Een kookboek voor het bouwen van IoT-productieomgevingen

• Bij het bouwen van succesvolle IoT-omgevingen zijn drie lagen nodig: een ‘taart’, een proceslaag, een fabriekslaag en een bedrijfslaag.
• IoT-bouwers kunnen de elementen in deze drie lagen identificeren waaruit hun IoT-omgevingen bestaan.
• Door elke laag en de bijbehorende elementen te identificeren, kunnen IoT-architecten de IoT-processen opzetten die de bedrijfsdoelstellingen van hun onderneming bevorderen.

De industriële sector werkt al een eeuw lang aan het efficiënter maken van de omzetting van materiaal of onderdelen in producten.

Het is geen verrassing dat de productiesector toonaangevend is op het gebied van IoT-adoptie, maar veel fabrikanten worstelen nog steeds met de manier waarop ze IoT in hun bedrijfsvoering kunnen introduceren en gebruiken.

Voor degenen die dat wel doen, volgt hier een eenvoudig recept om IoT-productieomgevingen te bouwen en u daarbij te helpen. In deze discussie gebruiken we de term ‘sensor’ voor IoT-apparaten die een aandoening melden, ‘effector’ voor de klasse van IoT-apparaten die bedoeld zijn om iets te verplaatsen of te openen, en ‘controller’ voor een IoT-apparaat dat verbinding maakt en communiceert met sensoren en effectoren.

Een overzicht op hoog niveau van IoT-omgevingen

Bedrijven streven naar IoT en automatisering op de fabrieksvloer, en sommige hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt. De beste aanpak in IIoT is er een die uw IoT-project in drie verschillende lagen verdeelt, als een taart.

Deze structuur stelt fabrikanten in staat IoT-apparaten af ​​te stemmen op productieprocessen, deze processen in een fabrieksworkflow te integreren en die workflow te integreren met de bedrijfsapplicaties die onderdelen en grondstoffen verwerven en eindproducten verkopen.

Deze drielaagse aanpak stelt bouwers van IoT-omgevingen in staat IoT-processen in praktijk te brengen die de doelstellingen van het bedrijf weerspiegelen.

De ingrediënten van een IIoT-project

Proces laag. In tegenstelling tot veel IoT-toepassingen die zijn opgebouwd uit sensoren die omstandigheden aflezen en ‘effectoren’ die dingen in de echte wereld verplaatsen of veranderen, wordt de productie van IoT meestal opgebouwd uit specifieke processen, die elk bestaan ​​uit de gereedschappen die nodig zijn om een ​​productiestap uit te voeren, de werknemers die nodig zijn om het uit te voeren, en de IoT-apparaten die nodig waren om het proces in een geautomatiseerde controle-envelop te verpakken. Deze apparaten omvatten een lokale controller, met eigen apparaatprotocollen en programmeertaal, die IoT-apparaten omzet in actieve componenten van het proces zelf. Dit proces laag is de basis voor het vervaardigen van IoT-ontwerp.

Fabrieksrandlaag. Productie begint met processen, maar alle processen moeten worden verzameld in een samenhangende fabrieksvisie. Dat is de taak van de tweede laag van de taart, de fabrieksrandlaag. Terwijl de proceslaag doorgaans is opgebouwd uit apparaten en speciale controllers, wordt de fabrieksrandlaag opgebouwd uit ‘embedded control’- of ‘edge computing’-apparaten die steeds vaker een soort algemeen computerapparaat zullen zijn. Deze laag beheert de processen zodat het fabriekswerk op een ordelijke manier wordt doorgegeven en de veiligheid van zowel werknemers als machines op de fabrieksvloer wordt gewaarborgd.

Zakelijke laag. Goederen verschijnen of verdwijnen niet op magische wijze uit een fabriek. Fabrikanten beschikken over softwaresystemen die de levering van onderdelen/grondstoffen ondersteunen, vaak gebaseerd op principes als just-in-time (JIT) productie of JIT-planning van leveringen om de voorraad te minimaliseren. Er zijn ook systemen die de voorraad eindproducten beheren en deze naar een verkoopkanaal verplaatsen. Deze systemen vormen de bedrijfslaag van de taart, de plek waar legacy-applicaties IoT en procesautomatisering ontmoeten.

Een IIoT-omgevingsrecept

Omdat de proceslaag de basis vormt van IIoT, begint daar een optimale strategie:

• Maak een inventaris van de output application programming interfaces (API's) van elk van de proceselementen op de fabrieksvloer. Let op de API, netwerkvereisten, gegevensformaten en het type informatie dat via elke API beschikbaar is. Als meerdere opties worden ondersteund, niet de mogelijkheden van elk.
• Controleer of elke procesinterface een manier biedt om de start- en voltooiingsstappen van het proces te coördineren met een applicatie op een hoger niveau. Identificeer ook de middelen van
  “noodstop” van het proces indien nodig.

Beschouw nu de relatie tussen de proceslaag en de fabrieksrandlaag. U moet een verbinding tot stand brengen tussen elk fabrieksproces in de proceslaag en een edge-computer in de fabrieksrandlaag, dus er zal een algemeen ondersteunde interface voor deze verbindingen moeten zijn.

• Maak voor elk kandidaat-fabrieksrandsysteem een ​​inventaris van alle ondersteunde API's en netwerkinterfaces. Er kunnen meerdere besturingssysteem-, middleware- of applicatiepakketten zijn voor een edge-apparaat, dus verken ze allemaal.
• Vind de match tussen de beschikbare proceslaaginterfaces en de fabrieksrandsystemen. Een geschikte match ondersteunt alle berichtenuitwisseling die u nodig heeft. Als er meerdere geschikte overeenkomsten zijn, zoek dan een netwerk/interface-combinatie die op het grootste aantal proceslaagelementen past, om de complexiteit van de fabrieksrandverwerking te verminderen.
• De beste praktijk is om een ​​taak op te nemen om alle gegevensstromen op de proceslaag in de fabrieksrandtoepassing om te zetten in een gemeenschappelijke gegevensberichtstructuur voordat enige verwerking wordt uitgevoerd. Dit zal de ontwikkelings- en software-onderhoudsinspanningen, de tijd en het foutenpercentage aanzienlijk verminderen.

Nu nog ijs maken op de taart. De bedrijfslaag van de IoT-productiecake is verantwoordelijk voor de integratie met de applicaties die onderdelen, materiaal en eindproducten verwerken. Dit is ook de plaats waar de IoT-productie de lokale fabrieksomgeving verlaat, om verbinding te maken met het datacenter van het bedrijf of met een publieke cloudapplicatie.

• In de meeste gevallen zijn de interfaces die beschikbaar zijn vanuit de zakelijke kant en waarmee de fabrieksrandlaag verbinding kan maken, tamelijk statisch. Maak een inventaris van deze interfaces en documenteer hun vereisten en mogelijkheden.
• Inventariseer de interfaces die kunnen worden ondersteund door de edge-systemen van de fabriek, en identificeer het kleinste aantal van deze interfaces dat geschikt is voor verbinding met de bedrijfslaag.
• Houd rekening met de veiligheid van deze verbindingen, aangezien ze interfaces met kernbedrijfsapplicaties en databases blootleggen.

Het bouwen van IoT-omgevingen vergt nog wat laatste handwerken

Er zijn een paar algemene regels in IIoT IoT die in gedachten moeten worden gehouden bij het onderzoeken van opties voor alle drie de lagen van onze IoT-cake:

• Veel gebruikers geven de voorkeur aan draadgebonden verbindingen, zoals Ethernet, voor zowel de proces-naar-fabriek-edge-laagverbindingen als de fabriek-edge-naar-business-laagverbindingen. Dit verbetert de veiligheid en betrouwbaarheid. Het gebruik van afgeschermde Ethernet-kabels kan het risico op elektrische interferentie door machines verminderen.
• Als draadloze netwerken op de productievloer worden gebruikt, overweeg dan het gebruik van aparte hubs en houd het fabrieksnetwerk gescheiden van ander gebruik van Wi-Fi. Beschouw Wi-Fi 6 als verplicht voor grootschalige implementaties of waar andere gebruikers hetzelfde Wi-Fi-netwerk zullen delen, en gebruik Wi-Fi 6 ‘kleur’-functies om netwerkcapaciteit te bemiddelen voor kritieke IoT-stromen. Houd er rekening mee dat u, om het meeste uit Wi-Fi 6 te halen, WiFi-6-compatibiliteit op de apparaten en op het LAN nodig heeft.
• Veiligheid is de meest kritische zorg. Zorg ervoor dat de implementatie noodknoppen bevat om beweging te stoppen en werknemers en apparatuur te beschermen.

Het documenteren van uw IoT-omgeving

Een belangrijke vuistregel is om alles te documenteren. Elke genomen beslissing, elke configuratieparameter, elk software-element of apparaat moet volledig worden gedocumenteerd, met updates met wijzigingen, en regelmatig worden beoordeeld om er zeker van te zijn dat er niets over het hoofd wordt gezien. Als u apparaten, verbindingen en toepassingen niet duidelijk documenteert, kan dit een waarschijnlijke bron van toekomstige problemen worden, waarvan sommige ernstig kunnen zijn.