En kokebok for bygging av IoT-miljøer

• Å bygge vellykkede IoT-miljøer involverer hensynsfulle tre lag: av en "kake", så å si prosess, fabrikk og forretningslag.
• IoT-byggere kan identifisere elementene i disse tre lagene som utgjør deres IoT-miljøer.
• Ved å identifisere hvert lag og dets elementer, kan IoT-arkitekter etablere IoT-prosessene som videresender bedriftens forretningsmål.

Industrisektoren har i et århundre jobbet for å gjøre omdanningen av materialer eller deler til produkter mer effektiv.

Det er ingen overraskelse at produksjonssektoren er ledende innen IoT-adopsjon, men mange produsenter sliter fortsatt med hvordan de skal introdusere og bruke IoT i drift.

For de som gjør det, her er en enkel oppskrift for å bygge produksjons-IoT-miljøer og hjelpe deg på veien. I denne diskusjonen vil vi bruke begrepet "sensor" for IoT-enheter som rapporterer en tilstand, "effektor" for klassen av IoT-enheter beregnet på å flytte eller åpne noe, og "kontroller" for en IoT-enhet som kobler til og samhandler med sensorer og effektorer.

En høynivåvisning av IoT-miljøer

Selskaper har strebet etter IoT og fabrikkgulvautomatisering, og noen har gjort betydelige fremskritt. Den beste tilnærmingen i IIoT er en som deler opp IoT-prosjektet ditt i tre forskjellige lag, som en kake.

Denne strukturen gjør det mulig for produsenter å matche IoT-enheter til produksjonsprosesser, å strikke disse prosessene inn i en fabrikkarbeidsflyt, og å integrere denne arbeidsflyten med forretningsapplikasjonene som anskaffer deler og råvarer og selger ferdige varer.

Denne tre-lags tilnærmingen gjør det mulig for IoT-miljøbyggere å sette IoT-prosesser i kraft som reflekterer virksomhetens mål.

Ingrediensene til et IIoT-prosjekt

Prosesslag. I motsetning til mange IoT-applikasjoner som bygger opp fra sensorer som leser forhold og "effektorer" som flytter eller endrer ting i den virkelige verden, er produksjon av IoT vanligvis bygget fra spesifikke prosesser, som hver består av verktøyet som trengs for å utføre et produksjonstrinn, arbeiderne trengte for å kjøre den, og IoT-enhetene som trengs for å pakke prosessen inn i en automatisert kontrollkonvolutt. Disse enhetene inkluderer en lokal kontroller, med egne enhetsprotokoller og programmeringsspråk, som konverterer IoT-enheter til aktive komponenter i selve prosessen. Dette prosesslag er grunnlaget for produksjon av IoT-design.

Fabrikkkantlag. Produksjon starter med prosesser, men alle prosesser må samles til en sammenhengende fabrikkvisjon. Det er jobben til det andre laget av kaken, den fabrikkkantlag. Mens prosesslaget vanligvis er bygget fra enheter og spesialkontrollere, er fabrikkkantlaget bygget fra "innebygd kontroll" eller "edge computing"-enheter som i økende grad er en slags generell databehandlingsenhet. Dette laget styrer prosessene slik at fabrikkarbeidet formidles på en ryddig måte, og sikkerheten på fabrikkgulvet for både arbeidere og maskiner er sikret.

Forretningslag. Varer dukker ikke opp eller forsvinner på magisk vis fra en fabrikk. Produsenter har programvaresystemer som støtter levering av deler/råvarer, ofte basert på prinsipper som just-in-time (JIT) produksjon eller JIT-planlegging av leveranser for å minimere lagerbeholdningen. Det finnes også systemer som styrer beholdningen av ferdigvarer og flytter dem inn i en salgskanal. Disse systemene danner virksomhetslag av kaken, stedet der eldre applikasjoner møter IoT og prosessautomatisering.

En IIoT-miljøoppskrift

Fordi prosesslaget er grunnlaget for IIoT, starter en optimal strategi der:

• Ta en oversikt over utdataapplikasjonsprogrammeringsgrensesnittene (API) fra hvert av prosesselementene på fabrikkgulvet. Legg merke til API, nettverkskrav, dataformater og typen informasjon som er tilgjengelig gjennom hver. Hvis flere alternativer støttes, ikke egenskapene til hver.
• Bekreft at hvert prosessgrensesnitt viser en måte å koordinere start- og fullføringstrinnene til prosessen med en applikasjon på høyere nivå. Identifiser også midlene til
  «nødstopp» prosessen om nødvendig.

Vurder nå forholdet mellom prosesslaget og fabrikkkantlaget. Du må etablere en forbindelse mellom hver fabrikkprosess i prosesslaget og en kantdatamaskin i fabrikkkantlaget, så det må være et felles støttet grensesnitt for disse forbindelsene.

• Ta en oversikt over alle støttede API-er og nettverksgrensesnitt for hvert kandidat-fabrikkkantsystem. Det kan være flere operativsystem-, mellomvare- eller applikasjonspakker for en edge-enhet, så utforsk dem alle.
• Finn samsvaret mellom de tilgjengelige prosesslagsgrensesnittene og fabrikkkantsystemene. En passende match vil støtte alle meldingsutvekslingene du trenger. Hvis det er flere passende treff, finn en nettverk/grensesnitt-kombinasjon som passer til det største antallet prosesslagselementer, for å redusere kompleksiteten til fabrikkkantbehandling.
• Den beste fremgangsmåten er å inkludere en oppgave for å konvertere alle datastrømmene i prosesslaget i fabrikkkantapplikasjonen til en felles datameldingsstruktur før du utfører noen behandling. Dette vil redusere innsatsen for utvikling og vedlikehold av programvare, tid, feilrate betydelig.

Nå for å ise kaken. Forretningslaget til produksjons-IoT-kaken er ansvarlig for integrasjon med applikasjonene som håndterer deler, materialer og ferdige produkter. Dette er også stedet der produksjon av IoT forlater det lokale fabrikkmiljøet, enten for å koble til bedriftens datasenter eller til en offentlig skyapplikasjon.

• I de fleste tilfeller er grensesnittene tilgjengelig fra forretningssiden, tilgjengelig for fabrikkkantlaget å koble til, ganske statiske. Ta en oversikt over disse grensesnittene og dokumenter deres krav og muligheter.
• Inventar grensesnittene som kan støttes av fabrikkkantsystemene, og identifiser det minste antallet av disse grensesnittene som er egnet for tilkobling til forretningslaget.
• Vær oppmerksom på disse forbindelsenes sikkerhet, siden de eksponerer grensesnitt for kjernevirksomhetsapplikasjoner og databaser.

Å bygge IoT-miljøer krever litt finpuss

Det er noen få generelle regler i IIoT IoT som bør huskes når du utforsker alternativer for alle tre lagene i IoT-kaken vår:

• Mange brukere foretrekker kabelforbindelser, for eksempel Ethernet, for både prosess-til-fabrikk-kant-lagforbindelser og fabrikk-kant-til-business-lag-tilkoblinger. Dette forbedrer sikkerheten og påliteligheten. Bruk av skjermet Ethernet-kabel kan redusere risikoen for elektrisk interferens fra maskineri.
• Hvis trådløst nettverk brukes på produksjonsgulvet, bør du vurdere å bruke separate huber, holde fabrikknettverket atskilt fra annen bruk av Wi-Fi. Vurder Wi-Fi 6 som obligatorisk for store distribusjoner eller der andre brukere vil dele det samme Wi-Fi-nettverket, og bruk Wi-Fi 6 "farge"-funksjoner for å formidle nettverkskapasitet for kritiske IoT-flyter. Vær oppmerksom på at for å få mest mulig ut av Wi-Fi 6, trenger du WiFi-6-kompatibilitet på enhetene så vel som LAN.
• Sikkerhet er den mest kritiske bekymringen. Pass på at implementeringen inkluderer nødknapper for å stoppe bevegelse og beskytte arbeidere og utstyr.

Dokumentere ditt IoT-miljø

En viktig tommelfingerregel er å dokumentere alt. Hver beslutning som tas, hver konfigurasjonsparameter, hvert programvareelement eller hver enhet bør dokumenteres fullstendig, med oppdateringer med endringer og gjennomgås regelmessig for å sikre at ingenting er gått glipp av. Når du ikke klarer å dokumentere enheter, tilkoblinger, applikasjoner, kan det bli en sannsynlig kilde til fremtidige problemer, hvorav noen kan være alvorlige.