製造業の IoT 環境を構築するためのクックブック

• 成功する IoT 環境を構築するには、いわば「ケーキ」のプロセス層、工場層、ビジネス層の 3 つの層を考慮する必要があります。
• IoT ビルダーは、IoT 環境を構成するこれら 3 つの層の要素を特定できます。
• 各レイヤーとその要素を特定することで、IoT アーキテクトは企業のビジネス目標を推進する IoT プロセスを確立できます。

産業部門は 1 世紀にわたり、材料や部品をより効率的に製品に変換することに取り組んできました。

製造部門が IoT 導入のリーダーであることは驚くべきことではありませんが、多くの製造業者は依然として業務に IoT を導入して使用する方法に苦労しています。

そうする人のために、製造 IoT 環境を構築し、その過程で役立つ簡単なレシピを紹介します。この説明では、状態を報告する IoT デバイスには「センサー」という用語を使用し、何かを動かしたり開けたりすることを目的とした IoT デバイスのクラスには「エフェクター」という用語を使用し、接続して対話する IoT デバイスには「コントローラー」という用語を使用します。センサーとエフェクター。

IoT 環境の概要

企業は IoT と工場現場の自動化に努めており、一部の企業は大幅な進歩を遂げています。 IIoT における最良のアプローチは、IoT プロジェクトをケーキのように 3 つの異なる層に分割することです。

この構造により、メーカーは IoT デバイスを製造プロセスに適合させ、それらのプロセスを工場のワークフローに組み込んで、そのワークフローを部品や原材料を入手して完成品を販売するビジネス アプリケーションと統合することができます。

この 3 層のアプローチにより、IoT 環境構築者はビジネスの目標を反映した IoT プロセスを導入できるようになります。

IIoT プロジェクトの要素

プロセス層。 状況を読み取るセンサーや、現実世界で物を動かしたり変更したりする「エフェクター」から構築される多くの IoT アプリケーションとは異なり、製造 IoT は通常、特定のプロセスから構築され、各プロセスは製造ステップを実行するために必要なツールと必要な作業員で構成されます。それを実行するには、IoT デバイスがプロセスを自動化された制御エンベロープでラップする必要がありました。これらのデバイスには、独自のデバイス プロトコルとプログラミング言語を備えたローカル コントローラーが含まれており、IoT デバイスをプロセス自体のアクティブなコンポーネントに変換します。これ プロセス層 製造IoT設計の基礎となります。

ファクトリーエッジレイヤー。 製造はプロセスから始まりますが、すべてのプロセスが一貫した工場ビジョンに収集される必要があります。それがケーキの 2 番目の層の仕事です。 ファクトリーエッジレイヤー。通常、プロセス層はデバイスと特殊コントローラーから構築されますが、ファクトリエッジ層は「組み込み制御」または「エッジコンピューティング」デバイスから構築され、ある種の汎用コンピューティングデバイスである可能性が高まっています。この層は、工場の作業が秩序ある方法で進められ、作業員と機械の両方の工場現場の安全が確保されるようにプロセスを管理します。

ビジネス層。 商品は工場から魔法のように現れたり消えたりするものではありません。メーカーは、在庫を最小限に抑えるためのジャストインタイム (JIT) 製造や配送の JIT スケジューリングなどの原則に基づいて、部品/原材料の配送をサポートするソフトウェア システムを備えています。完成品の在庫を管理し、販売チャネルに移すシステムもあります。これらのシステムは、 ビジネス層 レガシー アプリケーションが IoT とプロセス オートメーションと出会う場所です。

IIoT 環境のレシピ

プロセス層は IIoT の基盤であるため、最適な戦略はそこから始まります。

• 工場現場の各プロセス要素から出力されるアプリケーション プログラミング インターフェイス (API) のインベントリを作成します。 API、ネットワーク要件、データ形式、およびそれぞれを通じて利用できる情報の種類に注意してください。複数のオプションがサポートされている場合、各オプションの機能はサポートされていません。
• 各プロセス インターフェイスが、プロセスの開始ステップと完了ステップを上位レベルのアプリケーションと調整する手段を公開していることを確認します。また、その手段を明らかにする
  必要に応じてプロセスを「緊急停止」します。

ここで、プロセス層とファクトリエッジ層の関係を考えてみましょう。プロセス層の各ファクトリ プロセスとファクトリ エッジ層のエッジ コンピュータとの間の接続を確立する必要があるため、これらの接続に対して共通にサポートされるインターフェイスが必要になります。

• 候補となる各ファクトリー エッジ システムについて、サポートされているすべての API とネットワーク インターフェイスのインベントリを作成します。エッジ デバイスには複数のオペレーティング システム、ミドルウェア、またはアプリケーション パッケージが存在する場合があるため、それらをすべて調べてください。
• 利用可能なプロセス層インターフェイスと工場エッジ システムの間で一致するものを見つけます。適切な一致により、必要なすべてのメッセージ交換がサポートされます。適切な一致が複数ある場合は、最大数のプロセス層要素に適合するネットワーク/インターフェイスの組み合わせを見つけて、ファクトリ エッジ処理の複雑さを軽減します。
• ベスト プラクティスは、処理を実行する前に、ファクトリ エッジ アプリケーション内のすべてのプロセス層データ ストリームを共通のデータ メッセージ構造に変換するタスクを含めることです。これにより、開発とソフトウェアのメンテナンスの労力、時間、エラー率が大幅に削減されます。

さて、ケーキをアイシングします。 IoT ケーキ製造のビジネス層は、部品、材料、完成品を処理するアプリケーションとの統合を担当します。これは、製造 IoT がローカルの工場環境を離れて、企業のデータセンターまたはパブリック クラウド アプリケーションに接続する場所でもあります。

• ほとんどの場合、ビジネス側から利用できる、ファクトリ エッジ レイヤーが接続できるインターフェースは、かなり静的です。これらのインターフェイスの一覧を作成し、その要件と機能を文書化します。
• ファクトリ エッジ システムでサポートできるインターフェイスの一覧を作成し、ビジネス層への接続に適したこれらのインターフェイスの最小数を特定します。
• これらの接続はコア ビジネス アプリケーションやデータベースへのインターフェイスを公開するため、接続のセキュリティに注意してください。

IoT 環境の構築には最後の仕上げが必要です

IIoT IoT には、IoT ケーキの 3 つの層すべてのオプションを検討する際に留意すべき一般的なルールがいくつかあります。

• 多くのユーザーは、プロセスから工場へのエッジ層接続と工場からエッジからビジネス層への接続の両方に、イーサネットなどの有線接続を好みます。これにより、セキュリティと信頼性が向上します。シールド付きイーサネット ケーブルを使用すると、機械からの電気的干渉のリスクが軽減される可能性があります。
• 製造現場でワイヤレス ネットワークが使用されている場合は、別のハブの使用を検討し、工場のネットワークを他の Wi-Fi の使用から切り離してください。大規模な展開や他のユーザーが同じ Wi-Fi ネットワークを共有する場合には Wi-Fi 6 が必須であることを検討し、Wi-Fi 6 の「カラー」機能を使用して重要な IoT フローのネットワーク容量を仲介します。 Wi-Fi 6 を最大限に活用するには、デバイスと LAN で WiFi-6 との互換性が必要であることに注意してください。
• 安全性は最も重要な関心事です。動作を停止して作業者と機器を保護するための緊急ボタンが実装に含まれていることを確認してください。

IoT 環境の文書化

重要な経験則は、すべてを文書化することです。行われたすべての決定、すべての構成パラメータ、すべてのソフトウェア要素またはデバイスは、変更に伴う更新とともに完全に文書化され、漏れがないことを確認するために定期的にレビューされる必要があります。デバイス、接続、アプリケーションを明確に文書化しないと、将来問題が発生する可能性があり、その中には深刻な問題が含まれる可能性があります。