En kokbok för att bygga IoT-miljöer

• Att bygga framgångsrika IoT-miljöer kräver hänsynsfulla tre lager: av en "kaka", så att säga process, fabrik och affärslager.
• IoT-byggare kan identifiera elementen i dessa tre lager som utgör deras IoT-miljöer.
• Genom att identifiera varje lager och dess element kan IoT-arkitekter etablera de IoT-processer som förmedlar deras företags affärsmål.

Industrisektorn har under ett sekel arbetat för att effektivisera omvandlingen av material eller delar till produkter.

Det är ingen överraskning att tillverkningssektorn är ledande inom IoT-antagande, men många tillverkare kämpar fortfarande med hur man introducerar och använder IoT i verksamheten.

För dem som gör det, här är ett enkelt recept för att bygga IoT-tillverkningsmiljöer och hjälpa dig på vägen. I den här diskussionen kommer vi att använda termen "sensor" för IoT-enheter som rapporterar ett tillstånd, "effektor" för klassen av IoT-enheter som är avsedda att flytta eller öppna något, och "kontroller" för en IoT-enhet som ansluter och interagerar med sensorer och effektorer.

En översikt över IoT-miljöer

Företag har strävat efter IoT och fabriksgolvautomation, och några har gjort betydande framsteg. Den bästa metoden i IIoT är en som delar upp ditt IoT-projekt i tre distinkta lager, som en tårta.

Denna struktur gör det möjligt för tillverkare att matcha IoT-enheter till tillverkningsprocesser, att knyta ihop dessa processer i ett fabriksarbetsflöde och att integrera det arbetsflödet med affärsapplikationer som skaffar delar och råmaterial och säljer färdiga varor.

Denna tre-lagers metod gör det möjligt för IoT-miljöbyggare att implementera IoT-processer som återspeglar verksamhetens mål.

Ingredienserna i ett IIoT-projekt

Processlager. Till skillnad från många IoT-applikationer som bygger upp från sensorer som läser av förhållanden och "effektorer" som flyttar eller förändrar saker i den verkliga världen, är tillverkning av IoT vanligtvis byggd av specifika processer, som var och en består av de verktyg som behövs för att utföra ett tillverkningssteg, arbetarna som behövde för att köra den, och IoT-enheterna som behövs för att slå in processen i ett automatiserat kontrollomslag. Dessa enheter inkluderar en lokal styrenhet, med sina egna enhetsprotokoll och programmeringsspråk, som omvandlar IoT-enheter till aktiva komponenter i själva processen. Detta processlager är grunden för tillverkning av IoT-design.

Fabrikskantlager. Tillverkning börjar med processer, men alla processer måste samlas till en sammanhållen fabriksvision. Det är jobbet för det andra lagret av kakan, den fabrikskantlager. Medan processlagret vanligtvis är byggt av enheter och specialstyrenheter, är fabrikskantlagret byggt av "inbäddad kontroll" eller "edge computing"-enheter som alltmer sannolikt kommer att vara någon form av generell datorenhet. Detta lager hanterar processerna så att fabriksarbetet förs vidare på ett ordnat sätt och säkerheten på fabriksgolvet för både arbetare och maskiner garanteras.

Affärslager. Varor dyker inte upp eller försvinner magiskt från en fabrik. Tillverkare har mjukvarusystem som stödjer leverans av delar/råmaterial, ofta baserade på principer som just-in-time (JIT) tillverkning eller JIT schemaläggning av leveranser för att minimera lager. Det finns också system som hanterar inventeringen av färdiga varor och flyttar in dem i en försäljningskanal. Dessa system utgör affärslager av kakan, platsen där äldre applikationer möter IoT och processautomation.

Ett recept för IIoT-miljö

Eftersom processlagret är grunden för IIoT, börjar en optimal strategi där:

• Ta en inventering av utdataapplikationsprogrammeringsgränssnitten (API) från vart och ett av processelementen på fabriksgolvet. Notera API, nätverkskrav, dataformat och vilken typ av information som är tillgänglig genom varje. Om flera alternativ stöds, inte funktionerna för varje.
• Verifiera att varje processgränssnitt avslöjar ett sätt att koordinera processens start- och slutsteg med en applikation på högre nivå. Identifiera också medlen för
  "nödstopp" processen vid behov.

Tänk nu på förhållandet mellan processskiktet och fabrikskantskiktet. Du kommer att behöva upprätta en anslutning mellan varje fabriksprocess i processlagret och en kantdator i fabrikskantlagret, så det måste finnas ett gemensamt gränssnitt för dessa anslutningar.

• Inventera alla API:er och nätverksgränssnitt som stöds för varje kandidat fabrikskantsystem. Det kan finnas flera operativsystem, mellanprogram eller applikationspaket för en edge-enhet, så utforska dem alla.
• Hitta matchningen mellan de tillgängliga processskiktsgränssnitten och fabrikens kantsystem. En lämplig matchning kommer att stödja alla meddelandeutbyten du behöver. Om det finns flera lämpliga matchningar, hitta en nätverks-/gränssnittskombination som passar det största antalet processlagerelement, för att minska komplexiteten i fabrikens kantbearbetning.
• Den bästa praxisen är att inkludera en uppgift för att konvertera alla dataströmmar i processlager i fabrikens kantapplikation till en gemensam struktur för datameddelanden innan någon bearbetning utförs. Detta kommer att avsevärt minska ansträngningar för utveckling och underhåll av programvara, tid, felfrekvens.

Nu ska vi isa kakan. Affärsskiktet i den tillverkande IoT-kakan ansvarar för integrationen med de applikationer som hanterar delar, material och färdiga produkter. Detta är också platsen där tillverkning av IoT lämnar den lokala fabriksmiljön, antingen för att ansluta till företagets datacenter eller till en offentlig molnapplikation.

• I de flesta fall är de gränssnitt som finns tillgängliga från affärssidan, tillgängliga för fabrikskantlagret att ansluta till, ganska statiska. Gör en inventering av dessa gränssnitt och dokumentera deras krav och möjligheter.
• Inventera de gränssnitt som kan stödjas av fabrikens kantsystem, och identifiera det minsta antalet av dessa gränssnitt som är lämpliga för anslutning till affärslagret.
• Var uppmärksam på dessa anslutningars säkerhet, eftersom de exponerar gränssnitt för kärnverksamhetens applikationer och databaser.

Att bygga IoT-miljöer kräver lite finputsning

Det finns några allmänna regler i IIoT IoT som du bör ha i åtanke när du utforskar alternativen för alla tre lagren i vår IoT-kaka:

• Många användare föredrar trådbundna anslutningar, såsom Ethernet, för både process-till-fabrikskant-skiktanslutningar och fabrikskant-till-företag-skiktanslutningar. Detta förbättrar säkerheten och tillförlitligheten. Användning av skärmad Ethernet-kabel kan minska risken för elektriska störningar från maskiner.
• Om trådlöst nätverk används på tillverkningsgolvet, överväg att använda separata hubbar, håll fabriksnätverket åtskilt från annan användning av Wi-Fi. Betrakta Wi-Fi 6 som obligatoriskt för storskaliga distributioner eller där andra användare kommer att dela samma Wi-Fi-nätverk, och använd Wi-Fi 6 "färg"-funktioner för att förmedla nätverkskapacitet för kritiska IoT-flöden. Var medveten om att för att få ut det mesta av Wi-Fi 6, behöver du WiFi-6-kompatibilitet på enheterna såväl som LAN.
• Säkerhet är det viktigaste problemet. Se till att implementeringen inkluderar nödknappar för att stoppa rörelse och skydda arbetare och utrustning.

Dokumentera din IoT-miljö

En viktig tumregel är att dokumentera allt. Varje beslut som fattas, varje konfigurationsparameter, varje mjukvaruelement eller enhet bör dokumenteras fullständigt, med uppdateringar gjorda med ändringar och granskas regelbundet för att säkerställa att ingenting har missats. När du misslyckas med att tydligt dokumentera enheter, anslutningar, applikationer kan det bli en trolig källa till framtida problem, av vilka några kan vara allvarliga.