exam17 4 - stankin/design-part-2 GitHub Wiki

Понятия интернета вещей, индустриального интернета вещей, технологического уклада и Индустрии 4.0

Реферат к лекции 17 Высоконагруженные системы и системы реального времени

Выполнил: Сиваков Артем, ИДБ-19-05

Проверила: Борисова Ксения, ИДБ-19-05

Индустрия 4.0

Четвертая индустриальная революция (Индустрия 4.0) – переход на полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени в постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящее за границы одного предприятия, с перспективой объединения. Концепцию четвертой промышленной революции сформулировал в 2011 году Клаус Шваб – президент Всемирного экономического форума в Давосе. Клаус Шваб в четвертой промышленной революции увидел глобальные изменения человечества, в этой революции больше изменятся не продукты, а сами люди и соответственно весь мир.

Принципы и основные технологии индустрии 4.0

Совместимость (интероперабельность) – все устройства и машины должны уметь общаться друг с другом на одном языке посредством интернета вещей, т.е. они должны быть совместимы.
Прозрачность – создание цифровой копии продукта, сбор данных с микрочипов и датчиков посредством которых устройства общаются.
Техническая поддержка – программное обеспечение производит сбор, анализ, систематизацию, визуализацию данных, полученных с датчиков, и помогает человеку принимать решение или принимает их в автоматическом режиме, тем самым высвобождая человеческие ресурсы.
Децентрализация управленческих решений, автоматизация различных решений системами, максимально полное человекозамещение.

Основные технологии Индустрии 4.0:

Аддитивные технологии, 3d-печать
Моделирование и визуализация
Интеграция систем
Интернет вещей
Кибербезопасность
Облачные сервисы
Дополненная реальность
Виртуальная реальность (виртуальные фабрики, цифровые двойники и др.)
Автономные роботы, роботизация
Планирование и анализ онлайн
Искусственный интеллект
Энергоэффективные технологии
Альтернативная энергетика
Большие данные и аналитика
Дистанционное обслуживание

Примеры Индустрии 4.0:

Очки дополненной реальности. Рабочий, надев данные очки, видит все необходимые инструкции по его работе. Так на авиационных заводах очки помогают распознать провода в самолетах и сделать правильные их соединения электрикам.
Модуль моделирования и визуализации. При проектировании обработки детали в CAM-системе программист может произвести симуляцию обработки детали на виртуальном станке и убедиться в отсутствии столкновений органов станка и зарезов детали.
Программное обеспечение, позволяющее соединить станки в одну сеть. Вся информация со станков стекается в данное ПО, которое систематизирует данные, а также сигнализирует о различных событиях.
Самовосстанавливающееся оборудование. При достижении некоторого износа деталей станка, станок сообщит об этом механику и сам закажет запасную часть на заводе изготовителе или в службе снабжения предприятия, также предупредит о скором ремонте.
Автоматический заказ компонентов. На сборку изделия гарантированно поступят все необходимые комплектующие и в нужном количестве, т.к. при получении заказа на изготовление изделия система сама проверит их наличие на складе и сделает заказ всего необходимого заранее.
«Общение» станочного оборудования с заготовкой и другими объектами. Станок считывает с микрочипа на заготовке необходимые данные, как ее нужно обработать, какими инструментами и производит эту обработку.
Цифровая копия продукта. Электронный клон наделен всеми характеристиками физического продукта, что позволяет более точно осуществлять анализ конструкции.
Единое цифровое пространство промышленности.
Удаленная настройка оборудования для производства умной продукции.
Мониторинг всех производственных, технологических и других процессов.
Внутрицеховое перемещение деталей без участия человека и др.

Подобно всем предыдущим промышленным революциям, Четвертая меняет не только производство, но и всю нашу жизнь – экономику, отношения между людьми, даже в какой-то степени само понимание того, что это значит – быть человеком. Искусственный интеллект и роботизация, интернет вещей (IoT) и 3D-печать, виртуальная и дополненная реальность, био- и нейротехнологии – эти новейшие методы на глазах становятся частью нашего повседневного существования.

Что такое IoT?

Интернет вещей (англ. internet of things, IoT) – концепция сети передачи данных между физическими объектами («вещами»), оснащёнными встроенными средствами и технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой. Предполагается, что организация таких сетей способна перестроить экономические и общественные процессы, исключить из части действий и операций необходимость участия человека.

Это концепция вычислительной сети физических предметов, оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей, как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.

К примеру, в современных автомобилях работают сразу несколько сетей: одна управляет работой двигателя, другая – системами безопасности, третья поддерживает связь и т.д. В офисных и жилых зданиях также устанавливается множество сетей для управления отоплением, вентиляцией, кондиционированием, телефонной связью, безопасностью, освещением.

Варианты подключения IoT к существующим сетям

Технологии IoT:

Средства идентификации (штрихкоды, Data Matrix, QR-коды, Mac-адрес).
Средства измерения (используется широкий класс средств измерения, от элементарных датчиков, например, температуры, давления, освещенности; приборов учета потребления: таких, как интеллектуальные счётчики; до сложных интегрированных измерительных систем).
Средства передачи данных (все возможные средства беспроводных и проводных сетей).
Средства обработки данных (различного вида ЦОД).

Главные проблемы и перспективы

Любые технологии как дают новые возможности, так и порождают различные проблемы. Если говорить про интернет вещей, то здесь есть несколько потенциальных угроз.

Слежка. Уже сейчас браузер буквально записывает каждый ваш шаг в сети и «грузит» контекстной рекламой. А теперь представьте, что крупные компании будут знать практически весь ваш распорядок дня: что вы едите, как много спите и даже во сколько завариваете кофе утром.
Взлом устройств. В рамках одного умного дома это не так страшно, едва ли умный пылесос сможет вам навредить. Но если говорить о взломе коммунальных систем или автономных роботов на предприятии, то все может обернуться глобальной катастрофой.
Взаимодействие умных вещей. Сбой чаще всего приводит к отказу устройства или что еще хуже, неправильной работе. Последнее особенно опасно, когда имеется целая система из умных устройств.
Рост безработицы. Каждая автономная машина – это потенциально потерянные рабочие места. Уже сейчас существуют полностью автономные склады, где десятки погрузчиков перевозят целые стеллажи и заменяют большую часть персонала.

Несмотря на эти минусы, польза от интернета вещей будет колоссальной, как на уровне каждого отдельного пользователя, так и для государства в целом.

Число носимой электроники активно растет, а нанотехнологии, гибкие экраны и новейшие процессоры позволят внедрить электронику буквально во что угодно, включая самого человека.

По мере развития Интернета вещей эти и многие другие сети будут подключаться друг к другу и приобретать все более широкие возможности в сфере безопасности, аналитики и управления.

В результате Интернет вещей приобретет еще больше возможностей открыть человечеству новые, более широкие перспективы.

Интернет вещей повысит уровень безопасности в городах, снизит нагрузку на транспортную инфраструктуру, улучшит здравоохранение, обеспечит муниципальным хозяйствам экономию электроэнергии.

Индустриальный интернет вещей

Индустриальный интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT) – интернет вещей для корпоративного/отраслевого применения - система объединенных компьютерных сетей и подключенных промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и ПО для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека.

Применение Интернета вещей в промышленности создает новые возможности для развития производства и решает ряд важнейших задач: повышение производительности оборудования, снижение материальных и энергетических затрат, повышение качества, оптимизация и улучшение условий труда сотрудников компании, рост рентабельности производства и конкурентоспособности на мировом рынке.

Как работает индустриальный интернет вещей?

Принцип работы технологии заключается в следующем: первоначально устанавливаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на ключевые части оборудования, после чего осуществляется сбор информации, которая впоследствии позволяет компании приобрести объективные и точные данные о состоянии предприятия. Обработанные данные доставляются во все отделы предприятия, что помогает наладить взаимодействие между сотрудниками разных подразделений и принимать обоснованные решения.

Помимо этого, компании могут заменить быстро устаревающую бумажную документацию, а также аккумулировать экспертные знания специалистов.

Полученная информация может быть использована для предотвращения внеплановых простоев, поломок оборудования, сокращения внепланового техобслуживания и сбоев в управлении цепочками поставок, тем самым позволяя предприятию функционировать более эффективно.

Технологии

Для реализации поставленных целей современные предприятия могут использовать различные технологии Промышленного интернета вещей:

Цифровые двойники. Под цифровыми двойниками понимают виртуальные копии объектов, которые позволяют анализировать работу реальных физических устройств. Так, двойник завода помогает управлять предприятием, оптимизировать операции, а копия запланированного производственного процесса дает возможность осуществлять контроль над продуктом еще до его изготовления.
Радиочастотная идентификация (RFID). RFID – метод автоматической идентификации, использующий метки и специальные считывающие устройства. Метка помещается на любой подходящий предмет, а считыватель идентифицирует ее посредством радиоволн. Дальность идентификации может варьироваться от нескольких сантиметров до 300 метров. При помощи транспондеров пользователи могут с легкостью отслеживать промышленные объекты, а также осуществлять их контроль и мониторинг.
Устройства электронной регистрации (ELD). ELD представляют собой специальные датчики, которые ставятся на автомобиль и позволяют контролировать его скорость, время передвижения, частоту использования тормозов. Оборудование обычно устанавливается на пассажирские автобусы или грузовые авто и помогает: экономить топливо, обеспечивать безопасность водителя и повышать эффективность использования ресурсов. Как только система замечает, что водитель слишком долго находится за рулем либо превышает скорость, она тут же выносит предупреждение и передает данные диспетчеру.
Интеллектуальные вычислительные системы вне ЦОД. ИВС вне ЦОД – система Промышленного IoT (интернета вещей), призванная повышать качество обслуживания и ускорять производственные процессы. В ней осуществляется генерация, анализ, интерпретация информации, которая поступает с периферии. При использовании этих систем аналитики руководители компаний могут более оперативно изучать данные, а риски похищения или перехвата информации сводятся к минимуму.
Прогнозное обслуживание. К прогнозному обслуживанию относят системы, которые получают информацию от машинного оборудования или устройств со встроенными датчиками. Они выполняют сбор и передачу данных, а далее производят анализ полученных сведений и их сохранение в базе. Впоследствии собранная база данных предоставляет пользователям точки сравнения, которые позволяют анализировать те или иные события. При использовании прогнозного обслуживания можно отказаться от ненужного сервиса и повысить вероятность предупреждения поломок и сбоев.

Сферы применения

Современная IIoT система может использоваться не только на производстве, но и в других отраслях. Ключевыми сферами ее применения являются:

Промышленность – при использовании технологии lloT в промышленности можно контролировать состояние станков и предупреждать их поломки, что способствует сокращению времени простоя и повышению эффективности работы завода.
Логистика и склады – позволяет автоматически заказывать продукцию или сырье для производства, обеспечивать постоянное наличие нужных товаров, а также отслеживать активы.
Ритейл – помогает принимать решения по отдельным торговым точкам, использовать витрины согласно интересам покупателей, готовить промоакции.
Здравоохранение – позволяет отслеживать пациентов и уведомлять врачей об их состоянии, повышает скорость и точность реагирования в медицинских учреждениях.
Управление недвижимостью – упрощает управление климатическими и другими системами, повышает безопасность людей, обеспечивает контроль входов в здания с моментальной реакцией на потенциальную угрозу.

Технологический уклад

Технологический уклад – это несколько взаимосвязанных и последовательно сменяющих друг друга поколений техники, эволюционно реализующих общий технологический принцип.

Текстильная промышленность, текстильное машиностроение, выплавка чугуна, обработка железа, строительство каналов, водяной двигатель. Ключевой фактор: текстильные машины (1770-1830)
Паровой двигатель, железнодорожное строительство, транспорт, машино-, пароходостроение, угольная, станкоинструментальная промышленность черная металлургия. Ключевой фактор: паровой двигатель, станки (1830-1880).
Электротехническое, тяжелое машиностроение, производство и прокат стали, линии электропередач, неорганическая химия. Ключевой фактор: электро-двигатель, сталь (1880-1930).
Автомобиле-, тракторостроение, цветная металлургия, производство товаров длительного пользования, синтетические материалы, органическая химия, производство и переработка нефти. Ключевой фактор: двигатель внутреннего сгорания, нефтехимия (1930-1970).
Электронная промышленность, вычислительная, оптико-волоконная техника, программное обеспечение, телекоммуникации, роботостроение, производство и переработка газа, информационные услуги. Ключевой фактор: микро-электронные компоненты (1970- 2010).
Клеточные технологии и методы генной инженерии; альтернативная энергетика. Ключевой фактор: информационные технологии, когнитивные науки, социогуманитарные технологии, наноэлектроника, нанохимия, молекулярная и нанофотоника, наноматериалы и наноструктурированные покрытия, наносистемная техника, аддитивные технологии? нанобиотехнологии, конвергенция нано-, био-, инфо- и когнитивных технологий (так называемая НБИКС-конвергенция, NBIC) (2010-наше время).

Заключение

В отдаленной перспективе «умными» станут не только дома, но и города, и даже (некоторые) государства. Но на данном этапе развития технологий и общества Интернет вещей активно внедряется не в глобальных масштабах, а внутри компаний, занимающихся производством товаров, энергии, транспортными перевозками и т.п. — там, где за счет новых технологий ожидается повышение производительности и конкурентоспособности. Сложность масштабирования этого опыта обусловлена тем, что необходимо интегрировать в единое целое многие системы от разных поставщиков и наладить их слаженную работу.