Mesa redonda executiva:detecção e IIoT

As indústrias de manufatura estão passando por uma transformação digital em todo o mundo, estimulada pela pandemia do COVID-19, que está acelerando a adoção da Indústria 4.0. Essa mudança para o digital está alimentando avanços em sensores inteligentes que não apenas capturam dados de detecção, mas também interpretam esses dados em insights acionáveis ​​para uma variedade de aplicativos no espaço da Internet das Coisas Industrial (IIoT).

Espera-se que o mercado de sensores inteligentes cresça a um CAGR de 19% durante o período de previsão (2021-2026), de acordo com o Market Research Future. O que está impulsionando a crescente demanda por sensores inteligentes e quais indústrias esperam ver a maior demanda por tecnologia de sensores nos próximos anos? Resumos técnicos fez perguntas a quatro especialistas do setor para obter suas opiniões sobre as perspectivas futuras para sensores inteligentes e IIoT.

Nossos participantes da mesa redonda incluem Dean Bartles, CEO e presidente do Grupo de Implantação de Tecnologia de Manufatura , Jeffrey Case, Diretor de Engenharia de Design e NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Brad Walters, fundador e CEO, Monnit , Aric Prost, Diretor Global Sênior, OEM, Stratus Technologies .

Resumos técnicos: O uso de sensores “inteligentes” está se tornando mais prevalente à medida que a IIoT e a Indústria 4.0 são mais comuns na fabricação. Como os sensores inteligentes estão sendo usados ​​para melhorar a fabricação?

Dean Bartles: Um ótimo exemplo de como sensores inteligentes estão sendo usados ​​para melhorar a fabricação é um programa que minha empresa tem com o DOD para estabelecer um protótipo de cadeia de suprimentos de manufatura aditiva. Há um enorme desejo de adotar peças fabricadas com aditivos metálicos nos mercados aeroespacial e de defesa. As vantagens incluem a complexidade do projeto, velocidade na produção, peso leve, etc. No entanto, a variabilidade encontrada atualmente em peças de metal produzidas aditivamente de máquina para máquina e até mesmo peça para peça ainda é um grande impedimento para a adoção. Usando sensores e um dispositivo de borda IoT, estamos coletando dados de processo em tempo real durante o processo de impressão, como energia do laser, velocidade de digitalização, espaçamento de escotilha, umidade da câmara, etc. e, em seguida, fornecemos esses dados ao cliente junto com as peças produzidas. O cliente pode então interrogar o arquivo de dados para garantir que todos os parâmetros foram mantidos dentro de um intervalo especificado durante todo o processo de construção, proporcionando assim um nível mais alto de confiança na integridade das peças.

Caso Jeffrey: Sensores inteligentes estão sendo implantados em instalações de fabricação em todos os setores para coletar informações críticas que, com a análise correta, podem criar soluções que reduzem ou eliminam o tempo de inatividade não planejado (custos de substituição de peças, mão de obra e custos de oportunidades perdidas); aumentar a segurança substituindo sensores montados permanentemente por medições que requerem intervenção humana; e melhorar a produtividade através do controle preciso de feedback e do monitoramento de variações no processo de produção, garantindo a estabilidade da fabricação.

Brad Walters: Gerar maior eficiência é um dos principais benefícios da integração de uma plataforma de sensores inteligentes em ambientes de fabricação. Sensores inteligentes criam fábricas mais inteligentes onde você pode monitorar, controlar e melhorar praticamente todos os aspectos das operações com insights orientados por dados em tempo real; prever a manutenção do equipamento e acionar protocolos rapidamente antes do mau funcionamento ou falha; automatizar o registro de dados para análise de tendências simplificada, manutenção de registros e conformidade regulatória; e ser alertado sobre problemas ambientais e de equipamentos. Sensores que conectam pessoas, máquinas, equipamentos e inventário aos recursos de capacitação da IIoT permitem que os fabricantes produzam com maior transparência, eficiência e qualidade geral.

Aric Prost: A redução considerável no custo de sensores e transmissores, juntamente com melhorias na tecnologia sem fio, tornou viável para OEMs, fabricantes de máquinas e equipes de operações instalar sensores e coletar dados anteriormente inacessíveis. Esta é a borda industrial onde os dados estão sendo gerados, e a capacidade de medir mais variáveis ​​de processo com mais precisão garante uma melhor percepção e cumpre a promessa da IIoT e da Indústria 4.0. A oportunidade é um salto à frente no monitoramento e controle para gerar os resultados desejados, como produtos de maior qualidade, menos tempo de inatividade ou melhoria de rendimento.

Resumos técnicos: A fusão de dados de sensores oferece a capacidade de combinar diferentes tecnologias de sensores em um aplicativo. Quais são os desafios que os fabricantes enfrentam para gerenciar – e usar efetivamente – o aumento do volume de dados coletados?

Dean Bartles: A proliferação de sensores na fabricação é fundamental para aproveitar ao máximo a eficiência que a Indústria 4.0 promete. No entanto, como a tecnologia de sensores se torna onipresente nas fábricas de todos os lugares, a capacidade de fazer uso ideal dos dados gerados pode ser severamente prejudicada, a menos que os dados dos vários sensores possam ser harmonizados em um formato de linguagem comum. As normas serão a chave para tornar possível essa harmonização. Um desses padrões que já se tornou amplamente adotado é o MTConnect. Com dados uniformes, desenvolvedores e integradores podem se concentrar em aplicativos de fabricação úteis e produtivos em vez de tradução, que será a chave para a fusão bem-sucedida de dados de sensores daqui para frente.

Caso Jeffrey: Os desafios para a fusão de sensores incluem sincronizar os diferentes tipos de sensores e sistemas de sensores, especialmente quando há dependência de tempo, e garantir redes de comunicação compatíveis. Além disso, a computação de borda está se tornando cada vez mais crítica no nível do sensor para minimizar a quantidade de dados coletados e analisados, afetando tanto o poder de processamento quanto os requisitos de armazenamento de dados.

Brad Walters: A fusão de dados do sensor é um dos principais benefícios da IIoT porque as decisões tomadas a partir de vários pontos de dados são decisões de maior valor. Mas pode ser um desafio quando os fabricantes obtêm diferentes sistemas de sensores de vários fornecedores e agregam todos os dados. Você pode gerenciar efetivamente o volume de dados com uma única plataforma de sensor que incorpora tipos de sensores combinados com agregação de dados, filtragem, algoritmos de fusão e desduplicação de dados redundantes na borda. O redutor de volume de dados mais valioso que você pode ter é o processamento de borda e a filtragem por meio de um gateway no nível do sensor. É ideal que os sensores relatem imediatamente eventos e violações de limites quando detectam condições pré-configuradas, em vez de relatar constantemente dados triviais em intervalos frequentes. Dessa forma, um sistema de sensores com um edge gateway pode fundir rapidamente dados relevantes de todos os tipos de sensores e usar um conjunto robusto de APIs para misturar e combinar simultaneamente dados de outros sistemas de análise.

Aric Prost: Os fabricantes enfrentam alguns desafios devido ao volume de dados de borda sendo criados. Primeiro, os dados em uma planta ou instalação típica vêm de sensores fabricados por vários fornecedores que usam diferentes protocolos de comunicação. Esses dados devem ser coletados e integrados. Em segundo lugar, os pontos de presença – até mesmo o chão de fábrica – enfrentam problemas de largura de banda e latência quando transmitidos para a sala de controle, muito menos para a nuvem. A capacidade de analisar esses dados de borda e traduzi-los em insights é baseada em sua disponibilidade e confiabilidade. A análise preditiva ou os aplicativos de IA contam com esses conjuntos de dados completos. Quaisquer falhas de comunicação nos dados ou tempo de inatividade do equipamento podem interromper esses modelos avançados. Para enfrentar esses desafios, incluindo a fusão de dados de sensores, as organizações implantam a computação de borda para coletar informações próximas aos equipamentos, fornecer processamento e historização para evitar tempo de inatividade e perda de dados.

Resumos técnicos: Se as instalações estão utilizando vários sensores e sistemas conectados, como eles garantem que estejam protegidos adequadamente para proteger contra acesso externo indesejado?

Dean Bartles: A maneira mais segura de se proteger contra acessos externos indesejados é “airgap” de tudo. Em outras palavras, evite o uso de sensores Wi-Fi e, em vez disso, implante sensores com fio e dispositivos de borda IoT com fio e tenha todos os dados roteados por meio de um dispositivo de segurança cibernética que criptografa e tokeniza tudo que sai da instalação. À medida que os OEMs continuam a impulsionar a “transparência” nas operações de fabricação de seus fornecedores, as soluções de tecnologia serão fundamentais.

Caso Jeffrey: Embora não haja bala de prata quando se trata de segurança cibernética industrial, a segmentação de rede é a base para proteger redes privadas de possíveis vulnerabilidades. Os sistemas de sensores devem ser configurados em uma rede isolada dos sistemas internos e o acesso às redes do sistema de sensores deve ser limitado ao mínimo necessário. Incentivamos todos os nossos clientes de IIoT a seguir as melhores práticas de segurança cibernética em suas redes de sistemas de sensores internos e/ou nossos sistemas de sensores, aproveitando as tecnologias padrão do setor.

Brad Walters: A segurança deve ser mantida em todos os pontos de comunicação entre sensor, gateway, rede, controlador de rede e a nuvem. Um dispositivo robusto de IoT e uma iniciativa de governança de segurança de dados para aplicar políticas podem ajudar a proteger a rede de sensores e os dados de uma empresa. Você também não pode colocar todas as suas salvaguardas em fortalezas como firewalls, mas deixar o sensor de temperatura no tanque de peixes do lobby vulnerável. Se você usa um sistema de gerenciamento de sensor, limita os pontos de entrada externos. Independentemente disso, cada sistema precisa ser verificado quanto à segurança individualmente e, em seguida, como um sistema inteiro.

Aric Prost: A segurança cibernética está na frente e no centro da tecnologia operacional, e a noção de ativos air-gapped é cada vez menos realista à medida que mais equipamentos são conectados. Ao implantar plataformas de computação de ponta com virtualização integrada, as equipes de TO e TI têm os meios para executar software de segurança cibernética perto de equipamentos críticos junto com outros aplicativos de software industrial. Nesse caso, a plataforma de computação de borda que executa o software de segurança fica entre os sensores ou PLCs e o restante da rede.

Resumos técnicos: Em quais setores você espera ver a maior demanda por tecnologia de sensores nos próximos cinco anos?

Dean Bartles: Um progresso significativo já foi feito por grandes corporações nas áreas aeroespacial, de defesa, automotiva, alimentícia, médica, química, etc. onde veremos a maior demanda. Claramente, os pequenos e médios fabricantes (“SMMs”) têm mais a ganhar ao adotar a tecnologia de sensores em suas operações de fabricação. Uma pesquisa recente conduzida pelo Conselho de Liderança de Fabricação da Associação Nacional de Fabricantes classificou “Levar a visibilidade, transparência e previsibilidade da cadeia de suprimentos de ponta a ponta para o próximo nível” como a segunda coisa mais importante para 2022. transparência, visibilidade e previsibilidade em sua cadeia de suprimentos que desejam, as SMMs precisarão implantar uma tecnologia de sensores muito maior do que têm até o momento.

Caso Jeffrey: À medida que os sensores se tornam mais populares com melhorias na tecnologia de detecção, computação de ponta, inteligência artificial e a proliferação de redes de comunicação Industrial 4.0, a maior demanda por tecnologia de sensor será em todas as operações de fabricação em quase todos os mercados/indústrias. As aplicações de manutenção preventiva e automação de processos estão impulsionando essa demanda sem precedentes na fabricação industrial. Uma ampla variedade de tecnologias de detecção está sendo implantada no mercado de automação de processos para facilitar um controle mais rígido dos processos de fabricação. Embora os sensores tenham sido tradicionalmente implantados nesses aplicativos, a Indústria 4.0 está fornecendo sensores conectados à Internet que são capazes de coletar, transferir e exibir dados por meio de estradas digitais estabelecidas com o mínimo de intervenção humana. Essa infraestrutura pode facilmente satisfazer o ROI de uma empresa e impulsionará significativamente as vendas de sensores nos próximos cinco anos e além.

Brad Walters: É fácil ver que a manutenção preditiva, monitoramento e controle remotos e sistemas autônomos em praticamente todos os setores continuarão a depender fortemente dos avanços na tecnologia de sensores inteligentes. Por exemplo, inovadores em petróleo e gás, agricultura, energia e produção de energia, química e mineração e transporte contam com os recursos de longo alcance dos sensores sem fio que oferecem longo alcance, baixo consumo de energia e longa duração da bateria. À medida que fabricantes, assistência médica e cidades inteligentes parecem ser mais eficientes, soluções de detecção que agilizam a funcionalidade 4G LTE e 5G, eliminam a interferência de frequência e permitem a computação de borda de acesso múltiplo serão altamente valiosas. As indústrias que integram efetivamente os sensores inteligentes ajudarão a impulsionar a evolução da IIoT para a próxima revolução industrial.

Aric Prost: Vemos a maior demanda por tecnologia de sensores vindo não de indústrias específicas, mas de casos de uso específicos em indústrias onde ativos e processos são remotos ou inacessíveis, críticos para medir, alta velocidade e onde a segurança é um fator significativo. A tecnologia de sensores será essencial para dimensionar a automação e o gerenciamento remoto nesses casos. Há uma série de exemplos que abrangem, incluindo Manufatura Discreta – máquinas de embalagem complexas, robótica, fabricação de metal; Água e Águas Residuais – estações de bombeamento remotas e não tripuladas, medidores de vazão; Geração de Energia – painéis solares, parques eólicos e subestações; Petróleo e Gás — estações de bombeamento, estações de medição de vazão, plataformas de produção e muitas outras. Para esses ativos e casos de uso, a abundância de tecnologia de sensores e conectividade limitada exigem um “cérebro” no local para processar e armazenar dados, garantir disponibilidade de tempo de atividade, executar agentes de segurança cibernética e potencialmente fornecer monitoramento e controle sem intervenção humana. As plataformas de computação de borda fornecem esses recursos e, portanto, os meios para aproveitar os dados do sensor para realizar os recursos da Indústria 4.0.

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