Un livre de recettes pour la construction d'environnements IoT de fabrication

• Construire des environnements IoT réussis implique de prendre en compte trois couches : un « gâteau », pour ainsi dire, le processus, l'usine et la couche commerciale.
• Les constructeurs IoT peuvent identifier les éléments de ces trois couches qui composent leurs environnements IoT.
• En identifiant chaque couche et ses éléments, les architectes IoT peuvent établir les processus IoT qui font avancer les objectifs commerciaux de leur entreprise.

Le secteur industriel s’efforce depuis un siècle de rendre plus efficace la conversion de matériaux ou de pièces en produits.

Il n'est pas surprenant que le secteur manufacturier soit leader en matière d'adoption de l'IoT, mais de nombreux fabricants ont encore du mal à savoir comment introduire et utiliser l'IoT dans leurs opérations.

Pour ceux qui le font, voici une recette simple pour créer des environnements IoT de fabrication et pour vous aider tout au long du processus. Dans cette discussion, nous utiliserons le terme « capteur » pour les appareils IoT qui signalent une condition, « effecteur » pour la classe d'appareils IoT destinés à déplacer ou ouvrir quelque chose, et « contrôleur » pour un appareil IoT qui se connecte et interagit avec. capteurs et effecteurs.

Une vue de haut niveau des environnements IoT

Les entreprises se sont efforcées de mettre en place l’IoT et l’automatisation des usines, et certaines ont réalisé des progrès significatifs. La meilleure approche dans l’IIoT est celle qui divise votre projet IoT en trois couches distinctes, comme un gâteau.

Cette structure permet aux fabricants d'associer les appareils IoT aux processus de fabrication, d'intégrer ces processus dans un flux de travail d'usine et d'intégrer ce flux de travail aux applications métier qui acquièrent des pièces et des matières premières et vendent des produits finis.

Cette approche à trois niveaux permet aux créateurs d'environnements IoT de mettre en œuvre des processus IoT qui reflètent les objectifs de l'entreprise.

Les ingrédients d'un projet IIoT

Couche de processus. Contrairement à de nombreuses applications IoT qui s'appuient sur des capteurs qui lisent les conditions et des « effecteurs » qui déplacent ou modifient les choses dans le monde réel, l'IoT de fabrication est généralement construit à partir de processus spécifiques, chacun comprenant l'outillage nécessaire pour effectuer une étape de fabrication, les travailleurs nécessaires. pour l'exécuter, et les appareils IoT nécessaires pour envelopper le processus dans une enveloppe de contrôle automatisée. Ces appareils comprennent un contrôleur local, doté de ses propres protocoles et langage de programmation, qui convertit les appareils IoT en composants actifs du processus lui-même. Ce couche de processus est la base de la conception de la fabrication de l’IoT.

Couche de bord d'usine. La fabrication commence par les processus, mais tous les processus doivent être regroupés dans une vision d’usine cohérente. C'est le travail de la deuxième couche du gâteau, le couche de bord d'usine. Alors que la couche de processus est généralement constituée de dispositifs et de contrôleurs spécialisés, la couche périphérique d'usine est constituée de dispositifs de « contrôle intégré » ou « d'informatique de pointe » qui sont de plus en plus susceptibles d'être une sorte de dispositif informatique à usage général. Cette couche gère les processus afin que le travail en usine se déroule de manière ordonnée et que la sécurité des travailleurs et des machines dans l'usine soit assurée.

Couche métier. Les marchandises n’apparaissent pas ou ne disparaissent pas comme par magie d’une usine. Les fabricants disposent de systèmes logiciels qui prennent en charge la livraison de pièces/matières premières, souvent basés sur des principes tels que la fabrication juste à temps (JIT) ou la planification JIT des livraisons pour minimiser les stocks. Il existe également des systèmes qui gèrent l'inventaire des produits finis et les déplacent vers un canal de vente. Ces systèmes forment le couche métier du gâteau, le lieu où les applications existantes rencontrent l'IoT et l'automatisation des processus.

Une recette d'environnement IIoT

Parce que la couche processus constitue le fondement de l’IIoT, une stratégie optimale commence là :

• Faites un inventaire des interfaces de programmation d'applications (API) de sortie de chacun des éléments de processus dans l'usine. Notez l'API, la configuration réseau requise, les formats de données et le type d'informations disponibles via chacun. Si plusieurs options sont prises en charge, ce ne sont pas les capacités de chacune.
• Vérifiez que chaque interface de processus expose un moyen de coordonner les étapes de démarrage et d'achèvement du processus avec une application de niveau supérieur. Identifiez également les moyens de
  « arrêt d'urgence » du processus si nécessaire.

Considérons maintenant la relation entre la couche de processus et la couche périphérique de l'usine. Vous devrez établir une connexion entre chaque processus d'usine dans la couche de processus et un ordinateur périphérique dans la couche périphérique d'usine, il devra donc y avoir une interface communément prise en charge pour ces connexions.

• Pour chaque système Edge d’usine candidat, faites l’inventaire de toutes les API et interfaces réseau prises en charge. Il peut y avoir plusieurs packages de systèmes d'exploitation, de middleware ou d'applications pour un périphérique Edge, alors explorez-les tous.
• Trouvez l'adéquation entre les interfaces de couche de processus disponibles et les systèmes de périphérie de l'usine. Une correspondance adaptée prendra en charge tous les échanges de messages dont vous avez besoin. S'il existe plusieurs correspondances appropriées, trouvez une combinaison réseau/interface qui correspond au plus grand nombre d'éléments de la couche de processus, afin de réduire la complexité du traitement en périphérie de l'usine.
• La meilleure pratique consiste à inclure une tâche permettant de convertir tous les flux de données de la couche de processus dans l'application de périphérie d'usine en une structure de message de données commune avant d'effectuer tout traitement. Cela réduira considérablement les efforts, le temps et le taux d’erreur de développement et de maintenance logicielle.

Maintenant, glacer le gâteau. La couche commerciale du gâteau IoT de fabrication est responsable de l’intégration avec les applications qui gèrent les pièces, les matériaux et les produits finis. C’est également l’endroit où la fabrication de l’IoT quitte l’environnement de l’usine locale, soit pour se connecter au centre de données de l’entreprise, soit à une application cloud publique.

• Dans la plupart des cas, les interfaces disponibles du côté commercial, auxquelles la couche périphérique de l'usine peut se connecter, sont assez statiques. Faites un inventaire de ces interfaces et documentez leurs exigences et leurs capacités.
• Inventoriez les interfaces qui peuvent être prises en charge par les systèmes de périphérie de l'usine et identifiez le plus petit nombre de ces interfaces adaptées à la connexion à la couche métier.
• Soyez attentif à la sécurité de ces connexions, car elles exposent les interfaces aux applications métiers et aux bases de données principales.

La création d'environnements IoT nécessite quelques touches finales

Il y a quelques règles générales dans l'IIoT IoT qu'il convient de garder à l'esprit lors de l'exploration des options pour les trois couches de notre gâteau IoT :

• De nombreux utilisateurs préfèrent les connexions filaires, telles qu'Ethernet, à la fois pour les connexions de la couche processus à la périphérie de l'usine et pour les connexions de la couche usine à la couche métier. Cela améliore la sécurité et la fiabilité. L'utilisation d'un câble Ethernet blindé peut réduire le risque d'interférence électrique provenant des machines.
• Si un réseau sans fil est utilisé dans l'atelier de fabrication, envisagez d'utiliser des hubs distincts et séparez le réseau de l'usine des autres utilisations du Wi-Fi. Considérez le Wi-Fi 6 comme obligatoire pour les déploiements à grande échelle ou lorsque d’autres utilisateurs partageront le même réseau Wi-Fi, et utilisez les fonctionnalités « couleur » du Wi-Fi 6 pour gérer la capacité du réseau pour les flux IoT critiques. Sachez que pour tirer le meilleur parti du Wi-Fi 6, vous aurez besoin d’une compatibilité WiFi-6 sur les appareils ainsi que sur le LAN.
• La sécurité est la préoccupation la plus critique. Assurez-vous que la mise en œuvre comprend des boutons d'urgence pour arrêter le mouvement et protéger les travailleurs et l'équipement.

Documenter votre environnement IoT

Une règle générale est de tout documenter. Chaque décision prise, chaque paramètre de configuration, chaque élément logiciel ou périphérique doit être entièrement documenté, avec des mises à jour effectuées avec les modifications et révisé régulièrement pour garantir que rien n'a été oublié. Lorsque vous ne parvenez pas à documenter clairement les appareils, les connexions et les applications, cela peut devenir une source probable de problèmes futurs, dont certains peuvent être graves.