فهم دور الربط بين الكلاود في تبادل البيانات في نظام لووبات مغلقة

مقدمة: الجبهة الجديدة للتألق الصناعي

وقد اكتسبت الصناعة ٤,٠ عهدا لم يعد فيه التصنيع والتشغيل الآلي عمليات ثابتة، وفي قلب هذا التحول يكمن نظام حلقات العمل المغلقة - وهو هيكل للمراقبة يقوم باستمرار برصد النواتج وتعديل المدخلات في الوقت الحقيقي، ومع ذلك فإن القوة الحقيقية لنظم الحلقة المغلقة لا تُفتح إلا عندما تكون مرتبطة بالسحابة، فالربط بين الترددات يمكن من تبادل البيانات عن بعد، والرقابة عن بعد، والامتيازات غير الموثوقة التي كانت قائمة منذ عقد.

ما هو نظام لووب مغلق؟

إن نظام حلقات مغلقة، المعروف أيضا بنظام مراقبة التغذية المرتدة، هو عملية يجري فيها قياس الناتج باستمرار مقارنة بنقطة محددة مرغوب فيها، ويتسبب أي انحراف في تصحيح آلي دون تدخل بشري، وتكفل آلية التنظيم الذاتي الدقة والاستقرار والكفاءة، وتشمل الأمثلة الكلاسيكية التدفئة التي تسيطر عليها هيئة الدفتر، حيث يتغذى جهاز الاستشعار عن درجة الحرارة من جديد لقلب المدفأة أو خارجها، وتطبيقات أكثر تعقيدا مثل خطوط التدفئة الآلي.

فنظم حلقات مغلقة هي نظم أساسية في الصناعات الحديثة، والفضاء الجوي، والمركبات المستقلة، فعلى سبيل المثال، يقوم المراقب في جهاز تابع للجنة الوطنية المركزية برصد الوضع المقطع باستمرار، ويضبط سرعة السيارات للحفاظ على التسامح الدقيق، وبدون التغذية المرتدة، فإن العواصف الصغيرة ستتراكم وتنتج أجزاء معيبة، والعناصر الرئيسية لأي نظام من نظم الحلقات المغلقة هي:

• جهاز استشعار أو جهاز قياس - يلتقط الناتج الفعلي (التعيين، الموقع، السرعة).
• المراقب المالي ] - يقارن القيمة المقيسة بالنقاط ويحسب الخطأ.
• Actuator] - ينطبق على الإجراء التصحيحي (الصمام، المحرك، الحرارة).
• Feedback cycle] - closes the circuit by returning output data to the controller.

وهذه المكونات تعمل عادة في بيئات معزولة ومفتوحة، غير أن إضافة الربط السحابي تستحدث طبقة من المعلومات الاستخبارية تحولها من منظمين بسيطين إلى نظم تعليمية قادرة على التكيف، ويستلزم فهم هذا التحول نظرة أعمق على ميكانيكيي التكامل السحابي.

أهمية التواصل بين الكلاود في نظم اللووب المغلقة

وتشير القدرة على الاتصال بالكلاب إلى قدرة الأجهزة داخل نظام مغلق للثغرات على تبادل البيانات مع منصة سحاب مركزية على الإنترنت، مما يتيح تدفق البيانات إلى ما وراء أرض المصنع إلى محركات التخزين والتجهيز والمحللين عن بعد، ولا يمكن المغالاة في أهمية هذه القدرة، لأنها تؤثر مباشرة على كل وجه من جوانب الأداء التشغيلي.

تبادل البيانات في الوقت الحقيقي والحد من حالات الطوارئ

وتولد نظم الاختراق الحديثة تدفقات هائلة من بيانات الاستشعار، إذ إن الربط بين الترددات المكتومة يتيح تقاسم هذه البيانات فوراً مع آلات أخرى، ولوحات مركزية، ونماذج آي، وفي حين أن التأخر في السحب كان شاغلاً في وقت واحد، فإن ضخ 5 جي وحساب الحواف قد قلل من التأخيرات إلى ثانيتين من السحب، مما يجعل من الممكن إجراء تعديلات في الوقت الحقيقي حتى بالنسبة للتطبيقات السريعة.

تخزين البيانات والتحليل التاريخي

ويمكن للمستشعرات الصناعية أن تنتج تيرابايت من البيانات سنوياً، ويُعد تخزين المواد في شكل كميات باهظة التكلفة ومحدودة، كما أن منابر السحاب مثل AWS، و Microsoft Azure، وGogle Cloud تتيح تخزيناً غير محدود تقريباً، ويمكن التنبؤ به بجزء من التكلفة، وتصبح هذه البيانات المخزنة سحابة ذهبية لتحليل الاتجاهات التاريخية، وعندما تُسحب الآلة من التها بعد ذلك بعشرة، يمكن للمهندسة أن تُعيداً.

الرصد عن بعد والرقابة على المشغل

ويمكن لمديري النباتات، بواسطة لوحة مأمونة، رصد عشرات من نظم النكهة المغلقة من لوحة أو هاتف ذكي، بغض النظر عن الموقع، ويمكن أيضا دفع إنذارات عن وجود شذوذ - مثل ارتفاع درجة الحرارة في مفاعل كيميائي - مما يتيح التدخل السريع، وخلال وباء COVID-19، اعتمد العديد من الصانعين على نظم متداخلة مع السحب من أجل الحفاظ على إنتاج مصانع مختلفة تعمل على التكرار.

تعزيز الأمن والامتثال

وكثيرا ما يشار إلى الأمن بوصفه رادعا لاعتماد الغيوم، ومع ذلك فإن كبار مقدمي السحب يستثمرون بلايين في أمن الفضاء الحاسوبي، بما في ذلك التشفير، وإدارة الهوية، والرصد المستمر، وبالنسبة للصناعات المنظمة مثل المستحضرات الصيدلانية وتجهيز الأغذية، توفر برامج السحب سمات مبنية لتلبية الجزء 11 من فرنكات الجماعة الإنمائية للجنوب الأفريقي، والناتج المحلي الإجمالي، وغير ذلك من المعايير، كما تتيح الربط الشبكي المزود بالبرمجيات المضمونة معلومات مستكملة عن طريق البرمجيات:

كيف يمكن للتواصل مع الكلاود أن يعزز نظم اللووب المغلقة

إن إدماج الربط السحابي في نظم مغلقة يحوّلها من التفاعل إلى الاستباقية، ويُحتذى بالمجالات الرئيسية للتعزيز.

الصيانة الافتراضية وكشف الإصابة بمرض الشذوذ

ولا يمكن أن تكون نظم الحلقات المغلقة التقليدية رد فعل إلا على الأخطاء بعد حدوثها - وهي حرارة فوقية وتوقفت، مما يتسبب في توقف غير مخطط له، ومع وجود وصلات غيمة وبيانات استشعارية )الاحترار، ودرجة الحرارة الحالية( تُدرج باستمرار في نماذج للتعلم الآلي التي تتعلم المظاريف العادية، وعندما تظهر حالات الانحراف الخفي - مثل زيادة السحابة بنسبة ٢ في المائة - يمكن للنظام أن يحدد الصيانة قبل حدوث اضطرابات في المجرى المكثفة)٢٠(.

مواصلة تحسين التعلم من خلال التعلم في مجال الآلات

فنظم النكهة المغلقة ذات طابع محدد - تتبع خوارزمية ثابتة للتحكم - وتتيح الربط بين الكلاود المجال الرقابي نفسه للتطور، ويمكن أن تختبر نماذج التعلّم في مجال الإنفاذ مختلف نقاط خارج الخط، وأن تكتشف نظما تشغيلية أكثر كفاءة، وأن تضغط بارامترات جديدة على المتحكم، وعلى مر الزمن، يصبح النظام أكثر دقة وكفاءة من حيث الطاقة، وعلى سبيل المثال، يمكن لنظام HVAC المترابط في تركيبة في شكل كبير أن يتعلم من أنماطا مضافة من درجات الحرارة.

القابلية للتسويق والقابلية للتشغيل

فإضافات آلة جديدة إلى شبكة مغلقة على مستوى الأرض يتطلب في كثير من الأحيان تشكيلة ميدانية باهظة التكلفة ومراقبين إضافيين، مع الربط السحابي، يحتاج جهاز جديد إلى الوصول إلى الشبكة ومفتاح نظام المعلومات المسبقة عن البضائع، ويسجل المنبر السحابي تلقائياً مسارات البيانات ويدمجها في النظام الإيكولوجي للمراقبة، وهذا التصعيد حاسم بالنسبة للعمليات التي تنمو بسرعة، مثل مراكز النقل الآلي التي تضيف آلافاً من أجهزة الاتصال الآلية.

صنع القرار على مستوى المؤسسة

فنظم الحلقات المغلقة الفردية تُفضّل المتغيرات المحلية، ولكن الاستخدام الأمثل على نطاق المؤسسة يتطلب بيانات شاملة لعدة نظم، كما أن الربط بين جميع النظم الفرعية - التجميع والرسم والاختبار - يمكن أن يُدخل إلى بحيرة موحدة للبيانات، كما أن أدوات الاستخبارات التجارية تحدد الاختناقات، مثلاً، إذا أخذ الروبوت اللوحي 10 ثوان في الجزء، ولكن محطة التجميع تأخذ 15، يمكن للمدير أن يُعدّل نماذج الوصلات.

تنفيذ الربط بين الكلاود: إطار عملي

ويتطلب الانتقال من المفهوم إلى الإنتاج تخطيطا دقيقا، ويوجز الإطار التالي الخطوات الرئيسية لإدماج الربط السحابي في نظم المعلومات المغلقة القائمة.

تقييم احتياجات الشبكة من الجاهزة والارتطام

وقبل إضافة الربط السحابي، تقييم الهياكل الأساسية للشبكة القائمة، وتحديد الحد الأقصى المقبول لكل حلقة من حلقات المراقبة، وبالنسبة للثوابت التي تتطلب استجابة من المستوى الفرعي الثاني، يجب أن يستضيف بوابة حدائق المتحكم في الوقت الحقيقي بينما تتولى السحابة معالجة غير حاسمة، وإجراء مسح للمواقع لتحديد المناطق الميتة والقيود المفروضة على نطاق الترددات، وخطة إعادة التكرار: كفالة استمرار الربط بين الإنترنت والتخلف التلقائي.

اختيار الهيكل الأيمن للكلاود

وتوجد ثلاثة أنماط رئيسية للهيكل: السحابة العامة، والسحابة الخاصة، والسحابة الهجينة، والسحابة العامة )الآوز، والزهور، والاختلاط(، تقدم تكلفة منخفضة، ومثالا للتخزين التاريخي والتدريب على التنفيذ، وتتناسب السحابة الخاصة أو الحلول على نطاق ضيق مع البيئة التي تتطلبها سيادة البيانات، وقد تحافظ السحابة الأكثر شيوعا للاستخدام الصناعي على حلقة التحكم في الوقت الحقيقي في جهاز السحب مع استخدام السحابة العامة.

توحيد نماذج البيانات وتطبيقاتها

وتنتج الأجهزة غير المتجانسة بيانات بأشكال مختلفة، ولتجنب الفوضى في الاندماج، تعتمد نماذج بيانات موحدة مثل مواصفات الشركة التابعة لمكتب خدمات الرقابة الداخلية أو المعيار إيزو 15926 لصناعات التصنيع، وتستخدم منصة بيانات لا تعرف عناوينها مثل Directus] لإنشاء طبقة موحدة من القيد الآلي التي تستخلص التعقيدات.

التنفيذ الأمني عن طريق التصميم

ويجب أن يُجسَّد الأمن منذ البداية، وليس في النهاية، وأن يستخدم نظام TLS 1.3 لجميع البيانات العابرة، وأن يشفّر البيانات الحساسة في مكان الراحة، وأن يطبق الرقابة على الدخول على أساس الدور، وأن يقسم شبكة OT من شبكة تكنولوجيا المعلومات المؤسسية باستخدام جدران الحريق والمناطق المنزوعة السلاح، وأن ينشر وسيطا أمنيا سحابيا لرصد السلوك الشاذ غير الشامل.

خطة التحلل المجزئ

وسيحدث انقطاع للشبكات، وسيعين المتحكم المحلي ليعمل بشكل مستقل عندما تفقد القدرة على الاتصال بالسحابة، وينبغي أن يجهز جهاز الحافة البيانات الحديثة ويرفعها بمجرد استعادة الصلة، وينفذ، بالنسبة للثوابت الحرجة، تراجعا في نقاط حفظ تمنع وقوع الضرر، ويشهد سيناريوهات تدهور الاختبار أثناء التكليف، ويحفز الانقطاعات الشبكية، ويقيّم سلوك النظام، والهدف هو عدم حدوث حوادث أمان وقلة من الخسائر في الجودة خلال عمليات السحب.

التحديات والنظر في نظم لووب مغلقة متماسكة

وفي حين أن الفوائد مُلحة، يجب على المهندسين وصناع القرار أن يتصدوا لعدة تحديات لضمان التنفيذ الناجح.

المخاطر الأمنية وتشوهات البيانات

ويوسع نطاق نظام مراقبة التصنيع على شبكة الإنترنت سطح الهجوم، ويمكن أن يتيح حساب السحب المهين للمهاجم التلاعب بنقاط أو تعطيل الإنتاج أو سرقة الممتلكات الفكرية، وتشمل حالات التخفيف التوثيق المتعدد العوامل، وتقسيم الشبكة (الفصل بين التجارة والنقل)، والتشفير النهائي، ويوفر إطار الأمن السحابي الذي يُستخدم أساساً لاختبارات الأمن بعد إجراء مراجعة الحسابات الصناعية.

الموثوقية والارتباطية

فلو انخفضت الاتصالات السحابية، يجب أن يكون بوسع المراقب المحلي أن يعمل بشكل مستقل - وهو مفهوم يعرف باسم التدهور الراقي، ويستخدم العديد من النظم هيكلا هجينا: فالسحابة تُعالج محلليات طويلة الأجل، بينما يحافظ مجهز الحواف المحلية على مراقبة التوقيت الحقيقي، ويمكن للوصلات الشبكية الرجعية (مثلا، عدم وجود خدمة عالية) أن تحسن الموثوقية.

خصوصية البيانات والامتثال التنظيمي

وتعالج الصناعات مثل الرعاية الصحية والدفاع والطاقة بيانات حساسة يجب أن تظل ضمن ولايات قضائية محددة، وتقدم الجهات المقدمة للبيانات المزودة بالكلاود مراكز بيانات خاصة بكل منطقة، ولكن على المنظمات أن تكفل الامتثال للقوانين المحلية (GDPR في أوروبا، وCCPA في كاليفورنيا) وينبغي أن تقيد سياسات تصنيف البيانات بعض مجموعات البيانات من مغادرة المصنع، وفي بعض الحالات، يفضل نشر غيوم خاص أو غيوم مختلط، ويصدق على أن النظام السحابي يفي بمتطلبات البرمجيات الإلكترونية.

تعقيد التكامل مع نظم الإرث

(ب) يمكن أن تكون جميع المصانع مراعياً للبيئة، كما أن إعادة تكييف الربط السحابي على أساس عقود من البلدان النامية والمجسات التي تبلغ من العمر عدة عقود يمكن أن تكون صعبة، كما أن بروتوكولات الإرث (مودبوس، بروفيوس) قد تتطلب بوابات أو محولات بروتوكولات، وينبغي أن تُقيَّد تكلفة التكامل مقابل العودة المتوقعة، وتعتمد منظمات كثيرة نهجاً مرحلياً: البدء بالآلات الحرجة، ثم تحديد النطاق.

الاتجاهات المستقبلية في نظم اللووب المغلقة المحتوية على كلود

ويتطور تقاطع الربط السحابي والتحكم المغلق في حلقات العمل بسرعة، وسيشكل العقد القادم عدة اتجاهات.

Edge Computing and Distributed Intelligence

وفي حين أن الربط السحابي يجلب التحليلات المركزية، فإن الحوسبة تتجه نحو مصدر البيانات، وهذا يقلل من استخدام الترددات وزوارق النطاقات، وفي هيكل السحب، فإن جهاز الحافة يدير حلقة التحكم في الوقت الحقيقي بينما تقوم نماذج القطارات السحابية وتكثف التنسيق العالمي، مثلا، يمكن لأسطول المركبات ذاتيا ذاتيا الموجهة أن يتخذ قرارات مقسمة على نطاق محلي، بينما تتجه الحاويات الخضراء إلى التدفق.

الاستخبارات الفنية والعملية المستقلة

وسوف تتجاوز منظمة العفو الدولية النفقة المتوقعة إلى نظام تدوين مستقل، وسيؤدي التوأم الرقمي - التكرار الافتراضي للنظم المادية - إلى إجراء محاكاة في السحابة لاختبار استراتيجيات الرقابة قبل النشر، وفي نهاية المطاف، قد تصبح نظم الحلقات المغلقة مستقلة تماما، مع تعديل نفسها لتغيّرات المواد الخام والطلب والظروف البيئية دون تدخل بشري، ويتوقع غارتينر أن تستخدم 50 في المائة من المنظمات الصناعية تدابير الصنع الأمثل لاعتماد عملية إنتاج واحدة على الأقل.

5 زاي و Ultra-Reliable Low-Latency Communication

5G networks offer laency below 1 millisecond and reliable of 99.999%, making them ideal for closed cycle applications that currently require wired connections. Wireless closed cycle control will enable flexible reconfiguration of production lines without moving cables. Early adopters in automotive lamotive manufacturing are testing 5G-connected collaborativeroids that react to worker movements in real time. Private 5G networks, deployed on factory premises, provide guaranteed performance and data sovereignty.

معايير التشغيل المتبادل والمعمارات المفتوحة

(أ) يمكن أن تؤدي مبادرات مثل منظمة حظر الأسلحة الكيميائية على شبكة TSN (الشبكة الحساسة للسنتين) وأطر اتحاد الإنترنت الصناعية إلى تمهيد الطريق أمام نظم مترابطة سحابياً قابلة للتشغيل حقاً.

خاتمة

إن الربط بين السحابة لم يعد ترف لنظم الحلقة المغلقة - بل هو أمر لا بد منه، إذ إن من خلال إتاحة تبادل البيانات في الوقت الحقيقي، والتنبؤ، والتفاؤل على نطاق المؤسسة، فإن السحابة تحول حلقات الرقابة الصارمة إلى شبكات متكيفة وذكية، وتحديات مثل الأمن، والتساهل، والتكامل، ولكن مع الهيكل السحابي المناسب والأدوات المناسبة، يمكن التغلب عليها، مع هيمنة الأسواق، والامتيازجة، وخام، و٥.