Usando o MQTT para IIoT no rastreamento e análise do tempo de inatividade de fabricação não planejado: 5 grandes pontos positivos

O MQTT facilita a movimentação eficiente de dados para IIoT, garantindo a disponibilidade de dados atualizados de máquinas de manufatura de várias fontes. Esses dados podem ser combinados para rastrear e analisar efetivamente o tempo de inatividade não planejado em sua configuração industrial ou IIoT (IIoT).

Portanto, neste artigo, exploraremos como o MQTT e o Sparkplug podem ajudar os fabricantes a agregar dados e colocá-los em funcionamento para permitir análises de tempo de inatividade da máquina.

Aquisição e agregação de dados de fábrica usando MQTT e Sparkplug

O MQTT (consulte a Figura 1) é um protocolo de mensagens de publicação-assinatura binário padrão projetado para máquinas de fábrica, sistemas e transporte de dados de aplicativos rápidos e confiáveis para permitir o rastreamento de tempo de inatividade não planejado, especialmente sob condições muito restritas.

As restrições podem incluir conectividade de rede não confiável, largura de banda limitada ou bateria limitada. MQTT é construído sobre TCP/IP, que é o protocolo de comunicação para interconectar dispositivos de rede na Internet.

Por esses motivos, o MQTT é ideal para IIoT e oferece suporte a uma arquitetura orientada a eventos.

A tecnologia MQTT foi projetada para enviar dados de e para milhares de máquinas, sistemas e aplicativos remotos de fábrica em toda a empresa. O MQTT Sparkplug é uma estrutura que se baseia no MQTT para adicionar mais contexto aos dados de fabricação.

É uma especificação de software de código aberto que fornece aos clientes MQTT uma estrutura para integrar vários dados de fábrica e fornecer contexto definindo modelos de dados.

Ele fornece uma maneira consistente para fabricantes de equipamentos de fabricação e fornecedores de software compartilharem dados contextuais da fábrica, enriquecendo a análise de paradas não planejadas.

A Figura 2 fornece uma arquitetura de dados baseada em MQTT Sparkplug que mostra como o corretor de dados conecta várias máquinas/processos e aplicativos para permitir a movimentação bidirecional contínua de dados de fábrica entre sistemas OT e TI.

O MQTT ganhou popularidade quando se trata de estratégia corporativa de IIoT. Em uma pesquisa realizada pela IIoT em 2022, o MQTT foi o vencedor claro quando se trata de ferramentas de movimentação de dados essenciais para cumprir a estratégia da IIoT.

Cinco benefícios de usar MQTT e Sparkplug na IIoT

1. Unificando uma variedade de tipos de dados de máquinas de fábrica

Os algoritmos de software que ajudam a rastrear e reduzir o tempo de inatividade da máquina precisam de uma grande variedade de dados, que incluem dados da máquina, dados do processo, registros de manutenção e outras informações. Cada um desses tipos de dados vem em taxas diferentes.

O MQTT fornece uma única fonte de verdade que pode reunir todos os dados em um único local, fornecendo um Namespace Unificado (UNS) para permitir que esses algoritmos atuem facilmente sobre os dados e reduzam os tempos de inatividade não planejados.

2. Obtenção de aquisição e agregação de dados de fábrica em tempo real

Para que os algoritmos de rastreamento e redução do tempo de inatividade da máquina sejam eficazes, especialmente em soluções baseadas em borda, os dados e as informações devem ser em tempo real, porque, caso contrário, a saída do algoritmo será baseada em dados antigos que podem não levar ao resultado correto em falha da máquina, levando à tomada de decisões potencialmente erradas.

O MQTT permite o compartilhamento de informações em tempo real com base em seus relatórios baseados em exceção e arquitetura de publicação/assinatura.

Além disso, o Sparkplug garante que as alterações do subsistema de fábrica, como criação de novo sistema, desmontagem do sistema ou alterações, sejam notificadas em tempo real para os aplicativos que executam os algoritmos, para que as decisões corretas possam ser tomadas com base nos dados mais recentes do sistema de fábrica.

3. Trazendo dados de fabricação contextualizados

Para que os algoritmos de rastreamento e redução do tempo de inatividade da máquina funcionem de maneira ideal, além de ter os dados reais, também é muito importante ter o contexto em torno dos dados.

É aqui que ter um modelo de dados que define a estrutura dos dados da fábrica, onde a máquina reside em relação ao subsistema, local de produção etc., fornece mais contexto aos dados que podem ajudar os algoritmos de manutenção preditiva a fazer um trabalho melhor de previsão as falhas da máquina.

O MQTT Sparkplug fornece esses modelos de dados para garantir que o contexto de dados seja melhor interpretado para uma saída mais rica. O MQTT Sparkplug também suporta marcação de dados e metadados, permitindo que os fabricantes organizem, filtrem e pesquisem dados com mais eficiência.

Essa maior organização de dados aprimora a qualidade dos dados e suporta análises avançadas de tempo de inatividade e aplicativos de aprendizado de máquina.

4. Dimensionando o fluxo de dados de fabricação de forma confiável

MQTT Sparkplug suporta comunicação escalável e confiável, com mecanismos para lidar com grandes volumes de dados e garantir que as mensagens sejam entregues de forma confiável. Ele possui recursos de buffer integrados e níveis de qualidade de serviço (QoS) para suportar alta confiabilidade.

O MQTT Sparkplug também pode suportar um grande número de conexões de dispositivos, garantindo que os pacotes de dados não sejam perdidos. Isso permite algoritmos avançados de medição de tempo de inatividade que precisam de grandes volumes de dados para rastrear com precisão o tempo de inatividade, sua causa raiz e garantir que ele possa ser minimizado.

5. Conexão segura e transferência de dados de fábrica

O MQTT Sparkplug oferece suporte a medidas de segurança robustas, incluindo criptografia, controles de acesso e autenticação do usuário, para proteger dados confidenciais e impedir o acesso não autorizado de dados da IIoT.

Para a maioria dos fabricantes, o risco de segurança e privacidade é a barreira mais significativa para a adoção de tecnologia de análise de tempo de inatividade de máquina baseada na borda ou na nuvem.

Para que a comunicação MQTT aconteça, um cliente precisa ser autenticado com um broker para que possa enviar ou receber dados em um namespace de tópico. Isso torna a comunicação altamente segura.

O outro maior recurso de segurança do MQTT é que todas as comunicações são de saída e, portanto, não há portas abertas para hackear.

A maioria dos corretores MQTT fornece recursos de segurança adicionais . Isso inclui recursos de autorização/autenticação como nome de usuário e senha, OAuth 2.0 (JWT), certificados de cliente X.509, permissões dinâmicas e permissões baseadas em funções, para citar alguns.

Os corretores normalmente também fornecem criptografia TLS/SSL para todas as comunicações de e para o corretor.

Além disso, alguns corretores corporativos, como o HiveMQ, oferecem integrações adicionais, que permitem aos clientes implementar as mesmas medidas de segurança que possuem em sua infraestrutura de TI, como AD, LDAP e outros no corretor.

Comece com rastreamento e análise em tempo real para evitar tempo de inatividade não planejado

O protocolo MQTT, junto com o Sparkplug, está ganhando popularidade para comunicações de fábrica para empresa/nuvem, pois é leve, relata por exceção e fornece muitos recursos relacionados a segurança, escalabilidade, confiabilidade e outros.

O MQTT está ajudando a conduzir aplicativos de IIoT que aproximaram as verticais de manufatura da eliminação de paradas não planejadas.

O gerenciamento de ativos habilitados para IIoT e MQTT e algoritmos avançados ajudaram nas reduções significativas no tempo de inatividade não planejado, aprimorando os recursos e eficiências de fabricação da empresa.