Sistemas de TI e TO em aplicações industriais de IoT

Sistemas de TI e TO – definições e diferenças

As implementações de TI e TO surgiram de forma independente ao longo do tempo para lidar com diferentes problemas, utilizando diferentes designs de sistema e protocolos de comunicação. Os sistemas de TI são abertos e baseados em padrões, pois foram criados para vincular aplicações e trocar dados. Os sistemas de controle de tecnologia operacional (OT) foram inicialmente concebidos para serem entidades autônomas que não podiam ser conectadas ou acessadas remotamente. Como resultado, os sistemas TO são frequentemente fechados e patenteados. A tabela mencionada abaixo descreve as principais diferenças entre as duas disciplinas.

É importante que um tecnólogo entenda as diferenças, pois os módulos IoT cobrem uma ampla gama de padrões de tecnologia sem fio e fornecem uma variedade de recursos que podem afetar o sucesso das aplicações IoT. Escolher o módulo de IoT sem fio certo simplifica o desenvolvimento, acelera o tempo de lançamento no mercado e, por fim, melhora o retorno do investimento. A tabela abaixo mostra a diferença entre M2M, IoT e IoE.

Tabela: Comparação de TI e TO (Fonte: Avnet.com)

A rede de TI é normalmente baseada em Ethernet, mas a rede TO utiliza uma variedade de tecnologias (por exemplo, OPC UA, DDS e EtherCat). O TO é composto por sistemas de computação que governam processos industriais, bem como equipamentos como máquinas de processo, equipamentos de fabricação e sistemas de monitoramento remoto. Os PLCs são usados para controle de processo em sistemas de controle industrial (ICS), enquanto os sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) são usados para monitorar e gerenciar o sistema de controle de processo. Gateways, pontos de acesso e conversores de protocolo conectam as redes de TI e TO nessa arquitetura legada.

Uma tendência importante, que agora pode ser vista nas unidades de produção, é a integração de componentes individuais em uma solução geral coesa, impulsionada por fatores como a iniciativa da Indústria 4.0 e conceitos como a IIoT. As empresas estão integrando cada vez mais aplicações em silos desatualizados de vários fabricantes os seus sistemas de planejamento de recursos empresariais (ERP) e execução de fabricação (MES).

Arquitetura para convergência de TI/TO

Para soluções de rede, as aplicações industriais envolvem desafios significativos. Atuadores e sensores na linha de produção exigem comunicações determinísticas, em tempo real e de baixa latência e para facilitar o processo de fabricação.

O desafio de hoje é descobrir a melhor forma de migrar de projetos de chão de fábrica fortemente conectados, para a arquitetura de Web Services de acoplamento flexível do mundo de TI. As oportunidades de “explorar” o chão de fábrica para dados de qualidade, interrogar e construir bancos de dados de manutenção, alimentar sistemas de relatórios de painéis, adquirir dados históricos e alimentar sistemas analíticos corporativos são incertas devido à descontinuidade entre o chão de fábrica e a empresa. As oportunidades de aprimorar os processos de manutenção, minimizar o tempo de inatividade e comparar o desempenho nas instalações, linhas e células da empresa são todas perdidas. A convergência das redes de TI e TO é necessária para enfrentar esses desafios e permitir a implementação da IIoT e da Indústria 4.0. O TSN (Time Sensitive Networking) permite que essas redes sejam convergentes, oferecendo vantagens significativas em conectividade de rede, escalabilidade e custo de implantação e propriedade.

A internet das coisas (IoT), principalmente quando combinada com a Edge Computing, habilita o componente de TI da convergência de TI/TO. No entanto, sensores inteligentes mais recentes seriam capazes de coletar dados de uma fonte, como um chão de fábrica, e transmiti-los para um hub ou gateway IoT , que então transferiria essas informações para um aplicações de análise ou uma plataforma de software de planejamento de recursos empresariais (ERP), onde seriam integradas ao sistema unificado de operações de negócios de uma organização. Quando conectado a uma rede, um dispositivo TO se torna um dispositivo IoT. A incorporação da tecnologia de TI na TO permite que as organizações façam melhor uso dos dados fornecidos pela TO por meio de dispositivos IoT e Edge Computing.

O diagrama abaixo resume o modelo de pirâmide CIM (manufatura integrada por computador), que serve como a perspectiva arquitetônica da convergência de TI/TO. Podemos ver alguns aspectos cruciais, pois a máquina e os controladores estão próximos em termos de frequência e a resposta determinística em tempo real. À medida que avançamos na hierarquia do data center corporativo, o número e o alcance dos pontos de dados coletados e analisados se expandem. Esse é um dos principais impulsionadores da convergência do ambiente de TI/TO, pois as organizações buscam gerar valor a partir de dados na infraestrutura de ponta ou na nuvem.

Existem três categorias principais de convergência de TI/OT. Convergência de Processos, Convergência de Software e Dados e Convergência Física.

Benefícios dos sistemas de TI e TO

Uma das principais vantagens de integrar os sistemas de TI e TO é que isso permite uma organização que simplifique suas operações, viabilizando seu funcionamento com mais eficiência. E, mais algumas das vantagens estão listadas abaixo:

• Digitalização – Cada bit de dados estará disponível digitalmente
• Mapeamento/gestão de ativos – Os ativos são mapeados para facilitar o planejamento de manutenção e o monitoramento de ativos
• Centralização – Tomar decisões a partir de um local central
• Aumento da produtividade – a redução da quebra devido à previsão leva ao aumento da produtividade, o que contribui para um menor tempo de lançamento no mercado com tecnologia convergente
• Precisão de dados em todos os níveis – Os dados de dispositivos físicos são transmitidos sem a necessidade de intervenção humana, minimizando erros e fornecendo dados corretos
• Transparência – A disponibilidade de dados em vários níveis organizacionais fornece transparência
• Tomada de decisão rápida e correta – Ao monitorar a carga, decisões rápidas podem ser tomadas, como programação e corte de carga
• Ao integrar a TI e as operações, a conformidade do contrato de nível de serviço operacional pode ser aprimorada
• Integração SAP/GIS (Sistema de Informação Geográfica) com OT-SAP e GIS são sistemas empresariais que podem ser integrados com SCADA/DMS
• Melhor atendimento ao cliente – Os executivos de atendimento ao cliente que usam o módulo Customer Relationship Management (CRM) terão acesso ao SCADA e ao GIS e poderão oferecer uma explicação precisa para a interrupção, bem como um prazo esperado
• Conformidade regulatória aprimorada devido à integração de TI à TO, o que proporciona mais visibilidade

Fazendo a ponte entre TI e TO

Para colher os benefícios da integração TI-TO, os requisitos conflitantes de disponibilidade e confidencialidade devem ser tratados de maneira equilibrada. A convergência de TI/TO fornece controle mais direto e monitoramento abrangente, bem como uma facilitação na análise de dados de sistemas complexos localizados em qualquer lugar do mundo. IoT é fundamentalmente sobre conectar os pontos e preencher uma lacuna; seja coordenando sistemas de TI e TO, alinhando tecnologia e objetivos de negócios ou simplificando vários protocolos para conectar dispositivos, o objetivo da IoT é unificar, simplificar e aprimorar esses processos.

O gateway IoT é a pedra angular da arquitetura integrada de TO/TI. Os gateways de IoT aprimoram o desempenho do sistema inteligente ao receber e processar dados de controle operacional em tempo real na borda da rede. Eles se destinam especificamente a preencher a lacuna entre dispositivos de campo e aplicações empresariais e industriais centralizados. Esses gateways permitem que os sistemas inteligentes sejam dimensionados terceirizando a coleta e o processamento de dados do datacenter ou da camada de nuvem e fornecendo inteligência à borda da rede. Ele permite dispositivos mais simples e de baixo custo, reduzindo os requisitos de processadores, memória e armazenamento de endpoint. Ele pode fornecer uma camada de abstração entre dispositivos e programas de nível superior para acelerar o desenvolvimento do projeto. Ao separar dispositivos e aplicações, os gateways de IoT reduzem o tempo de colocação no mercado de novos endpoints. Reduza os custos de comunicação diminuindo o tráfego máquina a máquina (M2M), rede de longa distância (WAN). Além disso, minimiza o risco isolando os dispositivos e protegendo as conexões upstream. Otimize o desempenho desvinculando produtores e consumidores de dados e reduzindo a latência M2M. Também, ao interoperar com dispositivos e protocolos legados, as organizações podem proteger e expandir investimentos anteriores.

Considerações de segurança para sistemas TO e TI

A questão fundamental na convergência de sistemas de TI e TO é sincronizar os objetivos de segurança de cada sistema. A segurança TO é dominada pelo pensamento focado nos processos sob controle do sistema TO, demonstrando completo desconhecimento das ameaças representadas pela conectividade de rede e preocupações externas que não influenciam diretamente o processo sob controle. No mundo de TI, há camadas e mais camadas de controle que trabalham em conjunto para formar uma rede coordenada de defesa em profundidade. Muitas medidas de segurança são incorporadas às aplicações, como agilidade criptográfica, sistemas de autenticação, métodos de controle de acesso e assim por diante.

Os sistemas TO têm duas fontes de especificação de segurança: uma para implantações de uso geral e outro conjunto de requisitos orientados pela segmentação de infraestrutura. Existem modelos industriais/internacionais na área comum, como IEC 62443/ANSI/ISA-99. O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) publicou medidas de segurança específicas de OT no SP 800-53 e SP 800-82. O NIST também lançou um perfil de proteção do sistema (SPP) para sistemas de controle industrial, que fornece orientação para as necessidades funcionais e de segurança desses sistemas.

Em TI, os critérios de segurança típicos são “CID”: confidencialidade (das informações do cliente, financeiras e de receita), integridade dos dados e disponibilidade. Para TO, a ordem de prioridade é “DIC”: disponibilidade sem fluxos de dados e controles, as “luzes se apagam” (literalmente); em seguida, a integridade dos dados de configuração, um controle de qualidade crítico e, posteriormente, a confidencialidade como o “menor” dos três (embora ainda seja necessário).

Informações da aplicação de convergência de TI/TO

Sensores e sistemas conectados como redes de sensores e atuadores sem fio (WSANs) estão cada vez mais sendo incorporados ao gerenciamento de ambientes industriais, como tratamento de água, energia elétrica e fábricas. A integração de automação, comunicação e rede em ambientes industriais é um aspecto essencial da expansão da IoT.

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