Поваренная книга по созданию производственных сред IoT

Промышленный сектор в течение столетия работал над преобразованием из материала или деталей в продукты более эффективно.

Неудивительно, что производственный сектор является лидером по внедрению Интернета вещей, но многие производители все еще не могут решить, как внедрить и использовать Интернет 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 IoT, которые сообщают о состоянии, «эффектор» для класса устройств IoT, предназначенных для перемещения или открытия чего-либо, и «контроллер» для устройства IoT, которое подключается и взаимодействует с датчики и эффекторы.

Общее представление о средах Интернета вещей

Компании стремились к IoT и автоматизации производственных цехов, и некоторые из них добились значительного прогресса. Лучший подход в IIoT - это тот, который разделяет ваш проект IoT на три отдельных слоя, как торт.

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

Этот трехуровневый подход позволяет разработчикам среды Интернета вещей реализовывать процессы Интернета вещей, которые отражают цели бизнеса.

Составляющие проекта IIoT

Обработка слоя . В отличие от многих приложений Интернета вещей, которые строятся на основе датчиков, считывающих условия и «эффекторов», которые перемещают или изменяют вещи в реальном мире, производственный Интернет вещей обычно строится на основе определенных процессов, каждый из которых состоит из инструментов, необходимых для выполнения этапа производства, необходимых работникам. для его запуска, а устройствам Интернета вещей необходимо было заключить процесс в автоматизированный контрольный пакет. Эти устройства включают в себя локальный контроллер со своими собственными протоколами устройств и языком программирования, который преобразует устройства IoT в активные компоненты самого процесса. Этот слой обработки является основой для разработки дизайна Интернета вещей.

Фабричный крайний слой . Производство начинается с процессов, но все процессы должны быть собраны в единое производственное видение. Это работа второго слоя торта, краевого слоя фабрики . . В то время как уровень процессов обычно строится из устройств и специализированных контроллеров, пограничный уровень фабрики создается из устройств «встроенного управления» или «периферийных вычислений», которые с большей вероятностью будут неким универсальным вычислительным устройством. Этот уровень управляет процессами, так что заводские работы выполняются упорядоченным образом и обеспечивается безопасность рабочих и оборудования на производстве.

Бизнес-уровень . 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 JIT-планирование поставок для минимизации запасов. Также существуют системы, которые управляют запасами готовой продукции и перемещают их в канал продаж. Эти системы образуют бизнес-уровень пирога, место, где унаследованные приложения встречаются с Интернетом вещей и автоматизацией процессов.

Рецепт среды IIoT

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

• Проведите инвентаризацию выходных прикладных программных интерфейсов (API) для каждого из элементов процесса на заводе. Обратите внимание на API, требования к сети, форматы данных и тип информации, доступной через каждый из них. Если поддерживается несколько вариантов, но не возможности каждого.
• Убедитесь, что каждый интерфейс процесса предоставляет средства координации шагов начала и завершения процесса с приложением более высокого уровня. Также укажите средства
  «аварийной остановки» процесса, если это необходимо.

Теперь рассмотрим взаимосвязь между слоем процесса и краевым слоем фабрики. Вам нужно будет установить соединение между каждым заводским процессом на уровне процесса и пограничным компьютером на пограничном уровне фабрики, поэтому для этих подключений должен быть интерфейс, который обычно поддерживается.

• Проведите инвентаризацию всех поддерживаемых API и сетевых интерфейсов для каждой потенциальной периферийной системы Factory. Для пограничного устройства может быть несколько пакетов операционной системы, промежуточного программного обеспечения или приложений, поэтому изучите их все.
• Найдите соответствие между доступными интерфейсами уровня процесса и периферийными производственными системами. Подходящее совпадение поддержит все необходимые вам обмены сообщениями. Если есть несколько подходящих совпадений, найдите комбинацию сеть / интерфейс, которая соответствует наибольшему количеству элементов уровня процесса, чтобы упростить обработку границ фабрики.
• Перед выполнением какой-либо обработки рекомендуется включить задачу преобразования всех потоков данных уровня процесса в пограничном приложении фабрики в общую структуру сообщения данных. Это значительно сократит усилия, время и количество ошибок при разработке и сопровождении программного обеспечения.

Теперь заморозим торт. Бизнес-уровень производственного пирога Интернета вещей отвечает за интеграцию с приложениями, которые обрабатывают детали, материалы и готовую продукцию. Это также место, где производственный Интернет вещей покидает локальную производственную среду, чтобы подключиться к корпоративному центру обработки данных или к общедоступному облачному приложению.

• В большинстве случаев интерфейсы, доступные со стороны бизнеса, доступные для подключения пограничного уровня фабрики, довольно статичны. Проведите инвентаризацию этих интерфейсов и задокументируйте их требования и возможности.
• Проведите инвентаризацию интерфейсов, которые могут поддерживаться периферийными системами фабрики, и определите наименьшее количество этих интерфейсов, подходящих для подключения к бизнес-уровню.
• Помните о безопасности этих подключений, поскольку они открывают интерфейсы для основных бизнес-приложений и баз данных.

Завершающие штрихи при создании среды Интернета вещей

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

• Многие пользователи предпочитают проводные соединения, такие как Ethernet, как для соединений уровня «процесс-фабрика», так и для соединений уровня «фабрика-бизнес». Это повышает безопасность и надежность. Использование экранированного кабеля Ethernet может снизить риск электрических помех от оборудования.
• Если в производственном цехе используется беспроводная сеть, подумайте об использовании отдельных концентраторов, держите заводскую сеть отдельно от других видов использования Wi-Fi. Считайте, что Wi-Fi 6 является обязательным для крупномасштабных развертываний или когда другие пользователи будут использовать одну и ту же сеть Wi-Fi, и использовать «цветные» функции Wi-Fi 6 для обеспечения пропускной способности сети для критических потоков Интернета вещей. Имейте в виду, что для получения максимальной отдачи от Wi-Fi 6 вам потребуется совместимость с Wi-Fi-6 на устройствах, а также в локальной сети.
• Безопасность - самая важная проблема. Убедитесь, что реализация включает аварийные кнопки для остановки движения и защиты рабочих и оборудования.

Документирование вашей среды Интернета вещей

Ключевое практическое правило - все документировать. Каждое принятое решение, каждый параметр конфигурации, каждый программный элемент или устройство должны быть полностью задокументированы, с обновлениями, внесенными с изменениями, и регулярно проверяться, чтобы убедиться, что ничего не было упущено. Если вам не удается четко документировать устройства, соединения и приложения, это может стать вероятным источником будущих проблем, некоторые из которых могут быть серьезными.