Analisten van IDC zien een vertienvoudiging van de wereldwijde data tot 163 zetabytes (163 miljoen exabytes) in 2025. Ongeveer 60 procent van deze gegevens wordt gegenereerd door bedrijven. Terwijl de conversie van analoge naar digitale gegevens het afgelopen decennium nog op de voorgrond stond, richt de industrie zich nu steeds meer op de toegevoegde waarde van deze gegevens
Het feit echter dat het marktonderzoeksbureau Gartner in zijn huidige Magic Quadrant geen marktleider aanwijst, maar alleen innovators (PTC, Hitachi, SAP) en verschillende nicheaanbieders, toont het potentieel aan voor fabrikanten en samenwerkingsverbanden van fabrikanten. Bedrijven daarentegen moeten nu een nauwkeurige inventarisatie en behoefteanalyse uitvoeren en op zoek gaan naar oplossingen die hen al toegevoegde waarde bieden in bepaalde toepassingsgebieden.
Het gebruik van intelligente test- en meetapplicaties is daarom een belangrijk toepassingsgebied voor veel IIoT-toepassingen.
Uitdagingen voor test- en meettoepassingen
Het algemene doel is om de operationele effectiviteit te verhogen, flexibele productietechnieken te implementeren en de gegevensverwerving en -verwerking te optimaliseren. Sensoren en sensorgegevens spelen een centrale rol in veel toepassingsgebieden en leveren de gegevensbasis voor automatisering en zelflerende machines. Voorspellend onderhoud is hier ook een belangrijk onderwerp.
Structuren en systemen in test- en meettoepassingen veranderen echter snel en overeenkomstige gegevensverzamelsystemen moeten gelijke tred kunnen houden met deze ontwikkelingen om geen doodlopende investering te blijken.
Tegelijkertijd is er geen IIoT zonder analytics. Om sneller en efficiënter te kunnen werken, moeten gegevens in realtime worden gemonitord, wat al snel kan leiden tot een gegevensverzameling van gigantische proporties die nauwelijks effectief kan worden verwerkt of zelfs maar economisch kan worden overgebracht naar een externe server en opgeslagen. De uitdaging is daarom niet alleen om de gegevens te verzamelen, maar ook om de ruwe gegevens op een verstandige manier te reduceren op het punt van oorsprong om alleen de relevante informatie over te dragen en zo het datavolume te beperken.
Gegevensverwerking moet ook voldoen aan de hoge eisen van prestaties, schaalbaarheid en beveiliging. Meer efficiëntie in de verwerking omvat daarom ook maatregelen voor het indexeren en groeperen van gegevens, zoals geautomatiseerde labeling (metadata, classificatie van gegevensrecords) of statistische gegevensreductie (gemiddelde waarde, standaardafwijking, minimum, maximum).
IIoT-samenwerking op sensorgebied
Terwijl de wereldwijde spelers nog worstelen met uitvoerbare oplossingen, presenteren de gevestigde bedrijven Gantner Instruments GmbH en Althen GmbH Mess- und Sensortechnik uit Kelkheim al concrete IIoT-oplossingen voor industriële meet- en testtechnologie.
Als specialist voor gedecentraliseerde meet- en I/O-systemen en voor het meten van mechanische, thermische en elektrische variabelen levert Gantner Instruments oplossingen voor data-acquisitie en connectiviteit, evenals software voor configuratie en evaluatie op afstand. Althen integreert zijn hoogwaardige sensoren in de complete systemen en neemt de klantspecifieke voorinstellingen van de meetbereiken, de instelling van instelparameters voor gekalibreerde sensoren en mogelijke wiskundige berekeningen en alarminstellingen volgens de eisen van de klant over.
Dit resulteert in een breed scala aan mogelijke toepassingen, zoals het monitoren van materiaalmoeheid in kerncentrales en kernfusie-installaties, kwaliteitsinspectie van het spoornetwerk in het openbaar vervoer, rekmeting op flexibele pijpleidingsystemen, voorspellend onderhoud van machines, fabrieken of zelfs in mobiele apparatuur, bijvoorbeeld in bouwmachines en spoorwegen.
Op afstand monitoren van een brug
Het is de moeite waard om naar een concreet voorbeeld te kijken, hier de bewaking van een brug. Met een vergelijkbare topologie is echter ook verdere bewaking in de infrastructuursector denkbaar, bijvoorbeeld voor spoor-, weg- en snelwegbruggen, belangrijke gebouwen, dammen, dijken of industriële installaties (raffinaderijen, chemie, windturbines, enz.).
De Q.serie X van Gantner wordt gebruikt, een decentraal, zeer flexibel meetsysteem in modulair ontwerp, dat ook geschikt is voor DIN-rail montage. Dit typische ontwerp van een decentraal meetsysteem biedt een maximum aan flexibiliteit en interfaces. De willekeurige combinatie van data-acquisitiemodules maakt een optimale aanpassing aan de taak mogelijk en is ideaal voor decentrale toepassingen.
Specifiek worden modules uit de Q.serie X gebruikt voor het aansluiten van de sensoren (Q.bloxx-XL A108, Q.bloxx-XL A101) en de controller (Q.station-XB) voor het aansluiten en bedienen van de modules en voor berekeningen en verzending naar de cloud.
In het huidige voorbeeld is het systeem aangevuld met de 3-assige versnellingsmeter ASC 5511LN van Althen, die is aangesloten op de Q.series X modules. Naast de versnelling worden ook de temperatuur, de vochtigheid (die de vochtigheid van de bouwsubstantie in de brug weergeeft) en een potentiometer (die een verplaatsingsmeting van de compensator van de brug weergeeft) bewaakt.
IIoT-gegevens in het resultaat
Het complete IIoT-systeem maakt gemakkelijke bewaking op afstand in bijna realtime mogelijk. Uit de analyse van de gegevens over een langere periode kunnen veranderingen in de constructie en materiaalmoeheid worden gedetecteerd. Ook kunnen conclusies worden getrokken over mogelijke defecten en dus ook over de resterende gebruikstijd van een brug. De sensoren van Althen worden momenteel met drie verschillende snelheden uitgelezen. Ze leveren gegevens via de Gantner-infrastructuur aan de cloud, met een meetsnelheid van 10 Hz, 1 kHz, 10 kHz.
Effectieve gegevensverzameling en pre-evaluatie
Er zijn ook al tests uitgevoerd met de hoogst mogelijke meetsnelheid van 100 kHz. Deze meetsnelheden zijn momenteel echter niet absoluut noodzakelijk in de realiteit en zouden de eisen aan bandbreedte en servercapaciteit onnodig verhogen. Tegelijkertijd tonen ze echter het toekomstbestendige karakter van het platform aan in termen van prestaties en schaalbaarheid.
Beperking en pre-evaluatie zijn ook zinvol met de bestaande configuratie, want zelfs met slechts een paar sensoren resulteren de ruwe gegevens in grote hoeveelheden gegevens. Bijvoorbeeld, een sensor die 24 uur per dag trillingen meet met 1.000 kHz zou resulteren in ongeveer 345 GB per dag en ongeveer 126 TB per jaar. Op basis van het toepassingsvoorbeeld met 15 meetwaarden zou dit overeenkomen met 1.892 TB ruwe gegevens per jaar.
Dienovereenkomstig wordt een pre-evaluatie op basis van algoritmen al uitgevoerd in de controller op locatie (EDGE computing) na de juiste configuratie, maar ook in de cloud om het gegevensvolume dienovereenkomstig te verminderen. De overdracht van cloudgegevens naar externe analyseprogramma's is ook mogelijk, zowel via het klassieke CSV-formaat als via een volledige, integreerbare API-interface. Zelfs oude, reeds bestaande gegevensrecords kunnen volledig worden geïntegreerd in de nieuwe, actuele gegevensrecords via een CSV-upload, verwerkt en gevisualiseerd in dezelfde interface.
Op gebeurtenissen gebaseerde gegevensverzameling biedt een andere mogelijkheid voor gegevensreductie. Afhankelijk van de configuratie van de parameters kan gegevensopslag ook worden getriggerd met pre- en posttriggercondities. Dit helpt ook om het datavolume laag te houden, omdat de gegevens alleen worden opgeslagen als er een specifieke gebeurtenis heeft plaatsgevonden. In het geval van een fout zijn gegevens met een hoge resolutie dus onmiddellijk beschikbaar.
Bovendien kunnen de controllers op elk moment op afstand worden bijgewerkt via de cloudservers. Zo kan bijvoorbeeld de voor-evaluatie van gegevens flexibel worden aangepast of kunnen kalibratiewaarden en sensorinstellingen van het systeem worden bijgewerkt.
Dergelijke IIoT-constructies beperken zich natuurlijk niet tot één gebouw, maar zijn via de cloudverbinding en het gebruik van bijbehorende analysetoepassingen bijna oneindig schaalbaar. Denk bijvoorbeeld aan een dienstverlener op het gebied van geo-monitoring die de belasting en schade van een groot aantal bruggen synchroon in de tijd moet monitoren. Met de oplossing van Althen und Gantner kan hij alle sensoren op alle bruggen op afstand bewaken, alarmen versturen wanneer gedefinieerde drempelwaarden worden overschreden (bijv. spanning of te grote trillingsamplitude) en op afstand ingrijpen, bijv. door variabele snelheidsdisplays te schakelen.
De dienstverlener kan zijn klant dus een hoge toegevoegde waarde bieden: voorspellend onderhoud, snelle schadebeperking tegen beheersbare kosten. Snelle, locatieonafhankelijke toegang op afstand tot de geïntegreerde systemen vermindert de behoefte aan tijdrovende en kostenintensieve inspecties ter plaatse aanzienlijk. En het mooie is dat specifieke IIoT-toepassingen geen toekomstdromen zijn, maar een noodzakelijke realiteit op weg naar wat IDC "Data Age 2025" noemt. Want tegen die tijd zal volgens de marktonderzoekers 30 procent van alle gegevens worden gebruikt in realtime toepassingen.