建立制造业物联网环境的食谱

• 构建成功的物联网环境涉及三层：“蛋糕”，可以说是流程层、工厂层和业务层。
• 物联网构建者可以识别构成其物联网环境的这三个层的元素。
• 通过识别每一层及其元素，物联网架构师可以建立物联网流程来实现企业的业务目标。

一个世纪以来，工业部门一直致力于提高材料或零件向产品的转化效率。

制造业是物联网采用的领先者并不奇怪，但许多制造商仍在努力解决如何在运营中引入和使用物联网的问题。

对于那些这样做的人，这里有一个简单的方法来构建制造物联网环境并一路为您提供帮助。在本次讨论中，我们将使用术语“传感器”来表示报告状况的 IoT 设备，使用“效应器”来表示用于移动或打开某些东西的 IoT 设备，以及“控制器”来表示连接并交互的 IoT 设备。传感器和效应器。

物联网环境的高级视图

公司一直在努力实现物联网和工厂车间自动化，有些公司已经取得了重大进展。 IIoT 中的最佳方法是将 IoT 项目分为三个不同的层，就像蛋糕一样。

这种结构使制造商能够将物联网设备与制造流程相匹配，将这些流程整合到工厂工作流程中，并将该工作流程与获取零件和原材料以及销售成品的业务应用程序集成。

这种三层方法使物联网环境构建者能够实施反映业务目标的物联网流程。

IIoT 项目的组成部分

工艺层。 与许多由读取条件的传感器和移动或改变现实世界中事物的“效应器”构建的物联网应用不同，制造物联网通常是由特定的流程构建的，每个流程都包含执行制造步骤所需的工具、所需的工人要运行它，物联网设备需要将流程包装在自动控制信封中。这些设备包括一个本地控制器，具有自己的设备协议和编程语言，可将物联网设备转换为流程本身的活动组件。这 过程层 是制造物联网设计的基础。

工厂边缘层。 制造从流程开始，但所有流程都必须收集到一个有凝聚力的工厂愿景中。这就是蛋糕第二层的工作， 工厂边缘层。虽然过程层通常由设备和专用控制器构建，但工厂边缘层由“嵌入式控制”或“边缘计算”设备构建，这些设备越来越可能是某种通用计算设备。该层管理流程，使工厂工作有序进行，并确保工厂车间工人和机器的安全。

业务层。 货物不会在工厂里神奇地出现或消失。制造商拥有支持零件/原材料交付的软件系统，通常基于准时制 (JIT) 制造或 JIT 交付调度等原则，以最大限度地减少库存。还有一些系统可以管理成品库存并将其转移到销售渠道。这些系统构成了 业务层 最重要的是，遗留应用程序与物联网和流程自动化的结合。

IIoT 环境秘诀

由于流程层是 IIoT 的基础，因此最佳策略从这里开始：

• 盘点工厂车间每个流程元素的输出应用程序编程接口 (API)。请注意 API、网络要求、数据格式以及通过每个 API 可用的信息类型。如果支持多个选项，则不支持每个选项的功能。
• 验证每个流程接口是否公开了一种与更高级别的应用程序协调流程的启动和完成步骤的方法。另外，确定方法
  如有必要，“紧急停止”该过程。

现在考虑流程层和工厂边缘层之间的关系。您需要在流程层中的每个工厂流程与工厂边缘层中的边缘计算机之间建立连接，因此必须有一个通用支持的接口来支持这些连接。

• 对于每个候选工厂边缘系统，盘点所有支持的 API 和网络接口。边缘设备可能有多个操作系统、中间件或应用程序包，因此请全部探索。
• 找到可用的流程层接口与工厂边缘系统之间的匹配。合适的匹配将支持您需要的所有消息交换。如果有多个合适的匹配，则找到适合最大数量的过程层元素的网络/接口组合，以降低工厂边缘处理的复杂度。
• 最佳实践是在进行任何处理之前包含一项任务，将工厂边缘应用程序中的所有流程层数据流转换为通用数据消息结构。这将显着减少开发和软件维护的工作量、时间、错误率。

现在给蛋糕加冰。制造物联网蛋糕的业务层负责与处理零件、材料和成品的应用程序集成。这也是制造物联网离开本地工厂环境的地方，可以连接到企业数据中心或公共云应用程序。

• 在大多数情况下，业务端可用的、可供工厂边缘层连接的接口是相当静态的。盘点这些接口并记录它们的要求和功能。
• 盘点工厂边缘系统可以支持的接口，并确定这些接口中适合连接业务层的最少数量。
• 请注意这些连接的安全性，因为它们公开了核心业务应用程序和数据库的接口。

构建物联网环境需要一些收尾工作

在探索物联网蛋糕所有三层的选项时，应牢记 IIoT IoT 中的一些一般规则：

• 许多用户更喜欢有线连接，例如以太网，用于流程到工厂边缘层连接和工厂边缘到业务层连接。这提高了安全性和可靠性。使用屏蔽以太网电缆可以降低机械电气干扰的风险。
• 如果在生产车间使用无线网络，请考虑使用单独的集线器，将工厂网络与 Wi-Fi 的其他用途分开。考虑在大规模部署或其他用户共享同一 Wi-Fi 网络的情况下强制使用 Wi-Fi 6，并使用 Wi-Fi 6“颜色”功能来调节关键物联网流量的网络容量。请注意，要充分利用 Wi-Fi 6，您需要设备和 LAN 兼容 WiFi-6。
• 安全是最重要的问题。确保实施包括紧急按钮以停止移动并保护工人和设备。

记录您的 IoT 环境

一个关键的经验法则是记录一切。做出的每个决定、每个配置参数、每个软件元素或设备都应完整记录，并根据更改进行更新，并定期审查以确保没有遗漏任何内容。当您无法清楚地记录设备、连接、应用程序时，它可能会成为未来问题的根源，其中一些问题可能很严重。