Qu'est-ce que l'Industrial IoT, ou IIoT ?
L'Internet industriel des objets est l'utilisation de dispositifs intelligents connectés dans des applications industrielles à des fins telles que l'automatisation, la surveillance à distance et la maintenance prédictive. L'IIoT est une version plus robuste de l'internet des objets, ou IoT, qui est le domaine des appareils connectés dans les applications commerciales et grand public.
Dans les cas d'utilisation de Industrial IoT , les dispositifs intelligents peuvent être déployés dans les véhicules de construction, la robotique de la chaîne d'approvisionnement, l'énergie solaire et éolienne, les systèmes de capteurs agricoles, l'irrigation intelligente, etc. Ces applications IIoT ont généralement un point commun : elles sont déployées dans des environnements difficiles, ce qui nécessite les capteurs et les appareils les plus robustes.
Il existe des cas d'utilisation IIoT dans l'industrie légère, tels que les compteurs, et des cas d'utilisation dans l'industrie lourde, tels que les convoyeurs utilisés dans l'industrie minière, où les appareils peuvent être soumis à un large éventail de facteurs environnementaux, allant de la chaleur et du froid extrêmes à l'humidité et aux vibrations. Et dans l'industrie 4.0, les processus tels que l'automatisation de la fabrication et la maintenance prédictive nécessitent des communications rapides de machine à machine pour la précision et le contrôle des robots, des équipements et des processus.
L'internet industriel des objets consiste à déployer des capteurs et des machines intelligentes pour capturer et déplacer des données, détecter des changements de température, de débit ou de volume, automatiser des procédures pour plus d'efficacité, de précision et de sécurité, fournir des données aux bonnes personnes pour l'analyse et la prise de décision, et veiller à ce que tous ces processus se déroulent dans les délais, de manière fiable et sécurisée.
La puissance du traitement et de l'automatisation des bords dans l'industrie IoT
L'utilisation d'appareils intelligents s'est rapidement développée et aujourd'hui - avec l'énorme croissance du site IoT et de l'IIoT, il est difficile de trouver une industrie qui ne soit pas touchée par ce phénomène. Aujourd'hui, les organisations industrielles cherchent à travailler plus intelligemment, et non plus durement. Les réseaux rapides, l'informatique de pointe et l'automatisation peuvent créer des améliorations et des efficacités sans précédent qui ne sont tout simplement pas possibles avec une main-d'œuvre humaine. Cela ne veut pas dire que les humains ne sont pas nécessaires. Au contraire, des ingénieurs, des développeurs d'applications, des scientifiques des données et des travailleurs de tous horizons sont nécessaires pour mettre en place ces solutions et les utiliser.
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L'informatique en périphérie pour un traitement rapide des données
L'informatique de périphérie traite les données à la périphérie du réseau avant de les transmettre au nuage, ce qui permet de réduire les coûts et d'obtenir une réponse en temps réel. En intégrant le traitement en périphérie dans l'écosystème industriel IoT , les gestionnaires de réseau peuvent accroître considérablement l'efficacité opérationnelle. Dans les applications de l'industrie 4.0, cette fonctionnalité critique associée à la vitesse et au débit du réseau 5G permet le transfert de données en temps réel requis pour les applications les plus gourmandes en données, telles que l'automatisation de la fabrication et la robotique.
Même dans les processus industriels traditionnels, l'informatique de pointe change la donne, car elle permet d'obtenir des informations en temps réel sur les opérations à distance, ainsi que des avantages clés tels que la maintenance prédictive, qui alerte les techniciens lorsque certaines conditions laissent présager une défaillance imminente. Les équipements industriels peuvent ainsi réagir de manière proactive, souvent avant qu'une panne ne se produise.
L'automatisation au service de l'efficacité et de la sécurité
Aujourd'hui, les dispositifs à distance fournissent des capacités de détection, d'analyse des données et d'automatisation qui permettent de lancer les processus industriels et de s'assurer que les machines distantes fonctionnent normalement. L'automatisation offre un large éventail d'avantages.
Prenons l'exemple de l'ouvrier agricole qui devait auparavant se rendre d'un coin reculé de la parcelle à l'autre pour s'assurer que les systèmes d'arrosage ou les ventilateurs antigel étaient allumés au bon moment. Aujourd'hui, cet ouvrier peut vérifier les systèmes à partir d'un ordinateur portable, s'assurer que tout fonctionne correctement et ne se rendre qu'à l'endroit qui nécessite réellement une intervention. Si un système d'irrigation à pivot central a dévié de sa trajectoire, par exemple, le travailleur peut utiliser le GPS pour identifier rapidement son emplacement, puis s'assurer qu'il est remis à la bonne position. En d'autres termes, l'Internet industriel des objets vise à améliorer l'efficacité et la précision tout en réduisant les coûts.
L'impact de l'IIoT sur les travailleurs et les emplois est qu'il les rend plus efficaces et améliore la productivité. Il réduit également le "travail occupé" et la probabilité d'erreurs dans des tâches telles que l'enregistrement de données, qui sont mieux gérées par un appareil intelligent. L'automatisation de la détection et de la collecte de données dans des endroits dangereux et difficiles d'accès réduit même les risques pour la vie humaine. De plus, elle permet d'acheminer plus rapidement les bonnes données au bon endroit en vue de leur évaluation. Lorsqu'un employé peut être alerté par son téléphone intelligent qu'un réservoir est bas ou qu'une pièce d'équipement a besoin d'être entretenue, il est plus probable que les problèmes puissent être résolus rapidement, avant qu'ils ne deviennent plus coûteux ou catastrophiques.
Exemples de cas d'utilisation du site IoT
L'un des meilleurs moyens d'avoir un aperçu de la façon dont les entreprises commerciales et industrielles utilisent IoT est de consulter les nombreux exemples d'applications IIoT. Faisons le tour de quelques-unes d'entre elles.
Automatisation de la fabrication
Les cas d'utilisation de l'industrie 4.0, y compris l'automatisation de la fabrication, ou "fabrication intelligente", ont longtemps été une vision avant-gardiste qui combinerait un jour les réseaux les plus rapides et les dispositifs de périphérie les plus intelligents avec des caméras, des capteurs, l'IA et l'apprentissage automatique, ainsi que la robotique avancée, pour automatiser les processus tout au long de la chaîne de fabrication, de l'assemblage et de la détection des anomalies à l'emballage et à l'expédition. Ces visions se concrétisent aujourd'hui, avec la disponibilité accrue des réseaux 5G à haut débit, le déploiement de dispositifs informatiques périphériques 5G et la maturation de technologies avancées telles que l'IA. Aujourd'hui, ces innovations et ces développements se rejoignent pour donner vie à la vision de l'industrie 4.0.
Le schéma suivant illustre la fabrication intelligente dans la pratique.
Maintenance prédictive
Les applications de maintenance prédictive cherchent à identifier le moment où un processus commercial critique ou une pièce d'équipement risque de tomber en panne, de sorte qu'une maintenance proactive et préventive puisse être programmée pour résoudre les problèmes à l'avance et éviter les temps d'arrêt. Les méthodes traditionnelles peuvent être très coûteuses et les travailleurs peuvent, par inadvertance, ne pas voir les indicateurs de problèmes d'un équipement. Dans de nombreux cas, les techniciens et les agents de maintenance ont dû se rendre sur des sites éloignés pour effectuer des contrôles manuels, avant de devoir se déplacer à nouveau avec un ordre de travail, des pièces de rechange ou des batteries. Le fait d'être alerté de l'apparition d'un problème permet de le dépanner et de le résoudre d'un seul coup de volant, souvent avant même que le client final n'en ait connaissance. Il en résulte une amélioration des pratiques de maintenance, une réduction des coûts et une plus grande satisfaction du client.
Voici quelques exemples d'applications de maintenance prédictive IIoT dans différents secteurs.
- Surveillance des processus - exploitation minière: Dans le jeu classique "Pierre, papier, ciseaux", la pierre peut être battue par le papier. Cependant, dans le monde réel, la pierre bat tout. Dans les applications minières, de grands tapis roulants transportent de la terre (beaucoup de roches) d'une zone à une autre sur de longues distances, plus d'un kilomètre dans certains cas, où le matériau est traité pour en extraire des minéraux de valeur. Si la bande transporteuse et l'équipement connexe "tombent en panne" ou s'arrêtent, cela peut coûter à une mine des millions de dollars en perte de revenus. Pour s'assurer que les convoyeurs fonctionnent sans interruption, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, des capteurs sont ajoutés au convoyeur pour recueillir des points de données et envoyer ces données via un dispositif radio (par exemple Digi XBee®) à une passerelle, puis à une application de surveillance à distance. Digi Remote Manager® peut aider à surveiller ces passerelles et ces dispositifs dans différentes mines et carrières afin d'éviter les temps d'arrêt indésirables.
- Entretien des équipements - ascenseurs: La société d'ascenseurs OTIS veut s'assurer que les clients qui installent ses produits bénéficient d'un service de la plus haute qualité. Plutôt que d'attendre qu'un problème survienne et ait un impact sur les opérations quotidiennes et la satisfaction des clients, l'entreprise met en place des capteurs dans des centaines de milliers d'ascenseurs installés. Ces capteurs communiquent des points de données par l'intermédiaire d'une passerelle vers un environnement en nuage qui fournit des informations et des notifications automatisées aux techniciens sur le terrain.
- Surveillance des actifs - construction: Une entreprise de gestion de l'énergie fournit des solutions à des clients tels que les entreprises de construction. Elle développe une gamme d'outils IoT pour aider ces organisations à optimiser l'utilisation des véhicules et à identifier les problèmes avant qu'ils n'entraînent une perte de revenus. Pour prévoir la défaillance d'un tuyau hydraulique avant qu'elle n'entraîne une panne de l'équipement, un nettoyage coûteux du liquide hydraulique et, éventuellement, des blessures, l'entreprise développe une solution connectée qui surveille l'équipement, identifie et signale les points de données indiquant une défaillance potentielle, et permet aux clients de définir des conditions d'alerte et de recevoir des notifications automatisées.
Exemple d'application de maintenance prédictive
Dans l'exemple suivant, un module radio Digi XBee® collecte des données à partir de l'équipement d'un silo à grains et les envoie à un routeur industriel Digi IX40, qui transmet ensuite ces données à des applications basées sur le cloud pour la visibilité et le traitement ultérieur. Si les données indiquent certaines conditions, un technicien peut les voir dans une application en ligne ou recevoir des alertes d'une application telle que Digi Remote Manager®. Le technicien peut procéder à un processus de dépannage à distance ou envoyer du personnel sur le site pour effectuer la maintenance requise.
Surveillance à distance
La télésurveillance est au cœur de nombreuses applications industrielles, car il est traditionnellement inefficace, coûteux et souvent difficile ou risqué de surveiller ce qui se passe avec les équipements sur le terrain. Les équipements nécessitant une surveillance peuvent être situés dans des postes avancés éloignés, au sommet de l'éclairage public, à l'intérieur d'un puits ou au fond d'une mine, ce qui rend non seulement peu pratique la surveillance manuelle de ces actifs, mais aussi coûteuse et risquée.
Les exemples suivants ne sont que quelques-uns des nombreux exemples de télésurveillance dans les applications industrielles.
- Surveillance des réservoirs - pétrole et gaz: Jeter des pierres sur un réservoir ou utiliser un bâton pour taper sur un réservoir afin de déterminer les niveaux de fluides ont été des pratiques courantes dans le passé qui peuvent être considérablement améliorées grâce aux applications IIoT. Les réservoirs des puits de production de pétrole doivent être surveillés pour éviter tout débordement, ce qui peut entraîner des amendes et des coûts de nettoyage élevés. La surveillance des réservoirs sur site contenant des produits chimiques injectés en fond de puits pour réduire la corrosion des pipelines est également un élément important des opérations quotidiennes. Pour réduire les risques et optimiser l'efficacité, une entreprise peut installer une solution de surveillance automatisée des réservoirs qui envoie des relevés de niveau en fonction des besoins (à la minute, à l'heure ou à la journée) afin de permettre aux responsables sur le terrain de gérer les enlèvements ou les livraisons ainsi que les appels de maintenance préventive sur la base des données réelles et des relevés de niveau. Cette mesure permet également d'éviter les coûts liés à l'envoi de personnel à chacun des réservoirs selon un calendrier de rotation, quel que soit le niveau des réservoirs. Au lieu de cela, ils n'envoient du personnel qu'en cas de besoin.
- Surveillance du débit - agriculture: Dans l'agriculture, les pivots centraux sont un moyen courant de distribuer l'eau dans les champs de culture. L'eau passe par un tuyau et est distribuée par des arroseurs tandis que le pivot central se déplace lentement en cercle. Une fuite dans un pivot central ou toute autre ligne d'irrigation peut causer des dommages importants et coûter des milliers de dollars en réparations et en pertes de ressources. La surveillance à distance de la pression et du mouvement peut aider à identifier de manière proactive les problèmes sur une conduite d'irrigation. Les têtes bouchées, les fuites ou même les raccords déconnectés peuvent être détectés rapidement et des alarmes peuvent être envoyées pour aider les agriculteurs à éviter les problèmes, à maintenir la croissance des cultures et à limiter le capital dépensé pour réparer les problèmes.
- Surveillance des procédés chimiques - raffineries : La gestion à distance n'a pas besoin d'être à 100 miles. Dans de nombreux cas, elle peut n'être qu'à 100 pieds, ou à un terrain de football. La surveillance des installations de traitement s'effectue traditionnellement au moyen d'installations filaires. L'un des problèmes est que les câbles sont coûteux à installer et à entretenir. Un autre problème est que les systèmes câblés peuvent être soumis à des environnements corrosifs et à d'autres facteurs tels que les tremblements de terre et les événements météorologiques catastrophiques. Une usine de transformation peut avoir des centaines ou des milliers de capteurs en place pour recueillir des données, par exemple pour surveiller un lot de produits chimiques, s'assurer qu'il est sous contrôle et éviter les déversements ou les explosions. Aujourd'hui, ces entreprises se tournent vers l'internet industriel des objets pour mieux surveiller et automatiser les processus, par exemple en effectuant des relevés et en les enregistrant dans un système basé sur le cloud à des fins d'analyse, de création de rapports et d'alertes accessibles à partir d'appareils mobiles.
Surveillance sans fil des réservoirs avec 1844myfuels
"Digi fait désormais partie intégrante de notre solution globale. C'est le premier qui soit vraiment sans fil, avec un faible encombrement, et qui fonctionne."
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Exemple d'application de télésurveillance
Dans cet exemple de surveillance à distance, un module radio recueille les données d'un réservoir industriel et les achemine, via un processeur intégré, vers des applications basées sur le cloud pour la surveillance, les alertes et les ajustements.
Automatisation des processus
L'automatisation de processus qui nécessiteraient autrement une intervention humaine, des roulements de camions ou un travail manuel inefficace est une autre raison courante de déployer des applications connectées dans l'espace industriel. L'éventail des cas d'utilisation est vaste, mais les raisons de mettre en place ces processus de l'Internet industriel des objets se résument encore une fois à quelques facteurs moteurs clés : efficacité, réduction des coûts et réduction des risques.
Voici quelques exemples d'automatisation dans l'IIoT.
- Irrigation intelligente - Le bon vieux temps où l'on arrosait selon un calendrier précis simplement parce que l'on avait de l'eau s'évapore peu à peu (jeu de mots). Aujourd'hui, les agriculteurs adoptent la technologie pour surveiller l'état des sols et les conditions météorologiques, entre autres facteurs, afin de déterminer quand et où l'eau est nécessaire. Des capteurs d'humidité du sol reliés à des modules sans fil qui transmettent les données des capteurs à des passerelles, puis au nuage, permettent aux agriculteurs de surveiller les conditions de croissance. L'automatisation du processus d'arrosage en fonction des relevés d'humidité garantit une utilisation efficace des ressources en eau - où, quand et pendant combien de temps l'arrosage est nécessaire.
- Modification automatique - Le secteur de l'énergie se tourne aujourd'hui vers l'automatisation pour modifier le comportement des équipements en fonction des conditions. Par exemple, le vent rafraîchit souvent les choses lors d'une chaude journée d'été. Mais trop de vent peut causer des dégâts dans toutes sortes d'environnements, tels que l'agriculture, les moulins à vent et les installations solaires. Lorsque des vents forts se lèvent dans un champ solaire, les stations météorologiques peuvent surveiller le moment où la vitesse du vent peut atteindre des seuils dommageables. Une communication sans fil à partir d'une passerelle peut envoyer des ordres aux panneaux solaires pour qu'ils se mettent en position de sécurité, ce qui permet de réduire ou d'éviter d'endommager ces actifs très coûteux.
- Les amateurs de gel - Il n'y a rien de tel qu'une gelée précoce pour gâcher votre récolte de fin d'année. De même, une gelée tardive au printemps peut endommager des plantes prêtes à fleurir. La technologie des capteurs sans fil, associée à des ventilateurs géants installés sur des cultures de grande valeur dans les vergers et les vignobles, permet aux agriculteurs de surveiller les conditions météorologiques et de mettre en marche les ventilateurs pour limiter les dégâts causés par les gelées précoces ou tardives. C'est un peu comme si vous disposiez d'un système de chauffage et de climatisation pour vos cultures. Cependant, ces ventilateurs doivent traditionnellement être mis en marche manuellement lorsque des températures de gel inattendues arrivent. Cela signifie que les agriculteurs doivent faire le tour de chacun des points où ils ont installé des ventilateurs sur leurs terres, souvent au milieu de la nuit. Une application qui automatise ces processus peut non seulement détecter lorsque les températures se rapprochent de la zone de gel, mais aussi déclencher un processus de démarrage des ventilateurs. Pendant ce temps, l'agriculteur peut dormir sur ses deux oreilles et voir en un coup d'œil, à partir d'un appareil mobile, quels ventilateurs ont été allumés et s'ils fonctionnent correctement.
Exemple d'application d'automatisation des processus
Dans l'exemple d'automatisation de processus suivant, des capteurs de sol collectent des données, qui sont acheminées par un module Digi XBee avec MicroPython vers une passerelle industrielle Digi XBee , puis vers des applications de surveillance et de contrôle à distance basées sur le cloud. L'une de ces applications lance automatiquement les processus, tandis qu'une autre permet aux gestionnaires de réseau ou aux administrateurs de s'assurer que tous les dispositifs et processus fonctionnent comme prévu.lancements
Considérations importantes pour les applications industrielles IoT
Il y a de nombreux éléments à prendre en compte lors de l'évaluation des dispositifs et de la configuration appropriés pour votre application industrielle IoT . Il s'agit notamment des questions relatives à la distance sur laquelle vos dispositifs IIoT devront transmettre des données ainsi que la fréquence de soumission des données, si la technologie RF ou cellulaire est appropriée pour votre application, et de nombreuses autres décisions qui ont un impact sur la planification globale, le déploiement, l'évolutivité et la gestion de votre projet et qui affectent finalement votre coût total de possession.
Nous couvrirons quelques-uns des éléments à prendre en compte lorsque vous vous préparez à concevoir, construire et déployer votre projet. Si vous avez des questions ou si vous êtes prêt à évaluer des solutions, les membres de l'équipe Digi peuvent s'associer à vous pour effectuer une évaluation complète des besoins de votre application. Et les équipes de conception et d'ingénierie de Digi sont également disponibles pour tout niveau de soutien dans le développement de votre application IIoT. Contactez-nous pour entamer cette conversation.
Appareils industriels et outils de prototypage:
Une étape critique pour les applications industrielles IoT - et en fait pour tout produit professionnel qui doit faire face à des défis environnementaux tels que des températures fluctuantes ou des vibrations - est de trouver le bon produit pour le travail. Si vous développez un produit pour une application telle qu'un service municipal de vélo en libre-service, par exemple, l'application n'est peut-être pas techniquement considérée comme une application industrielle, mais ses exigences sont similaires puisqu'elle devra être capable de supporter des mouvements brusques, des changements de température et de l'humidité. Certains types d'appareils peuvent supporter des facteurs environnementaux difficiles, d'autres sont moins adaptés. Il est donc essentiel d'évaluer la robustesse d'un produit et de déterminer s'il est conçu pour l'application visée.
Il existe de nombreux modules bon marché qui sont excellents pour le prototypage rapide et pour les projets d'étudiants, tels que Raspberry Pi et Arduino. Le coût attractif est une bonne raison d'utiliser ces produits dans les phases initiales. Mais vous voudrez un produit de qualité industrielle conçu pour une viabilité à long terme dans des environnements exigeants lorsque vous rechercherez des produits adaptés aux applications IIoT.
Voici quelques-uns des facteurs à évaluer dans un produit :
- Contrôle de la qualité de la fabrication
- Disponibilité et stabilité à long terme du produit
- Plages de température testées
- Flexibilité et programmabilité de la conception
- Disponibilité des outils de soutien et des bibliothèques de code
- Capacité à mettre à jour le micrologiciel de manière proactive, en particulier lorsque votre déploiement dépasse quelques appareils.
- Certifications dans les régions où votre application sera déployée.
Commencer avec un outil de prototypage est un excellent moyen de prouver un concept, mais lorsque vous êtes prêt à aller sur le terrain avec des dispositifs déployés, assurez-vous de choisir des dispositifs de qualité industrielle.
Stratégie de télégestion
Les méthodes de maintenance traditionnelles consistant à envoyer un camion sur le terrain pour surveiller ou gérer les équipements deviennent rapidement peu pratiques et coûteuses lorsque vous avez des dizaines, ou des centaines, voire des milliers d'appareils à entretenir. À l'instar de votre téléphone portable, dont le micrologiciel est régulièrement mis à jour, les appareils ont des mises à jour de micrologiciel et des correctifs de sécurité qui doivent être envoyés à chacun des appareils de votre réseau IIoT pour qu'ils restent à jour et sécurisés. Une solution de gestion à distance vous permet d'envoyer des corrections de bogues et des améliorations de fonctionnalités à tous vos appareils sur le terrain, quelle que soit la taille de votre réseau.
Pour mettre en œuvre une stratégie de gestion à distance, recherchez une solution qui vous permettra d'effectuer des mises à jour de micrologiciels à distance, de connecter des appareils et de réaliser des diagnostics à distance, où que vous soyez, à l'aide d'un appareil intelligent. C'est le cas, par exemple, d'une solution basée sur le cloud qui offre ces fonctionnalités et bien plus encore, Digi Remote Manager est une solution basée sur le cloud qui offre ces fonctionnalités et bien plus encore, vous permettant de définir des alertes pour une série de conditions, de télécharger des fichiers, de surveiller automatiquement les configurations des appareils et de les réinitialiser à la version correcte en cas de falsification.
La mise en place d'un système de gestion à distance est très économique par rapport au coût de l'envoi d'un camion nacelle pour mettre à jour manuellement le micrologiciel d'un dispositif monté sur un panneau ou un lampadaire, et permet à votre gestionnaire de réseau de garder un œil sur tous les dispositifs, quel que soit le nombre de dispositifs de votre réseau ou leur emplacement dans le monde.
Conclusion
L'évaluation et la prise de décision qui interviennent dans le développement et le déploiement d'une application IIoT peuvent être décourageantes. Digi peut vous aider à identifier la bonne solution pour vos besoins à tout moment, de la définition initiale du projet aux services complets d'ingénierie et de certification.
Que vous souhaitiez démontrer le retour sur investissement d'un nouveau produit ou que vous deviez respecter un délai strict pour des raisons de conformité ou de pression du marché, Digi peut s'associer à vous pour atteindre ces objectifs. Le temps de mise sur le marché peut être particulièrement critique lorsqu'il s'agit d'une fenêtre d'opportunité de courte durée pour devancer la concurrence.
Travailler avec une entreprise qui a fait ses preuves en matière de conseil et d'ingénierie vous donne non seulement l'assurance de pouvoir respecter les délais et les dates de lancement, mais vous aide également à mener à bien les examens de conception et à obtenir une assistance en matière de certification lorsque vos ressources sont limitées.
Prochaines étapes