Alati kehittyvä IoT on tulossa uuteen vaiheeseen, jossa OEM-toimittajat ja valmistajat hakevat kasvavaa liiketoimintaa tarjoamiinsa tuotteisiin liittyvästä palvelutuotannosta. Tässä kehityksessä voidaan hyödyntää myös tekoälyä, jos ratkaisu vain sallii sen, kuten SECOn Clea.

Palvelupohjaiset tuottomallit perustuvat sulautettujen laitteiden tuottamaan dataan, jota hyödynnetään esimerkiksi laitteiden ennakoivassa kunnossapidossa tai käyttöaktiivisuuteen perustuvassa prosessin hienosäädössä. Teolliset valmistajat kokeilevat tekoälyn ja koneoppisen tarjoamia mahdollisuuksia pystyäkseen tarjoamaan edge-toimintoja saamalla kilpailukykyä lisääviä etuja virtaviivaistamalla operaatioita ja prosesseja.

Palvelupohjaisten tuottomallien ja PaaS (Product-as-a-Service) -mallien kehittäjillä, joiden haasteena on reagoida nopeasti markkinoihin ja pitää kehityskustannukset mahdollisimman edullisina, on tarve päästä nopeasti käsiksi strukturoituun dataan. Tällöin välitys- eliu middleware-ohjelmiston merkitys työkaluna korostuu. Pyrkimällä vähentämään useiden erillisten IoT-alustojen välisiä yhteenkytkemisiä ja käyttämällä abstraktiotasolla laiteohjelmia, kuten SECO:n Cleaa voi suunnittelija keskittyä kehittämään lisäarvoa tuottavia sovelluksia.

IIoT:n kehityskulku

Kaikenlaisiin moderneihin laitteisiin on integroitu runsaasti antureita ja sulautettuja piirejä, minkä ansiosta saatavissa on paljon monenlaista dataa antamassa yksityiskohtaista tietoa kyseisten laitteiden toiminnasta. Samalla sulautettujen IoT-tekniikoiden suorituskyvyn parantuminen on tehnyt mahdolliseksi käyttää edistyneitä algoritmeja ja tekoälysovelluksia edge-tasolla. Näin päätöksenteko on voitu siirtää pilvestä verkon reunalle, mikä lyhentää latenssiaikoja reaaliaikaisia vasteita vaadittaessa.

IoT-sovellukset ovatkin muotoutumassa vahvasti datavetoisiksi, kun suunnittelijoiden tavoitteena on kehittää sovelluksia, joissa hyödynnetään datasta saatavaa lisäarvoa. OEM-valmistajien tarjonnassa on enenevässä määrin tekoälypohjaisia malleja, joilla voidaan suunnitella kaupallisiin asioihin linkittyviä palveluita, jotta datavirroista saadaan kassavirtaa.

Rivakasta innovointityöstä ja laitteistostandardien kuten SMARC ja COM Express sopimisesta huolimatta IoT-arkkitehtuurit ovat valitettavasti äärimmäisen heterogeenisiä, mikä hankaloittaa suunnittelijoiden työtä. Tarvitaan paljon tietoa pelkästään monien erilaisten alustojen integroimisessa (kuva 1) toisiinsa, ja sen lisäksi tekoälysovellusten toteuttamisessa tarvitaan useampia suunnittelijoita, jolloin tuotekehityksen vaatimat kustannukset ja kuluva aika lisääntyvät.

Kuva 1. IoT-arkkitehtuurit ovat hyvin heterogeenisiä. (Lähde: https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1049/cim2.12077)

Suunnittelijat ovatkin tämän vuoksi osoittaneet kiinnostusta sellaisiin työkaluihin kuten välitysohjelmistoihin, joiden avulla voidaan toteuttaa abstraktiokerros ”kiinteiden yhteyksien” yli. Suunnittelijat voivat keskittyä työstämään tekoälysovelluksia.

Välitysohjelmistojen avulla helpotetaan yhteyksien luomista sovellusten, palveluiden ja datalähteiden, jotka eivät alun perin ole suunniteltu toimimaan keskenään, välillä, jolloin suunnittelijoiden ei tarvitse paneutua monimutkaisiin laitteistoalustoihin, käyttöjärjestelmiin eikä verkkoprotokolliin. Minimoimalla päällekkäisiä toimenpiteitä ja helpottamalla sovellusten välistä yhteistoimintaa välitysohjelmistot edistävät IoT-ekosysteemin suorituskykyä kokonaisuudessaan virtaviivaistamalla suunnitteluprosessia ja vähentämällä tarvittavaa suunnitteluaikaa ja tarvittavien resurssien määrää.

Clea on esimerkki tehokkaasta ohjelmistoalustasta, joka integroi datan organisoinnin tärkeimpien välitysohjelmistojen komponenttien kanssa ja tukee myös tekoälymallien laaja-alaista nopeaa käyttöönottoa.

Avoimen Clean perusteet

Avoimen lähdekoodin Clea-ohjelmistopaketti antaa suunnittelijalle täysin ohjattavan datan hallinnoinnin alkaen siitä, miten dataa kerätään, miten sitä käsitellään ja mihin se lopulta tallennetaan. Tämä modulaarinen ohjelmistokokonaisuus skaalautuu konseptitason laitteista täydelliseen tuotantokäyttöön, johon kuuluu valtava määrä piirilaitteita ja välitettäviä viestejä.

Clea on Kubernetesin ympärille koottu pilvipalveluista riippumaton ohjelmisto. Se tarjoaa suunnittelijoille kaikki työkalut, jotka tarvitaan datan organisoimisessa pilvipalvelussa ja sen siistimisessä sopivaksi älykkyyden lisäämistä varten. Clea antaa suunnittelijalle tiivistettyä tietoa käytetyn IoT-alustan monimutkaisista toiminnoista ja tarjoaa laitteiston hallinnan ominaisuuksia kuten laiteohjelmiston turvallisia OTA-päivityksiä, käyttöjärjestelmiä ja IoT-laitteissa ajettavia koottuja sovelluksia.

Googlen pilvipalveluita valmiiksi tukeva ratkaisu myös helpottaa lisäarvoa tuottavien palveluiden kuten edistyneiden tekoälysovellusten nopeaa kehitystyötä. Suunnittelijoilla on käytettävissään myös kaikki tekoälysovellusten räätälöinnissä tarvittavat työkalut ja Clea tarjoaa myös monia ennalta koottuja rakenteita Clea App Framework -sovelluskehyksessä.

Clea-paketti koostuu kolmesta ydinkomponentista (kuva 2), joiden tehtävänä on tarjota kaikki edut yhtenäiselle, modulaariselle ja skaalattavalle ratkaisulle.

Kuva 2. Clea koostuu kolmesta ydinkomponentista, joiden tehtävänä on tarjota kaikki edut yhtenäiselle, modulaariselle ja skaalattavalle ratkaisulle. (Lähde: SECO)

Portal on Clean käyttöliittymä, joka toimii laajennettavissa olevana IoT-käyttöliittymänä helpottaen palvelun rahastamista integroimalla laskutusympäristön, joka sallii edge- tai pilvisovellusten tilausperusteisen jälleenmyynnin. Nettipohjaisena käyttöliittymänä Portal mahdollistaa hallitut käyttäjäliittymät, laite- ja datavisualisoinnit, raportoinnin ja yksityiskohtaiset lupakäytännöt. Portalin käyttöliittymä on räätälöitävissä ja sovellusympäristö mahdollistaa suunnittelijoiden laajentaa käyttöliittymää asiakaskohtaisilla nettisovelluksilla, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa edge-laitteisiin Astarte- ja Edgehog-rajapintojen kautta. Astarte on Clean keskitin laitteesta pilveen ja Edgehogilla hallitaan Clean laite- ja kokonaisuusrajapintoja.

Edgehog on avoimen lähdekoodin laiteriippumaton IoT-alusta, joka yksinkertaistaa IoT-laitteiden ja -kokonaisuuden hallintaa koko elinkaaren ajan. Astarten ympärille kasattu Edgehog on laajasti skaalattavissa yksittäisistä laitteista kaikkeen verkossa olevaan kalustoon ja se tukee perusoperaatioita mukaan lukien päivityskampanjoiden tekemisen, laitteen statuksen ja yhteystiedon valvonnan, geopaikannuksen ja tiedostojen siirrot.

Astarte on monipuolinen avoimen lähdekoodin IoT-välitysohjelmisto, jossa on työkalut ja toiminnot datan organisointiin ja mallintamiseen sekä tiedonsiirtoon laitteiden ja pilvipalveluiden välillä. Astarte hallitsee kokonaisvaltaisesti kenttädataa ja mahdollistaa edistykselliset käyttötapahtumat kuten esimerkiksi datan pakkaamisen. Sen käyttövalmiita ohjelmistokehityspaketeilla onnistuu integrointi mihin tahansa edge-laitteeseen - mukaan lukien mikro-ohjainpohjaiset järjestelmät - ilman mitään ylimääräistä suunnittelutarvetta. Astarten ominaisuuksiin kuuluvat laaja valikoima API-sovellusrajapintoja ja integroitavia osia, mikä tekee sovellusten kokoamisesta ja integroimisesta kolmansien osapuolien laite- ja ohjelmistoympäristöihin suoraviivaista.

SECO on panostanut runsaasti siihen, että Google Marketplace muodostuisi Astarten suosituimmaksi jakelukanavaksi. Google Cloud Marketplace tarjoaa käyttäjilleen nopeasti käyttöön otettavat funktionaaliset ohjelmistopaketit ajettavaksi Google Cloudissa, jolloin asiakkaat saavat helposti käynnistettyä tutun ohjelmistopaketin esimerkiksi Computer Engine- tai Cloud Storage -palveluita varten ilman tarvetta manuaaliseen konfiguraatioon. Tämäntasoinen integraatio Googlen pilvipalveluihin tarjoaa asiakkaalle yhdellä klikkauksella tapahtuvan pääsyn käyttäjää opastavien, hallittujen ohjelmistojen kuten Astarten käyttöönottoon, mikä helpottaa toimituksia, parantaa toteutusten yhtenäisyyttä ja suorituskykyä sekä vähentää kustannuksia. Pilvipalvelutuottajan markkinapaikkaratkaisujen lisääntyminen mahdollistaa monimutkaisten sovellusten suunnittelijoille ohjelmistojen saatavuuden useilta eri tarjoajilta, mikä samalla rohkaisee kohti avointa teknologiaympäristöä.

Astarten lisäksi tarjolle Google Cloud Marketplaceen on tulossa kaksi muuta moduulia – Edgehog-laitehallitsin ja IoT-portaali Portal, jotka julkistetaan itsenäisinä. Strategian mukaisesti tarkoituksena on saada kaikki Clea-komponentit saataville markkinapaikkaan muutamassa kuukaudessa, jonka jälkeen suunnittelijat voivat valita käyttävätkö he moduuleja yhteen koottuna vai erillisinä riippuen siitä, mikä parhaiten soveltuu heidän omiin IoT-kokoonpanoihinsa.

Clea älytehtaassa

Yhtenä varhaisista IoT-tekniikan soveltajista teollisuussektori on myös johtavassa asemassa tekoälyn käyttöönotossa vahvistaakseen tehokkuuttaan ja kilpailukykyä. Esimerkiksi älykkäässä tehtaassa tekoälypohjaiset rutiinit valvovat konedataa havaitakseen poikkeavia tilanteita ja ensimmäisiä merkkejä vikatilanteista. Tämä mahdollistaa ennakoivan kunnossapidon, jolloin vältytään kalliiksi tulevilta tuotannon pysäyttämisiltä.

OEM-valmistajat keräävät yhä enemmän laitteistoiltaan saatavaa dataa, jolloin he pystyvät tarjoamaan ennakoivia kunnossapitotoimenpiteitä ja muita lisäarvopalveluja, kuten etätukea, loppuasiakkailleen. Esimerkiksi hiljattain SECOn kanssa yhteistyössä CNC-konevalmistajan työkaluihin asennettiin erityiset älyanturit ja yhdyskäytävät, jotka yhdistettiin Edgehog-laiteohjaimeen.

Kuva 3. Tekoälyn avulla voidaan vähentää CNC-konetyöstön materiaalikuluja ja parantaa tuottavuutta. (Lähde: SECO)

SECO käytti tällaista infrastruktuuria toteuttaessaan tekoälyratkaisun, joka tukee etävalvontaa, OTA-päivityksiä ja ennakoivaa kunnossapitoa. Tämä ratkaisun avulla asiakas sai uutta kassavirtaa tuottavan tuottolähteen, joka perustui loppukäyttäjien kanssa solmittuun vuosittaiseen kunnossapitosopimukseen. Asiakastyytyväisyys ja -uskollisuus paranivat, varaosien toimitusajat lyhenivät 40 prosenttia ja varaosakustannukset laskivat 10 prosenttia. CNC-työkaluvalmistaja sai lisää tuotantoon vaikuttavia etuja tuotteiden laadun parantuessa ja hylkytavaran määrän vähentyessä 30 prosentilla.

IIoT:n teho lisää datasta saatavia hyötyjä

Tekoälyn tuomaa tehoa hyödyntämällä IoT-laitteita ja niihin liittyviä datavirtoja voidaan pitää käyttökelpoisina kohteina, joiden avulla voidaan tutkia toimintojen suorituskykyä, tuottavuuden parantumista ja lopulta myös vaikutusta osakkeen arvon kehittymiseen. Samalla kun IoT:n tuotekehityksestä on tulossa yhä datavetoisempaa, Clean kaltaiset ohjelmistoalustat helpottavat merkittävästi olemassa oleviin alustoihin liittyvän integroinnin haasteellisuutta ja suunnittelija voi keskittyä lisäarvon luomiseen.