كتاب طبخ لبناء بيئات إنترنت الأشياء

• يتضمن بناء بيئات إنترنت الأشياء الناجحة مراعاة ثلاث طبقات: "الكعكة"، إذا جاز التعبير، طبقة العملية والمصنع وطبقة الأعمال.
• يمكن لمنشئي إنترنت الأشياء تحديد العناصر الموجودة في هذه الطبقات الثلاث التي تشكل بيئات إنترنت الأشياء الخاصة بهم.
• ومن خلال تحديد كل طبقة وعناصرها، يمكن لمهندسي إنترنت الأشياء إنشاء عمليات إنترنت الأشياء التي تعمل على توجيه أهداف أعمال مؤسساتهم.

لقد عمل القطاع الصناعي على مدى قرن من الزمان على جعل تحويل المواد أو الأجزاء إلى منتجات أكثر كفاءة.

ليس من المستغرب أن يكون قطاع التصنيع رائدًا في اعتماد إنترنت الأشياء، لكن العديد من الشركات المصنعة لا تزال تواجه صعوبة في كيفية تقديم واستخدام إنترنت الأشياء في العمليات.

بالنسبة لأولئك الذين يفعلون ذلك، إليك وصفة بسيطة لبناء بيئات تصنيع إنترنت الأشياء ولمساعدتك على طول الطريق. في هذه المناقشة، سنستخدم مصطلح "جهاز الاستشعار" لأجهزة إنترنت الأشياء التي تبلغ عن حالة، و"المستجيب" لفئة أجهزة إنترنت الأشياء المخصصة لنقل شيء ما أو فتحه، و"جهاز التحكم" لجهاز إنترنت الأشياء الذي يتصل ويتفاعل معه أجهزة الاستشعار والمؤثرات.

نظرة رفيعة المستوى لبيئات إنترنت الأشياء

تسعى الشركات جاهدة إلى إنترنت الأشياء وأتمتة أرضيات المصانع، وقد أحرز بعضها تقدمًا كبيرًا. أفضل نهج في إنترنت الأشياء الصناعية هو ذلك الذي يقسم مشروع إنترنت الأشياء الخاص بك إلى ثلاث طبقات متميزة، مثل الكعكة.

يمكّن هذا الهيكل الشركات المصنعة من مطابقة أجهزة إنترنت الأشياء مع عمليات التصنيع، وربط هذه العمليات في سير عمل المصنع، ودمج سير العمل هذا مع تطبيقات الأعمال التي تحصل على الأجزاء والمواد الخام وتبيع السلع النهائية.

يمكّن هذا النهج المكون من ثلاث طبقات منشئي بيئة إنترنت الأشياء من وضع عمليات إنترنت الأشياء موضع التنفيذ بما يعكس أهداف العمل.

مكونات مشروع إنترنت الأشياء الصناعية

طبقة العملية. على عكس العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء التي تتراكم من أجهزة الاستشعار التي تقرأ الظروف و"المؤثرات" التي تحرك الأشياء أو تغيرها في العالم الحقيقي، عادةً ما يتم بناء إنترنت الأشياء في التصنيع من عمليات محددة، تتكون كل منها من الأدوات اللازمة لتنفيذ خطوة التصنيع، والعمال المطلوبين لتشغيلها، وأجهزة إنترنت الأشياء اللازمة لتغليف العملية في مظروف تحكم آلي. تتضمن هذه الأجهزة وحدة تحكم محلية، مع بروتوكولات الجهاز الخاصة بها ولغة البرمجة الخاصة بها، والتي تحول أجهزة إنترنت الأشياء إلى مكونات نشطة للعملية نفسها. هذا طبقة العملية هو الأساس لتصنيع تصميم إنترنت الأشياء.

طبقة حافة المصنع. يبدأ التصنيع بالعمليات، ولكن يجب جمع كل العمليات في رؤية متماسكة للمصنع. هذه هي وظيفة الطبقة الثانية من الكعكة طبقة حافة المصنع. في حين أن طبقة العملية تُبنى عادةً من الأجهزة ووحدات التحكم المتخصصة، فإن طبقة حافة المصنع مبنية من أجهزة "التحكم المضمن" أو "حوسبة الحافة" التي من المرجح بشكل متزايد أن تكون نوعًا من أجهزة الحوسبة ذات الأغراض العامة. تدير هذه الطبقة العمليات بحيث يتم تمرير عمل المصنع بطريقة منظمة، ويتم ضمان سلامة العمال والآلات على أرض المصنع على حد سواء.

طبقة الأعمال. لا تظهر البضائع أو تختفي بطريقة سحرية من المصنع. لدى الشركات المصنعة أنظمة برمجية تدعم تسليم الأجزاء/المواد الخام، وغالبًا ما تعتمد على مبادئ مثل التصنيع في الوقت المناسب (JIT) أو جدولة عمليات التسليم في الوقت المناسب لتقليل المخزون. هناك أيضًا أنظمة تدير مخزون البضائع التامة الصنع وتنقلها إلى قناة المبيعات. تشكل هذه الأنظمة طبقة الأعمال الكعكة، المكان الذي تلتقي فيه التطبيقات القديمة مع إنترنت الأشياء وأتمتة العمليات.

وصفة بيئة إنترنت الأشياء الصناعية

نظرًا لأن طبقة العملية هي أساس إنترنت الأشياء الصناعية، فإن الإستراتيجية المثالية تبدأ هناك:

• قم بجرد واجهات برمجة تطبيقات الإخراج (APIs) من كل عنصر من عناصر العملية الموجودة على أرضية المصنع. لاحظ واجهة برمجة التطبيقات (API) ومتطلبات الشبكة وتنسيقات البيانات ونوع المعلومات المتوفرة من خلال كل منها. إذا تم دعم خيارات متعددة، وليس إمكانيات كل منها.
• تحقق من أن كل واجهة عملية تعرض وسيلة لتنسيق خطوات البدء والاكتمال للعملية مع تطبيق ذي مستوى أعلى. وكذلك التعرف على وسائل
  "وقف الطوارئ" للعملية إذا لزم الأمر.

الآن فكر في العلاقة بين طبقة العملية وطبقة حافة المصنع. ستحتاج إلى إنشاء اتصال بين كل عملية مصنع في طبقة العملية وجهاز كمبيوتر حافة في طبقة حافة المصنع، لذلك يجب أن تكون هناك واجهة مدعومة بشكل عام لهذه الاتصالات.

• بالنسبة لكل نظام حافة مصنع مرشح، قم بجرد جميع واجهات برمجة التطبيقات وواجهات الشبكة المدعومة. قد يكون هناك العديد من أنظمة التشغيل أو البرامج الوسيطة أو حزم التطبيقات لجهاز Edge، لذا استكشفها جميعًا.
• ابحث عن التطابق بين واجهات طبقة العملية المتاحة وأنظمة حافة المصنع. ستدعم المطابقة المناسبة جميع عمليات تبادل الرسائل التي تحتاجها. إذا كان هناك العديد من التطابقات المناسبة، فابحث عن مجموعة الشبكة/الواجهة التي تناسب أكبر عدد من عناصر طبقة العملية، لتقليل تعقيد معالجة حافة المصنع.
• أفضل الممارسات هي تضمين مهمة لتحويل جميع تدفقات بيانات طبقة العملية في تطبيق حافة المصنع إلى بنية رسالة بيانات مشتركة قبل إجراء أي معالجة. سيؤدي هذا إلى تقليل جهد التطوير وصيانة البرامج والوقت ومعدل الخطأ بشكل كبير.

الآن لتثليج الكعكة. تعد طبقة الأعمال الخاصة بكعكة إنترنت الأشياء للتصنيع مسؤولة عن التكامل مع التطبيقات التي تتعامل مع الأجزاء والمواد والمنتجات النهائية. وهذا أيضًا هو المكان الذي يغادر فيه تصنيع إنترنت الأشياء بيئة المصنع المحلية، إما للاتصال بمركز بيانات الشركة أو لتطبيق سحابي عام.

• في معظم الحالات، تكون الواجهات المتاحة من جانب الأعمال، والمتاحة لطبقة حافة المصنع للاتصال بها، ثابتة إلى حد ما. قم بجرد هذه الواجهات وتوثيق متطلباتها وإمكانياتها.
• قم بجرد الواجهات التي يمكن أن تدعمها أنظمة حافة المصنع، وحدد أصغر عدد من هذه الواجهات المناسبة للاتصال بطبقة الأعمال.
• انتبه إلى أمان هذه الاتصالات، لأنها تعرض واجهات لتطبيقات الأعمال الأساسية وقواعد البيانات.

يتطلب بناء بيئات إنترنت الأشياء بعض اللمسات النهائية

هناك بعض القواعد العامة في إنترنت الأشياء الصناعية والتي يجب وضعها في الاعتبار عند استكشاف الخيارات لجميع الطبقات الثلاث من كعكة إنترنت الأشياء الخاصة بنا:

• يفضل العديد من المستخدمين الاتصالات السلكية، مثل Ethernet، لكل من اتصالات طبقة حافة العملية إلى المصنع واتصالات طبقة حافة المصنع إلى الأعمال. وهذا يحسن الأمن والموثوقية. قد يؤدي استخدام كابل Ethernet المحمي إلى تقليل خطر التداخل الكهربائي الناتج عن الآلات.
• إذا تم استخدام الشبكات اللاسلكية في طابق التصنيع، ففكر في استخدام محاور منفصلة، ​​واحتفظ بشبكة المصنع منفصلة عن الاستخدامات الأخرى لشبكة Wi-Fi. اعتبر أن شبكة Wi-Fi 6 إلزامية لعمليات النشر واسعة النطاق أو عندما يشارك المستخدمون الآخرون نفس شبكة Wi-Fi، واستخدم ميزات Wi-Fi 6 "الملونة" للتوسط في سعة الشبكة لتدفقات إنترنت الأشياء المهمة. انتبه إلى أنه لتحقيق أقصى استفادة من Wi-Fi 6، ستحتاج إلى التوافق مع WiFi-6 على الأجهزة بالإضافة إلى الشبكة المحلية (LAN).
• السلامة هي الاهتمام الأكثر أهمية. تأكد من أن التنفيذ يتضمن أزرار الطوارئ لوقف الحركة وحماية العمال والمعدات.

توثيق بيئة إنترنت الأشياء الخاصة بك

القاعدة الأساسية هي توثيق كل شيء. يجب توثيق كل قرار يتم اتخاذه، وكل معلمة تكوين، وكل عنصر برمجي أو جهاز بالكامل، مع إجراء التحديثات مع التغييرات، ومراجعتها بانتظام لضمان عدم تفويت أي شيء. عندما تفشل في توثيق الأجهزة والاتصالات والتطبيقات بشكل واضح، فقد يصبح ذلك مصدرًا محتملاً للمشاكل المستقبلية، والتي قد يكون بعضها خطيرًا.