Um livro de receitas para a construção de ambientes de IoT de manufatura

• Construir ambientes de IoT bem-sucedidos envolve considerar três camadas: de um “bolo”, por assim dizer, processo, fábrica e camada de negócios.
• Os construtores de IoT podem identificar os elementos nessas três camadas que compõem seus ambientes de IoT.
• Ao identificar cada camada e seus elementos, os arquitetos de IoT podem estabelecer os processos de IoT que encaminham os objetivos de negócios de suas empresas.

O setor industrial trabalha, há um século, para tornar mais eficiente a conversão de materiais ou peças em produtos.

Não é nenhuma surpresa que o setor industrial seja líder na adoção da IoT, mas muitos fabricantes ainda lutam para saber como introduzir e usar a IoT nas operações.

Para aqueles que fazem isso, aqui está uma receita simples para construir ambientes de IoT de fabricação e ajudá-lo ao longo do caminho. Nesta discussão, usaremos o termo “sensor” para dispositivos IoT que relatam uma condição, “efetor” para a classe de dispositivos IoT destinados a mover ou abrir algo, e “controlador” para um dispositivo IoT que se conecta e interage com sensores e efetores.

Uma visão de alto nível dos ambientes IoT

As empresas têm se esforçado pela IoT e pela automação do chão de fábrica, e algumas fizeram progressos significativos. A melhor abordagem em IIoT é aquela que divide seu projeto de IoT em três camadas distintas, como um bolo.

Esta estrutura permite aos fabricantes combinar dispositivos IoT com processos de fabrico, unir esses processos num fluxo de trabalho de fábrica e integrar esse fluxo de trabalho com as aplicações empresariais que adquirem peças e matérias-primas e vendem produtos acabados.

Essa abordagem de três camadas permite que os criadores de ambientes de IoT coloquem em prática processos de IoT que reflitam os objetivos do negócio.

Os ingredientes de um projeto IIoT

Camada de processo. Ao contrário de muitas aplicações de IoT que se baseiam em sensores que leem condições e “efetores” que movem ou alteram coisas no mundo real, a IoT de fabricação geralmente é construída a partir de processos específicos, cada um consistindo nas ferramentas necessárias para executar uma etapa de fabricação, os trabalhadores necessários. para executá-lo e os dispositivos IoT necessários para envolver o processo em um envelope de controle automatizado. Esses dispositivos incluem um controlador local, com protocolos de dispositivos e linguagem de programação próprios, que converte dispositivos IoT em componentes ativos do próprio processo. Esse camada de processo é a base para o design de IoT de fabricação.

Camada de borda de fábrica. A fabricação começa com processos, mas todos os processos devem ser reunidos em uma visão de fábrica coesa. Esse é o trabalho da segunda camada do bolo, a camada de borda de fábrica. Embora a camada de processo seja normalmente construída a partir de dispositivos e controladores especializados, a camada de borda de fábrica é construída a partir de dispositivos de “controle incorporado” ou “computação de ponta” que são cada vez mais prováveis ​​de serem algum tipo de dispositivo de computação de uso geral. Essa camada gerencia os processos para que o trabalho da fábrica seja repassado de maneira ordenada e a segurança dos trabalhadores e das máquinas no chão de fábrica seja garantida.

Camada de negócios. Os bens não aparecem ou desaparecem magicamente de uma fábrica. Os fabricantes possuem sistemas de software que suportam a entrega de peças/matérias-primas, muitas vezes baseados em princípios como fabricação just-in-time (JIT) ou programação JIT de entregas para minimizar o estoque. Existem também sistemas que gerenciam o estoque de produtos acabados e os movimentam para um canal de vendas. Esses sistemas formam o camada de negócios do bolo, o lugar onde os aplicativos legados encontram a IoT e a automação de processos.

Uma receita de ambiente IIoT

Como a camada de processo é a base da IIoT, uma estratégia ideal começa aí:

• Faça um inventário das interfaces de programação de aplicativos (APIs) de saída de cada um dos elementos do processo no chão de fábrica. Observe a API, os requisitos de rede, os formatos de dados e o tipo de informação disponível em cada um. Se diversas opções forem suportadas, não os recursos de cada uma.
• Verifique se cada interface de processo expõe um meio de coordenar as etapas de início e conclusão do processo com um aplicativo de nível superior. Além disso, identifique os meios de
  “parada de emergência” do processo, se necessário.

Agora considere a relação entre a camada de processo e a camada de borda de fábrica. Você precisará estabelecer uma conexão entre cada processo de fábrica na camada de processo e um computador de borda na camada de borda de fábrica, portanto, deverá haver uma interface comumente suportada para essas conexões.

• Para cada sistema de borda de fábrica candidato, faça um inventário de todas as APIs e interfaces de rede suportadas. Pode haver vários sistemas operacionais, middleware ou pacotes de aplicativos para um dispositivo de ponta, portanto explore todos eles.
• Encontre a correspondência entre as interfaces da camada de processo disponíveis e os sistemas de borda da fábrica. Uma correspondência adequada suportará todas as trocas de mensagens de que você precisa. Se houver múltiplas correspondências adequadas, encontre uma combinação de rede/interface que se ajuste ao maior número de elementos da camada de processo, para reduzir a complexidade do processamento de borda de fábrica.
• A prática recomendada é incluir uma tarefa para converter todos os fluxos de dados da camada de processo no aplicativo de borda de fábrica em uma estrutura de mensagem de dados comum antes de realizar qualquer processamento. Isso reduzirá significativamente o esforço, o tempo e a taxa de erros de desenvolvimento e manutenção de software.

Agora é colocar gelo no bolo. A camada de negócios do bolo IoT de fabricação é responsável pela integração com as aplicações que lidam com peças, materiais e produtos acabados. Este também é o local onde a IoT de fabricação sai do ambiente de fábrica local, seja para se conectar ao data center corporativo ou a um aplicativo de nuvem pública.

• Na maioria dos casos, as interfaces disponíveis no lado comercial, disponíveis para conexão da camada de borda da fábrica, são bastante estáticas. Faça um inventário dessas interfaces e documente seus requisitos e capacidades.
• Faça um inventário das interfaces que podem ser suportadas pelos sistemas de borda de fábrica e identifique o menor número dessas interfaces que sejam adequadas para conexão com a camada de negócios.
• Esteja atento à segurança dessas conexões, pois elas expõem interfaces para bancos de dados e aplicativos de negócios essenciais.

A construção de ambientes IoT exige alguns retoques finais

Existem algumas regras gerais na IIoT IoT que devem ser mantidas em mente ao explorar opções para todas as três camadas do nosso bolo IoT:

• Muitos usuários preferem conexões com fio, como Ethernet, tanto para as conexões da camada de borda do processo até a fábrica quanto para as conexões da camada da borda da fábrica para o negócio. Isso melhora a segurança e a confiabilidade. O uso de cabo Ethernet blindado pode reduzir o risco de interferência elétrica de máquinas.
• Se a rede sem fio for usada na fábrica, considere usar hubs separados e mantenha a rede da fábrica separada de outros usos de Wi-Fi. Considere o Wi-Fi 6 obrigatório para implantações em grande escala ou onde outros usuários compartilharão a mesma rede Wi-Fi e use os recursos “coloridos” do Wi-Fi 6 para mediar a capacidade da rede para fluxos críticos de IoT. Esteja ciente de que para aproveitar ao máximo o Wi-Fi 6, você precisará de compatibilidade com WiFi-6 nos dispositivos e também na LAN.
• A segurança é a preocupação mais crítica. Certifique-se de que a implementação inclua botões de emergência para interromper o movimento e proteger os trabalhadores e equipamentos.

Documentando seu ambiente IoT

Uma regra básica é documentar tudo. Cada decisão tomada, cada parâmetro de configuração, cada elemento ou dispositivo de software deve ser totalmente documentado, com atualizações feitas com alterações, e revisado regularmente para garantir que nada foi esquecido. Quando você não documenta claramente dispositivos, conexões e aplicativos, isso pode se tornar uma fonte provável de problemas futuros, alguns dos quais podem ser sérios.