Кулінарний посібник для побудови виробничих середовищ IoT

• Створення успішних середовищ Інтернету речей включає три рівні: «пиріг», так би мовити процес, заводський і бізнес-рівень.
• Розробники IoT можуть ідентифікувати елементи на цих трьох рівнях, які складають їх середовище IoT.
• Визначаючи кожен рівень і його елементи, архітектори IoT можуть створити процеси IoT, які сприяють досягненню бізнес-цілей їхніх підприємств.

Промисловий сектор протягом століття працював над тим, щоб зробити перетворення матеріалів або частин у продукти більш ефективним.

Не дивно, що виробничий сектор є лідером у впровадженні IoT, але багато виробників все ще борються з тим, як запровадити та використовувати IoT у своїй діяльності.

Для тих, хто це робить, ось простий рецепт створення виробничого середовища IoT, який допоможе вам у цьому. У цьому обговоренні ми будемо використовувати термін «сенсор» для пристроїв Інтернету речей, які повідомляють про стан, «ефектор» для класу пристроїв Інтернету речей, призначених для переміщення або відкриття чогось, і «контролер» для пристрою Інтернету речей, який підключається та взаємодіє з датчики та ефектори.

Загальний погляд на середовища IoT

Компанії прагнуть до IoT та автоматизації виробництва, і деякі з них досягли значного прогресу. Найкращий підхід в IoT — це той, який ділить ваш проект IoT на три окремі шари, як пиріг.

Ця структура дозволяє виробникам узгоджувати пристрої IoT з виробничими процесами, об’єднувати ці процеси в заводський робочий процес і інтегрувати цей робочий процес із бізнес-додатками, які купують деталі та сировину та продають готову продукцію.

Цей трирівневий підхід дозволяє розробникам середовища IoT впроваджувати процеси IoT, які відображають цілі бізнесу.

Інгредієнти проекту IIoT

Процесний шар. На відміну від багатьох додатків IoT, які створюються з датчиків, які зчитують умови, і «ефекторів», які переміщують або змінюють речі в реальному світі, виробничий IoT зазвичай складається з конкретних процесів, кожен з яких складається з інструментів, необхідних для виконання етапу виробництва, працівників, необхідних щоб запустити його, і пристрої IoT, необхідні для загортання процесу в автоматизований контрольний конверт. Ці пристрої включають локальний контролер із власними протоколами пристрою та мовою програмування, який перетворює пристрої IoT на активні компоненти самого процесу. Це технологічний шар є основою для виробничого дизайну IoT.

Заводський кромковий шар. Виробництво починається з процесів, але всі процеси мають бути зібрані в єдине бачення фабрики. Це завдання другого шару пирога заводський кромковий шар. У той час як рівень процесу зазвичай складається з пристроїв і спеціальних контролерів, крайовий рівень заводу складається з пристроїв «вбудованого керування» або «граничних обчислень», які, швидше за все, є певним обчислювальним пристроєм загального призначення. Цей рівень керує процесами таким чином, щоб заводська робота проходила впорядковано, і гарантувалася безпека працівників і обладнання на виробництві.

Бізнес-рівень. Товари не з'являються і не зникають чарівним чином з фабрики. Виробники мають системи програмного забезпечення, які підтримують доставку деталей/сировини, часто на основі таких принципів, як своєчасне виробництво (JIT) або планування поставок JIT для мінімізації запасів. Існують також системи, які керують запасами готової продукції та переміщують її в канал збуту. Ці системи утворюють бізнес-рівень торта, місце, де застарілі програми зустрічаються з Інтернетом речей і автоматизацією процесів.

Рецепт середовища IIoT

Оскільки рівень процесу є основою IIoT, оптимальна стратегія починається з нього:

• Проведіть інвентаризацію вихідних інтерфейсів прикладного програмування (API) від кожного з елементів процесу на заводі. Зверніть увагу на API, вимоги до мережі, формати даних і тип інформації, яка доступна через кожен із них. Якщо підтримується кілька варіантів, а не можливості кожного.
• Переконайтеся, що кожен інтерфейс процесу надає засоби координації етапів запуску та завершення процесу з програмою вищого рівня. Крім того, визначте засоби
  «аварійна зупинка» процесу за необхідності.

Тепер розглянемо зв’язок між рівнем процесу та крайовим шаром фабрики. Вам потрібно буде встановити з’єднання між кожним фабричним процесом на рівні процесу та периферійним комп’ютером на фабричному периферійному рівні, тому для цих з’єднань має бути загальний підтримуваний інтерфейс.

• Перегляньте всі підтримувані API та мережеві інтерфейси для кожної потенційної фабричної периферійної системи. Для периферійного пристрою може бути кілька пакетів операційної системи, проміжного програмного забезпечення або програм, тому досліджуйте їх усі.
• Знайдіть відповідність між доступними інтерфейсами рівня процесу та заводськими крайовими системами. Відповідний збіг підтримуватиме всі необхідні обміни повідомленнями. Якщо є кілька відповідних збігів, знайдіть комбінацію мережа/інтерфейс, яка відповідає найбільшій кількості елементів рівня процесу, щоб зменшити складність фабричної обробки краю.
• Найкраще перед виконанням будь-якої обробки включити завдання перетворення всіх потоків даних рівня процесу у заводській крайовій програмі в загальну структуру повідомлення даних. Це значно скоротить витрати на розробку та обслуговування програмного забезпечення, час і частоту помилок.

Тепер до торта. Бізнес-рівень виробничого торта IoT відповідає за інтеграцію з додатками, які обробляють деталі, матеріали та готову продукцію. Це також місце, де виробництво IoT залишає локальне заводське середовище, або для підключення до корпоративного центру обробки даних, або до публічної хмарної програми.

• У більшості випадків інтерфейси, доступні з боку бізнесу, доступні для з’єднання з крайовим рівнем фабрики, досить статичні. Перегляньте ці інтерфейси та задокументуйте їхні вимоги та можливості.
• Інвентаризуйте інтерфейси, які можуть підтримуватися заводськими крайовими системами, і визначте найменшу кількість цих інтерфейсів, придатних для підключення до бізнес-рівня.
• Пам’ятайте про безпеку цих з’єднань, оскільки вони відкривають інтерфейси для основних бізнес-програм і баз даних.

Створення середовищ IoT потребує деяких останніх штрихів

У IoT IoT є кілька загальних правил, які слід пам’ятати, вивчаючи варіанти для всіх трьох шарів нашого торта IoT:

• Багато користувачів віддають перевагу дротовим з’єднанням, таким як Ethernet, як для з’єднань між процесом і заводом, так і для з’єднань між заводом і бізнесом. Це покращує безпеку та надійність. Використання екранованого кабелю Ethernet може зменшити ризик електричних перешкод від обладнання.
• Якщо на виробництві використовується бездротова мережа, розгляньте можливість використання окремих концентраторів, тримайте заводську мережу окремо від інших джерел використання Wi-Fi. Вважайте Wi-Fi 6 обов’язковим для широкомасштабних розгортань або там, де інші користувачі будуть використовувати ту саму мережу Wi-Fi, і використовуйте «кольорові» функції Wi-Fi 6 для посередництва пропускної здатності мережі для критичних потоків IoT. Майте на увазі, що для максимального використання Wi-Fi 6 вам знадобиться сумісність Wi-Fi-6 на пристроях, а також у локальній мережі.
• Безпека є найважливішою проблемою. Переконайтеся, що в комплектацію входять кнопки екстреної допомоги для припинення руху та захисту працівників і обладнання.

Документування вашого середовища IoT

Ключове правило — документувати все. Кожне прийняте рішення, кожен параметр конфігурації, кожен програмний елемент або пристрій повинні бути повністю задокументовані, оновлені зі змінами, і регулярно перевірятися, щоб переконатися, що нічого не пропущено. Якщо ви не вмієте чітко задокументувати пристрої, підключення, програми, це може стати джерелом майбутніх проблем, деякі з яких можуть бути серйозними.