التنسيق بين السحابة والطرفيات : الازدهار في عصر إنترنت الأشياء الصناعي
التنسيق بين السحابة والطرفيات : الازدهار في عصر إنترنت الأشياء الصناعي
تتميز الصناعة المعاصرة بعدد متزايد من الأجهزة الموزعة على مواقع صناعية مختلفة. ونظراً للتشغيل لفترة طويلة، فمن المحتم أن تتعطل بعض هذه الأجهزة بين الحين والآخر. ولتحديد المشكلات في وقت مبكر واتخاذ التدابير الوقائية، من الضروري متابعة حالة عمل هذه الأجهزة. تقليدياً، يتم إرسال مهندسي الصيانة بشكل متكرر إلى الموقع في دورية. ومع ذلك، قد يتسبب هذا في تكاليف كبيرة، وفي أغلب الأحيان، لا يمكن تحديد المشكلات على الفور.
مع تزايد عدد الأجهزة المتصلة بالإنترنت وتوليد كميات متزايدة من البيانات، لا يسعى المصنعون والمستخدمون إلى صيانة أكثر كفاءة فحسب، بل ويسعون أيضًا إلى الحصول على المزيد من الأفكار المستمدة من البيانات لتسهيل النمو. وهذا يعني البحث بشكل أعمق في البيانات، وتحسين المعالجة والتحليلات. كل هذه المطالب تخلق تحديات تقنية أكبر لنظام بيئي منسق "سحابي + حافة" لإنترنت الأشياء الصناعي.
1. جمع البيانات من أجهزة مختلفة
تستمر الأجهزة المنتشرة في المواقع الصناعية في التقاط البيانات من أجزاء مختلفة من الموقع، ومراقبة كل من الآلات والبيئة. ونظرًا لأن هذه الأجهزة مبنية بواجهات مختلفة (المنافذ التسلسلية، ومنافذ إيثرنت، والبلوتوث، وشبكة Wi-Fi)، فليس من السهل الحصول على البيانات من جميعها. وتولد أنواع مختلفة من الأجهزة في الموقع بيانات ضخمة، وهو ما يمثل تحديًا كبيرًا تواجهه البوابات التي من المتوقع أن تجمعها وتعالجها.
تتواصل الأجهزة المختلفة باستخدام بروتوكولات مختلفة. وحتى ضمن نفس الفئة، قد يكون هناك عدد غير قليل من الخيارات. خذ PLCs كمثال. هناك العديد من اللاعبين الرئيسيين في الصناعة: Siemens وSchneider Electric وAllen-Bradley، ... كل منهم لديه بروتوكوله الخاص. وفي الوقت نفسه، يتواصل بعض المصنعين عبر بروتوكولاتهم الخاصة. وهذا يخلق مشاكل التوافق للمستخدمين، حيث تدعم معظم البوابات التقليدية التي تنقل البيانات عددًا قليلاً فقط من هذه البروتوكولات. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى عدة أنواع من البوابات لموقع واحد، مما يعني إنفاقًا ضخمًا على المعدات وتكاليف عالية للتبديل بين العلامات التجارية.

مع تزايد تنوع الأجهزة الموجودة في الموقع وتفاقم المشكلة المذكورة أعلاه، أصبح من الضروري دمج بروتوكولات صناعية متعددة وأن تكون البروتوكولات الخاصة متوافقة أيضًا، بحيث يمكن نقل البيانات من مصادر مختلفة من خلال بوابة IIoT واحدة "الكل في واحد".
2. معالجة البيانات مسبقًا على الحافة
في عصر الحوسبة السحابية، يتم تحميل البيانات إلى السحابة للمعالجة والتخزين والتحليل. ومع توليد كميات هائلة من البيانات باستمرار، فإنها تخلق عبئًا ثقيلًا على السحابة. فكر فيما إذا كان يجب إرسال جميع البيانات إلى السحابة شيئًا فشيئًا، وانتظر حتى تستقبلها السحابة جميعًا والرد بأمر (أو في بعض الأحيان بدون أمر على الإطلاق) قبل اتخاذ أي إجراء آخر. وهذا يعني تأخيرًا كبيرًا في نقل البيانات. على الرغم من أن تقنية الجيل الخامس يمكنها حل مشكلة السرعة، إلا أن السحابة مثقلة بكميات هائلة من البيانات.
ومن هنا جاء مفهوم الحوسبة الحافة. فباستخدام شروط محددة مسبقًا أو أدوات مبرمجة، يمكن تصفية البيانات التي تم جمعها من أجهزة مختلفة بالقرب من المكان الذي تم توليدها فيه ("الحافة"). ويمكن معالجة بعضها محليًا. على سبيل المثال، إذا تم الوصول إلى حد معين، يمكن للبوابة الاستجابة فورًا، على سبيل المثال، بإرسال تنبيهات إلى موظفي الصيانة، أو تغيير معلمات وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. ويمكنها أيضًا التحكم في أجهزة أخرى في اتجاه مجرى النهر عبر وحدات الإدخال/الإخراج عند استيفاء شروط معينة، بحيث يمكن لوحدات التحكم التي تستخدم بروتوكولات مختلفة تبادل البيانات.

ثم يتم إرسال بقية البيانات "الممسوحة" إلى السحابة. وهذا لا يوفر تدفق البيانات وعرض النطاق الترددي فحسب، بل والأهم من ذلك أنه يخفف العبء الزائد عن السحابة.
3. تحميل البيانات إلى السحابة
يعتمد عالم اليوم بشكل متزايد على البيانات. وباعتبارها الجزء الأساسي من نظام إنترنت الأشياء الصناعي، تلعب السحابة دورًا رئيسيًا في الإدارة المركزية وتحليلات البيانات واتخاذ القرار.
كما تختلف أجهزة جمع البيانات في بروتوكولات الاتصال، فإن السحابات المختلفة تختلف في طرق الاتصال والتفاعل. على سبيل المثال، يتم ربط السحابات العامة الكبرى مثل Microsoft Azure وAWS بحزمة أدوات تطوير البرامج (SDK). كما يختلف منطق التفاعل بين السحابات والوظائف المطلوبة من الحافة. لذلك، فإن إرسال البيانات إلى السحابة يعني الكثير من العمل في دمج البوابة والسحابة.
تتيح بوابة السحابة لمتكاملي الأنظمة الاتصال بالسحابة بسهولة، ويحتاج معظم المستخدمين إلى تفاعل مخصص مع السحابة من أجل تحميل بياناتهم. لحسن الحظ، مع تقدم التكنولوجيا، تدعم بوابة السحابة اليوم عادةً سحابات إنترنت الأشياء الرئيسية. لا يتطلب الأمر سوى بضع خطوات لتكوين السحابة حتى تتمكن البيانات من الانتقال بسهولة من المصدر إلى السحابة.
في حين يسعى مُدمِجو الأنظمة إلى مراقبة كل شيء من السحابة لضمان عمل أنظمتهم بشكل صحيح، يحتاج المصنعون إلى إدارة مصانعهم عبر نظام SCADA. وبالتالي، تتيح البوابة لأنظمة SCADA المحلية الحصول على البيانات عبر البروتوكولات الصناعية والسحابة عبر MQTT.

4. تنفيذ المشاريع الرقمية
يستغرق الأمر بعض الوقت حتى يتم التحول إلى النظام الرقمي بالكامل. وعادةً ما يتطلب بدء مشروع جديد قدرًا كبيرًا من العمل: تجهيز كافة الأجهزة ودمجها وبرمجة التطبيقات، وما إلى ذلك. وفي عالم سريع الحركة، يكون الوقت هو كل شيء.
يجب أن يكون حل "السحابة + الحافة" سهل النشر والتكوين بحيث يمكن تنفيذ المشاريع الجديدة في أقرب وقت ممكن. ومع ظهور المزيد من أدوات الإدارة، أصبح من الممكن إدارة هذه البوابات افتراضيًا من منصة سحابية. يتم دعم تكوين الويب، ويمكن استيراد التكوين وتصديره. يمكن إجراء النشر وإدارة الدفعات بسهولة على المنصة.
لتلبية متطلبات الأعمال المتغيرة باستمرار والاستجابة بمرونة للمتطلبات الجديدة مع تقدم المشاريع، يصبح التخصيص ضروريًا. على سبيل المثال، تحتاج منصة السحابة إلى دعم مختلف من البوابة في تكرارها؛ ومع تعمق تحليل البيانات، يلزم تعديل بعض منطق معالجة البيانات على الحافة.
الملخص
تعمل السحابة والحافة بشكل وثيق غير مسبوق في إنترنت الأشياء الصناعي. ومن خلال التنسيق الفعال بين "السحابة والحافة"، يمكننا الاستفادة بشكل أفضل من الحافة، والحصول على فهم أفضل لما يحدث في الميدان، والتأكد من عمل الأجهزة بكفاءة وثبات، وبالتالي تقديم تجربة مستخدم أفضل. ومع وجود قاعدة بيانات أكثر كفاءة وفعالية، يمكننا استخلاص رؤى أفضل لتحسين المنتج وتحسين المعلمات، وتعزيز القدرة التنافسية في عصر الصناعة 4.0.