Ένα βιβλίο μαγειρικής για τη δημιουργία περιβαλλόντων IoT

• Η οικοδόμηση επιτυχημένων περιβαλλόντων IoT περιλαμβάνει προσεκτικά τρία επίπεδα: ενός «κέικ», όπως ας πούμε διαδικασία, εργοστασιακό και επιχειρηματικό επίπεδο.
• Οι κατασκευαστές IoT μπορούν να αναγνωρίσουν τα στοιχεία σε αυτά τα τρία επίπεδα που συνθέτουν τα περιβάλλοντα IoT τους.
• Προσδιορίζοντας κάθε επίπεδο και τα στοιχεία του, οι αρχιτέκτονες IoT μπορούν να καθιερώσουν τις διαδικασίες IoT που προωθούν τους επιχειρηματικούς στόχους της επιχείρησής τους.

Ο βιομηχανικός τομέας έχει εργαστεί, για έναν αιώνα, για να κάνει τη μετατροπή υλικών ή εξαρτημάτων σε προϊόντα πιο αποτελεσματική.

Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι ο κατασκευαστικός τομέας κατέχει ηγετική θέση στην υιοθέτηση του IoT, αλλά πολλοί κατασκευαστές εξακολουθούν να παλεύουν με τον τρόπο εισαγωγής και χρήσης του IoT στις λειτουργίες.

Για όσους το κάνουν, εδώ είναι μια απλή συνταγή για να δημιουργήσετε περιβάλλοντα παραγωγής IoT και να σας βοηθήσουμε στην πορεία. Σε αυτήν τη συζήτηση, θα χρησιμοποιήσουμε τον όρο "αισθητήρας" για συσκευές IoT που αναφέρουν μια κατάσταση, "ενεργός" για την κατηγορία συσκευών IoT που προορίζονται να μετακινήσουν ή να ανοίξουν κάτι και "ελεγκτής" για μια συσκευή IoT που συνδέεται και αλληλεπιδρά με αισθητήρες και τελεστές.

Μια άποψη υψηλού επιπέδου των περιβαλλόντων IoT

Οι εταιρείες έχουν προσπαθήσει για το IoT και τον αυτοματισμό δαπέδου εργοστασίων, και ορισμένες έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο. Η καλύτερη προσέγγιση στο IIoT είναι αυτή που χωρίζει το έργο σας στο IoT σε τρία διαφορετικά επίπεδα, όπως ένα κέικ.

Αυτή η δομή επιτρέπει στους κατασκευαστές να ταιριάζουν τις συσκευές IoT με τις διαδικασίες παραγωγής, να συνδυάζουν αυτές τις διαδικασίες σε μια εργοστασιακή ροή εργασίας και να ενσωματώνουν αυτή τη ροή εργασίας με τις επιχειρηματικές εφαρμογές που αγοράζουν εξαρτήματα και πρώτες ύλες και πωλούν τελικά προϊόντα.

Αυτή η προσέγγιση τριών επιπέδων δίνει τη δυνατότητα στους κατασκευαστές περιβάλλοντος IoT να θέτουν σε ισχύ διαδικασίες IoT που αντικατοπτρίζουν τους στόχους της επιχείρησης.

Τα συστατικά ενός έργου IIoT

Επίπεδο διαδικασίας. Σε αντίθεση με πολλές εφαρμογές IoT που δημιουργούνται από αισθητήρες που διαβάζουν συνθήκες και «ενεργητές» που μετακινούν ή αλλάζουν τα πράγματα στον πραγματικό κόσμο, η κατασκευή IoT συνήθως βασίζεται σε συγκεκριμένες διαδικασίες, καθεμία από τις οποίες αποτελείται από τα εργαλεία που απαιτούνται για την εκτέλεση ενός βήματος κατασκευής, που χρειάζονταν οι εργαζόμενοι για να το εκτελέσετε και οι συσκευές IoT που χρειάζονταν για να τυλίξουν τη διαδικασία σε έναν αυτοματοποιημένο φάκελο ελέγχου. Αυτές οι συσκευές περιλαμβάνουν έναν τοπικό ελεγκτή, με τα δικά του πρωτόκολλα συσκευών και γλώσσα προγραμματισμού, ο οποίος μετατρέπει τις συσκευές IoT σε ενεργά στοιχεία της ίδιας της διαδικασίας. Αυτό στρώμα διαδικασίας είναι η βάση για την κατασκευή σχεδίου IoT.

Εργοστασιακή στρώση άκρης. Η παραγωγή ξεκινά με διαδικασίες, αλλά όλες οι διαδικασίες πρέπει να συγκεντρωθούν σε ένα συνεκτικό εργοστασιακό όραμα. Αυτή είναι η δουλειά του δεύτερου στρώματος του κέικ, του εργοστασιακή στρώση άκρης. Ενώ το επίπεδο διεργασίας κατασκευάζεται συνήθως από συσκευές και ειδικούς ελεγκτές, το επίπεδο εργοστασιακής ακμής είναι κατασκευασμένο από συσκευές "ενσωματωμένου ελέγχου" ή "υπολογιστικών άκρων" που είναι όλο και πιο πιθανό να είναι κάποιο είδος υπολογιστικής συσκευής γενικής χρήσης. Αυτό το επίπεδο διαχειρίζεται τις διεργασίες έτσι ώστε η εργοστασιακή εργασία να γίνεται με τακτικό τρόπο και να διασφαλίζεται η ασφάλεια των εργαζομένων και των μηχανημάτων στο δάπεδο του εργοστασίου.

Επιχειρηματικό επίπεδο. Τα αγαθά δεν εμφανίζονται ούτε εξαφανίζονται ως δια μαγείας από ένα εργοστάσιο. Οι κατασκευαστές διαθέτουν συστήματα λογισμικού που υποστηρίζουν την παράδοση ανταλλακτικών/πρώτων υλών, που συχνά βασίζονται σε αρχές όπως η κατασκευή ακριβώς στην ώρα (JIT) ή ο προγραμματισμός των παραδόσεων JIT για την ελαχιστοποίηση του αποθέματος. Υπάρχουν επίσης συστήματα που διαχειρίζονται την απογραφή των τελικών προϊόντων και τα μεταφέρουν σε ένα κανάλι πωλήσεων. Αυτά τα συστήματα αποτελούν το επιχειρηματικό επίπεδο του κέικ, το μέρος όπου οι εφαρμογές παλαιού τύπου συναντούν το IoT και την αυτοματοποίηση διαδικασιών.

Μια Περιβαλλοντική Συνταγή IIoT

Επειδή το επίπεδο διεργασίας είναι το θεμέλιο του IIoT, μια βέλτιστη στρατηγική ξεκινά από εκεί:

• Κάντε μια απογραφή των διεπαφών προγραμματισμού εφαρμογών εξόδου (API) από καθένα από τα στοιχεία διεργασίας στο εργοστάσιο. Σημειώστε το API, τις απαιτήσεις δικτύου, τις μορφές δεδομένων και τον τύπο των πληροφοριών που είναι διαθέσιμες μέσω καθενός. Εάν υποστηρίζονται πολλές επιλογές, όχι οι δυνατότητες καθεμιάς.
• Επαληθεύστε ότι κάθε διεπαφή διεργασίας εκθέτει ένα μέσο συντονισμού των βημάτων έναρξης και ολοκλήρωσης της διαδικασίας με μια εφαρμογή υψηλότερου επιπέδου. Επίσης, προσδιορίστε τα μέσα
  «έκτακτη διακοπή» της διαδικασίας εάν είναι απαραίτητο.

Τώρα εξετάστε τη σχέση μεταξύ του επιπέδου διεργασίας και του στρώματος εργοστασιακής ακμής. Θα χρειαστεί να δημιουργήσετε μια σύνδεση μεταξύ κάθε εργοστασιακής διαδικασίας στο επίπεδο διεργασίας και ενός υπολογιστή ακμής στο επίπεδο εργοστασιακής ακμής, επομένως θα πρέπει να υπάρχει μια κοινά υποστηριζόμενη διεπαφή για αυτές τις συνδέσεις.

• Για κάθε υποψήφιο εργοστασιακό σύστημα αιχμής, πραγματοποιήστε απογραφή όλων των υποστηριζόμενων API και διεπαφών δικτύου. Μπορεί να υπάρχουν πολλά πακέτα λειτουργικού συστήματος, ενδιάμεσου λογισμικού ή εφαρμογών για μια συσκευή edge, επομένως εξερευνήστε τα όλα.
• Βρείτε την αντιστοιχία μεταξύ των διαθέσιμων διεπαφών επιπέδου διεργασίας και των εργοστασιακών συστημάτων αιχμής. Μια κατάλληλη αντιστοίχιση θα υποστηρίξει όλες τις ανταλλαγές μηνυμάτων που χρειάζεστε. Εάν υπάρχουν πολλές κατάλληλες αντιστοιχίσεις, βρείτε έναν συνδυασμό δικτύου/διασύνδεσης που ταιριάζει στον μεγαλύτερο αριθμό στοιχείων επιπέδου διεργασίας, για να μειώσετε την πολυπλοκότητα της εργοστασιακής επεξεργασίας.
• Η καλύτερη πρακτική είναι να συμπεριλάβετε μια εργασία για τη μετατροπή όλων των ροών δεδομένων επιπέδου διεργασίας στην εφαρμογή εργοστασιακής ακμής σε μια κοινή δομή μηνυμάτων δεδομένων πριν από οποιαδήποτε επεξεργασία. Αυτό θα μειώσει σημαντικά την προσπάθεια ανάπτυξης και συντήρησης λογισμικού, τον χρόνο και το ποσοστό σφαλμάτων.

Τώρα πάγο το κέικ. Το επιχειρηματικό επίπεδο του κατασκευαστικού κέικ IoT είναι υπεύθυνο για την ενοποίηση με τις εφαρμογές που χειρίζονται εξαρτήματα, υλικά και τελικά προϊόντα. Αυτό είναι επίσης το μέρος όπου η κατασκευή IoT εγκαταλείπει το τοπικό εργοστασιακό περιβάλλον, είτε για να συνδεθεί στο εταιρικό κέντρο δεδομένων είτε σε μια δημόσια εφαρμογή cloud.

• Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι διασυνδέσεις που είναι διαθέσιμες από την επιχειρησιακή πλευρά, που είναι διαθέσιμες για σύνδεση στο εργοστασιακό επίπεδο, είναι αρκετά στατικές. Κάντε μια απογραφή αυτών των διεπαφών και τεκμηριώστε τις απαιτήσεις και τις δυνατότητές τους.
• Καταγράψτε τις διεπαφές που μπορούν να υποστηριχθούν από τα εργοστασιακά συστήματα ακμής και εντοπίστε τον μικρότερο αριθμό από αυτές τις διεπαφές που είναι κατάλληλες για σύνδεση με το επιχειρηματικό επίπεδο.
• Λάβετε υπόψη την ασφάλεια αυτών των συνδέσεων, καθώς εκθέτουν τις διεπαφές σε βασικές επιχειρηματικές εφαρμογές και βάσεις δεδομένων.

Η οικοδόμηση περιβαλλόντων IoT χρειάζεται κάποιες τελικές πινελιές

Υπάρχουν μερικοί γενικοί κανόνες στο IIoT IoT που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την εξερεύνηση επιλογών και για τα τρία επίπεδα του κέικ IoT:

• Πολλοί χρήστες προτιμούν τις ενσύρματες συνδέσεις, όπως το Ethernet, τόσο για τις συνδέσεις επιπέδου διεργασίας σε εργοστασιακό επίπεδο όσο και για συνδέσεις από εργοστασιακό επίπεδο σε επίπεδο επιχείρησης. Αυτό βελτιώνει την ασφάλεια και την αξιοπιστία. Η χρήση θωρακισμένου καλωδίου Ethernet μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο ηλεκτρικών παρεμβολών από μηχανήματα.
• Εάν χρησιμοποιείται ασύρματη δικτύωση στον κατασκευαστικό χώρο, σκεφτείτε να χρησιμοποιήσετε ξεχωριστούς διανομείς, διατηρήστε το εργοστασιακό δίκτυο ξεχωριστό από άλλες χρήσεις Wi-Fi. Εξετάστε το Wi-Fi 6 υποχρεωτικό για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας ή όπου άλλοι χρήστες θα μοιράζονται το ίδιο δίκτυο Wi-Fi και χρησιμοποιήστε λειτουργίες "έγχρωμου" Wi-Fi 6 για να μεσολαβήσετε τη χωρητικότητα του δικτύου για κρίσιμες ροές IoT. Λάβετε υπόψη ότι για να αξιοποιήσετε στο έπακρο το Wi-Fi 6, θα χρειαστείτε συμβατότητα WiFi-6 στις συσκευές καθώς και στο LAN.
• Η ασφάλεια είναι το πιο κρίσιμο μέλημα. Βεβαιωθείτε ότι η εφαρμογή περιλαμβάνει κουμπιά έκτακτης ανάγκης για τη διακοπή της κίνησης και την προστασία των εργαζομένων και του εξοπλισμού.

Τεκμηρίωση του Περιβάλλοντος IoT σας

Ένας βασικός εμπειρικός κανόνας είναι να τεκμηριώνετε τα πάντα. Κάθε απόφαση που λαμβάνεται, κάθε παράμετρος διαμόρφωσης, κάθε στοιχείο λογισμικού ή συσκευή θα πρέπει να τεκμηριώνεται πλήρως, με ενημερώσεις να γίνονται με αλλαγές και να ελέγχεται τακτικά για να διασφαλίζεται ότι τίποτα δεν έχει χαθεί. Όταν αποτυγχάνετε να τεκμηριώσετε με σαφήνεια συσκευές, συνδέσεις, εφαρμογές, μπορεί να γίνει μια πιθανή πηγή μελλοντικών προβλημάτων, μερικά από τα οποία μπορεί να είναι σοβαρά.