Sử dụng MQTT cho IIoT trong việc theo dõi và phân tích thời gian ngừng sản xuất ngoài kế hoạch: 5 điểm tích cực lớn

MQTT tạo điều kiện di chuyển dữ liệu hiệu quả cho IIoT, đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu máy sản xuất cập nhật từ nhiều nguồn khác nhau. Dữ liệu này có thể được kết hợp để theo dõi và phân tích hiệu quả thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch trong quá trình thiết lập IIoT (IIoT) sản xuất hoặc công nghiệp của bạn.

Vì vậy, trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách MQTT và Sparkplug có thể giúp các nhà sản xuất tổng hợp dữ liệu và đưa dữ liệu đó vào hoạt động để cho phép phân tích thời gian ngừng hoạt động của máy.

Thu thập và tổng hợp dữ liệu nhà máy bằng MQTT và Sparkplug

MQTT (xem Hình 1) là một giao thức nhắn tin đăng ký xuất bản nhị phân tiêu chuẩn được thiết kế để vận chuyển dữ liệu ứng dụng, hệ thống và máy móc nhà máy nhanh và đáng tin cậy để cho phép theo dõi thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến, đặc biệt là trong các điều kiện rất hạn chế.

Các hạn chế có thể bao gồm kết nối mạng không đáng tin cậy, băng thông hạn chế hoặc nguồn pin hạn chế. MQTT được xây dựng dựa trên TCP/IP, đây là giao thức truyền thông cơ bản để kết nối các thiết bị mạng trên Internet.

Vì những lý do này, MQTT lý tưởng cho IIoT và hỗ trợ kiến trúc hướng sự kiện.

Công nghệ MQTT được thiết kế để đẩy dữ liệu đến và đi từ hàng nghìn máy móc, hệ thống và ứng dụng từ xa trong toàn doanh nghiệp. MQTT Sparkplug là một khung nằm trên MQTT để thêm nhiều ngữ cảnh hơn vào dữ liệu sản xuất.

Đây là một đặc tả phần mềm nguồn mở cung cấp cho các máy khách MQTT một khung để tích hợp các dữ liệu khác nhau của nhà máy và cung cấp ngữ cảnh bằng cách xác định các mô hình dữ liệu.

Nó cung cấp một cách nhất quán để các nhà sản xuất thiết bị sản xuất và nhà cung cấp phần mềm chia sẻ dữ liệu nhà máy theo ngữ cảnh, làm phong phú thêm phân tích về thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Hình 2 cung cấp kiến trúc dữ liệu dựa trên MQTT Sparkplug, cho thấy cách nhà môi giới dữ liệu kết nối nhiều máy/quy trình và ứng dụng để cho phép di chuyển dữ liệu nhà máy hai chiều liền mạch giữa các hệ thống OT và CNTT.

MQTT đã trở nên phổ biến khi nói đến chiến lược IIoT của doanh nghiệp. Trong một cuộc khảo sát do IIoT thực hiện vào năm 2022, MQTT rõ ràng là người chiến thắng khi nói đến các công cụ di chuyển dữ liệu cần thiết để hoàn thành chiến lược của IIoT.

Năm lợi ích của việc sử dụng MQTT và Sparkplug trong IIoT

1. Hợp nhất nhiều loại dữ liệu máy của nhà máy

Các thuật toán phần mềm giúp theo dõi và giảm thời gian ngừng hoạt động của máy cần nhiều loại dữ liệu bao gồm dữ liệu máy, dữ liệu quy trình, hồ sơ bảo trì và các thông tin khác. Mỗi loại dữ liệu này có tỷ lệ khác nhau.

MQTT cung cấp một nguồn sự thật duy nhất có thể tập hợp tất cả dữ liệu vào một vị trí cung cấp Không gian tên hợp nhất (UNS) để sau đó cho phép các thuật toán này dễ dàng hành động dựa trên dữ liệu và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

2. Thu thập và tổng hợp dữ liệu nhà máy theo thời gian thực

Để các thuật toán theo dõi và giảm thiểu thời gian ngừng máy hoạt động hiệu quả, đặc biệt là trong các giải pháp dựa trên biên, dữ liệu và thông tin phải theo thời gian thực vì nếu không, đầu ra của thuật toán sẽ dựa trên dữ liệu cũ và có thể không dẫn đến kết quả đúng trên hỏng máy, dẫn đến các quyết định sai lầm tiềm ẩn được đưa ra.

MQTT cho phép chia sẻ thông tin theo thời gian thực dựa trên kiến trúc báo cáo và đăng ký xuất bản dựa trên ngoại lệ của nó.

Ngoài ra, Sparkplug đảm bảo rằng các thay đổi của hệ thống phụ của nhà máy như tạo hệ thống mới, phá vỡ hệ thống hoặc các thay đổi được thông báo theo thời gian thực cho các ứng dụng đang chạy thuật toán để có thể đưa ra quyết định đúng đắn dựa trên dữ liệu hệ thống mới nhất của nhà máy.

3. Đưa dữ liệu sản xuất theo ngữ cảnh vào

Để các thuật toán theo dõi và giảm thời gian chết của máy hoạt động tối ưu, ngoài việc có dữ liệu thực tế, bối cảnh xung quanh dữ liệu cũng rất quan trọng.

Đây là nơi có mô hình dữ liệu xác định cấu trúc của dữ liệu nhà máy, nơi đặt máy đối với hệ thống con, vị trí sản xuất, v.v., cung cấp thêm ngữ cảnh cho dữ liệu có thể giúp thuật toán bảo trì dự đoán thực hiện công việc dự đoán tốt hơn sự cố máy móc.

MQTT Sparkplug cung cấp các mô hình dữ liệu này để đảm bảo bối cảnh dữ liệu được diễn giải tốt hơn để có đầu ra phong phú hơn. MQTT Sparkplug cũng hỗ trợ gắn thẻ dữ liệu và siêu dữ liệu, cho phép nhà sản xuất sắp xếp, lọc và tìm kiếm dữ liệu hiệu quả hơn.

Tổ chức dữ liệu gia tăng này nâng cao chất lượng dữ liệu và hỗ trợ các ứng dụng học máy và phân tích thời gian ngừng hoạt động nâng cao.

4. Mở rộng luồng dữ liệu sản xuất một cách đáng tin cậy

MQTT Sparkplug hỗ trợ giao tiếp đáng tin cậy và có thể mở rộng, với các cơ chế xử lý khối lượng dữ liệu lớn và đảm bảo rằng các thông báo được gửi một cách đáng tin cậy. Nó có các khả năng đệm tích hợp và các mức Chất lượng Dịch vụ (QoS) để hỗ trợ độ tin cậy cao.

MQTT Sparkplug cũng có thể hỗ trợ một số lượng lớn kết nối thiết bị trong khi vẫn đảm bảo rằng các gói dữ liệu không bị mất. Điều này cho phép các thuật toán đo lường thời gian ngừng hoạt động nâng cao cần khối lượng dữ liệu lớn để theo dõi chính xác thời gian ngừng hoạt động, nguyên nhân gốc rễ của nó và đảm bảo có thể giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

5. Kết nối và truyền dữ liệu gốc một cách an toàn

MQTT Sparkplug hỗ trợ các biện pháp bảo mật mạnh mẽ, bao gồm mã hóa, kiểm soát truy cập và xác thực người dùng, để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm và ngăn truy cập trái phép dữ liệu IIoT.

Đối với hầu hết các nhà sản xuất, rủi ro bảo mật và quyền riêng tư là rào cản quan trọng nhất đối với việc áp dụng công nghệ phân tích thời gian ngừng hoạt động của máy dựa trên đám mây hoặc biên.

Để giao tiếp MQTT diễn ra, khách hàng cần được xác thực với nhà môi giới để có thể gửi hoặc nhận dữ liệu trên một không gian tên chủ đề. Điều này làm cho thông tin liên lạc được bảo mật cao.

Tính năng bảo mật lớn nhất khác của MQTT là tất cả các thông tin liên lạc đều được gửi đi và do đó không có cổng mở nào để xâm nhập.

Hầu hết các nhà môi giới MQTT đều cung cấp các tính năng bảo mật bổ sung . Điều này bao gồm các tính năng ủy quyền/xác thực như Tên người dùng & mật khẩu, OAuth 2.0 (JWT), chứng chỉ ứng dụng khách X.509, quyền động và một số quyền dựa trên vai trò.

Các nhà môi giới cũng thường cung cấp Mã hóa TLS/SSL cho tất cả các thông tin liên lạc từ và đến nhà môi giới.

Ngoài ra, một số Nhà môi giới doanh nghiệp, như HiveMQ, cung cấp các tích hợp bổ sung, cho phép khách hàng triển khai các biện pháp bảo mật giống như họ có trên cơ sở hạ tầng CNTT của họ như AD, LDAP và các biện pháp khác trên nhà môi giới.

Bắt đầu với việc theo dõi và phân tích theo thời gian thực để tránh thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch

Giao thức MQTT, cùng với Sparkplug, đang trở nên phổ biến đối với giao tiếp từ nhà máy đến doanh nghiệp/đám mây vì nó nhẹ, báo cáo theo ngoại lệ và cung cấp nhiều tính năng về bảo mật, khả năng mở rộng, độ tin cậy và các tính năng khác.

MQTT đang giúp thúc đẩy các ứng dụng IIoT đã đưa ngành sản xuất tiến gần hơn đến việc loại bỏ thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Các thuật toán tiên tiến và quản lý tài sản hỗ trợ IIoT và MQTT đã giúp giảm đáng kể thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, nâng cao năng lực và hiệu quả sản xuất của công ty.