Książka kucharska dotycząca środowisk IoT w produkcji budowlanej

• Budowanie skutecznych środowisk IoT obejmuje trzy warstwy: „tortu”, że tak powiem, warstwy procesowej, warstwy fabrycznej i biznesowej.
• Konstruktorzy IoT mogą zidentyfikować elementy w tych trzech warstwach, które tworzą ich środowiska IoT.
• Identyfikując każdą warstwę i jej elementy, architekci IoT mogą ustanowić procesy IoT, które realizują cele biznesowe ich przedsiębiorstw.

Sektor przemysłowy od stulecia pracuje nad usprawnieniem przekształcania materiałów lub części w produkty.

Nie jest niespodzianką, że sektor produkcyjny jest liderem we wdrażaniu IoT, ale wielu producentów wciąż ma trudności z wprowadzeniem i wykorzystaniem IoT w operacjach.

Dla tych, którzy to robią, oto prosty przepis na budowanie produkcyjnych środowisk IoT i pomoc w tym procesie. W tej dyskusji będziemy używać terminu „czujnik” do urządzeń IoT, które zgłaszają stan, „efektor” do klasy urządzeń IoT przeznaczonych do przenoszenia lub otwierania czegoś, a „kontroler” do urządzenia IoT, które łączy się i współdziała z sensory i efektory.

Ogólny widok środowisk IoT

Firmy dążą do IoT i automatyzacji hal produkcyjnych, a niektóre poczyniły znaczne postępy. Najlepsze podejście w IIoT to takie, które dzieli projekt IoT na trzy odrębne warstwy, jak ciasto.

Taka struktura umożliwia producentom dopasowanie urządzeń IoT do procesów produkcyjnych, włączenie tych procesów w fabryczny przepływ pracy oraz zintegrowanie tego przepływu pracy z aplikacjami biznesowymi, które pozyskują części i surowce oraz sprzedają gotowe towary.

To trójwarstwowe podejście umożliwia twórcom środowisk IoT wdrażanie procesów IoT, które odzwierciedlają cele biznesowe.

Składniki projektu IIoT

Warstwa procesowa. W przeciwieństwie do wielu aplikacji IoT, które składają się z czujników odczytujących warunki i „efektorów”, które poruszają lub zmieniają rzeczy w świecie rzeczywistym, produkcyjny IoT zwykle składa się z określonych procesów, z których każdy składa się z narzędzi potrzebnych do wykonania etapu produkcyjnego, potrzebnych pracownikom do jego uruchomienia oraz urządzenia IoT potrzebne do objęcia procesu zautomatyzowaną kopertą sterującą. Urządzenia te obejmują sterownik lokalny z własnymi protokołami urządzeń i językiem programowania, który przekształca urządzenia IoT w aktywne komponenty samego procesu. Ten warstwa procesowa jest podstawą projektowania produkcyjnego IoT.

Fabryczna warstwa brzegowa. Produkcja zaczyna się od procesów, ale wszystkie procesy muszą zostać zebrane w spójną wizję fabryki. Takie właśnie zadanie ma druga warstwa ciasta, czyli tzw fabryczna warstwa brzegowa. Podczas gdy warstwa procesowa jest zwykle zbudowana z urządzeń i specjalistycznych kontrolerów, fabryczna warstwa brzegowa jest zbudowana z urządzeń „wbudowanego sterowania” lub „obliczeń brzegowych”, które coraz częściej są urządzeniami obliczeniowymi ogólnego przeznaczenia. Warstwa ta zarządza procesami tak, aby praca w fabryce przebiegała w sposób uporządkowany, a na hali produkcyjnej zapewnione było bezpieczeństwo zarówno pracowników, jak i maszyn.

Warstwa biznesowa. Towary nie pojawiają się ani nie znikają w magiczny sposób z fabryki. Producenci dysponują systemami oprogramowania obsługującymi dostawę części/surowców, często w oparciu o zasady takie jak produkcja „dokładnie na czas” (JIT) lub planowanie dostaw JIT w celu minimalizacji zapasów. Istnieją również systemy zarządzające stanami magazynowymi wyrobów gotowych i przenoszącymi je do kanału sprzedaży. Systemy te tworzą warstwa biznesowa ciasta, miejsce, w którym starsze aplikacje spotykają się z IoT i automatyzacją procesów.

Przepis na środowisko IIoT

Ponieważ warstwa procesowa jest podstawą IIoT, optymalna strategia zaczyna się tutaj:

• Zrób inwentaryzację wyjściowych interfejsów programowania aplikacji (API) dla każdego elementu procesu na hali produkcyjnej. Zwróć uwagę na interfejs API, wymagania sieciowe, formaty danych i rodzaj informacji dostępnych za pośrednictwem każdego z nich. Jeśli obsługiwanych jest wiele opcji, a nie możliwości każdej z nich.
• Sprawdź, czy każdy interfejs procesu udostępnia środki koordynujące etapy rozpoczęcia i zakończenia procesu z aplikacją wyższego poziomu. Określ także środki
  w razie potrzeby „awaryjne zatrzymanie” procesu.

Rozważmy teraz relację pomiędzy warstwą procesową a warstwą krawędziową fabryki. Konieczne będzie ustanowienie połączenia między każdym procesem fabrycznym w warstwie procesu a komputerem brzegowym w fabrycznej warstwie brzegowej, dlatego dla tych połączeń będzie musiał istnieć powszechnie obsługiwany interfejs.

• Dla każdego potencjalnego fabrycznego systemu brzegowego należy wykonać inwentaryzację wszystkich obsługiwanych interfejsów API i interfejsów sieciowych. Dla urządzenia brzegowego może istnieć wiele systemów operacyjnych, oprogramowania pośredniego lub pakietów aplikacji, dlatego zapoznaj się z nimi wszystkimi.
• Znajdź dopasowanie między dostępnymi interfejsami warstwy procesowej a fabrycznymi systemami brzegowymi. Odpowiednie dopasowanie będzie wspierać całą wymianę wiadomości, której potrzebujesz. Jeśli istnieje wiele odpowiednich dopasowań, znajdź kombinację sieci/interfejsu, która pasuje do największej liczby elementów warstwy procesu, aby zmniejszyć złożoność przetwarzania brzegowego fabryki.
• Najlepszą praktyką jest włączenie zadania konwersji wszystkich strumieni danych warstwy procesu w aplikacji brzegowej fabryki na wspólną strukturę komunikatów danych przed wykonaniem jakiegokolwiek przetwarzania. To znacznie zmniejszy wysiłek, czas i poziom błędów związany z rozwojem i konserwacją oprogramowania.

Teraz polej ciasto. Warstwa biznesowa produkcyjnego ciasta IoT odpowiada za integrację z aplikacjami obsługującymi części, materiały i gotowe produkty. Jest to również miejsce, w którym IoT produkcji opuszcza lokalne środowisko fabryczne, aby połączyć się z korporacyjnym centrum danych lub aplikacją w chmurze publicznej.

• W większości przypadków interfejsy dostępne od strony biznesowej, z którymi może połączyć się fabryczna warstwa brzegowa, są dość statyczne. Zrób inwentarz tych interfejsów i udokumentuj ich wymagania i możliwości.
• Zinwentaryzuj interfejsy, które mogą być obsługiwane przez fabryczne systemy brzegowe i zidentyfikuj najmniejszą liczbę tych interfejsów, które nadają się do połączenia z warstwą biznesową.
• Należy pamiętać o bezpieczeństwie tych połączeń, ponieważ udostępniają one interfejsy do podstawowych aplikacji biznesowych i baz danych.

Tworzenie środowisk IoT wymaga pewnych dopracowań

Istnieje kilka ogólnych zasad IIoT IoT, o których należy pamiętać podczas eksplorowania opcji dla wszystkich trzech warstw naszego tortu IoT:

• Wielu użytkowników preferuje połączenia przewodowe, takie jak Ethernet, zarówno w przypadku połączeń warstwy procesowej z warstwą brzegową fabryki, jak i połączeń warstwy brzegowej fabryki z warstwą biznesową. Poprawia to bezpieczeństwo i niezawodność. Stosowanie ekranowanego kabla Ethernet może zmniejszyć ryzyko zakłóceń elektrycznych ze strony maszyn.
• Jeśli na hali produkcyjnej używana jest sieć bezprzewodowa, rozważ użycie oddzielnych koncentratorów, a sieć fabryczną trzymaj oddzielnie od innych zastosowań Wi-Fi. Rozważ Wi-Fi 6 jako obowiązkowe w przypadku wdrożeń na dużą skalę lub gdy inni użytkownicy będą korzystać z tej samej sieci Wi-Fi, i korzystaj z „kolorowych” funkcji Wi-Fi 6, aby pośredniczyć w przepustowości sieci dla krytycznych przepływów IoT. Pamiętaj, że aby w pełni wykorzystać możliwości Wi-Fi 6, potrzebujesz kompatybilności z Wi-Fi-6 na urządzeniach, a także w sieci LAN.
• Bezpieczeństwo jest najważniejszą kwestią. Upewnij się, że wdrożenie obejmuje przyciski awaryjne zatrzymujące ruch i chroniące pracowników i sprzęt.

Dokumentowanie środowiska IoT

Podstawową zasadą jest dokumentowanie wszystkiego. Każda podjęta decyzja, każdy parametr konfiguracyjny, każdy element oprogramowania lub urządzenie powinny być w pełni udokumentowane, wraz z aktualizacjami wprowadzanymi w przypadku zmian i regularnie przeglądane, aby mieć pewność, że nic nie zostało pominięte. Jeśli nie udokumentowasz jasno urządzeń, połączeń i aplikacji, może to stać się prawdopodobnym źródłem przyszłych problemów, z których niektóre mogą być poważne.