm tập hợp con công nghiệp được kết nối của IoT cộng với thị trường cho các công nghệ hỗ trợ I4.0. Các công nghệ này cho phép nhiều trường hợp sử dụng Công nghiệp 4.0, mười trong số đó được tô sáng trong Hình 4 .

Hình 4: Định nghĩa thị trường địa chỉ công nghiệp 4.0

Sử dụng định nghĩa trên cho I4.0, thị trường tổng thể hiện được ước tính là 65 tỷ đô la Mỹ và dự kiến ​​sẽ đạt mức 339 tỷ đô la Mỹ vào năm 2023, với CAGR là 39% (xem Hình 5) .

Hình 5: Dự đoán tăng trưởng của thị trường Công nghiệp 4.0

Sự tăng trưởng của thị trường cho các giải pháp I4.0 chủ yếu được thúc đẩy bởi ba loại giá trị có được từ các trường hợp sử dụng I4.0:

1. Hiệu quả đạt được trên toàn bộ tổ chức: Nhiều tổ chức công nghiệp đã ước tính mức tăng năng suất từ ​​các khoản đầu tư vào công nghệ I4.0 là ~ 25%. Fanuc và Cisco gần đây đã hợp tác để tạo ra một nền tảng bảo trì dự đoán kích hoạt IIoT đang cải thiện hiệu quả thiết bị tổng thể của khách hàng (OEE) bằng cách loại bỏ thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Một khách hàng của Fanuc đã tiết kiệm được khoảng 40 triệu đô la Mỹ trong thời gian chết bằng cách sử dụng nền tảng được kết nối này.

2. Luồng doanh thu mới: Các OEM đang sử dụng công nghệ IIoT để tạo ra các mô hình kinh doanh x-as-a-service mới. Các mô hình kinh doanh trả cho mỗi kết quả này phù hợp hơn với các OEM với mục tiêu của khách hàng bằng cách khuyến khích các OEM đảm bảo máy móc của họ hoạt động tốt. Công ty máy công cụ OEM Heller sử dụng nền tảng Siemens MindSphere để cho phép khách hàng thanh toán cho việc sử dụng máy theo giờ. Máy nén khí OEM Kaeser đưa mô hình này đi xa hơn nữa, cho phép khách hàng của mình trả tiền cho khí nén bằng mét khối.

3. Linh hoạt hơn, và hoạt động lấy khách hàng làm trung tâm giúp giảm thời gian tiếp thị: Công nghệ I4.0 cho phép các nhà sản xuất linh hoạt hơn trong tất cả các giai đoạn của vòng đời phát triển sản phẩm. Các kỹ sư tại Volvo Construction Equipment gần đây đã áp dụng công nghệ in 3D để giúp tạo mẫu nhanh các bộ phận mới. Bằng cách sử dụng in 3D thay vì các phương pháp công cụ truyền thống, Volvo đã có thể cắt giảm 90% thời gian phát triển và chi phí cho mỗi phần bằng 90%.

Công nghệ bị gián đoạn: kim tự tháp ISA-95

Kiến trúc công nghệ năm lớp, đã thành lập hơn 50 năm qua, là một trong những yếu tố cốt lõi có thể bị phá vỡ thông qua Công nghiệp 4.0. Kim tự tháp là kết quả của sự hội tụ kéo dài hàng thập kỷ của công nghệ thông tin (CNTT) và công nghệ vận hành (OT) và được chấp nhận rộng rãi như kiến ​​trúc cấp cao tiêu chuẩn trong môi trường sản xuất.

Bản cập nhật cho mô hình ISA 95 để phản ánh các khả năng mới

Thuật ngữ OT thường được sử dụng cho công nghệ xử lý máy tính trong thế giới vật lý của công nghệ sản xuất, bao gồm bộ điều khiển logic lập trình (PLC), hệ thống điều khiển phân tán (DCS) và điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA). Những công nghệ này đã được sử dụng trong các ứng dụng dọc bị cô lập và đã được kiểm soát cục bộ với sự trợ giúp của các giao thức độc quyền. Mặt khác, CNTT đã được triển khai trong quản trị và quản lý, ví dụ như dưới dạng lập kế hoạch nguồn lực doanh nghiệp (ERP), quản lý quan hệ khách hàng (CRM) hoặc hệ thống thực thi sản xuất (MES).

CNTT OT
Cập nhật & nâng cấp thường xuyên chạy trong nhiều năm Rất ít cập nhật; thường được cài đặt và fix
Kết nối với internet Cách ly với Internet
Trọng tâm: Quyền riêng tư, Độ tin cậy, Bảo mật Trọng tâm: An toàn, Độ tin cậy, Khả năng phục hồi
Điểm yếu: Khả năng phục hồi Điểm yếu: Bảo mật

Hình 6: Sự hội tụ của CNTT và OT

Kim tự tháp truyền thống được xây dựng dựa trên giả định rằng tất cả các lớp được lưu trữ trên một mạng cục bộ cục bộ. Ngày nay, các hệ thống OT và CNTT đang ngày càng chuyển sang môi trường lưu trữ trên nền tảng đám mây và các nhà cung cấp SCADA, MES và ERP đang phát triển doanh nghiệp của họ bằng cách di chuyển lên xuống. Các cổng công nghiệp đang được sử dụng để kết nối thiết bị cũ với kiến ​​trúc đám mây mới này và đầu vào / đầu ra (I / O) và phần cứng PLC mới đang bắt đầu bao gồm hỗ trợ riêng cho các giao thức kết nối đám mây. Mặc dù vẫn còn phải xem kiến ​​trúc mới này sẽ trông như thế nào, nhưng rõ ràng là nó sẽ khác với kiến ​​trúc năm lớp ngày nay. Báo cáo này xác định ba khu vực gián đoạn trong kim tự tháp:

Hình 7: Sự hội tụ của hệ thống MES và ERP

1. Di chuyển lên đám mây

2. Hội tụ SCADA, MES và ERP

3. Kết nối biên (edge)

Deep Dive: Di chuyển lên đám mây

Một khảo sát của IDC được thực hiện vào năm 2015 cho thấy 66% các công ty sản xuất sử dụng đám mây công cộng và 68% sử dụng các đám mây riêng để lưu trữ các ứng dụng. Mặc dù các hoạt động CNTT vẫn là nhà hảo tâm chính của cơ sở hạ tầng đám mây, công nghệ mới hứa hẹn sẽ giải quyết được nhiều hạn chế kỹ thuật này đã kìm hãm việc áp dụng đám mây cho các ứng dụng hướng OT hơn, như MES và SCADA. Nhiều nhà cung cấp SCADA và MES đang tận dụng các công nghệ mới này và cung cấp các giải pháp dựa trên đám mây bên cạnh các giải pháp tại chỗ truyền thống của họ. Các nhà cung cấp nền tảng IIoT như Microsoft và Amazon được định vị tốt để hưởng lợi từ quá trình chuyển đổi này để chuyển các ứng dụng sang đám mây, phần lớn nhờ vào khả năng cung cấp cả Cơ sở hạ tầng dịch vụ (IaaS) và Dịch vụ nền tảng IoT (PaaS).

Sự phù hợp của đám mây

Việc các ứng dụng có nên được lưu trữ trên đám mây hay không phụ thuộc vào cả yêu cầu của ứng dụng và ngành. Theo nguyên tắc chung, ứng dụng xếp chồng lên càng cao thì càng ít quan trọng để có độ trễ thấp, truyền thông hai chiều và khả dụng cao với các thiết bị cạnh, được minh họa trong bảng dưới đây

Yêu cầu cho kết nối biên

 

Cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây đã đấu tranh để giải quyết ba yếu tố này, hạn chế sự di chuyển của hệ thống SCADA và MES sang đám mây trong các ngành công nghiệp nơi các yếu tố này rất quan trọng, chẳng hạn như trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên, các công nghệ mới đang giải quyết các vấn đề này, khiến việc chuyển sang đám mây trở nên khả thi hơn đối với số lượng người dùng cuối ngày càng tăng:

Kiến trúc đám mây

Khi một công ty sản xuất đã quyết định họ muốn chuyển từ một giải pháp tại chỗ sang ứng dụng SCADA / MES dựa trên đám mây, có một số kiến ​​trúc có thể được lựa chọn. Các nhà cung cấp SCADA và MES truyền thống đang bắt đầu cung cấp các sản phẩm SCADA / MES được lưu trữ trên đám mây, thường áp dụng một trong các kiến ​​trúc đám mây sau:

1. Ứng dụng + Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (Ứng dụng + IaaS): Các ứng dụng độc lập chạy trên các máy ảo được lưu trữ trên đám mây.

2. Ứng dụng được xây dựng trên Nền tảng là một Dịch vụ (Ứng dụng + PaaS): Các ứng dụng được xây dựng trên cùng và kết hợp chặt chẽ với nhà cung cấp dịch vụ nền tảng đám mây IoT cụ thể như Azure IoT hoặc AWS IoT.

3. Phần mềm dưới dạng dịch vụ (SaaS): Các ứng dụng đa người thuê, đầu cuối, đám mây không được xây dựng trên PaaS và được lưu trữ trên cơ sở hạ tầng CNTT được thuê hoặc sở hữu.

Cơ sở hạ tầng và dịch vụ nền tảng đám mây IoT

Microsoft và Amazon là các nhà cung cấp hàng đầu cho Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ với 13% và 33% thị phần tương ứng. Không có gì đáng ngạc nhiên, Báo cáo nền tảng IoT Analytics mới nhất cho thấy cả Microsoft và Amazon cũng là những người dẫn đầu trong không gian nền tảng IoT, mặc dù Microsoft có sự dẫn đầu hẹp so với Amazon (29% so với 28%). Lịch sử của Microsoft với các công ty tự động hóa công nghiệp bắt nguồn từ việc tạo ra tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp truyền thông nền tảng mở (OPC), vào thời điểm phát minh vào đầu những năm 1990 cần có hệ điều hành Windows 3.0. Đội hình ấn tượng của các công ty tự động hóa công nghiệp đã hợp tác với Microsoft Azure để lưu trữ nền tảng IIoT của họ là một minh chứng cho khả năng của Microsoft trong việc sử dụng các mối quan hệ hiện có với các công ty tự động hóa công nghiệp.

Nghiên cứu điển hình: Công nghiệp 4.0 & Đám mây

JD Norman Industries , một nhà sản xuất hàng đầu của các bộ phận kim loại hình thành, gia công và đúc, gia nhập đám mây ERP / MES của nhà cung cấp Plex để cung cấp một tích hợp ERP / giải pháp MES rằng quy mô với công ty vì nó phát triển. Chiến lược tăng trưởng của JD Norman liên quan đến việc mua lại một số công ty quốc tế, do đó, việc có một hệ thống MES / ERP dựa trên đám mây có thể mở rộng cho phép họ nhanh chóng tích hợp các nhà máy mới với các hệ thống hiện có của họ. Bằng cách sử dụng mô hình SaaS có khả năng mở rộng cao mà Plex cung cấp, JD Norman tránh được việc phải cài đặt và quản lý các giải pháp MES tại chỗ trong các nhà máy trên toàn cầu. Đối tác PLEX Kors cung cấp phần tích hợp hệ thống và phần kết nối máy của giải pháp, cho phép JD Norman thu thập và phân tích dữ liệu hiệu suất trong nền tảng PLEX dựa trên đám mây.

Kết luận

Công nghiệp 4.0 là về các nhà sản xuất sử dụng IIoT và các công nghệ hỗ trợ khác như AI và thực tế tăng cường để cải thiện hoạt động. Thị trường cho các công nghệ này được dự đoán là sẽ tăng trưởng nhanh chóng nhờ những cải tiến hoạt động mạnh mẽ và lợi thế cạnh tranh mà một số người áp dụng I4.0 sớm đã nhận ra. Các công nghệ mới, như tích hợp từ máy sang đám mây, đang phá vỡ các ngành công nghiệp hiện có và giúp các nhà sản xuất thuộc mọi quy mô kết nối với internet dễ dàng hơn và hiện thực hóa tầm nhìn của I4.0.

Đăng ký để nhận tin từ chúng tôi.
Đăng ký để nhận được những thông tin mới nhất giúp ích cho việc số hóa sản xuất và chuỗi cung ứng của bạn.
Bạn có thể hủy bỏ bất cứ lúc nào bạn không thích.