Un libro di ricette per la creazione di ambienti IoT di produzione

• La creazione di ambienti IoT di successo implica la considerazione di tre livelli: quello di una “torta”, per così dire di processo, quello di fabbrica e quello aziendale.
• I costruttori IoT possono identificare gli elementi su questi tre livelli che compongono i loro ambienti IoT.
• Identificando ogni livello e i suoi elementi, gli architetti IoT possono stabilire i processi IoT che promuovono gli obiettivi aziendali delle loro aziende.

Il settore industriale lavora da un secolo per rendere più efficiente la conversione di materiali o parti in prodotti.

Non sorprende che il settore manifatturiero sia leader nell’adozione dell’IoT, ma molti produttori hanno ancora difficoltà a capire come introdurre e utilizzare l’IoT nelle operazioni.

Per coloro che lo fanno, ecco una semplice ricetta per creare ambienti IoT di produzione e per aiutarvi lungo il percorso. In questa discussione, utilizzeremo il termine "sensore" per i dispositivi IoT che segnalano una condizione, "effettore" per la classe di dispositivi IoT destinati a spostare o aprire qualcosa e "controller" per un dispositivo IoT che si connette e interagisce con sensori ed effettori.

Una visione di alto livello degli ambienti IoT

Le aziende si stanno adoperando per l’IoT e l’automazione degli impianti di fabbrica, e alcune hanno compiuto progressi significativi. L'approccio migliore nell'IIoT è quello che divide il progetto IoT in tre strati distinti, come una torta.

Questa struttura consente ai produttori di abbinare i dispositivi IoT ai processi di produzione, di integrare tali processi in un flusso di lavoro di fabbrica e di integrare tale flusso di lavoro con le applicazioni aziendali che acquisiscono parti e materie prime e vendono prodotti finiti.

Questo approccio a tre livelli consente ai creatori di ambienti IoT di mettere in atto processi IoT che riflettono gli obiettivi aziendali.

Gli ingredienti di un progetto IIoT

Strato di processo. A differenza di molte applicazioni IoT che si basano su sensori che leggono le condizioni e "effettori" che muovono o modificano le cose nel mondo reale, l'IoT di produzione è solitamente costruito a partire da processi specifici, ciascuno costituito dagli strumenti necessari per eseguire una fase di produzione, i lavoratori necessari per eseguirlo e i dispositivi IoT necessari per avvolgere il processo in un involucro di controllo automatizzato. Questi dispositivi includono un controller locale, con propri protocolli di dispositivo e linguaggio di programmazione, che converte i dispositivi IoT in componenti attivi del processo stesso. Questo strato di processo è la base per la progettazione IoT della produzione.

Strato del bordo di fabbrica. La produzione inizia con i processi, ma tutti i processi devono essere raccolti in una visione coesa della fabbrica. Questo è il compito del secondo strato della torta, il strato del bordo di fabbrica. Mentre lo strato di processo è generalmente costituito da dispositivi e controller specializzati, lo strato di fabbrica è costituito da dispositivi di “controllo integrato” o “edge computing” che è sempre più probabile che siano una sorta di dispositivo informatico generico. Questo livello gestisce i processi in modo che il lavoro in fabbrica venga svolto in modo ordinato e sia garantita la sicurezza dei lavoratori e dei macchinari.

Livello aziendale. Le merci non appaiono né scompaiono magicamente da una fabbrica. I produttori dispongono di sistemi software che supportano la consegna di componenti/materie prime, spesso basati su principi come la produzione just-in-time (JIT) o la pianificazione JIT delle consegne per ridurre al minimo le scorte. Esistono anche sistemi che gestiscono le scorte di prodotti finiti e li spostano in un canale di vendita. Questi sistemi costituiscono il livello aziendale della torta, il luogo in cui le applicazioni legacy incontrano l'IoT e l'automazione dei processi.

Una ricetta per l'ambiente IIoT

Poiché il livello del processo è il fondamento dell’IIoT, una strategia ottimale inizia da qui:

• Effettuare un inventario delle interfacce di programmazione delle applicazioni (API) di output da ciascuno degli elementi del processo in fabbrica. Prendi nota dell'API, dei requisiti di rete, dei formati dei dati e del tipo di informazioni disponibili tramite ciascuno di essi. Se sono supportate più opzioni, non le funzionalità di ciascuna.
• Verificare che ciascuna interfaccia di processo esponga un mezzo per coordinare le fasi di inizio e completamento del processo con un'applicazione di livello superiore. Inoltre, identificare i mezzi di
  “arresto di emergenza” del processo, se necessario.

Consideriamo ora la relazione tra lo strato di processo e lo strato di margine della fabbrica. Sarà necessario stabilire una connessione tra ciascun processo di fabbrica nel livello del processo e un computer perimetrale nello strato periferico della fabbrica, quindi dovrà esserci un'interfaccia comunemente supportata per queste connessioni.

• Per ogni sistema edge di fabbrica candidato, fai l'inventario di tutte le API e le interfacce di rete supportate. Potrebbero esserci più sistemi operativi, middleware o pacchetti applicativi per un dispositivo edge, quindi esplorali tutti.
• Trova la corrispondenza tra le interfacce a livello di processo disponibili e i sistemi edge di fabbrica. Una corrispondenza adeguata supporterà tutti gli scambi di messaggi di cui hai bisogno. Se sono presenti più corrispondenze adatte, trovare una combinazione di rete/interfaccia che si adatti al maggior numero di elementi del livello di processo, per ridurre la complessità dell'elaborazione a margine della fabbrica.
• La procedura migliore consiste nell'includere un'attività per convertire tutti i flussi di dati a livello di processo nell'applicazione edge di fabbrica in una struttura di messaggi di dati comune prima di eseguire qualsiasi elaborazione. Ciò ridurrà significativamente gli sforzi, i tempi e il tasso di errore di sviluppo e manutenzione del software.

Ora glassiamo la torta. Il livello aziendale della torta IoT di produzione è responsabile dell'integrazione con le applicazioni che gestiscono parti, materiali e prodotti finiti. Questo è anche il luogo in cui l’IoT di produzione lascia l’ambiente della fabbrica locale, per connettersi al data center aziendale o a un’applicazione cloud pubblica.

• Nella maggior parte dei casi, le interfacce disponibili dal lato aziendale, disponibili per la connessione del livello edge della fabbrica, sono piuttosto statiche. Fai un inventario di queste interfacce e documenta i loro requisiti e capacità.
• Inventariare le interfacce che possono essere supportate dai sistemi edge della fabbrica e identificare il numero più piccolo di queste interfacce adatte alla connessione al livello aziendale.
• Prestare attenzione alla sicurezza di queste connessioni, poiché espongono le interfacce alle applicazioni e ai database aziendali principali.

La creazione di ambienti IoT richiede alcuni ritocchi finali

Ci sono alcune regole generali nell'IIoT IoT che dovrebbero essere tenute a mente quando si esplorano le opzioni per tutti e tre gli strati della nostra torta IoT:

• Molti utenti preferiscono le connessioni cablate, come Ethernet, sia per le connessioni dal livello process-to-factory-edge che per quelle dal livello factory-edge-business. Ciò migliora la sicurezza e l'affidabilità. L'uso di un cavo Ethernet schermato può ridurre il rischio di interferenze elettriche provenienti dai macchinari.
• Se nell'impianto di produzione viene utilizzata la rete wireless, prendere in considerazione l'utilizzo di hub separati e mantenere la rete della fabbrica separata da altri usi del Wi-Fi. Considera il Wi-Fi 6 obbligatorio per implementazioni su larga scala o laddove altri utenti condivideranno la stessa rete Wi-Fi e utilizza le funzionalità “colore” Wi-Fi 6 per mediare la capacità di rete per i flussi IoT critici. Tieni presente che per ottenere il massimo dal Wi-Fi 6, avrai bisogno della compatibilità WiFi-6 sui dispositivi e sulla LAN.
• La sicurezza è la preoccupazione più critica. Assicurarsi che l'implementazione includa pulsanti di emergenza per arrestare il movimento e proteggere i lavoratori e le attrezzature.

Documentare il tuo ambiente IoT

Una regola pratica fondamentale è documentare tutto. Ogni decisione presa, ogni parametro di configurazione, ogni elemento software o dispositivo dovrebbe essere completamente documentato, con aggiornamenti apportati con le modifiche e rivisto regolarmente per garantire che nulla sia stato tralasciato. Quando non si riesce a documentare chiaramente dispositivi, connessioni e applicazioni, ciò può diventare una probabile fonte di problemi futuri, alcuni dei quali possono essere seri.