Un libro de cocina para crear entornos de IoT de fabricación

• La construcción de entornos de IoT exitosos implica tres capas consideradas: de un "pastel", por así decirlo, proceso, fábrica y capa comercial.
• Los desarrolladores de IoT pueden identificar los elementos en estas tres capas que conforman sus entornos de IoT.
• Al identificar cada capa y sus elementos, los arquitectos de IoT pueden establecer los procesos de IoT que promueven los objetivos comerciales de sus empresas.

El sector industrial lleva un siglo trabajando para hacer más eficiente la conversión de material o piezas en productos.

No es de extrañar que el sector manufacturero sea líder en la adopción de IoT, pero muchos fabricantes todavía tienen dificultades para introducir y utilizar IoT en las operaciones.

Para aquellos que lo hacen, aquí hay una receta simple para crear entornos de IoT de fabricación y ayudarlos en el camino. En esta discusión, usaremos el término "sensor" para los dispositivos de IoT que informan una condición, "efector" para la clase de dispositivos de IoT destinados a mover o abrir algo, y "controlador" para un dispositivo de IoT que se conecta e interactúa con sensores y efectores.

Una vista de alto nivel de los entornos de IoT

Las empresas se han esforzado por la IoT y la automatización del piso de la fábrica, y algunas han logrado un progreso significativo. El mejor enfoque en IIoT es aquel que divide su proyecto de IoT en tres capas distintas, como un pastel.

Esta estructura permite a los fabricantes hacer coincidir los dispositivos de IoT con los procesos de fabricación, unir esos procesos en un flujo de trabajo de fábrica e integrar ese flujo de trabajo con las aplicaciones comerciales que adquieren piezas y materias primas y venden productos terminados.

Este enfoque de tres capas permite a los creadores de entornos de IoT poner en práctica procesos de IoT que reflejen los objetivos de la empresa.

Los ingredientes de un proyecto IIoT

Capa de proceso. A diferencia de muchas aplicaciones de IoT que se construyen a partir de sensores que leen condiciones y "efectores" que mueven o cambian cosas en el mundo real, el IoT de fabricación generalmente se construye a partir de procesos específicos, cada uno de los cuales consta de las herramientas necesarias para realizar un paso de fabricación, los trabajadores necesitan para ejecutarlo, y los dispositivos de IoT necesarios para envolver el proceso en un sobre de control automatizado. Estos dispositivos incluyen un controlador local, con sus propios protocolos de dispositivo y lenguaje de programación, que convierte los dispositivos IoT en componentes activos del proceso en sí. Esto capa de proceso es la base para la fabricación del diseño de IoT.

Capa de borde de fábrica. La fabricación comienza con los procesos, pero todos los procesos deben agruparse en una visión de fábrica cohesiva. Ese es el trabajo de la segunda capa del pastel, el capa de borde de fábrica. Mientras que la capa de proceso generalmente se construye a partir de dispositivos y controladores especializados, la capa de borde de fábrica se construye a partir de dispositivos de “control integrado” o “informática de borde” que es cada vez más probable que sean algún tipo de dispositivo informático de uso general. Esta capa gestiona los procesos de modo que el trabajo en la fábrica se transmita de manera ordenada y se garantice la seguridad de los trabajadores y la maquinaria en el piso de la fábrica.

Capa empresarial. Los productos no aparecen ni desaparecen mágicamente de una fábrica. Los fabricantes tienen sistemas de software que respaldan la entrega de piezas / materias primas, a menudo basados ​​en principios como la fabricación justo a tiempo (JIT) o la programación JIT de entregas para minimizar el inventario. También existen sistemas que gestionan el inventario de productos terminados y los trasladan a un canal de venta. Estos sistemas forman el capa empresarial del pastel, el lugar donde las aplicaciones heredadas se encuentran con la IoT y la automatización de procesos.

Una receta de entorno IIoT

Debido a que la capa de proceso es la base de IIoT, una estrategia óptima comienza allí:

• Haga un inventario de las interfaces de programación de aplicaciones (API) de salida de cada uno de los elementos del proceso en la fábrica. Tenga en cuenta la API, los requisitos de red, los formatos de datos y el tipo de información que está disponible a través de cada uno. Si se admiten varias opciones, no las capacidades de cada una.
• Verifique que cada interfaz de proceso exponga un medio para coordinar los pasos de inicio y finalización del proceso con una aplicación de nivel superior. Además, identifique los medios de
  "Parada de emergencia" del proceso si es necesario.

Ahora considere la relación entre la capa de proceso y la capa de borde de fábrica. Deberá establecer una conexión entre cada proceso de fábrica en la capa de proceso y una computadora de borde en la capa de borde de fábrica, por lo que tendrá que haber una interfaz comúnmente compatible para estas conexiones.

• Para cada sistema periférico de fábrica candidato, haga un inventario de todas las API e interfaces de red compatibles. Puede haber varios sistemas operativos, middleware o paquetes de aplicaciones para un dispositivo de borde, así que explórelos todos.
• Encuentre la correspondencia entre las interfaces de capa de proceso disponibles y los sistemas de borde de fábrica. Una coincidencia adecuada admitirá todos los intercambios de mensajes que necesite. Si hay varias coincidencias adecuadas, busque una combinación de red / interfaz que se adapte a la mayor cantidad de elementos de la capa de proceso, para reducir la complejidad del procesamiento de borde de fábrica.
• La mejor práctica es incluir una tarea para convertir todos los flujos de datos de la capa de proceso en la aplicación de borde de fábrica en una estructura de mensaje de datos común antes de realizar cualquier procesamiento. Esto reducirá significativamente el esfuerzo de desarrollo y mantenimiento del software, el tiempo y la tasa de error.

Ahora a poner hielo en la tarta. La capa comercial de la torta de IoT de fabricación es responsable de la integración con las aplicaciones que manejan piezas, materiales y productos terminados. Este es también el lugar donde la fabricación de IoT abandona el entorno de la fábrica local, ya sea para conectarse al centro de datos corporativo o a una aplicación de nube pública.

• En la mayoría de los casos, las interfaces disponibles desde el lado empresarial, disponibles para que la capa de borde de fábrica se conecte, son bastante estáticas. Haga un inventario de estas interfaces y documente sus requisitos y capacidades.
• Haga un inventario de las interfaces que pueden ser compatibles con los sistemas de borde de fábrica e identifique la menor cantidad de estas interfaces que sean adecuadas para la conexión a la capa empresarial.
• Tenga en cuenta la seguridad de estas conexiones, ya que exponen interfaces a bases de datos y aplicaciones comerciales centrales.

La creación de entornos de IoT requiere algunos toques finales

Hay algunas reglas generales en IIoT IoT que deben tenerse en cuenta al explorar opciones para las tres capas de nuestro pastel de IoT:

• Muchos usuarios prefieren las conexiones alámbricas, como Ethernet, tanto para las conexiones de la capa del proceso al borde de la fábrica como para las conexiones de la capa del borde de la fábrica a la empresa. Esto mejora la seguridad y la confiabilidad. El uso de cable Ethernet blindado puede reducir el riesgo de interferencia eléctrica de la maquinaria.
• Si se utilizan redes inalámbricas en la planta de fabricación, considere la posibilidad de utilizar hubs separados, mantenga la red de fábrica separada de otros usos de Wi-Fi. Considere que Wi-Fi 6 es obligatorio para implementaciones a gran escala o donde otros usuarios compartirán la misma red Wi-Fi, y use las funciones de “color” de Wi-Fi 6 para mediar la capacidad de la red para flujos críticos de IoT. Tenga en cuenta que para aprovechar al máximo Wi-Fi 6, necesitará compatibilidad con WiFi-6 en los dispositivos y en la LAN.
• La seguridad es la preocupación más crítica. Asegúrese de que la implementación incluya botones de emergencia para detener el movimiento y proteger a los trabajadores y el equipo.

Documentar su entorno de IoT

Una regla básica es documentar todo. Cada decisión tomada, cada parámetro de configuración, cada elemento de software o dispositivo debe estar completamente documentado, con actualizaciones realizadas con cambios y revisado regularmente para asegurar que no se haya perdido nada. Cuando no documenta claramente los dispositivos, las conexiones y las aplicaciones, puede convertirse en una fuente probable de problemas futuros, algunos de los cuales pueden ser graves.