Розвиток систем Інтернету речей для інтеграції з Індустрією 4.0 та виробничими процесами

Abstract

Актуальність теми кваліфікаційної роботи полягає у тому, що IoT в промисловості використовується буквально всюди, де є виробництво. Так, Центр керування IoT Jasper (Cisco) від Київстар може використовуватися: на фермах –датчики контролюють наявність і якість води та корму у тварин; на заводах – щоб моніторити стан обладнання й запобігати поломкам або простоям; в енергетиці – щоб автоматично збирати дані лічильників та ін. У веденні успішного бізнесу автоматизація процесів займає важливе місце. Зазвичай першими автоматизують рутинні операції, які можна чітко описати через алгоритми: визначення необхідних параметрів для перевірки, передача результатів, контроль за граничними відхиленнями та реагування на певні події. Одним з ключових елементів цієї автоматизації є використання Інтернету речей (IoT), який стає невід'ємною частиною сучасних бізнес-процесів. Об'єкт дослідження: методи обміну даними, автоматизації та оптимізації виробничих процесів з впровадженим апаратним та програмним забезпеченням Інтернету речей (IoT). Предмет дослідження (розробки): системи Інтернету речей (IoT) та їх технологічні рішення, що використовуються для інтеграції з виробничими процесами та Індустрією 4.0, а також вплив цих систем на ефективність компаній у різних галузях. Мета: аналіз сучасного стану систем Інтернету речей (ІоТ) та їх інтеграції з виробничими процесами та Індустрією 4.0, а також імплементація окремих вузлів систем контролю та управління доступом (СКУД) як систем ІоТ у промислових середовищах. Для досягнення поставленої мети було поставлено такі завдання: 1) провести аналіз сучасних технологій Інтернету речей (IoT), їхньої архітектури та основних компонентів, що використовуються для інтеграції з виробничими процесами, а також оцінити вплив IoT на ефективність та продуктивність; 2) вивчити основні принципи та концепції Індустрії 4.0, зокрема «розумне виробництво», автоматизацію та кіберфізичні системи; 3) оцінити виклики та ризики, пов'язані з впровадженням IoT у виробничу сферу, а також розробити рекомендації щодо їх подолання; 4) побудувати структурні моделі (просторові та часові) інтеграції вузлів СКУД як складових IoT-систем у виробничі процеси, що включають етапи збору, обробки та аналізу даних; 5) розробити ПЗ для випуску карток для підсистем СКУД від компанії Hikvision. Кваліфікаційна робота містить: перелік скорочень, вступ, чотири розділи, висновки, перелік джерел посилання та три додатки. Вступ містить основні обґрунтування актуальності розробки обраної теми, об’єкт, предмет дослідження, мету та завдання які необхідно виконати для досягнення поставленої мети. В першому розділі проведено аналіз Інтернету речей (IoT) їх основні компоненти та можливості, Індустрії 4.0 її принципи та ключові технології. Другий розділ містить опис апаратного забезпечення, використаного у практичній частині роботи. Третій розділ містить опис та результати проєктування програмної частини. У четвертому розділі проведено пояснення розробленої системи та виконано аналіз результатів. У висновку описано результати виконання кваліфікаційної роботи. Додатки містять код програми та апробацію Кваліфікаційна робота містить 91 сторінок (без додатків), 53 рисунки, 30 джерел посилання, 2 додатки. The relevance of the topic of qualified work lies in the fact that IoT is used literally everywhere in industries, including manufacturing. For example, Kyivstar's IoT management center Jasper (Cisco) can be used in the following locations: farms – where sensors monitor the availability and quality of water and feed for animals; factories – to monitor the condition of equipment and prevent breakdowns and downtime; to automatically collect energy meter data, etc. Automated processes play a key role in making your business successful. The routine process is mainly automated and can be described by a simple action algorithm. You need to check which parameters need to be checked, where to send the results, where to check for boundary deviations, and what to do if a particular occurrence occurs. In particular, the Internet of Things has become an integral part of this process. Research Subjects: hardware and software analysis of IoT, data exchange methods, automation and optimization of production processes, and the study of the effects of these systems on the efficiency of companies in different industries. Research Theme (Development): IoT systems and their technical solutions for manufacturing processes and integration with Industry 4.0. Purpose: to analyze the current state of Internet of Things (IoT) systems and their integration with manufacturing processes and Industry 4.0 and to develop recommendations for further development and effective use of IoT systems in industrial environments. To achieve the set goals, the following tasks were set: 1) Analyze the latest IoT technologies, their architecture, and the key components used to integrate with the manufacturing process; 2) The main principles and concepts of Industry 4.0, in particular, "smart manufacturing", automation, cyber-physical systems; 3) Analyze existing examples of IoT implementations in manufacturing processes across different industries to assess their impact on efficiency and productivity; 4) Assess the challenges and risks associated with IoT adoption in the manufacturing industry and develop recommendations to overcome them; 5) Build structural models (spatial and temporal) to integrate ACS (Access Control System) modules as IoT systems’ components into the manufacturing process, including the stages of data collection, processing, and analysis; 6) Develop software for issuing cards for ACS subsystems of Hikvision company. The qualification work includes a list of abbreviations, introductions, 4 chapters, conclusions, a list of references, and 3 appendices. The introduction includes the relevance of the selected topic, the purpose and subject of the study, the goals, and the primary basis for the tasks that must be performed to achieve the goal. The first chapter analyzes the Internet of Things (IoT), its key components and functions, Industry 4.0, its principles, and key technologies. The second chapter describes the hardware used in the practical part of the work. The third chapter contains a description and results of the design of the software components. The fourth chapter provides a description of the developed system and an analysis of the results. The conclusion describes the results of the qualification work. Appendices contain software code and information on the approval of the qualification work. The qualification work contains 91 pages (without appendices), 53 figures, 30 reference sources, 2 appendices.