eng
Выпуск #5/2021
E.Луппов, С.Портной, М.Зорин
ТЕХНОЛОГИИ IoT ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОХРАННОСТИ СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И МЕДИЦИНСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИИ IoT ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОХРАННОСТИ СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И МЕДИЦИНСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Просмотры: 6079
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.62.67
В статье приведены обзор и сравнительный анализ предлагаемых сегодня на рынке решений промышленного Интернета вещей для организации "холодовой цепи" в пищевой и фармацевтической промышленности.
В статье приведены обзор и сравнительный анализ предлагаемых сегодня на рынке решений промышленного Интернета вещей для организации "холодовой цепи" в пищевой и фармацевтической промышленности.
Теги: cold chain cold chain monitoring industrial internet of things mesh-iot мониторинг холодовой цепи промышленный интернет вещей холодовая цепь
ТЕХНОЛОГИИ IoT для обеспечения сохранности скоропортящихся пищевых продуктов и медицинской безопасности
E.Луппов, региональный директор компании "КартаСенс" / eugene@cartasense.com,
С.Портной, д.т.н., директор по развитию бизнеса компании "КомпТек", консультант компании "КартаСенс"/ s.portnoy@comptek.ru,
М.Зорин, технический менеджер компании "КартаСенс" / zorin5@mail.ru
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.62.67
В статье приведены обзор и сравнительный анализ предлагаемых сегодня на рынке решений промышленного Интернета вещей для организации "холодовой цепи" в пищевой и фармацевтической промышленности.
Введение
Пищевая и фармацевтическая отрасли предъявляют все более строгие требования к контролю и поддержанию определенного температурного режима во время хранения и перевозки, соответственно, скоропортящихся продуктов и лекарственных средств. И это не только требования рынка, конечных потребителей, но и требования регуляторов.
Существует целый ряд нормативных документов, которым должны строго соответствовать как цепи поставок (требования к "холодовым цепям"), так и условия хранения продукции этих отраслей.
Таким образом, требования регуляторов (Росздравнадзор, Роспотребнадзор и др.) являются драйвером рынка решений по организации логистической "холодовой цепи" и температурного онлайн-мониторинга при хранении продуктов и препаратов и повышают востребованность этих решений.
Важная функция, которую должна решать система управления цепями поставок − поддержание и контроль за сохранением температурных режимов, установленных для скоропортящихся продуктов и лекарственных средств.
Осуществлять такую функцию помогают технологии Интернета вещей (IoT), в том числе автономные сенсоры для измерения и передачи данных, беспроводные технологии передачи данных и средства обработки данных и предиктивной аналитики.
"Холодовые цепи": решения и критерии их оценки
Развитие современных логистических предприятий направлено не только на реализацию своевременной доставки грузов, но и на существенное снижение потерь при транспортировке. Одно лишь отслеживание положения груза является сегодня недостаточным. На первый план выходят технологии, позволяющие обеспечить "холодовую цепь" − бесперебойно функционирующую систему, обеспечивающую оптимальный температурный режим хранения и транспортировки термозависимой продукции на всех этапах доставки − от предприятия-изготовителя до конечного потребителя.
В мировой практике хранения и транспортировки грузов возникло понятие Temperature Controlled Logistics, включающее в себя возможность получения комплекса высокоточных данных о температуре груза как в режиме лога данных, так и в онлайн-режимах. Такой подход является особенно важным для пищевой и фармацевтической промышленности, где потери при транспортировке и хранении составляют до одной трети объема поставляемой продукции, а это десятки миллиардов долларов в год.
"Холодовая цепь" фиксирует, что в ходе транспортировки не было риска порчи продукта и что он неизменно находился в допустимом температурном диапазоне. Несмотря на всю значимость "холодовых цепей", необходимо оценивать их эффективность и применимость для соответствующего бизнес-кейса: с точки зрения баланса затрат, с одной стороны, и необходимой функциональности, с другой.
Рассмотрим факторы и критерии, которые влияют на выбор оптимального решения "холодовой цепи":
Беспроводные технологии передачи данных
Последние 30 лет были ознаменованы бурным развитием систем связи, особенно мобильных, как в промышленности (как производная − промышленный Интернет вещей (IIoT)), так и в повседневной деятельности человека (как производная − "бытовой" IoT). На сегодня мобильные сети прошли в своем развитии пять поколений и стали неотъемлемым атрибутом жизни. Каналы высокой пропускной способности позволили реализовать услуги голосовой связи, службы коротких сообщений, передачи мультимедийных сообщений и интернета. Однако идея создания сетей связи и управления IIoT, как и автоматизации реальных бытовых процессов жизнедеятельности современного общества, требует иных подходов и решений [2].
Основными требованиями здесь являются:
Ниже кратко охарактеризуем протоколы IoT, которые получили наибольшее распространение в нашей стране и являются ключевыми для сравнительного анализа.
NB-IoT
NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) сегодня является признанным стандартом IoT мобильных сетей связи. Работы по созданию этой технологии проводились партнерством 3GPP в рамках разработки стандартов сотовых сетей нового поколения. Рабочие спецификации были опубликованы в июне 2016 года.
Стандарт ориентирован на подключение к сетям связи широкого спектра автономных устройств [2]. Например, медицинских датчиков, счетчиков потребления ресурсов, устройств умного дома и т. п. NB-IoT является одним из трех стандартов IoT, разработанных 3GPP для сотовых сетей связи, наряду с eMTC (enhanced Machine-Type Communication) и EC-GSM-IoT.
eMTC обеспечивает наибольшую пропускную способность и работает на оборудовании LTE. Сеть NB-IoT может быть развернута как на оборудовании сотовых сетей LTE, так и отдельно, в том числе поверх GSM. EC-GSM-IoT предоставляет наименьшую пропускную способность и разворачивается поверх сетей стандарта GSM.
Главным достоинством NB-IoT является использование данного стандарта всеми ведущими мобильными операторами России.
LoRaWAN
Энергоэффективный сетевой открытый протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks) был представлен в 2015 году компанией Semtech Corporation и исследовательским центром IBM Research. Существенной частью протокола стала возможность развертывания межмашинных (M2M) коммуникаций, что дало значительные преимущества перед Wi-Fi и мобильными сетями.
Развитие технологии LoRa направляется некоммерческой ассоциацией участников рынка LoRa Alliance. Целью альянса является продвижение протокола LoRaWAN в качестве единого стандарта для глобальных сетей с низким энергопотреблением LPWAN (Low Power Wide Area Network).
Основным преимуществом является возможность развертывания M2M-коммуникаций на расстояниях до 20 км и скоростях до 50 кбит/с при минимальном потреблении электроэнергии, обеспечивающем несколько лет автономной работы на одном элементе питания типа АА. На данный момент в России предполагается использование LoRaWAN для территорий с низкой плотностью абонентов.
NB-Fi
Протокол NB-Fi утвержден Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) как предварительный национальный стандарт РФ. Разработка стандарта NB-Fi началась в 2017 году. Иници
E.Луппов, региональный директор компании "КартаСенс" / eugene@cartasense.com,
С.Портной, д.т.н., директор по развитию бизнеса компании "КомпТек", консультант компании "КартаСенс"/ s.portnoy@comptek.ru,
М.Зорин, технический менеджер компании "КартаСенс" / zorin5@mail.ru
DOI: 10.22184/2070-8963.2021.97.5.62.67
В статье приведены обзор и сравнительный анализ предлагаемых сегодня на рынке решений промышленного Интернета вещей для организации "холодовой цепи" в пищевой и фармацевтической промышленности.
Введение
Пищевая и фармацевтическая отрасли предъявляют все более строгие требования к контролю и поддержанию определенного температурного режима во время хранения и перевозки, соответственно, скоропортящихся продуктов и лекарственных средств. И это не только требования рынка, конечных потребителей, но и требования регуляторов.
Существует целый ряд нормативных документов, которым должны строго соответствовать как цепи поставок (требования к "холодовым цепям"), так и условия хранения продукции этих отраслей.
Таким образом, требования регуляторов (Росздравнадзор, Роспотребнадзор и др.) являются драйвером рынка решений по организации логистической "холодовой цепи" и температурного онлайн-мониторинга при хранении продуктов и препаратов и повышают востребованность этих решений.
Важная функция, которую должна решать система управления цепями поставок − поддержание и контроль за сохранением температурных режимов, установленных для скоропортящихся продуктов и лекарственных средств.
Осуществлять такую функцию помогают технологии Интернета вещей (IoT), в том числе автономные сенсоры для измерения и передачи данных, беспроводные технологии передачи данных и средства обработки данных и предиктивной аналитики.
"Холодовые цепи": решения и критерии их оценки
Развитие современных логистических предприятий направлено не только на реализацию своевременной доставки грузов, но и на существенное снижение потерь при транспортировке. Одно лишь отслеживание положения груза является сегодня недостаточным. На первый план выходят технологии, позволяющие обеспечить "холодовую цепь" − бесперебойно функционирующую систему, обеспечивающую оптимальный температурный режим хранения и транспортировки термозависимой продукции на всех этапах доставки − от предприятия-изготовителя до конечного потребителя.
В мировой практике хранения и транспортировки грузов возникло понятие Temperature Controlled Logistics, включающее в себя возможность получения комплекса высокоточных данных о температуре груза как в режиме лога данных, так и в онлайн-режимах. Такой подход является особенно важным для пищевой и фармацевтической промышленности, где потери при транспортировке и хранении составляют до одной трети объема поставляемой продукции, а это десятки миллиардов долларов в год.
"Холодовая цепь" фиксирует, что в ходе транспортировки не было риска порчи продукта и что он неизменно находился в допустимом температурном диапазоне. Несмотря на всю значимость "холодовых цепей", необходимо оценивать их эффективность и применимость для соответствующего бизнес-кейса: с точки зрения баланса затрат, с одной стороны, и необходимой функциональности, с другой.
Рассмотрим факторы и критерии, которые влияют на выбор оптимального решения "холодовой цепи":
- Данные о температуре должны передаваться в режиме онлайн. Это в большинстве случаев важнейший обязательный критерий для выбора такого решения. Доступ к данным в режиме реального времени является обязательным;
- Технологии передачи данных. Во многих случаях "холодовая цепь" включает транспортировку продуктов в радионепроницаемых контейнерах, что создает сложности для решений IoT (требующих, разумеется, подключения к интернету). В ряде таких случаев используют пассивные регистраторы на базе технологий BLE или RFID, но в основном применяют спутниковые и беспроводные технологии, которые рассмотрены ниже;
- Аналитика. Цель "холодовой цепи" − как можно раньше определить возможное нарушение температурного режима и вмешаться, чтобы не допустить порчи продукта, поэтому критерием выбора решения нередко является предлагаемая предиктивная аналитика на основе Big Data;
- Визуализация отчетов. Удобство и наглядность генерируемых отчетов нередко является важным фактором выбора решения "холодовой цепи";
- Сенсоры. Нередко эффективность решения мониторинга "холодовой цепи" определяется функционалом и качеством сенсоров (их надежностью и сроком службы);
- Бизнес-модель. Как правило, создание собственной платформы мониторинга "холодовой цепи" и обеспечение ее высококачественной бесперебойной работы сопряжены со значительными финансовыми затратами и отвлечением существенных внутренних ресурсов, поэтому во многих случаях более эффективным подходом является использование сервисной модели (Subscription Model), предлагаемой рядом поставщиков решений, в том числе компанией "КартаСенс" (CartaSense) [1].
Беспроводные технологии передачи данных
Последние 30 лет были ознаменованы бурным развитием систем связи, особенно мобильных, как в промышленности (как производная − промышленный Интернет вещей (IIoT)), так и в повседневной деятельности человека (как производная − "бытовой" IoT). На сегодня мобильные сети прошли в своем развитии пять поколений и стали неотъемлемым атрибутом жизни. Каналы высокой пропускной способности позволили реализовать услуги голосовой связи, службы коротких сообщений, передачи мультимедийных сообщений и интернета. Однако идея создания сетей связи и управления IIoT, как и автоматизации реальных бытовых процессов жизнедеятельности современного общества, требует иных подходов и решений [2].
Основными требованиями здесь являются:
- обеспечение каналами связи на порядки большего числа устройств;
- передача от одного абонентского устройства малого объема информации с приемлемым временем задержки;
- обеспечение продолжительной (от 1 года до 10 лет) автономной работы абонентских устройств без дополнительного обслуживания;
- предельно малая стоимость одного абонентского устройства.
Ниже кратко охарактеризуем протоколы IoT, которые получили наибольшее распространение в нашей стране и являются ключевыми для сравнительного анализа.
NB-IoT
NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) сегодня является признанным стандартом IoT мобильных сетей связи. Работы по созданию этой технологии проводились партнерством 3GPP в рамках разработки стандартов сотовых сетей нового поколения. Рабочие спецификации были опубликованы в июне 2016 года.
Стандарт ориентирован на подключение к сетям связи широкого спектра автономных устройств [2]. Например, медицинских датчиков, счетчиков потребления ресурсов, устройств умного дома и т. п. NB-IoT является одним из трех стандартов IoT, разработанных 3GPP для сотовых сетей связи, наряду с eMTC (enhanced Machine-Type Communication) и EC-GSM-IoT.
eMTC обеспечивает наибольшую пропускную способность и работает на оборудовании LTE. Сеть NB-IoT может быть развернута как на оборудовании сотовых сетей LTE, так и отдельно, в том числе поверх GSM. EC-GSM-IoT предоставляет наименьшую пропускную способность и разворачивается поверх сетей стандарта GSM.
Главным достоинством NB-IoT является использование данного стандарта всеми ведущими мобильными операторами России.
LoRaWAN
Энергоэффективный сетевой открытый протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks) был представлен в 2015 году компанией Semtech Corporation и исследовательским центром IBM Research. Существенной частью протокола стала возможность развертывания межмашинных (M2M) коммуникаций, что дало значительные преимущества перед Wi-Fi и мобильными сетями.
Развитие технологии LoRa направляется некоммерческой ассоциацией участников рынка LoRa Alliance. Целью альянса является продвижение протокола LoRaWAN в качестве единого стандарта для глобальных сетей с низким энергопотреблением LPWAN (Low Power Wide Area Network).
Основным преимуществом является возможность развертывания M2M-коммуникаций на расстояниях до 20 км и скоростях до 50 кбит/с при минимальном потреблении электроэнергии, обеспечивающем несколько лет автономной работы на одном элементе питания типа АА. На данный момент в России предполагается использование LoRaWAN для территорий с низкой плотностью абонентов.
NB-Fi
Протокол NB-Fi утвержден Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) как предварительный национальный стандарт РФ. Разработка стандарта NB-Fi началась в 2017 году. Иници