Sách dạy nấu ăn để xây dựng môi trường sản xuất IoT

• Xây dựng môi trường IoT thành công liên quan đến ba lớp: của một “chiếc bánh”, có thể nói là lớp quy trình, nhà máy và lớp kinh doanh.
• Các nhà xây dựng IoT có thể xác định các yếu tố ở ba lớp tạo nên môi trường IoT của họ.
• Bằng cách xác định từng lớp và các thành phần của nó, các kiến ​​trúc sư IoT có thể thiết lập các quy trình IoT nhằm chuyển tiếp các mục tiêu kinh doanh của doanh nghiệp họ.

Trong một thế kỷ qua, lĩnh vực công nghiệp đã nỗ lực làm cho việc chuyển đổi vật liệu hoặc các bộ phận thành sản phẩm hiệu quả hơn.

Không có gì ngạc nhiên khi lĩnh vực sản xuất dẫn đầu trong việc áp dụng IoT, nhưng nhiều nhà sản xuất vẫn gặp khó khăn với cách giới thiệu và sử dụng IoT trong hoạt động.

Đối với những người làm như vậy, đây là một công thức đơn giản để xây dựng môi trường IoT sản xuất và giúp bạn trong suốt quá trình. Trong cuộc thảo luận này, chúng ta sẽ sử dụng thuật ngữ “cảm biến” cho các thiết bị IoT báo cáo tình trạng, “bộ hiệu ứng” cho loại thiết bị IoT dùng để di chuyển hoặc mở một thứ gì đó và “bộ điều khiển” cho thiết bị IoT kết nối và tương tác với cảm biến và effector.

Chế độ xem cấp cao về môi trường IoT

Các công ty đã và đang phấn đấu cho IoT và tự động hóa sàn nhà máy, và một số đã đạt được tiến bộ đáng kể. Cách tiếp cận tốt nhất trong IIoT là cách chia dự án IoT của bạn thành ba lớp riêng biệt, giống như một chiếc bánh.

Cấu trúc này cho phép các nhà sản xuất kết hợp các thiết bị IoT với các quy trình sản xuất, kết hợp các quy trình đó vào quy trình làm việc của nhà máy và tích hợp quy trình làm việc đó với các ứng dụng kinh doanh mua các bộ phận, nguyên liệu thô và bán thành phẩm.

Cách tiếp cận ba lớp này cho phép các nhà xây dựng môi trường IoT đưa các quy trình IoT vào hiệu quả để phản ánh các mục tiêu của doanh nghiệp.

Các thành phần của dự án IIoT

Lớp quy trình. Không giống như nhiều ứng dụng IoT xây dựng từ các cảm biến đọc các điều kiện và “bộ tác động” di chuyển hoặc thay đổi mọi thứ trong thế giới thực, IoT sản xuất thường được xây dựng từ các quy trình cụ thể, mỗi quy trình bao gồm công cụ cần thiết để thực hiện một bước sản xuất, công nhân cần thiết để chạy nó và các thiết bị IoT cần thiết để bao bọc quy trình trong một vỏ bọc điều khiển tự động. Các thiết bị này bao gồm một bộ điều khiển cục bộ, với các giao thức thiết bị và ngôn ngữ lập trình riêng, giúp chuyển đổi các thiết bị IoT thành các thành phần hoạt động của chính quy trình. Cái này lớp quy trình là cơ sở để sản xuất thiết kế IoT.

Lớp cạnh nhà máy. Sản xuất bắt đầu với các quy trình, nhưng tất cả các quy trình phải được tập hợp thành một tầm nhìn gắn kết của nhà máy. Đó là công việc của lớp bánh thứ hai, lớp cạnh nhà máy. Mặc dù lớp quy trình thường được xây dựng từ các thiết bị và bộ điều khiển chuyên dụng, nhưng lớp biên của nhà máy được xây dựng từ các thiết bị “điều khiển nhúng” hoặc “điện toán biên” ngày càng có khả năng trở thành một loại thiết bị điện toán đa năng nào đó. Lớp này quản lý các quy trình để công việc của nhà máy được thực hiện một cách có trật tự và đảm bảo an toàn cho công nhân cũng như máy móc trong nhà máy.

Tầng kinh doanh. Hàng hóa không xuất hiện hoặc biến mất một cách kỳ diệu khỏi nhà máy. Các nhà sản xuất có hệ thống phần mềm hỗ trợ việc phân phối các bộ phận/nguyên liệu thô, thường dựa trên các nguyên tắc như sản xuất đúng lúc (JIT) hoặc lập kế hoạch giao hàng JIT để giảm thiểu hàng tồn kho. Ngoài ra còn có các hệ thống quản lý hàng tồn kho thành phẩm và chuyển chúng vào một kênh bán hàng. Các hệ thống này tạo thành lớp kinh doanh của chiếc bánh, nơi các ứng dụng cũ đáp ứng IoT và tự động hóa quy trình.

Công thức môi trường IIoT

Vì lớp quy trình là nền tảng của IIoT nên một chiến lược tối ưu bắt đầu từ đó:

• Kiểm kê các giao diện lập trình ứng dụng đầu ra (API) từ mỗi thành phần quy trình trên sàn nhà máy. Lưu ý API, yêu cầu mạng, định dạng dữ liệu và loại thông tin có sẵn qua từng loại. Nếu nhiều tùy chọn được hỗ trợ, không phải khả năng của từng tùy chọn.
• Xác minh rằng mỗi giao diện quy trình hiển thị phương tiện phối hợp các bước bắt đầu và hoàn thành của quy trình với ứng dụng cấp cao hơn. Đồng thời, xác định các phương tiện
  "dừng khẩn cấp" quá trình nếu cần thiết.

Bây giờ hãy xem xét mối quan hệ giữa lớp quy trình và lớp biên của nhà máy. Bạn sẽ cần thiết lập kết nối giữa từng quy trình xuất xưởng trong lớp quy trình và máy tính biên trong lớp biên xuất xưởng, do đó sẽ phải có một giao diện được hỗ trợ chung cho các kết nối này.

• Đối với mỗi hệ thống cạnh nhà máy ứng cử viên, hãy kiểm kê tất cả các API và giao diện mạng được hỗ trợ. Có thể có nhiều gói hệ điều hành, phần mềm trung gian hoặc ứng dụng cho một thiết bị biên, vì vậy hãy khám phá tất cả chúng.
• Tìm sự phù hợp giữa các giao diện lớp quy trình có sẵn và các hệ thống biên của nhà máy. Một trận đấu phù hợp sẽ hỗ trợ tất cả các trao đổi tin nhắn mà bạn cần. Nếu có nhiều kết quả khớp phù hợp, hãy tìm một tổ hợp mạng/giao diện phù hợp với số lượng lớn nhất các phần tử của lớp quy trình, để giảm độ phức tạp của quá trình xử lý biên tại nhà máy.
• Phương pháp hay nhất là bao gồm một tác vụ chuyển đổi tất cả các luồng dữ liệu của lớp quy trình trong ứng dụng biên của nhà máy thành một cấu trúc thông báo dữ liệu chung trước khi thực hiện bất kỳ quá trình xử lý nào. Điều này sẽ làm giảm đáng kể nỗ lực phát triển và bảo trì phần mềm, thời gian, tỷ lệ lỗi.

Bây giờ để đá bánh. Tầng kinh doanh của chiếc bánh IoT sản xuất chịu trách nhiệm tích hợp với các ứng dụng xử lý các bộ phận, vật liệu và thành phẩm. Đây cũng là nơi sản xuất IoT rời khỏi môi trường nhà máy cục bộ, để kết nối với trung tâm dữ liệu của công ty hoặc với ứng dụng đám mây công cộng.

• Trong hầu hết các trường hợp, các giao diện có sẵn từ phía doanh nghiệp, có sẵn để lớp biên của nhà máy kết nối, khá tĩnh. Kiểm kê các giao diện này và ghi lại các yêu cầu và khả năng của chúng.
• Kiểm kê các giao diện có thể được hỗ trợ bởi các hệ thống biên của nhà máy và xác định số lượng nhỏ nhất các giao diện này phù hợp để kết nối với lớp nghiệp vụ.
• Hãy chú ý đến tính bảo mật của các kết nối này, vì chúng hiển thị giao diện cho các ứng dụng và cơ sở dữ liệu kinh doanh cốt lõi.

Xây dựng môi trường IoT cần một số bước hoàn thiện

Có một số quy tắc chung trong IIoT IoT cần được ghi nhớ khi khám phá các tùy chọn cho cả ba lớp bánh IoT của chúng ta:

• Nhiều người dùng thích kết nối hữu tuyến, chẳng hạn như Ethernet, cho cả kết nối lớp biên quy trình đến nhà máy và kết nối lớp biên nhà máy đến doanh nghiệp. Điều này cải thiện an ninh và độ tin cậy. Việc sử dụng cáp Ethernet được bảo vệ có thể làm giảm nguy cơ nhiễu điện từ máy móc.
• Nếu mạng không dây được sử dụng trên sàn sản xuất, hãy cân nhắc sử dụng các bộ tập trung riêng biệt, giữ cho mạng của nhà máy tách biệt với các mục đích sử dụng Wi-Fi khác. Hãy coi Wi-Fi 6 là bắt buộc đối với các triển khai quy mô lớn hoặc nơi những người dùng khác sẽ chia sẻ cùng một mạng Wi-Fi và sử dụng các tính năng “màu” của Wi-Fi 6 để làm trung gian dung lượng mạng cho các luồng IoT quan trọng. Xin lưu ý rằng để tận dụng tối đa Wi-Fi 6, bạn sẽ cần khả năng tương thích WiFi-6 trên thiết bị cũng như mạng LAN.
• An toàn là mối quan tâm quan trọng nhất. Đảm bảo rằng việc triển khai bao gồm các nút khẩn cấp để dừng chuyển động và bảo vệ công nhân cũng như thiết bị.

Ghi lại môi trường IoT của bạn

Một nguyên tắc quan trọng là ghi lại mọi thứ. Mọi quyết định được đưa ra, mọi tham số cấu hình, mọi yếu tố phần mềm hoặc thiết bị phải được ghi lại đầy đủ, với các bản cập nhật được thực hiện khi có thay đổi và được xem xét thường xuyên để đảm bảo không bỏ sót điều gì. Khi bạn không ghi lại rõ ràng các thiết bị, kết nối, ứng dụng, nó có thể trở thành nguồn gốc của các vấn đề trong tương lai, một số vấn đề có thể nghiêm trọng.