Поваренная книга для создания производственных сред IoT

• Создание успешной среды Интернета вещей включает в себя три слоя: «пирог», так сказать, процессный, заводской и бизнес-уровень.
• Разработчики Интернета вещей могут идентифицировать элементы на этих трех уровнях, из которых состоит их среда Интернета вещей.
• Определив каждый уровень и его элементы, архитекторы Интернета вещей могут создать процессы Интернета вещей, которые будут способствовать достижению бизнес-целей их предприятий.

Промышленный сектор на протяжении столетия работал над тем, чтобы сделать преобразование материалов или деталей в продукцию более эффективным.

Неудивительно, что производственный сектор является лидером по внедрению Интернета вещей, но многие производители все еще испытывают трудности с внедрением и использованием Интернета вещей в своей деятельности.

Для тех, кто это делает, вот простой рецепт создания производственной среды Интернета вещей, который поможет вам на этом пути. В этом обсуждении мы будем использовать термин «датчик» для устройств Интернета вещей, которые сообщают о состоянии, «эффектор» для класса устройств Интернета вещей, предназначенных для перемещения или открытия чего-либо, и «контроллер» для устройства Интернета вещей, которое подключается и взаимодействует с сенсоры и эффекторы.

Общий взгляд на среду Интернета вещей

Компании стремятся к внедрению Интернета вещей и автоматизации производственных цехов, и некоторые добились значительного прогресса. Лучший подход в IIoT — это тот, который разделяет ваш IoT-проект на три отдельных слоя, как торт.

Эта структура позволяет производителям сопоставлять устройства Интернета вещей с производственными процессами, объединять эти процессы в производственный процесс и интегрировать этот рабочий процесс с бизнес-приложениями, которые приобретают детали и сырье и продают готовую продукцию.

Этот трехуровневый подход позволяет создателям среды Интернета вещей внедрять процессы Интернета вещей, которые отражают цели бизнеса.

Ингредиенты проекта IIoT

Технологический слой. В отличие от многих приложений Интернета вещей, которые создаются на основе датчиков, считывающих условия, и «эффекторов», которые перемещают или изменяют объекты в реальном мире, производственный Интернет вещей обычно строится на основе конкретных процессов, каждый из которых состоит из инструментов, необходимых для выполнения этапа производства, необходимых работникам. для его запуска, а устройствам Интернета вещей необходимо было обернуть этот процесс в среду автоматического управления. Эти устройства включают в себя локальный контроллер с собственными протоколами устройств и языком программирования, который превращает устройства IoT в активные компоненты самого процесса. Этот технологический уровень является основой для проектирования производства IoT.

Заводской кромочный слой. Производство начинается с процессов, но все процессы должны быть объединены в единое видение предприятия. Это работа второго слоя торта, заводской кромочный слой. В то время как технологический уровень обычно состоит из устройств и специализированных контроллеров, фабричный периферийный уровень состоит из устройств «встроенного управления» или «периферийных вычислений», которые все чаще представляют собой своего рода вычислительные устройства общего назначения. Этот уровень управляет процессами таким образом, чтобы работа на заводе проходила упорядоченно и обеспечивалась безопасность как рабочих, так и оборудования.

Бизнес-слой. Товары не появляются и не исчезают с фабрики волшебным образом. У производителей есть программные системы, которые поддерживают доставку деталей/сырья, часто основанные на таких принципах, как производство «точно в срок» (JIT) или планирование поставок «точно в срок» для минимизации запасов. Существуют также системы, которые управляют запасами готовой продукции и перемещают ее в канал продаж. Эти системы образуют бизнес-уровень Это место, где устаревшие приложения сочетаются с Интернетом вещей и автоматизацией процессов.

Рецепт среды IIoT

Поскольку уровень процессов является основой IIoT, оптимальная стратегия начинается именно с него:

• Проведите инвентаризацию выходных интерфейсов прикладного программирования (API) каждого элемента процесса на заводе. Обратите внимание на API, требования к сети, форматы данных и тип информации, доступной через каждый из них. Если поддерживаются несколько вариантов, а не возможности каждого.
• Убедитесь, что каждый интерфейс процесса предоставляет средства координации этапов запуска и завершения процесса с приложением более высокого уровня. Также определите средства
  «аварийная остановка» процесса при необходимости.

Теперь рассмотрим взаимосвязь между уровнем процесса и уровнем заводской границы. Вам потребуется установить соединение между каждым фабричным процессом на уровне процесса и периферийным компьютером на фабричном пограничном уровне, поэтому для этих соединений должен быть общеподдерживаемый интерфейс.

• Для каждой потенциальной граничной системы проведите инвентаризацию всех поддерживаемых API и сетевых интерфейсов. Для периферийного устройства может существовать несколько операционных систем, промежуточного программного обеспечения или пакетов приложений, поэтому изучите их все.
• Найдите соответствие между доступными интерфейсами уровня процесса и периферийными системами предприятия. Подходящее совпадение будет поддерживать все необходимые вам обмены сообщениями. Если имеется несколько подходящих совпадений, найдите комбинацию сети/интерфейса, которая соответствует наибольшему количеству элементов уровня процесса, чтобы снизить сложность обработки на границе предприятия.
• Лучше всего включить задачу по преобразованию всех потоков данных уровня процесса в периферийном приложении предприятия в общую структуру сообщений данных перед выполнением какой-либо обработки. Это значительно сократит усилия по разработке и сопровождению программного обеспечения, время и частоту ошибок.

Теперь покрываем торт глазурью. Бизнес-уровень производственного IoT-торта отвечает за интеграцию с приложениями, обрабатывающими детали, материалы и готовую продукцию. Это также место, где производственный Интернет вещей покидает локальную производственную среду для подключения к корпоративному центру обработки данных или к приложению общедоступного облака.

• В большинстве случаев интерфейсы, доступные со стороны бизнеса, к которым может подключаться пограничный уровень фабрики, довольно статичны. Проведите инвентаризацию этих интерфейсов и задокументируйте их требования и возможности.
• Проведите инвентаризацию интерфейсов, которые могут поддерживаться периферийными системами предприятия, и определите наименьшее количество этих интерфейсов, подходящих для подключения к бизнес-уровне.
• Помните о безопасности этих подключений, поскольку они предоставляют интерфейсы основным бизнес-приложениям и базам данных.

Создание среды Интернета вещей требует некоторых последних штрихов

В IIoT IoT есть несколько общих правил, которые следует учитывать при изучении вариантов всех трех слоев нашего IoT-пирога:

• Многие пользователи предпочитают проводные соединения, такие как Ethernet, как для соединений между уровнями процесса и границы фабрики, так и для соединений между границами фабрики и бизнес-уровнем. Это повышает безопасность и надежность. Использование экранированного кабеля Ethernet может снизить риск электрических помех от оборудования.
• Если на производстве используется беспроводная сеть, рассмотрите возможность использования отдельных концентраторов, держите заводскую сеть отдельно от других источников Wi-Fi. Считайте Wi-Fi 6 обязательным для крупномасштабных развертываний или там, где другие пользователи будут использовать одну и ту же сеть Wi-Fi, и используйте «цветные» функции Wi-Fi 6 для управления пропускной способностью сети для критически важных потоков IoT. Имейте в виду, что для максимально эффективного использования Wi-Fi 6 вам потребуется совместимость с Wi-Fi-6 на устройствах, а также в локальной сети.
• Безопасность является наиболее важной проблемой. Убедитесь, что реализация включает в себя аварийные кнопки для остановки движения и защиты рабочих и оборудования.

Документирование вашей среды Интернета вещей

Главное правило — все документировать. Каждое принятое решение, каждый параметр конфигурации, каждый элемент программного обеспечения или устройство должны быть полностью задокументированы, с внесенными обновлениями и изменениями, и регулярно пересматриваться, чтобы ничего не было упущено. Если вы не можете четко документировать устройства, соединения и приложения, это может стать вероятным источником будущих проблем, некоторые из которых могут быть серьезными.