الصناعة عن بُعد والطلب المتزايد على أنظمة إنترنت الأشياء الخلوية
تُعيد إنترنت الأشياء الخلوية تشكيل الاتصال الصناعي من خلال تمكين المراقبة عن بُعد، والنشر المرن، والبنية التحتية القابلة للتوسّع للصناعة 4.0. ومن الزراعة إلى عمليات الطاقة، تدعم الشبكات الخلوية الآ...
تتوسع الصناعة 4.0 إلى ما وراء جدران المصانع التقليدية
حوّلت الثورة الصناعية الأولى التصنيع من خلال الطاقة البخارية والميكنة. واليوم، تقود الصناعة 4.0 تحولاً آخر، هذه المرة عبر البيانات المتصلة، والذكاء الموزع، والرؤية الفورية عبر العمليات الصناعية.
لم تعد المصانع البيئات الوحيدة التي تتطلب الأتمتة. فمحطات الضخ النائية، والحقول الزراعية، والمحطات الفرعية، ومواقع معالجة المياه، والبنية التحتية المعزولة للطاقة تتطلب الآن المستوى نفسه من الوعي التشغيلي الذي كان يقتصر في السابق على المنشآت المركزية.
يؤدي هذا الطلب إلى تسريع اعتماد تقنيات إنترنت الأشياء الخلوية القادرة على ربط الأصول الصناعية بما يتجاوز كثيراً الشبكات السلكية التقليدية.
لماذا يكتسب الاتصال الخلوي زخماً في الأتمتة الصناعية
اعتمدت عمليات نشر إنترنت الأشياء الصناعية لسنوات طويلة على Ethernet أو WiFi أو أنظمة راديوية مملوكة. وعلى الرغم من فعالية هذه التقنيات داخل المصانع، فإن نشرها في البيئات النائية يصبح صعباً أو مكلفاً.
تغيّر البنية التحتية الخلوية الحديثة هذه المعادلة. إذ توفر تقنيات مثل LTE-M وNB-IoT استهلاكاً أقل للطاقة، وتشفيراً أقوى، وتغطية جغرافية أوسع من الأجيال السابقة من المعدات الخلوية الصناعية.
مع تحديث المشغّلين الصناعيين للبنية التحتية البعيدة، تكمل البوابات الخلوية على نحو متزايد الأنظمة المتصلة عبر منصات الاتصالات والشبكات الصناعية وبنى التحكم الموزعة.
تتيح تقنيات إنترنت الأشياء الخلوية للمشغّلين مراقبة الأصول في مواقع تكون فيها البنية التحتية السلكية غير عملية أو باهظة التكلفة.
LTE-M والانتقال نحو شبكات صناعية أكثر ذكاءً
تهيمن LTE-M حالياً على العديد من عمليات نشر إنترنت الأشياء الصناعية لأنها توازن بين كفاءة النطاق الترددي، وعمر البطارية، وموثوقية الإشارة. وعلى عكس الأنظمة الخلوية الأقدم، صُممت LTE-M خصيصاً للاتصال من آلة إلى آلة والمراقبة عن بُعد طويلة الأمد.
تدخل بنية 5G التحتية أيضاً إلى المشهد الصناعي. وعلى الرغم من أن عمليات نشر 5G الحالية تستهلك غالباً مزيداً من الطاقة وعرض النطاق الترددي للبيانات، فإن الإصدارات المستقبلية تعد بزمن استجابة منخفض للغاية، وتحسين تقسيم الشبكة، وقابلية توسع أكبر للتطبيقات الصناعية.
بالنسبة إلى مورّدي الأتمتة الصناعية، يتيح هذا التطور فرصاً جديدة لنشر أنظمة التشخيص عن بُعد، وتحليلات الحافة، والصيانة التنبؤية على نطاق واسع.
كيف تندرج إنترنت الأشياء الخلوية ضمن منظومة البيانات الصناعية
أصبحت طبقة النقل أصلاً استراتيجياً
تعمل أنظمة إنترنت الأشياء الصناعية عادةً عبر طبقات متعددة مترابطة. تجمع المستشعرات المعلومات الفيزيائية، وتنقل شبكات الاتصال البيانات، وتحللها أنظمة المعالجة، ويستخدم المشغلون لوحات المعلومات أو منصات التحليلات لاتخاذ القرارات.
ضمن هذا الهيكل، ازدادت أهمية طبقة النقل. إذ يحدد الاتصال الموثوق الآن ما إذا كانت الأصول البعيدة قادرة على المشاركة في برامج الصيانة التنبؤية والتحليلات السحابية والإدارة التشغيلية المركزية.
يجمع العديد من المرافق التي تدمج أنظمة المراقبة الموزعة بين القياس عن بُعد ومنصات مثل حلول واجهات الإنسان والآلة والحوسبة الصناعية لتحسين الرؤية التشغيلية عبر مواقع متعددة.
المراقبة عن بُعد توسّع نطاق الرؤية الصناعية
وسّع إنترنت الأشياء الخلوي نطاق أنظمة التشغيل الآلي بشكل كبير. فأصبح بإمكان المشغلين الآن مراقبة الأصول الموجودة على بُعد مئات الكيلومترات من دون إنشاء بنية تحتية مخصصة للاتصالات.
وتثبت هذه القدرة قيمتها بشكل خاص في قطاعات مثل النفط والغاز والطاقة المتجددة والتعدين والزراعة ومعالجة المياه، حيث تعمل المعدات غالبًا في مواقع معزولة أو يصعب الوصول إليها.
يقلل القياس عن بُعد أيضًا الحاجة إلى عمليات الفحص اليدوية، مع تحسين أوقات الاستجابة عند حدوث أعطال في المعدات أو تغيرات بيئية.
وضعت أنظمة المراقبة المبكرة المتصلة بالشبكات الأساس لمنظومات إنترنت الأشياء الصناعية واسعة النطاق الحالية.
لماذا يتبنى مُدمجو الأنظمة البنى الخلوية
نشر سريع من دون تغييرات واسعة في البنية التحتية
تتمثل إحدى أبرز مزايا إنترنت الأشياء الخلوي في مرونة النشر. إذ يمكن للمشغلين الصناعيين تركيب الأجهزة البعيدة بسرعة من دون تعديل شبكات المنشأة الحالية أو تمديد البنية التحتية للألياف الضوئية إلى المناطق النائية.
يختصر هذا النهج الجداول الزمنية للمشروعات ويبسط البرامج التجريبية لتطبيقات مراقبة الأصول والاستشعار البيئي وإدارة الطاقة.
يجمع مُدمجو الأنظمة بشكل متزايد بين أجهزة الحافة الخلوية والمنصات من ABB وHoneywell وGE عند توسيع إمكانات المراقبة عبر البيئات الصناعية الموزعة.
الاتصالات الاحتياطية تحسّن موثوقية النظام
تستخدم المنشآت الصناعية الشبكات الخلوية بشكل متزايد كمسارات اتصال احتياطية للبنية التحتية الحيوية. وإذا تعطلت شبكة سلكية أساسية، فيمكن للاتصال الخلوي الحفاظ على إرسال التنبيهات والتشخيص عن بُعد والرؤية التشغيلية.
تكتسب هذه الازدواجية أهمية خاصة لمرافق الخدمات والطاقة ومشغلي البنية التحتية، حيث يمكن أن تؤثر انقطاعات الاتصال مباشرةً في وقت التشغيل والسلامة.
يواصل التشغيل عن بُعد دفع الطلب
تواصل الشركات الصناعية البحث عن طرق لتحسين الكفاءة التشغيلية مع خفض تكاليف الصيانة الميدانية. ويدعم إنترنت الأشياء الخلوي هذا الهدف مباشرةً من خلال إتاحة الإشراف على مناطق جغرافية أكبر بعدد أقل من الموظفين.
ويعزز صعود الحوسبة الطرفية هذا الاتجاه أكثر. إذ يمكن للبوابات الذكية الآن معالجة البيانات محليًا قبل إرسال المعلومات الأساسية فقط عبر الشبكات الخلوية، مما يقلل استخدام النطاق الترددي والتكاليف التشغيلية.
تدعم وحدات التحكم الخلوية الحديثة الأتمتة الصناعية في البيئات المعزولة التي يصعب فيها استخدام الاتصالات السلكية التقليدية.
يظل الأمان والتكلفة من الاعتبارات الهندسية الأساسية
وعلى الرغم من مزايا إنترنت الأشياء الخلوي، لا يزال المهندسون يواجهون اعتبارات تصميم مهمة. تتطلب عمليات النشر الخلوية تكاليف مستمرة لخدمات شركات الاتصالات، وقد تصبح التطبيقات كثيفة البيانات مكلفة بمرور الوقت.
ولا يزال الأمن السيبراني مصدر قلق رئيسيًا أيضًا. فمع اتصال المزيد من الأصول الصناعية مباشرةً بالشبكات الخارجية، تتسع مساحة الهجوم بشكل كبير.
ومع ذلك، تتضمن حلول الاتصال الخلوي الصناعية الحديثة الآن اتصالات مشفرة، وأنفاق VPN، ومصادقة آمنة، وبنى شبكات مقسمة. وتستمر إمكانات الأمان في التحسن بالتوازي مع معايير 5G الأحدث.
يجمع المشغلون الصناعيون الذين ينشرون أنظمة المراقبة عن بُعد بشكل متزايد بين ممارسات الاتصال الآمن وبنى التحكم المرنة، مثل أنظمة السلامة Triconex ومنصات السلامة HIMA، في تطبيقات البنية التحتية الحيوية.
إنترنت الأشياء الخلوي يتحول إلى بنية تحتية أساسية للصناعة عن بُعد
يعكس النمو السريع للأجهزة الصناعية المتصلة تحولًا أكبر في أسواق الأتمتة. فلم يعد إنترنت الأشياء الخلوي يُنظر إليه على أنه حل متخصص مخصص للتطبيقات المعزولة.
ويصبح هذا الاتصال طبقة اتصالات أساسية للعمليات الموزعة، والذكاء الطرفي، والصيانة التنبؤية، وإدارة الأصول عن بُعد.
مع استمرار توسع الصناعة 4.0 في البيئات النائية، سيحدد الاتصال الخلوي بشكل متزايد كيفية جمع الأنظمة الصناعية للبيانات التشغيلية ونقلها واتخاذ الإجراءات بناءً عليها في الوقت الفعلي.
يتجه القطاع الصناعي نحو مستقبل تصبح فيه المسافة الجغرافية أقل أهمية بكثير من موثوقية الشبكة وإمكانية الوصول إلى البيانات.
المؤلف: مايكل ريفز | مراسل التكنولوجيا الصناعية
يتمتع مايكل ريفز بخبرة تزيد على 12 عامًا في تغطية شبكات الاتصال الصناعية، والبنية التحتية للأتمتة عن بُعد، وأنظمة التكنولوجيا التشغيلية. وتشمل خبرته مشاريع تكامل ميدانية تتضمن منصات Honeywell وGE وABB وEmerson في قطاعات الطاقة والمرافق العامة والمراقبة البيئية.