Executive Roundtable:Sensing en IIoT

De maakindustrieën ondergaan wereldwijd een digitale transformatie, gestimuleerd door de COVID-19-pandemie, die de adoptie van Industrie 4.0 versnelt. Deze verschuiving naar digitaal stimuleert de vooruitgang in slimme sensoren die niet alleen detectiegegevens vastleggen, maar die gegevens ook interpreteren in bruikbare inzichten voor een verscheidenheid aan toepassingen in de Industrial Internet of Things (IIoT)-ruimte.

De markt voor slimme sensoren zal naar verwachting groeien met een CAGR van 19 procent in de prognoseperiode (2021-2026), volgens Market Research Future. Wat drijft de stijgende vraag naar slimme sensoren en welke industrieën zullen de komende jaren de grootste vraag naar sensortechnologie verwachten? Tech Briefs stelde vragen aan vier experts uit de sector om hun mening te krijgen over de toekomstperspectieven voor slimme sensoren en IIoT.

Onze rondetafeldeelnemers zijn onder meer Dean Bartles, Chief Executive Officer en President, Manufacturing Technology Deployment Group , Jeffrey Case, directeur Design Engineering en NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Brad Walters, oprichter en CEO, Monnit , Aric Prost, Senior Global Director, OEM, Stratus Technologies .

Tech Briefs: Het gebruik van "slimme" sensoren komt steeds vaker voor, aangezien IIoT en Industrie 4.0 steeds gebruikelijker zijn in de productie. Hoe worden slimme sensoren gebruikt om de productie te verbeteren?

Dean Bartles: Een goed voorbeeld van hoe slimme sensoren worden gebruikt om de productie te verbeteren, is een programma dat mijn bedrijf heeft met de DOD om een ​​prototype toeleveringsketen voor additieve productie op te zetten. Er is een grote wens om met metaaladditieven vervaardigde onderdelen in de lucht- en ruimtevaart- en defensiemarkten toe te passen. Voordelen zijn onder meer complexiteit van ontwerp, snelheid in productie, lichtgewicht, enz. De variabiliteit die momenteel wordt aangetroffen in met metaal additief geproduceerde onderdelen van machine tot machine en zelfs van onderdeel tot onderdeel, is echter nog steeds een grote belemmering voor adoptie. Met behulp van sensoren en een IoT edge-apparaat verzamelen we tijdens het printproces realtime procesgegevens, zoals laserenergie, scansnelheid, arcering, kamervochtigheid, enz. en verstrekken deze gegevens vervolgens aan de klant samen met de geproduceerde onderdelen. De klant kan dan het gegevensbestand ondervragen om ervoor te zorgen dat alle parameters tijdens het bouwproces binnen een bepaald bereik zijn gehouden, waardoor een hoger niveau van vertrouwen in de integriteit van de onderdelen wordt geboden.

Jeffrey Case: Slimme sensoren worden ingezet in productiefaciliteiten in alle sectoren om kritieke informatie te verzamelen die, met de juiste analyse, oplossingen kan creëren die ongeplande uitvaltijd verminderen of elimineren (kosten voor vervanging van onderdelen, mankracht en verloren alternatieve kosten); de veiligheid verhogen door permanent gemonteerde sensoren te vervangen door metingen die menselijke tussenkomst vereisen; en de productiviteit te verbeteren door middel van nauwkeurige feedbackcontrole en het bewaken van variaties in het productieproces, waardoor de productiestabiliteit wordt gegarandeerd.

Brad Walters: Het stimuleren van meer efficiëntie is een belangrijk voordeel van de integratie van een platform van slimme sensoren in productieomgevingen. Slimme sensoren creëren slimmere fabrieken waar u vrijwel elk aspect van de bedrijfsvoering kunt bewaken, controleren en verbeteren met realtime gegevensgestuurde inzichten; onderhoud van apparatuur voorspellen en snel protocollen activeren voordat storingen of storingen optreden; datalogging automatiseren voor gestroomlijnde trendanalyse, registratie en naleving van de regelgeving; en wees gewaarschuwd voor milieu- en apparatuurproblemen. Sensoren die mensen, machines, apparatuur en inventaris verbinden met de krachtige mogelijkheden van het IIoT, stellen fabrikanten in staat om met meer transparantie, efficiëntie en algehele kwaliteit te produceren.

Aric Prost: De aanzienlijke daling van de kosten van sensoren en zenders in combinatie met verbeteringen in draadloze technologie hebben het voor OEM's, machinebouwers en operationele teams mogelijk gemaakt om sensoren te installeren en gegevens te verzamelen die voorheen ontoegankelijk waren. Dit is het industriële voordeel waar gegevens worden gegenereerd, en de mogelijkheid om meer procesvariabelen nauwkeuriger te meten, geeft een beter inzicht en maakt de belofte van IIoT en Industrie 4.0 waar. De kans is een sprong voorwaarts op het gebied van controle en controle om gewenste resultaten te behalen, zoals producten van hogere kwaliteit, minder uitvaltijd of opbrengstverbetering.

Tech Briefs: Sensor data fusion biedt de mogelijkheid om verschillende sensortechnologieën in één applicatie te combineren. Met welke uitdagingen worden fabrikanten geconfronteerd bij het beheren en effectief gebruiken van het toegenomen volume aan verzamelde gegevens?

Dean Bartles: De wildgroei aan sensoren in de productie is van cruciaal belang om optimaal te profiteren van de efficiëntie die Industrie 4.0 belooft. Aangezien sensortechnologie echter alomtegenwoordig wordt in fabrieken overal, kan het vermogen om optimaal gebruik te maken van de gegenereerde gegevens ernstig worden belemmerd, tenzij de gegevens van de verschillende sensoren kunnen worden geharmoniseerd in een gemeenschappelijk taalformaat. Normen zullen de sleutel zijn om een ​​dergelijke harmonisatie mogelijk te maken. Een van die standaarden die al algemeen is aangenomen, is MTConnect. Met uniforme gegevens kunnen ontwikkelaars en integrators zich concentreren op nuttige, productieve productietoepassingen in plaats van op vertaling, wat de sleutel zal zijn tot een succesvolle fusie van sensorgegevens in de toekomst.

Jeffrey Case: Uitdagingen voor sensorfusie zijn onder meer het synchroniseren van de verschillende sensortypes en sensorsystemen, vooral wanneer er tijdsafhankelijkheid is, en het zorgen voor compatibele communicatienetwerken. Bovendien wordt edge computing steeds belangrijker op sensorniveau om de hoeveelheid verzamelde en geanalyseerde gegevens te minimaliseren, wat zowel de verwerkingskracht als de vereisten voor gegevensopslag beïnvloedt.

Brad Walters: Fusie van sensorgegevens is een belangrijk voordeel van het IIoT, omdat beslissingen die op basis van meerdere datapunten worden genomen, beslissingen met een hogere waarde zijn. Maar het kan een uitdaging zijn wanneer fabrikanten verschillende sensorsystemen van verschillende leveranciers betrekken en alle gegevens zelf verzamelen. U kunt het gegevensvolume effectief beheren door een enkel sensorplatform te hebben dat sensortypen combineert met gegevensaggregatie, filtering, fusie-algoritmen en redundante gegevensdeduplicatie aan de rand. De meest waardevolle datavolumereducer die u kunt hebben, is edge-verwerking en filtering via een gateway op sensorniveau. Het is ideaal voor sensoren om gebeurtenissen en drempeloverschrijdingen onmiddellijk te melden wanneer ze vooraf geconfigureerde omstandigheden detecteren, in plaats van voortdurend triviale gegevens met regelmatige tussenpozen te rapporteren. Op deze manier kan een sensorsysteem met een edge-gateway snel relevante gegevens van alle sensortypen samenvoegen en een robuuste set API's gebruiken om tegelijkertijd gegevens van andere analysesystemen te mixen en matchen.

Aric Prost: Fabrikanten staan ​​voor een aantal uitdagingen vanwege de hoeveelheid edge-gegevens die wordt gecreëerd. Ten eerste zijn gegevens in een typische fabriek of faciliteit afkomstig van sensoren die zijn vervaardigd door meerdere leveranciers die verschillende communicatieprotocollen gebruiken. Die gegevens moeten worden verzameld en geïntegreerd. Ten tweede hebben edge-locaties - zelfs de fabrieksvloer - te maken met bandbreedte- en latentieproblemen wanneer ze naar de controlekamer worden verzonden, laat staan ​​naar de cloud. Het vermogen om deze edge-data te analyseren en te vertalen naar inzicht is afhankelijk van de beschikbaarheid en betrouwbaarheid ervan. Voorspellende analyses of AI-toepassingen zijn afhankelijk van deze volledige datasets. Eventuele communicatielacunes in data of uitval van apparatuur kunnen deze geavanceerde modellen verstoren. Om deze uitdagingen aan te gaan, waaronder sensordatafusie, zetten organisaties edge computing in om informatie dicht bij apparatuur te verzamelen, verwerking en historisatie te bieden om downtime en gegevensverlies te voorkomen.

Tech Briefs: Als faciliteiten meerdere aangesloten sensoren en systemen gebruiken, hoe zorgen ze er dan voor dat ze goed beveiligd zijn tegen ongewenste toegang van buitenaf?

Dean Bartles: De veiligste manier om u te beschermen tegen ongewenste toegang van buitenaf is door alles te "airgapen". Met andere woorden, vermijd het gebruik van wifi-sensoren en implementeer in plaats daarvan bedrade sensoren en bedrade IoT-edge-apparaten en laat alle gegevens door een cyberbeveiligingsapparaat lopen dat alles wat de faciliteit verlaat zowel versleutelt als tokeniseert. Aangezien OEM's "transparantie" blijven stimuleren in de productieactiviteiten van hun leverancier, zullen technologische oplossingen van het grootste belang zijn.

Jeffrey Case: Hoewel er geen wondermiddel is als het gaat om industriële cyberbeveiliging, is netwerksegmentatie een hoeksteen om particuliere netwerken te beschermen tegen mogelijke kwetsbaarheden. Sensorsystemen moeten worden geconfigureerd op een netwerk dat geïsoleerd is van interne systemen, en toegang tot de sensorsysteemnetwerken moet worden beperkt tot het vereiste minimum. We moedigen al onze IIoT-klanten aan om best practices op het gebied van cyberbeveiliging op hun interne sensorsysteemnetwerken en/of onze sensorsystemen te volgen, gebruikmakend van industriestandaardtechnologieën.

Brad Walters: Beveiliging moet worden gehandhaafd op alle communicatiepunten tussen sensor, gateway, netwerk, netwerkcontroller en de cloud. Een robuust IoT-apparaat en governance-initiatief voor gegevensbeveiliging om beleid af te dwingen, kan het sensornetwerk en de gegevens van een bedrijf helpen beschermen. Je kunt ook niet al je beveiligingen in bolwerken zoals firewalls plaatsen, maar de temperatuursensor op het aquarium van de lobby kwetsbaar laten. Als je één sensormanagementsysteem gebruikt, beperk je de externe toegangspunten. Hoe dan ook, elk systeem moet afzonderlijk worden gecontroleerd op beveiliging en vervolgens als geheel.

Aric Prost: Cyberbeveiliging staat centraal voor operationele technologie, en het idee van air-gapped assets wordt steeds minder realistisch naarmate er meer apparatuur is aangesloten. Door edge computing-platforms met ingebouwde virtualisatie in te zetten, hebben OT- en IT-teams de middelen om cyberbeveiligingssoftware dicht bij kritieke apparatuur te gebruiken naast andere industriële softwaretoepassingen. In dit geval bevindt het edge computing-platform met beveiligingssoftware zich tussen de sensoren of PLC's en de rest van het netwerk.

Tech Briefs: In welke sectoren verwacht u de komende vijf jaar de grootste vraag naar sensortechnologie?

Dean Bartles: Er is al aanzienlijke vooruitgang geboekt door grote bedrijven in de lucht- en ruimtevaart, defensie, de automobielindustrie, de voedselindustrie, de medische sector, de chemische verwerking, enz. Dus ik denk niet dat de vraag moet zijn "welke industrieën" maar "wie" binnen de verschillende industrieën waar we de grootste vraag zullen zien. Het is duidelijk dat de kleine en middelgrote fabrikanten ("SMM's") het meeste te winnen hebben bij het toepassen van sensortechnologie in hun productieactiviteiten. Een recent onderzoek, uitgevoerd door de Manufacturing Leadership Council van de National Association of Manufacturers, rangschikte "De zichtbaarheid, transparantie en voorspelbaarheid van de end-to-end supply chain naar een hoger niveau tillen" als het op één na belangrijkste voor 2022. OEM's voorzien van de transparantie, zichtbaarheid en voorspelbaarheid in hun toeleveringsketen die ze wensen, zullen SMM's veel meer sensortechnologie moeten inzetten dan ze tot nu toe hebben gedaan.

Jeffrey Case: Naarmate sensoren meer mainstream worden met verbeteringen in detectietechnologie, edge computing, kunstmatige intelligentie en de verspreiding van industriële 4.0-communicatienetwerken, zal de grootste vraag naar sensortechnologie zich voordoen bij alle productieactiviteiten in bijna alle markten/industrieën. Zowel preventief onderhoud als toepassingen voor procesautomatisering stimuleren deze ongekende vraag in de industriële productie. Op de markt voor procesautomatisering wordt een grote verscheidenheid aan detectietechnologieën ingezet om een ​​strakkere controle op productieprocessen te vergemakkelijken. Terwijl sensoren van oudsher in deze toepassingen worden ingezet, biedt Industry 4.0 met internet verbonden sensoren die in staat zijn om gegevens te verzamelen, over te dragen en weer te geven via gevestigde digitale snelwegen met minimale menselijke tussenkomst. Deze infrastructuur kan gemakkelijk voldoen aan de ROI van een bedrijf en zal de verkoop van sensoren in de komende vijf jaar en daarna aanzienlijk stimuleren.

Brad Walters: Het is duidelijk dat voorspellend onderhoud, bewaking en controle op afstand en autonome systemen in vrijwel elke branche sterk afhankelijk zullen blijven van de vooruitgang in slimme sensortechnologie. Innovators op het gebied van olie en gas, landbouw, energie- en energieproductie, chemie en mijnbouw en transport leunen bijvoorbeeld op de verreikende mogelijkheden van draadloze sensoren die een groot bereik, een laag stroomverbruik en een lange batterijduur bieden. Aangezien fabrikanten, gezondheidszorg en slimme steden efficiënter lijken te zijn, zullen detectieoplossingen die 4G LTE- en 5G-functionaliteit versnellen, frequentie-interferentie elimineren en multi-access edge computing mogelijk maken, zeer waardevol zijn. Industrieën die slimme sensoren effectief integreren, zullen de IIoT-evolutie naar de volgende industriële revolutie helpen stuwen.

Aric Prost: We zien dat de grootste vraag naar sensortechnologie niet afkomstig is van specifieke industrieën, maar van specifieke use-cases binnen industrieën waar activa en processen op afstand of ontoegankelijk zijn, kritiek te meten, hoge snelheid en waar veiligheid een belangrijke factor is. Sensortechnologie zal in deze gevallen essentieel zijn om automatisering en beheer op afstand op te schalen. Er is een reeks voorbeelden die overlappen, waaronder discrete productie - complexe verpakkingsmachines, robotica, metaalfabricage; Water en afvalwater — afgelegen en onbemande pompstations, debietmeters; Stroomopwekking - zonnepanelen, windparken en onderstations; Olie en gas - pompstations, stroommeetstations, productieplatforms en vele andere. Voor deze activa en gebruiksscenario's vereist de overvloed aan sensortechnologie en beperkte connectiviteit een 'brein' ter plaatse om gegevens te verwerken en op te slaan, beschikbaarheid van uptime te garanderen, cyberbeveiligingsagenten te laten draaien en mogelijk toezicht en controle te bieden zonder menselijke tussenkomst. Edge computing-platforms bieden deze mogelijkheden en daarmee de middelen om sensorgegevens te benutten om Industrie 4.0-mogelijkheden te realiseren.

Wat denk je? Deel uw vragen en opmerkingen hieronder.