Endüstri 4.0 Yolculuğu: IoT ve IIoT

IoT ve IIoT nedir ve IIoT alt yapısı nasıl oluşturulmalıdır? Akıllı Her Şey’in kalbinde IoT (Internet of Things

IoT ve IIoT nedir ve IIoT alt yapısı nasıl oluşturulmalıdır?

Akıllı Her Şey’in kalbinde IoT (Internet of Things – Nesnelerin Interneti) yatmaktadır. Günlük hayatımızda kullanılan cihazların, nesnelerin (kahve makinesi, buzdolabı, saat, klima gibi) internet ağı üzerinden bilgi teknolojileri desteği ile birbirlerine bağlanmasına ve bilgi alışverişine olanak sağlar. 2017 yılında 20 milyar seviyesinde olan cihaz sayısının, 2025 yılında 75 milyara ulaşması ön görülmektedir. [1]

IDC tarafından 2016 yılında yapılan araştırma sonuçlarına göre IoT Pazar büyüklüğü 737 milyar USD, yıllık büyüme %15,6 seviyesindedir. 2020 yılında ise 1,29 trilyon USD’ye ulaşacağı ön görülmektedir. Yatırımda önde giden endüstriler ise üretim (178 milyar USD), taşımacılık (78 milyar USD), enerji üretim, dağıtım gibi kamu hizmetleridir (69 milyar USD). [2]

Akıllı Teknolojiler

Hayatımızın her anına dokunan bu teknolojinin bazı uygulama alanlarına ve örneklere bakacak olursak;

Akıllı Ev (Smart Home): Yaklaşım ya da uzaktan kumandalı açılır, kapanır ev, garaj kapısı, perde, ışık, yol trafik durumunu dikkate alarak uyanma saatinizi ayarlayan alarm, yumurta eksildiğinde uyaran ya da sipariş veren buzdolabı, koşullara bağlı enerji tasarrufu sağlayan aydınlatma, ısıtma sistemleri

Giyilebilir Teknolojiler (Wearables): Akıllı telefon özelliklerine sahip saat, sanal gerçeklik ve artırılmış gerçeklik özelliklerine sahip gözlük, hareket, lokasyon ve sağlık bilgilerini alan bilezik, ödeme yapabilen yüzük, özellikle yaşlılar için düşme gibi anormal hareketleri algılayan ayakkabı, uyku kalitesini ölçen maske, sanal gerçeklik aletleri, el parmak hareketlerine duyarlı eldiven, t-shirt, mont, pantolon

Akıllı Şehirler (Smart Cities): Enerji ve su tasarrufuna dayalı sayaçlar, trafik yoğunluğuna dayalı sinyalizasyon, yoğunluğa duyarlı aydınlatma, park alanları, atık toplama optimizasyonu, hava kalite ölçümleri, yüz tanımaya dayalı güvenlik,

Akıllı Tarım (Smart Agriculture): Toprak mineral ölçümü ile gübreleme, nem ölçümü ile sulama, koşullara dayalı uygun hasat zamanının belirlenmesi, haşere kontrolü ve ilaçlama, araç izleme ve kontrol, iklimlendirme kontrol ve tahminleme, ürün kalite belirleme ve lojistik

Akıllı Enerji (Smart Energy): Akıllı sayaçlar ile enerji kullanım profilinin belirlenmesi, kesintilerde anlık tepki ve analize dayalı tahminleme, nesneler arası ticaret (IoTA-kripto para kullanımı)

Akıllı Perakende (Smart Retail): Ürünlerin üzerine yerleştirilen etiketler (tag) ile hızlı ödeme, anlık stok sayım ve optimizasyon, müşteri davranışlarına dayalı bilgilendirme (Beacon), ürün kullanım süresi boyunca izleme, servis, dinamik pazarlama, reklam (Digital Signage)

Akıllı Sağlık (Smart Health): Giyilebilir teknoloji desteği ile hasta izleme, medikal cihazların izlenmesi ve kontrolü, acil durumlarda servis yönlendirme ve hızlı müdahale, hassas ürün ve ekipmanlar için saklama koşulları ve raf ömrü izleme

Akıllı Üretim (Smart Manufacturing): Üretim makine ve araçlarının kimliklendirilmesi ile verimlilik ve maliyet düşürmeye yönelik izleme, uyarı sistemleri, önleyici bakım, anlık veri işleme ve analizi ile sipariş karşılama süresinde iyileşme, ürün yaşam döngüsü takibi ve satış sonrası hizmetler, hızlı sayım ve stok kontrol, artırılmış gerçeklik uygulamaları ile iş, bakım talimatları, zamanında ve hızlı sevkiyat

Endüstri 4.0 ve IIoT Uygulamaları

Endüstriyel Nesnelerin Interneti (Industrial Internet of Things – IIoT) özellikle üretim,lojistik, enerji gibi sektörlerde kullanılan IoT teknolojisini ifade etmektedir. Özellikle Endüstri 4.0 yaklaşımı ile öne çıkan siber fiziksel sistemlerin en önemli bileşenidir. Fiziksel nesnelere dijital kimlik kazandırılır ve sonucunda şirketin dijital kopyası oluşturulur. Bu kopya Endüstri 4.0 gelişim adımlarının ilk basamağıdır ve sonrasında görünürlük, şeffaflık, tahmin yeteneği ve otonom tepkiye giden yolu izler.

IoT uygulamalarında veri oluşturma, gönderme, almada mimari olarak hibrid yapı kullanılmaktadır. Bu yapı olaya dayalı (Event-driven) ya da zamana dayalıdır (time-based). Örnek verecek olursak herhangi bir makinedeki duruş veri gönderimini tetikler ya da belirli zaman aralıklarında ısıl işlem operasyonundaki sıcaklık izlenir. [3]

Tüm IoT uygulamalarının altyapısı aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

Dijital veri oluşturma

Fiziksel nesnelerin dijital nesne haline dönüştürülmesinde bu nesne üzerindeki herhangi bir bilginin (sıcaklık, ağırlık, hacim, çalışma, duruş gibi) işlenebilir sayısal hale dönüştürülmesi gereklidir. Veri kaynağı olarak adlandırılan bu nesneler makine, operatör, forklift, aparat, malzeme, ürün ya da cihaz olabilir. IIoT uygulamalarında projeye bağlı olarak işletme içerisinde yer alan her bir nesne değerlendirilir (IIOT Assessment). Bu çalışmada hangi nesneden ne tür bilgi alınacağı, bu bilginin analog ise dijitale nasıl dönüştürülmesi tanımlanır. Sensörler, analog-dijital dönüştürücüler, çoklayıcılar gibi teknolojik araçlar kullanılır.

Kimliklendirme: 2017 itibari ile 20 milyar internet ağına ya da birbirine bağlı nesneden bahsediyoruz. Bu nesnelerde üretilen bilginin benzersiz kaynak bilgisi olarak tanımlanması gereklidir. Bu amaçla barkod, RFID (Radio-frequency identification- radyo frekans ile tanımlama), NFC (Near Field Communication – Yakın alan iletişimi), manyetik kartlar, mikro çipler, IP (Internet Protocol – İnternet Protokülü), optik renk, karakter tanıma, ses, GIS (Geographical Information System – Coğrafi Bilgi Sistemi) gibi teknolojiler kullanılmaktadır. Son yıllara kadar kimliklendirme çalışmaları mevcut cihazlara sonradan ek modül ya da araçlar ile veriliyordu. Ancak bundan sonra özellikle tasarım aşamasında bu konu dikkate alınacaktır.

endüstri 40 ve IIoT

Görsel 1 : IoT merkezi yönetim mimarisi (Intel Corporation)

Veri toplama

Kimliklendirilmiş verinin toplanmasında tanımlama gereklidir. Özellikle yatay ve dikey entegrasyonda, entegrasyon sağlanacak üst seviye sistemler ile (SCADA, MES/MOS, ERP, PLM, ECM, QMS gibi) merkezi veri alt yapısı oluşturulmalıdır. Örnek verecek olursak, bir iş merkezinden toplanacak kurulum, işlem, duruş bilgileri üst seviye sistemde planlamayı etkileyeceğinden her iki sistemde de aynı karakteristikte olmalıdır. Yine alınacak kalite verisi kalite kontrol sistemi içerisinde tanımlanmış olmalıdır.

Veri toplamada WiFi, LP WiFi, Bluetooth, BTLE, 2G/3G/4G/LTE (GPRS), ZigBee, Ethernet gibi iletişim yöntemleri kullanılır. Network mimarisinin oluşturulmasında farklı topolojiler yer almaktadır. “Point-to-Point” network topolojisi iki istasyon (node) arasında bağlantı kurar. “Star” topolojisi birden fazla istasyonu içerir ancak veri iletişimi merkezi hub ile yapılır. “Mesh” topolojisinde ise hem iki istasyon arası hem de istasyonlar arası iletişim sağlanabilir.
MQTT, HTTPS,CoAp, REST, XMPP gibi protokoller üzerinden haberleşme sağlanır.

Veri saklama

Endüstri 4.0 yaklaşımının önemli aşamalarından bir olan “GÖRÜNÜRLÜK” adımında oluşturulan IIoT altyapısına dayalı verilerin görünür hale getirilmesinde saklama ortamı ve koşulları performans, güvenlik, erişilebilirlik, analitik açısından kritiktir. Bir ya da birden fazla istasyonun verilerinin dahili hafızada saklanması (PLC gibi), lokal ağ içerisinde merkezi sistemler kullanımı (DCS), bulut üzerindeki IoT platformları (AWS-Amazon Web Services, Microsoft Azure, Google Cloud, ThingWorx, IBM Watson, Artik, Cisco IoT Cloud gibi) kullanılan sistemler arasındadır. Bulut platformlarının kullanımında olası erişilebilirlik ve performans problemlerinin önüne geçmek, bulutta saklanacak veri büyüklüğünü optimize etmek, veriye dayalı hızlı aksiyon almak gibi gerekçelerle Kenar Bilişim (Edge Computing) ve Sis Bilişim (Fog Computing) teknolojileri kullanılmaktadır.

Endüstri 4.0’a geçişte önemli bir adım olan operasyonel dijital veri, karmaşık yapısı ile şirketlerde strateji oluşturmada ve planlamada kritik önemde yer alıyor. Trovarit’in üniversite ve enstitü desteği ile oluşturduğu “Endüstri 4.0 Navigatör”, tam bu noktada, mevcut IT alyapı, süreç analizi, veri kalitesi ve Endüstri 4.0 olgunluk seviyesi boyutlarında şirketleri analiz ediyor ve kısa, orta ve uzun vadedeki eylemleri planlıyor. Detaylı bilgi için http://www.trovarit.com/tr/endustri-4-0-navigator/

Kaynaklar

[1] IHS Markit https://ihsmarkit.com/Info/1017/internet-of-things.html

[2] Business Wire – Internet of Things Spending Forecast
https://www.businesswire.com/news/home/20170104005270/en/Internet-Spending-Forecast-Grow-17.9-2016-Led

[3] Riga Technical University – Internet of Things: Structure, Features and Management https://www.degruyter.com/view/j/itms.2016.19.issue-1/itms-2016-0015/itms-2016-0015.xml

İş yazılım alanında bu ve benzer makale ve raporları www.trovarit.com.tr adresinde yer alan “Download Center” bölümünde bulabilirsiniz. TROVARIT, 15 yıllık tecrübesi ve 6 ülkedeki faaliyetleri ile şirketlere iş yazılımları (ERP,CRM,MES gibi) seçim ve değerlendirme süreçlerinde profesyonel ürün ve hizmetler ile destek vermektedir.

ERP seçim ve danışmanlık hizmetlerimiz hakkında bilgi almak için;

Farklı sektörlerden müşterilerimizin çalışmalarımız hakkındaki yorumlarını okuyun.