En kogebog til byggeri af IoT-miljøer

• Opbygning af succesfulde IoT-miljøer involverer hensynsfulde tre lag: af en "kage", så at sige proces, fabrik og forretningslag.
• IoT-byggere kan identificere de elementer på disse tre lag, der udgør deres IoT-miljøer.
• Ved at identificere hvert lag og dets elementer kan IoT-arkitekter etablere de IoT-processer, der fremmer deres virksomheders forretningsmål.

Industrisektoren har i et århundrede arbejdet på at gøre omdannelsen af ​​materialer eller dele til produkter mere effektiv.

Det er ingen overraskelse, at fremstillingssektoren er førende inden for IoT-adoption, men mange producenter kæmper stadig med, hvordan man introducerer og bruger IoT i driften.

For dem, der gør det, er her en simpel opskrift til at bygge produktions-IoT-miljøer og hjælpe dig på vej. I denne diskussion vil vi bruge udtrykket "sensor" for IoT-enheder, der rapporterer en tilstand, "effektor" for klassen af ​​IoT-enheder beregnet til at flytte eller åbne noget, og "controller" for en IoT-enhed, der forbinder og interagerer med sensorer og effektorer.

Et overblik over IoT-miljøer på højt niveau

Virksomheder har stræbt efter IoT og fabriksgulvautomatisering, og nogle har gjort betydelige fremskridt. Den bedste tilgang i IIoT er en, der deler dit IoT-projekt op i tre forskellige lag, som en kage.

Denne struktur gør det muligt for producenter at matche IoT-enheder til fremstillingsprocesser, at sammenkæde disse processer i en fabriksarbejdsgang og at integrere denne arbejdsgang med de forretningsapplikationer, der erhverver dele og råmaterialer og sælger færdigvarer.

Denne tre-lags tilgang gør det muligt for IoT-miljøbyggere at sætte IoT-processer i kraft, der afspejler virksomhedens mål.

Ingredienserne i et IIoT-projekt

Proceslag. I modsætning til mange IoT-applikationer, der opbygges af sensorer, der aflæser forhold og "effektorer", der flytter eller ændrer ting i den virkelige verden, er fremstilling af IoT normalt bygget op af specifikke processer, der hver især består af det værktøj, der er nødvendigt for at udføre et produktionstrin, de arbejdere havde brug for at køre det, og de IoT-enheder, der skal til for at pakke processen ind i en automatiseret kontrolkonvolut. Disse enheder inkluderer en lokal controller med sine egne enhedsprotokoller og programmeringssprog, som konverterer IoT-enheder til aktive komponenter i selve processen. Det her proceslag er grundlaget for fremstilling af IoT-design.

Fabrikskantlag. Fremstilling starter med processer, men alle processer skal samles i en sammenhængende fabriksvision. Det er opgaven med det andet lag af kagen, den fabrikskantlag. Mens proceslaget typisk er bygget af enheder og specialcontrollere, er fabrikskantlaget bygget af "indlejret kontrol" eller "edge computing"-enheder, der i stigende grad er tilbøjelige til at være en form for generel computerenhed. Dette lag styrer processerne, så fabriksarbejdet videreføres på en velordnet måde, og sikkerheden på fabriksgulvet for både arbejdere og maskiner er sikret.

Forretningslag. Varer dukker ikke op eller forsvinder på magisk vis fra en fabrik. Producenter har softwaresystemer, der understøtter levering af dele/råmaterialer, ofte baseret på principper som just-in-time (JIT) fremstilling eller JIT planlægning af leverancer for at minimere lagerbeholdningen. Der findes også systemer, der styrer lagerbeholdningen af ​​færdigvarer og flytter dem ind i en salgskanal. Disse systemer danner forretningslag af kagen, stedet hvor legacy-applikationer møder IoT og procesautomatisering.

En IIoT-miljøopskrift

Fordi proceslaget er grundlaget for IIoT, starter en optimal strategi der:

• Tag en oversigt over output application programming interfaces (API'er) fra hvert af proceselementerne på fabriksgulvet. Bemærk API, netværkskrav, dataformater og typen af ​​information, der er tilgængelig via hver. Hvis flere muligheder er understøttet, ikke funktionerne for hver.
• Bekræft, at hver procesgrænseflade afslører et middel til at koordinere processens start- og afslutningstrin med en applikation på højere niveau. Identificer også midlerne til
  "nødstop" af processen, hvis det er nødvendigt.

Overvej nu forholdet mellem proceslaget og fabrikskantlaget. Du skal etablere en forbindelse mellem hver fabriksproces i proceslaget og en kantcomputer i fabrikskantlaget, så der skal være en almindeligt understøttet grænseflade til disse forbindelser.

• For hvert kandidat factory edge-system skal du lave en oversigt over alle de understøttede API'er og netværksgrænseflader. Der kan være flere operativsystem-, middleware- eller applikationspakker til en edge-enhed, så udforsk dem alle.
• Find matchet mellem de tilgængelige proceslagsgrænseflader og fabrikskantsystemerne. Et passende match vil understøtte alle de beskedudvekslinger, du har brug for. Hvis der er flere passende matches, skal du finde en kombination af netværk/grænseflade, der passer til det største antal proceslagselementer, for at reducere kompleksiteten af ​​fabrikskantbehandling.
• Den bedste praksis er at inkludere en opgave til at konvertere alle proceslagsdatastrømmene i fabrikskantapplikationen til en fælles datameddelelsesstruktur, før der foretages nogen behandling. Dette vil betydeligt reducere indsatsen for udvikling og softwarevedligeholdelse, tid, fejlrate.

Nu til is kagen. Forretningslaget i den fremstillende IoT-kage er ansvarlig for integration med de applikationer, der håndterer dele, materialer og færdige produkter. Dette er også stedet, hvor fremstilling af IoT forlader det lokale fabriksmiljø, enten for at oprette forbindelse til virksomhedens datacenter eller til en offentlig cloud-applikation.

• I de fleste tilfælde er de tilgængelige grænseflader fra forretningssiden, tilgængelige for fabrikskantlaget at forbinde med, ret statiske. Tag en oversigt over disse grænseflader og dokumenter deres krav og muligheder.
• Inventar de grænseflader, der kan understøttes af fabrikskantsystemerne, og identificer det mindste antal af disse grænseflader, der er egnede til forbindelse til forretningslaget.
• Vær opmærksom på disse forbindelsers sikkerhed, da de eksponerer grænseflader til kerneforretningsapplikationer og databaser.

Opbygning af IoT-miljøer kræver lidt finpudsning

Der er et par generelle regler i IIoT IoT, som du bør huske på, når du udforsker mulighederne for alle tre lag i vores IoT-kage:

• Mange brugere foretrækker kabelforbindelser, såsom Ethernet, til både proces-til-fabrik-kant-lagforbindelserne og fabrik-edge-to-business-lagforbindelser. Dette forbedrer sikkerheden og pålideligheden. Brug af skærmet Ethernet-kabel kan reducere risikoen for elektrisk interferens fra maskiner.
• Hvis der bruges trådløst netværk på produktionsgulvet, skal du overveje at bruge separate hubs, holde fabriksnetværket adskilt fra anden brug af Wi-Fi. Betragt Wi-Fi 6 som obligatorisk for implementeringer i stor skala, eller hvor andre brugere vil dele det samme Wi-Fi-netværk, og brug Wi-Fi 6 "farve"-funktioner til at formidle netværkskapacitet til kritiske IoT-flows. Vær opmærksom på, at for at få mest muligt ud af Wi-Fi 6, skal du bruge WiFi-6-kompatibilitet på enhederne såvel som LAN.
• Sikkerhed er den mest kritiske bekymring. Vær sikker på, at implementeringen inkluderer nødknapper til at stoppe bevægelse og beskytte arbejdere og udstyr.

Dokumentation af dit IoT-miljø

En vigtig tommelfingerregel er at dokumentere alt. Hver beslutning, der træffes, hver konfigurationsparameter, hvert softwareelement eller enhver enhed bør være fuldt dokumenteret, med opdateringer foretaget med ændringer og gennemgået regelmæssigt for at sikre, at intet er gået glip af. Når du ikke klart dokumenterer enheder, forbindelser, applikationer, kan det blive en sandsynlig kilde til fremtidige problemer, hvoraf nogle kan være alvorlige.