مقدمة إلى CupCarbon - إنترنت الأشياء - ثاني ثانوي

308 8 محاكاة شبكة مستشعرات إنترنت الأشياء اللاسلكية سيتعرف الطالب في هذه الوحدة على تقنيات إنترنت الأشياء المستخدمة في الصناعات الذكية - ستستخدم بيئة كاب كاربون ( CupCarbon) لإنشاء شبكات من المستشعرات ومحاكاتها. وفي الختام ستنشى نموذجا أوليا لنظام للإنذار ومراقبة الحرائق ونموذجا آخر أوليا خاصا بالصناعة الذكية والأتمتة. أهداف التعلُّم بنهاية هذه الوحدة سيكون الطالب قادرا على أن يتعرف على تقنيات انترنت الأشياء المستخدمة في الأغراض الصناعية يتعرف على استخدام الأتمتة الصناعية وأنظمة التحكم في المصانع المتصلة بإنترنت الأشياء. ينشئ ويمثل شبكات إنترنت الأشياء باستخدام كاب كاربون CupCarbon). يتعرف على محاكاة شبكة إنترنت الأشياء باستخدام كاب كاربون CupCarbon ) ينشئ مقاطع برمجية بلغة بايثون لبرمجة عقد الشبكة. ينشى نموذجا أوليا لمراقبة الحرائق والانذار بانترنت الأشياء. ينشئ نموذجا أوليا للصناعة الذكية والأتمتة بإنترنت الأشياء الأدوات كاب كاربون ( Cupcarbon)

الرقمي الدرس الأول مقدمة إلى كاب كاربون الصناعة الذكية Smart Industry www.len.edusa أصبح التقنيات إنترنت الأشياء تأثير كبير على جميع مجالات الحياة، بما فيها المجالات الصناعية، وذلك من أجل تقليل التكلفة وتحسين الكفاءة، أدى تطور النماذج الصناعية وازدياد المنافسة إلى تحول التركيز إلى الابتكار وتحسين نمادج الأعمال قامت الشركات على مدى عقود طويلة بمحاولات لخفض التكلفة الإجمالية لمنتجاتها من خلال خفض تكلفة عمليات التصنيع وسلاسل التوريد، ولكنها أدركت أن المحاولات المستمرة لخفض التكلفة يؤثر بشكل سلبي على خدمة العملاء وجودة الإنتاج أدت بعض تقنيات إنترنت الأشياء إلى إحداث تغييرات ذات أثر كبير في عمليات التصنيع ومن ذلك التصنيع القائم على البيانات Data-Driven Manufacturing تعمل البيانات الضخمة على تغيير عالم الصناعة . فقد أصبح بإمكان المصنعين الوصول إلى جميع البيانات التي تنشأ وتجمع بواسطة الآلات وذلك بهدف المراقبة الفورية للجودة. وتحسين كفاءة الآلات الكلية ( Overall Equipment Effectiveness - OEE)، وتقليل وقت الإنتاج. يُعد مؤشر كفاءة الآلات الكلية (OEE) بمثابة المعيار العالمي لحساب الكفاءة الفعلية لعمليات الإنتاج الصناعية، يبحث المصنعون عن طرق لاستخدام البيانات الضخمة للاستجابة لتحولات السوق والتغيرات في حاجات المستهلكين، وذلك من خلال إدخال تقنيات وأدوات صناعية جديدة. تقارب تقنية التشغيل (OT) وتقنية المعلومات (IT) Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) Convergence في سياق انترنت الأشياء - Internet of Things) تضم التثنية التشغيلية في بيئة التصنيع وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة ( Programmable Logic Controllers - PLC). وأجهزة الحاسب. وغيرها من التقنيات التي تشبه لحد ما تقنية المعلومات. ولكنها تخضع للأعمال التجارية خارج نطاق إدارات تقنية المعلومات. تتيح الشبكات المبنية على بروتوكول IP تكاملا أعمق بين الآلات وعمليات التصنيع، وتزيل الفجوة بين شبكات الصناعة والأعمال التجارية. يبحث المصمون عن طرق لدمج عملياتهم في إطار بنية تحتية موحدة للشبكات تتجاوز طرق التخزين التقليدية. تقنية أفضل وتكلفة أقل Improved Technology with Lower Costs أصبحت إمكانية الاتصال والمراقبة وتحسين الأجهزة قابلة للتطوير والأتمنة وقائمة على بيئات تشغيلية متطورة نتيجة ظهور تقنيات جديدة. في ظل هذا التقدم التكنولوجي الكبير يمكن اعتبار الآلات جزءاً من نظام شبكة متصل متكامل بدلا عن كونها نظاماً مستقلاً بذاته عن باقي عملية التصنيع، كما أدى التقارب في الحوسبة والشبكات والحماية إلى تقليل تكلفة توصيل الأجهزة في النظام المتكامل. تعزيز الكفاءة والسلامة Enhanced Efficiency and Safety تسعى المصانع، لاسيما في قطاعات الأغذية والمشروبات إلى الوصول إلى التحكم الكلى والأتمتة التصنيع دون التدخل البشري لمهمات التصنيع المختلفة. يمكن توظيف إنترنت الأشياء إضافة إلى استخدام الروبوتات. ومعالجة الصور التمكين المصانع الحديثة من تحسين الكفاءة والسلامة. وزارة التعليم

310 هيكلية المصنع المتصل An Architecture for the Connected Factory بدأت الشركات بالدمج بين الأتمتة الصناعية وأنظمة التحكم ) - Industrial Automation and Control Systems) مع تطبيقات تقنية المعلومات وأدوات التحليلات لتوفير إمكانات تحكم وتحليلات تشغيلية مفيدة للأعمال، يستخدم هذا الدمج للتحكم في العمليات الأساسية، أو مراقبة استخدام تدابير السلامة عند حدوث أي طارئ يهدف دمج الأتمتة الصناعية وأنظمة التحكم (IACS) إلى تحقيق الجودة والكفاءة في الإنتاج مع الحفاظ على مستوى عال من التكامل والموثوقية بروتوكول التحكم في الإرسال وبروتوكول مودبس Modbus/Transmission Control Protocol - TCP يستخدم بروتوكول مودبس (Modbus) في القطاع الصناعي بشكل شائع لإدارة الأجهزة الرئيسة والفرعية. تم تحويل موديس (Modbus) إلى بروتوكولات الاتصالات المستخدمة على نطاق واسع مثل Ethernet و TCP/IP، وعلى غرار تقنيات التحكم الأخرى في الأنمنة، يستخدم مودبس كبروتوكول معياري مفتوح موثق ومثبت في جميع أنحاء العالم. تعد آلية بروتوكول موديس في إدارة الأجهزة الرئيسة والتابعة مناسبة تماما لطبيعة بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) الخاص بالاتصالات، ولكن بشكل أقل تنوعا. حيا 35 خانم خبار تاب محمر التحكم بالتدفق حاز علية استشعر التحكم بالطاقة سال 81 بروتوكون السبيكة Modbus تحديات المصنع المتصل Connected Factory Challenges حمار تابع مستشعر التحكم بالكرار أصبح القطاع الصناعي أحد أبرز أهداف القرصنة الإلكترونية ومهاجمي الإنترنت تسبب التقارب الحاصل بين الشبكات في المصانع والأعمال التجارية بظهور ثغرات أمنية لعمليات التصنيع والتي كانت تجري تقليدياً بمعزل عن العمليات الأخرى. يعد الفصل بين شبكة المصنع الأساسية وشبكة تقنية المعلومات أبسط حل للتغلب على هذه الهجمات في الكثير من الأحيان.... رغم أن هذا الحل يعد فعالاً وعملياً. إلا أنه سيمنع التواصل مع عمليات الطبقة العليا وسيحد من القدرائه النكبة التعدين . الأعمال المدعمة بإنترنت الأشياء، وقد تظهر المزيد من المخاطر المحتملة من أجهزة الحاسب المحمولة والأجهزة الحاسوبية الأخرى المتاحة في المصانع للعاملين الذين يتمتعون بوصول غير مقيد للأجهزة. زارة التعليم

311 الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل Edge Computing in the Connected Factory يمكن للآلات الموجودة في المصنع إنتاج كميات هائلة من البيانات، وبالتالي تبرز مشكلة تخزين تلك البيانات، وقد عالجت العديد من المصانع هذه المشكلة من خلال نشر الحواسيب لتخزين هذه البيانات، أدى جمع البيانات من أجهزة الحاسب الموجودة في المصنع إلى ظهور مشكلات عديدة تتعلق بالصيانة والأمان، فكما هو معروف، يتطلب كل حاسب تصحيحات وترقيات لنظام تشغيله كما تزداد أعطال الأجهزة بشكل ملحوظ في المصانع، إذ إن معظم تلك الأجهزة لا تُصمّم لتحمل الظروف المختلفة فيها، وتشكل هذه المشكلات عائقًا أمام عمليات التصنيع في جمع البيانات ومعالجتها والاستجابة لها بكفاءة يمثل هذا النهج عائقًا كبيرًا أمام تطوير الأفكار والفوائد التجارية المحتملة التي قد توفرها تحليلات البيانات الصناعية تساعد التطورات الجديدة في إضافة القدرات المحوسبة في الشبكات الطرفية على حل هذه المشكلات. بدأ المصنعون بإدراك ميزات توصيل الآلات بخدمات الحوسبة المتطورة مع أجهزة الحوسبة الطرفية المدمجة بالآلة القريبة من الحافة، والتي تتضمن قدرات التبديل والتوجيه والأمن معا بشكل دائم. صناعة النفط والغاز Oil and Gas Industry يُعد كل من النفط والغاز من أهم الموارد التي يستخدمها المجتمع الحديث. وذلك يدها بالبنى التحتية للمواصلات إلى تصنيع المواد البلاستيكية. يعتمد كل عنصر من عناصر الحياة الحديثة تقريباً على توفر السلع التي تعتمد على هذه الصناعة. تهتم شركات النفط والغاز بشكل أساسي بخفض التكاليف، وزيادة الكفاءة والسرعة. وزيادة عوائد الاستثمارات بعد التحكم في تكاليف الإنتاج وتعزيز الصحة والسلامة العامة وخاصة في الصناعات الخطرة من بين مؤشرات الأداء الرئيسة (Key Performance Indicators - KPLS) الأكثر أهمية في القطاع الصناعي. على غرار القطاعات الأخرى تستخدم شركات النفط والغاز إنترنت الأشياء للعديد من الأغراض بما فيها ما يلي: مراقبة حالة المعدات الصناعية أو سلوكها للرؤية والتحكم. . تحقيق أقصى قدر من الكفاءة للعمليات والموارد. . تحسين عملية اتخاذ قرارات الأعمال التجارية. تحديات الصناعة الرئيسة كمحركات للتحول إلى الرقمنة Industry Key Challenges As Digitization Drivers إن إنترنت الأشياء (IoT) والرقمنة - وهي عملية الاستفادة من التقدم الكبير مثال عمر 8:2 مر الله إنتاج العمل في تقنية المعلومات لتطوير حلول وتقنيات جديدة للأعمال وإجراءاتها - تمهد الطريق يعد معمل الغاز في العثمانية أحد لتحقيق مكاسب تحسين الكفاءة التي كانت مستحيلة سابقا وكذلك نماذج الأعمال أكبر المصانع لمعالجة الغاز في المملكة الجديدة. النمذجة والتحليلات المتقدمة. البيانات الضخمة. • تقارب تقنية المعلومات (IT) / التقنية التشغيلية (OT). . الآلات الذكية. . التنقل والتخزين السحابي إدارة أداء الأصول. العربية السعودية تعمل حلول إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي على تحسين الإنتاجية وموثوقية هذه المنشأة. فتستخدم الطائرات دون طيار، والكائنات الذكية لمراقبة معدات مصفاة خطوط أنابيب الغاز وتستخدم طرق تحليل البيانات التحسين الاستعلام ووجد الالاف في مستشعرات إنترعة الأشياء الراق حقق خريص النفطي. فرامل

312 ما برنامج كاب كاربون ؟ What CupCarbon is برنامج كاب كاربون ( CupCarbon) هو مدينة ذكية افتراضية وبيئة محاكاة الشبكة مستشعرات لاسلكية بإنترنت الأشياء، يمكن استخدامه لتصميم وإنشاء وتمثيل شبكات إنترنت الأشياء المكونة من عقد واجهزة وأحداث وأمور أخرى، يوفر هذا المحاكي عددا كبيرا من الأدوات لتكوين الشبكات التي أنشئت لاختيارها وتحسينها، كما تم به تضمين البروتوكولات الشائعة التي عرضت سابقا مثل زيحيي (Zigbee ) وواي فاي (Wi-Fi) ولورا (Lora)، بالإضافة إلى استخدام خريطة الشارع المفتوح (OpenStreetMap) كواجهة للتمكن من إجراء عمليات المحاكاة من أي مكان. Coron بعد إنشائك للشبكة المطلوبة بنجاح يمكنك استخدام برنامج كاب كاربون لبرمجة وحدة تحكم أردوينو (Auruino) يمكن تجريبها على أجهزة حقيقية تتواصل العقد مع بعضها باستخدام البرمجة النصية، يستخدم المحاكي لغته البرمجية الخاصة المعروفة باسم سین سکربیت (SenScript). كما أنه بدعم لغة بايثون. ستقوم في هذه الوحدة ببرمجة العقد باستخدام لغة بايثون. ل 83 تاع في CupCarbon ليم

صيات التعليم 313 6 التنزيل كاب كاريون (apcarbon) وتشغيله افتح منصحك وقم شريل الملف من الرابط: http//binary-academy.com/dnid/KSA/10T2/BinaryCupCarbon.zip افتح مستكشف الملفات وابحث عن الملف الذي تم تنزيله في مجلد Downloads (التزيلات) القارة الأيمن على الملف واحتر Extract All (استخراج الكل) 0 اضغط بزر اختر سطح المكتب الخاص بك كوجهة للاستخراج واضغط على Extract ( استخراج) ابحث عن المجلد المستخرج في سطح المكتب وافتحه. اضغط ضغطا مردوحا على CupCarbon jar ليد برنامج Cupcarbon (کتاب کاربون) . F 5 شكر 18.4 خطوات تسريل كات تارپور 2 TAY 3 التأكد من البيت جافا (lava) على جهاز الحاسب الخاص بك حتى يعمل برنامج كاب كاربون بشكل صحيح

314 نافذة برنامج كاب كاربون The CupCarbon Windows عند فتحك للبرنامج ستلاحظ نافذتين النافذة الرئيسة التي تحتوي على الخريطة ووحدة التحكم. شريط القوائم العريطة شريط الأدوات } بيريط الحالة قالية المستعيرات على 85 الماجدة الربية المرنا مع كل كاربون تستخدم وحدة التحكم لطباعة الرسائل التي أنشئت بواسطة المحاكاة، ولإخراج رسائل الأخطاء لمساعدة المستخدم على تصحيح الخطأ في البرامج النصية وحدة التحكم C ليم شتر 8.6 وحدة تحكم كل كاريو

عليم 315 بدء الاستخدام Getting Started ستنشن في هذا الدرس محاكاة بسيطة لعقدة إنترنت أشياء تطبع رسائل من أجل أن تعتاد على استخدام بيئة كاب كاربون في البداية ستنشئ مشروعًا جديدًا: لإنشاء مشروع جديد اضغط على New Project ( مشروع جديد ) من شريط الأدوات 1 اختر الموقع الذي تريده لحفظ المشروع، لم اكتب My First CupCarbon Simulation" في حفل File name (اسم الملمر) 2 ثم اضغط Save ( حفظ ) 0 1 10 meetin w kie 2 شكل 8.7 الماء مشروح 3

إضافة عقدة Placing a Node يمكنات في شريط الأدوات العثور على الكائنات المختلفة التي ستستخدمها لإضافة عقدة اضغط على IOT Node (عندة التوت في مشاريعك، والتي ستنتج إما إشارات وتتواصل مع بعضها، أو ستنفذ إجراءات معينة من هذه الكائنات الكائن IoT Node ( عقدة إنترنت أشياء ) الحياء ) من شريط الأدوات ) والذي يمكن وضعه على الخريطة، ويمكن إعطاؤه مقطعا برمجيا لتشغيله. ، اضغط على الخريطة لإضافة العقدة الحالة العقد هي اللبنات الأساسية التكوين كاب كاريون. يُعرض في العقدة المعرف اضغط على الله (الكل) من شريط State الخاص بها مع دائرتين حولها. دائرة داخلية تشير إلى نصف قطر المستشعر المستخدم للكشف عن المستشعرات. ودائرة خارجية تكشف عن الأجهزة > اضغط على ESC اللاسلكية مثل العقد الأخرى. 1 import time while node. Loop(): node-print( "hello" ) tine,sleep(1) node.print("world") .. times lean (1) حرارة التعليم 3 2 كل 8.8 انشاء مشروع جديد إنشاء المقطع البرمجي Creating a Script ستقوم الآن بإنشاء مقطع برمجي يسيط يطبع رسالتين ذاتيتين بالتناوب على العقدة المقطع البرمجي المستخدم هو كما يلي: تاكد من استخدام الضافة الباحة المناسية داخل الكرار ( L000) حتى تعمل المقطع البرمجي بشكل صحيح. 316

يجب عليك أولا تضمين مكتبة time في بايثون. ستستخدم دالة sleep المدمجة لتأخير عملية الطباعة. يجب تضمين التعليمات البرمجية للعقدة داخل التكرار )) while node. loop يمكن للعقدة الطباعة الداتية باستخدام ()node.print ، ويمكنها "السكون" - أي ألا تفعل شيئًا باستخدام ( ) time sleep تاحد دالة ( )print كمعامل الرسالة المراد طباعتها على شكل نص. على سبيل المثال ( "node.print ( "hella world وتاخد دالية sleep معامل عدد موجب يشير لعدد الثواني التي تريدها للعقدة ليتم التأخير الزمني، على سبيل المثال مع ( ) time sleep سينفذ سكون للعقدة لمدة 3 ثوان. ستطيع العقدة في برنامجك كلمة " hello" ، ثم ستننظر لمدة ثانية واحدة وتطبع "world" ، وتنتظر مرة أخرى لمدة ثانية واحدة، ثم تبدأ مرة أخرى من البداية بلا توقف ما لم يتم إنهاء المحاكاة. P 2 c) 1 لانشاء المقطع البرمجي اضغط على Python | بايثون ) من شريط الأدوات . > اكتب التعليمات البرمجية بلغة البتون في المحرر النصر اكتب hello & حامل File name (اسم الملي) اضغط على Save ( حفظ ) أغلق نافدة محرر البايلون 0 شتر 89 محرر الايتون وزارة التعليم 317 5

لادراج المقطع البرمجي وتشغيل المحاكاة اضغط على العقدة 1 اضغط على علامة تبويب Device parameter (معامل الجهار) في قائمة Parameter (معامل) . اضغط على صندوق Script tile ملف البرنامج). من القائمة المقالة. اختر المقطع المرمحي hello.py. واضغط على الرز الموجود على اليمين الإدراج المقطع الرمحي في العقدة أضغط على Save project ( حفظ المشروع) من شريط الأدوات. من شريط الأدوات اضغط على Run lot Simulation ( تشغيل محاكاة انترنت الأشياء ) . ) 5 6 2 3 4 اضغط على يد Shop lot Simulation ابقات جماعات الحرب الأشياء الأبعاد المحاكاة. 1 حرارة التعليم شكل 810 إصافة القطع التوحي وسميل المصالية 318

كما هو متوقع، فإن العقدة ستتناوب في طباعة التحسين "hello" و "world" لمدة ثانية واحدة لكل منهما. حرارة التعليم 11 8 حالات المساقاة: 319

320 1 تمرينات حدد الجملة الصحيحة والجملة الخاطئة فيما يلي: .1. لا يمكن استخدام مراقبة البيانات لزيادة كفاءة تحسين المعدات بشكل عام. 2 يمكن لأقسام التقنية التشغيلية (OT) وتقنية المعلومات (IT) الدمج بين جميع قطاعات التصنيع في نطاق شبكي واحد. 3 بسهم توصيل أجهزة المصنع بشبكة واحدة في تقليل التكاليف. 4. يمكن للعمليات الأوتوماتيكية التي لا تعمل باللمس في مصنع الأطعمة والمشروبات تحسين جودة المنتج النهائي. 5 لا يمكن أن تتعرض الحواسيب الداخلية في المصانع إلى مخاطر أمنية 6. قد تفقد أجهزة المصنع غير الموصولة بالشبكة الطرفية بيانات قيمة في حالة تعطلها. يمكن لأنظمة إنترنت الأشياء في صناعات النفط والغاز الحد من تعرض العمال للخطر. 8 يمكن في برنامج كاب كاربون (CupCarbon) محاكاة بروتوكول زيجبي ( ZigBee) الخاص بالأشياء الذكية و يمكن برمجة عقد كاب كاربون بواسطة لغة بايثون فقط. 10 يمكن في برنامج كاب كاربون إنتاج مخططات لوحدات التحكم الدقيقة مثل الأردوينو 2 ملف تقات اترنت الأشياء الرئية التي تغير عمليات التصنيع التقليدية. صحيحة حافلة . وزارة التعلم

2 قدم تجليلا لكيفية تعرض المصانع المتصلة بأنظمة انترنت الأشياء للهجمات الالكترونية 0 حظ مدى مساهمة الحوسة الطرفة في المصانع المتصلة في تحسين كفاءتها وقدرتها الانتاجية. مرارة الكل

322 5 الذكر كيفية استخدام حلول انترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز التى عقدة ك برنامج كاب كاربون واكتب برمجتها بعيد يكون هنالك تكرار يحمل المتدة تطبع الرسالة "A" لمدة ثانية واحدة، و "B" لمدة ثانيتين و") " لمدة 3 ثوان. قم بيرمجة العقدة وتشغيل المحاكاة. 7 أيتى عقدتين في برنامج كاب كاربون واكتب برمجتهما بواسطة بايلون سيعرض كل مقطع برمجى رسالة "blink" متكررة يسترسل كل عقدة في كل مرة رسالة عندما تكون الأخرى غير لقطة قم ببرمجة العقد وتشغيل المحاكاة وزارة التعلية