Промышленный Интернет вещей в Европе, Японии и США – актуальное состояние

42

Предлагаем вашему вниманию краткий обзор состояния промышленного Интернета вещей (IIoT) – технологий обмена данными по TCP/PI между машинами, применяемыми в современной индустрии – на примере развитых стран.

Согласно данным немецкой аналитической компании IoT Analytics, большая часть из 640 наиболее известных во всем мире IIoT-проектов реализована в секторе промышленного производства (141 проект). Далее следуют сектор Smart City (128 проектов) и сектор Smart Energy (83 проекта).

Значительная доля реализованных IIoT-проектов (44%) приходится на Северную и Южную Америку. Европа находится на втором месте с показателем 34%.

Что касается отдельных IIoT-сегментов, то они распределяются неравномерно по регионам. В Северной Америке сильная позиция у Connected Health (61%) и Smart Retail (52%), в то время как Smart City-проекты (47%) приходятся в основном на Европу. В Азиатско-Тихоокеанском регионе, напротив, акцент делается на Smart Energy-проекты (25%).

Типы IIoT-проектов и их доли в общем числе.

1. Подключённое к сети промышленное производство (Connected Industry)

В этом секторе реализуется большинство IIoT-проектов. Возможность удалённого мониторинга и оптимизации промышленного оборудования позволила компаниям добиться существенного роста эффективности. Несколько примеров.

GeneralElectric, Атланта, США

Для снижения затрат клиентов, эксплуатирующих газовые турбины по всему миру, GE внедрила систему удалённого мониторинга состояния турбин. Получаемые данные о работе турбин поступают в центр обработки данных компании, где команда из 20 специалистов анализирует данные о техническом состоянии турбин и принимает оперативные решения об их обслуживании или ремонте. Достигнутая совокупная экономия средств на оплату труда персонала оценивается в 9 миллионов долларов в год. Затраты на разработку программного обеспечения сторонними разработчиками снижены на 3 миллиона долларов, совокупные выгоды для эксплуатирующих турбины предприятий оцениваются в 100 миллиона долларов в год.

AkzoNobel, Нидердланды

Транснациональный химический концерн AkzoNobel насчитывает свыше 200 производственных площадок в более чем 80 странах мира, общая численность персонала составляет около 50 тысяч человек. В связи с широкой географией присутствия компании важную роль играет оптимизация распределения трудовых ресурсов, а также обеспечение эффективного взаимодействия между подразделениями, расположенными в различных странах. Для повышения эффективности бизнеса компании внедрены облачные технологии сбора, хранения и анализа данных. Применяемые технологии позволили частично отказаться от постоянного присутствия на предприятии производственного персонала. Завод работает в непрерывном режиме 24/7 и в будние дни управляется дистанционно из офиса в Швеции, с расстояния 500 км, производственный персонал работает непосредственно на предприятии только в выходные дни. В результате значительно сокращены затраты на оплату труда производственного персонала за счёт снижения его количества; существенно снижены затраты на функционирование IT-инфраструктуры компании за счёт перехода на облачные технологии и отказа от использования значительного числа локальных серверов на предприятиях; оптимизированы технологические процессы.

SierraGorda, Чили

Компанией SierraGorda, занимающейся добычей медной и молибденовой руд, совместно с Cisco реализован проект по построению единой инфраструктуры эксплуатации нового месторождения с переходом на принципы функционирования IIoT.

Использование платформы Cisco Connected Mining позволило интегрировать все информационные потоки в единую надежную мультисервисную IP-сеть с обеспечением бесперебойного доступа к ней с любого рабочего устройства в реальном времени, а также реализовать надежную коммуникацию по каналам связи человек – человек, человек – машина, машина – машина.

Проект обеспечил экономию трудозатрат за счёт оптимизации использования трудовых ресурсов: для одной бригады численностью в 20 человек экономия составляет около 720 человеко-часов в месяц. В числе прочих преимуществ проекта – надежная коммуникация со всеми сотрудниками, возможность сбора и анализа оперативной информации о производственных процессах месторождения, увеличение операционной эффективности.

Harley-Davidson, США

Завод по производству мотоциклов Harley-Davidson благодаря использованию IIoT сократил сборку мотоциклов на заказ (с учетом всех пожеланий клиента) с 21 дня до 6 часов.

Порт Гамбурга

Благодаря использованию концепций IIoT увеличить свою пропускная способность порта Гамбурга выросла с 9 до 25 миллионов контейнеров в год. При этом физическая инфраструктура порта (количество причалов, подъёмных кранов, подъездных путей и т.п.) практически не изменилась. Изменилась лишь система управления этой физической инфраструктурой.

2. Smart City: управление дорожным движением и коммунальными услугами

Самой популярной сферой применения IIoT остаётся «умный город», и прежде всего транспортные системы. Например, «умная» парковка автомобилей по проекту компаний Intel и Siemens в Берлине. «Умное» приложение для коммунальных услуг в Дублине SmartBins – мусорные баки со встроенным датчиком уровня. Другие инициативы «умного» города направлены на обеспечение городской безопасности. Ярким примером является проект City Pulse (пульс города) в голландском Эйндховене. City Pulse сопоставляет данные об уровне шума на улицах с сообщениями в социальных сетях для выявления инцидентов, связанных безопасностью. При необходимости происходит целенаправленный вызов полиции и включается необходимое освещение на улицах в месте происшествия.

3. Smart Energy

Самый яркий пример – пилотный проект Smart Grid на острове Чеджу в Южной Корее, который признан образцовым. Генерирующих мощностей расположенных на острове электростанций недостаточно (дефицит энергии компенсируется за счет поставок электроэнергии с материка по высоковольтной линии). Местная администрация решила компенсировать нехватку энергоресурсов передовыми технологиями.

Проект охватывает 6 тысяч домов, имеет политическую поддержку и достаточное финансирование. Его реализация проходит при поддержке корейского министерства торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) и 169 частных компаний. Ожидается, что к 2030 году остров будет нейтральным в отношении выбросов СО2 и энергонезависимым. При выполнении намеченных планов к 2030 году Южная Корея будет производить 11% всей своей энергии из возобновляемых источников энергии (по сравнению с 2,1% в 2012 году), устранит 230 миллионов тонн СО2, создаст 50 тысяч рабочих мест, получит 74 триллиона вон (64 миллиарда долларов) на внутреннем спросе на новые технологии, сэкономит не менее 47 триллионов вон (40 миллиардов долларов), которые тратятся на импорт энергии, перестанет нуждаться в строительстве новых заводов (экономия – 2,8 миллиардов долларов) и заработает 49 триллионов вон (42 миллиарда долларов) на экспорте своих разработок.

4. Подключённые автомобили: самый большой сегмент взаимодействия автомобилей между собой при помощи технологий связи М2М

Сетевые транспортные средства с технологией взаимодействия М2М – один из наиболее технологически сложных сегментов IoT. Основное внимание проектов ориентировано на диагностику и мониторинг транспортных средств, управление автопарком и страховые услуги.

Например, Telefonica разработала решение для управления автопарком для поставщика услуг ISS, а страховая компания Unipol Sai активно внедряет страхование на основе использования «черного ящика», бортового самописца автомобиля.

М2М используется также в системах принятия решений в режиме реального времени (например, для команды Honda Racing), а также системах поминутной аренды автомобилей car2go.

Аналитики ведущей норвежской телекоммуникационной компании Telenor Group в своем исследовании «технологические тенденции 2017 года» выделили основные важные технологические тенденции, которые ожидает интенсивное развитие в течение всего года: развитие IoT-экосистемы, усталость от социальных медиа, широкомасштабное тестирование 5G и эксперименты с чатботами.

Кроме того, продолжается развернутая полемика вокруг технологии Big Data (больших данных), совместного комплексного использования сервисов и технейтральности сетей.

«Мы утверждаем, что в 2017 году ярко выраженной станет усталость пользователей от социальных медиа, развитие технологий IoT продолжится высокими темпами. В то же время компании обратят пристальное внимание на использование чатботов. 5G продемонстрирует свои возможности в процессе тестирования задолго до того, как его стандарт утвердят. Еще одной важной тенденцией станет этическая сторона технологии искусственного интеллекта», – комментирует результаты исследования один из его соавторов, глава Telenor Research, Бьорн Таале Сандберг (Bjørn Taale Sandberg).

Япония

В настоящее время государственные органы и частные компании Японии совместно закладывают фундамент для реализации концепции IIoT в масштабах страны.

В 2015 году в Японии был сформирован «Промышленный форум по формированию цепочек добавленной стоимости» (Industrial Value Chain Initiative – IVI). Во главу поставлена задача выработки единой системы технических стандартов для использования IIoT и оснащения заводов Японии технологией киберфизических систем.

Технология киберфизических систем (далее – КФС) позволяет через Интернет объединить с помощью многочисленных датчиков и коммуникационных инструментов пространство материальное, представленное физическими продуктами и оборудованием, и пространство виртуальное, или киберпространство, для автоматического обмена данными, их дальнейшего анализа и решения конкретных технологических задач.

Японские эксперты не скрывают, что избранная технология в определённой мере позаимствована у Германии, где «умные заводы» функционируют в рамках инициированной программы экономического развития «Промышленность 4.0».

В состав форума входят Toyota, Mazda, Fujitsu, Hitachi, Kawasaki, Panasonic, Mitsubishi Electric, Nikon, NEC, немецкая компания Bosch и другие крупные японские и зарубежные компании. Финансирование осуществляется за счёт совокупных сборов со 150 компаний-членов форума. Сценарий планируемых для реализации проектов предполагает как обеспечение непосредственно производственного процесса, так и последующее обслуживание произведённой продукции. Предполагается, что установленные на заводе автомобильные компьютерные программы будут обеспечивать связь завода-производителя со всеми выпускаемыми изделиями. При организации производства на таких заводах планируется активно внедрять модель полностью автоматизированных цехов, где допускается присутствие лишь нескольких операторов.

В конце 2016 года Япония объявила о сотрудничестве с американскими компаниями и правительством Германии в создании международных стандартов для IIoT.

Японский консорциум IoT Acceleration подписал меморандумы о взаимопонимании с двумя американскими группами в октябре 2016 года, дав старт технологическим экспериментам на практике. Японский орган объединяет министерство связи и министерство экономики, торговли и промышленности наряду с более чем двумя тысячами японских и зарубежных компаний, таких как Toyota Motor и Hitachi. С американской стороны этот проект поддерживает Консорциум промышленного интернета, основанный General Electric и Intel.

Это сотрудничество позволит согласовать стандарты различных компаний в области связи и технологий, создавая возможности для диалога и экспериментов по созданию общих платформ. Совместные усилия также будут способствовать развитию технологий информационной безопасности и более эффективных способов внедрения IoT в производство.

Объединившись с Германией, лидером в создании аппаратных средств, и с США, локомотивом в разработке программного обеспечения, Япония стремится выйти на передовые позиции в процессе глобального технологического сдвига. Немецкие и американские промышленные группы уже договорились о совместной работе над документацией по созданию общих стандартов, а также по обеспечению взаимной совместимости различных систем. Министерство промышленности Японии будет добиваться подобного трехстороннего сотрудничества. Частно-государственные усилия по стандартизации призваны сделать японские компании более конкурентоспособными, создавая новую национальную промышленность, которая заменит полупроводники и информационные технологии, области, в которых Япония отстала от конкурентов в последние годы.

Применение сетевых технологий в промышленном оборудовании позволяет компаниям собирать огромное количество оперативных данных, которые могут быть использованы для прогнозирования ресурса работы оборудования, и планировать закупки необходимых для ремонта деталей. Эта технология уже используется в поездах для обнаружения повреждения рельса в процессе нормальной эксплуатации железных дорог, а также добавляет новые функции для автотранспорта на дороге.

Согласно «Всеобщей стратегии научно-технического и инновационного развития», одобренной в 2016 году, японское правительство делает серьезную ставку на реиндустриализацию на основе технологий четвёртой промышленной революции: IIoT и больших объемов данных. Японские компании в течение достаточно длительного времени занимаются построением инфраструктурных условий для IIoT.

Так, мировой лидер в области автоматизации – компания Fanuc представила в 2016 году новую IIoT-технологию, соединившую между собой элементы оборудования разных производителей.

Компания Kyocera занимается разработкой недорогой сети для IIoT, поскольку высокая стоимость такой сети является основным камнем преткновения для широкого распространения приложений IIoT. Такая сеть будет установлена весной 2017 в пригородной зоне Токио, а в марте 2018 года – уже в 36 городах Японии. Сеть использует базовые станции и облачную технологию французского провайдера для IIoT — сетей компании Sigfox. Примерно 40 японских компаний, в том числе KDDI, Kansai Electric Power, Sumitomo, Mitsui Banking Corp., а также Murata Manufacturing уже стали партнерами данного проекта.

По некоторым данным, скорость передачи таких сетей ниже, чем у обычных мобильных сетей, однако и стоимость у них также значительно ниже. На территории страны будут смонтированы более 600 узлов связи. Kyocera рассчитывает получить к 2020 году до 15 миллионов пользователей, в результате чего годовые объёмы продаж достигнут 10 миллиардов йен (90,8 миллиардов долларов).

Над созданием недорогих IIoT-сетей на основе LPWA работает также японская телекоммуникационная корпорация SoftBank. Маломощные сети (Low Power Wide Area) с большим охватом и низким энергопотреблением – оптимальная инфраструктура для экосистемы Интернета вещей.

В 2017 году Softbank планирует запустить сеть LoRaWAN.

В центре внимания будут промышленные приложения по мониторингу и управлению промышленными процессами, а также приложения для логистики городской инфраструктуры (улицы, туннели, железнодорожный транспорт), для управления парком транспортных средств, для контроля за детьми, пожилыми людьми и животными и др. Проект реализуется совместно с тайваньской фирмой Hon Hai Precision Industry Co. (Ltd.) и американской корпорацией Semtech.

В конце 2016 года SoftBank приобрёл за 31 миллиард долларов британскую компанию ARM Holdings, специализирующуюся на разработке микропроцессоров. В рамках этого союза SoftBank фактически стремится обеспечить себе участие в формировании будущих стандартов для приложений IoT.

Японская компания Hitachi объявила о создании своего IoT-подразделения (Hitachi Insight Group) и инвестировании в это направление 2,8 миллиарда долларов. Новая структура призвана объединить под одним крылом все IoT-инициативы производителя и разрабатывать цифровые продукты и услуги на базе собственной открытой IoT-платформы Lumada. Часть средств будет направлена на приобретение активов, научно-исследовательскую деятельность и капитальные расходы.

В финансовом году, завершившемся 31 марта 2016 г., технологии IIoT принесли Hitachi около 5,4 миллиарда долларов, или 6% консолидированной выручки всей компании. IoT-продукты компании применяются в таких сферах, как общественная безопасность, «умный город», энергетика, транспортная промышленность, сельское хозяйство, производство, строительство городов и разработка месторождений. На этом рынке Hitachi сотрудничает с SAP, PTC, AT&T, Ericsson, Eurotech, Intel, Microsoft и др.

Один из последних IIoT-проектов Hitachi выполнила совместно с британским оператором Vodafone. Компании разработали систему профилактического технического обслуживания поездов, которая собирает данные от многочисленных датчиков.

Объёмы существующего IIoT-рынка Японии ведущие аналитические компании оценивают по-разному.

Аналитическая компания IDC оценила объем IIoT-рынка Японии в 2013 году в 11 триллионов йен (110 миллиардов долларов). По её прогнозам, до 2018 года этот показатель превысит 20 триллионов йен (182 миллиарда долларов), а к 2020 году – 25 триллионов йен (227 миллиардов долларов).

Крупнейшая японская консалтинговая компания Nomura Research Institute (NRI) дала оценку IIoT-рынку страны по отраслям экономики. Так, для энергетического сектора прогнозируемая доля продаж к 2022 году составит 23,0%, для приложений безопасности –22,0%, а для транспортных средств – 20,0%.

Эксперты компании NRI прогнозируют также, что объём рынка оборудования для IIoT-приложений вырастет в 2020 году до 1,9 триллиона йен (17,3 миллиарда долларов), а в 2022 году составит уже 3,2 триллиона йен (20 миллиардов долларов).

Рынок Японии для приложений IIoT в млрд. йен согласно прогнозу

Область применения 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Энергия 312 381 460 513 582 647 736
Безопасность 156 205 260 332 427 548 704
Транспорт 71 102 142 211 330 473 640
Продажи 64 74 94 121 155 199 256
Здравоохранение 7 19 24 60 97 149 224
Прочее 99 149 201 272 349 473 640
Всего 709 930 1181 1509 1940 2489 3200

Источник: NRI.

США

По мнению экспертов, Соединенные Штаты имеют самые благоприятные условия для реализации промышленной «революции» в среднесрочной перспективе. Страна имеет одну из самых развитых в мире цифровых экономик, техническую инфраструктуру и интенсивность использования цифровых технологий. Эксперты консалтинговой компании Accenture по результатам исследования в 2015 году пришли к выводу, что Соединенные Штаты имеют наибольший в мире потенциал для реализации решений IIoT.

В США 48% компаний различных отраслей экономики уже используют, а 43% планируют использовать в ближайшее время технологии IoT для оптимизации деятельности.

Аналитики Machina Research, проводившие исследование в 2015 году, сделали прогноз, что к 2019 году IIoT-технология станет господствующим высокотехнологичным элементом на предприятиях США.

Важным шагом в продвижении IIoT-технологии стало создание компаниями AT&T, Cisco, GE, IBM и Intel в 2014 году Консорциума промышленного Интернета (IIC), некоммерческой группы с открытым членством, которая ставит целью устранить барьеры между различными технологиями, обеспечив тем самым максимальный доступ к большим данным, и усовершенствовать интеграцию физической и цифровой сред. В настоящее время в IIC входит более 250 компаний, научно-исследовательских центров и университетов, в том числе Kaspersky Lab UK Ltd. и ПАО «Ростелеком».

В марте 2016 года IIC сообщил о своей кооперации с немецкой платформой «Промышленность 4.0» для более интенсивного сотрудничества. В то время как «Промышленность 4.0» больше ориентирована на технические условия сетевого производства, IIC работает над стандартизацией процессов B2B, например, менеджмента здания и энергоменеджмента, охватывая такие аспекты как транспорт, энергетика и здравоохранение.

Правительство США поддерживает развитие инновационных методов производства с помощью финансовых ресурсов для создания инновационных центров на основе государственно-частного партнерства. В феврале 2014 года Чикаго получил дополнительные средства на создание «Института цифрового производства и инновационных разработок» (DMDII)», в круг тем которого входят управление цифровыми данными для инженерных, производственных и обслуживающих систем. В сеть DMDII входит более 70 компаний, университетов и исследовательских институтов.

28 февраля 2017 года IIC опубликовал документ под названием Industrial Internet Connectivity Framework (IICF), который содержит рекомендации для разработчиков по преодолению несовместимости технологий. Главная цель документа заключается в выработке единых стандартов и повышении совместимости разных систем, что позволит наладить обмен данными и взаимодействие между ранее закрытыми IoT-системами и ускорит разработку новых универсальных приложений.