Een kookboek voor IoT-omgevingen voor de productie van gebouwen

De industriële sector heeft een eeuw lang gewerkt aan de conversie van materiaal of onderdelen in producten efficiënter.

Het is geen verrassing dat de productiesector een leider is op het gebied van IoT-adoptie, maar veel fabrikanten worstelen nog steeds met de introductie en het gebruik van IoT in operaties.

Voor degenen die dat wel doen, hier is een eenvoudig recept om IoT-productieomgevingen te bouwen en om u op weg te helpen. In deze discussie gebruiken we de term "sensor" voor IoT-apparaten die een toestand rapporteren, "effector" voor de klasse van IoT-apparaten die bedoeld zijn om iets te verplaatsen of te openen, en "controller" voor een IoT-apparaat dat verbinding maakt en communiceert met sensoren en effectoren.

Een overzicht op hoog niveau van IoT-omgevingen

Bedrijven streven naar IoT en automatisering op de fabrieksvloer, en sommigen hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt. De beste aanpak in IIoT is er een die uw IoT-project in drie verschillende lagen verdeelt, als een taart.

Deze structuur stelt fabrikanten in staat om IoT-apparaten af ​​te stemmen op productieprocessen, om die processen samen te voegen tot een fabrieksworkflow en om die workflow te integreren met de bedrijfsapplicaties die onderdelen en grondstoffen verwerven en afgewerkte goederen verkopen.

Deze drielaagse benadering stelt ontwikkelaars van IoT-omgevingen in staat om IoT-processen in te voeren die de doelstellingen van het bedrijf weerspiegelen.

De ingrediënten van een IIoT-project

Proceslaag. In tegenstelling tot veel IoT-toepassingen die zijn opgebouwd uit sensoren die omstandigheden lezen en 'effectors' die dingen in de echte wereld verplaatsen of veranderen, wordt IoT-productie meestal opgebouwd uit specifieke processen, die elk bestaan ​​uit de tooling die nodig is om een ​​productiestap uit te voeren, de werknemers die nodig zijn om het uit te voeren, en de IoT-apparaten die nodig waren om het proces in een geautomatiseerde controle-envelop te verpakken. Deze apparaten bevatten een lokale controller, met zijn eigen apparaatprotocollen en programmeertaal, die IoT-apparaten omzet in actieve componenten van het proces zelf. Deze proceslaag is de basis voor het vervaardigen van IoT-ontwerp.

Fabrieksrandlaag. Fabricage begint met processen, maar alle processen moeten worden verzameld in een samenhangende fabrieksvisie. Dat is de taak van de tweede laag van de taart, de fabrieksrandlaag . Terwijl de proceslaag meestal is opgebouwd uit apparaten en speciale controllers, is de edge-laag van de fabriek opgebouwd uit "embedded control" of "edge computing" -apparaten die steeds vaker een soort algemeen computerapparaat zullen zijn. Deze laag beheert de processen zodat het fabriekswerk op een ordelijke manier wordt doorgegeven en de veiligheid op de fabrieksvloer van zowel werknemers als machines is gewaarborgd.

Bedrijfslaag. Goederen verschijnen of verdwijnen niet op magische wijze uit een fabriek. Fabrikanten hebben softwaresystemen die de levering van onderdelen/grondstoffen ondersteunen, vaak gebaseerd op principes zoals just-in-time (JIT)-productie of JIT-planning van leveringen om de voorraad te minimaliseren. Er zijn ook systemen die de voorraad gereed product beheren en naar een verkoopkanaal verplaatsen. Deze systemen vormen de bedrijfslaag van de taart, de plek waar legacy-applicaties IoT en procesautomatisering ontmoeten.

Een recept voor een IIoT-omgeving

Omdat de proceslaag het fundament is van IIoT, begint daar een optimale strategie:

• Maak een inventaris van de output application programming interfaces (API's) van elk van de proceselementen op de fabrieksvloer. Let op de API, netwerkvereisten, gegevensindelingen en het type informatie dat via elk beschikbaar is. Als meerdere opties worden ondersteund, niet de mogelijkheden van elk.
• Controleer of elke procesinterface een manier biedt om de start- en voltooiingsstappen van het proces te coördineren met een toepassing op een hoger niveau. Identificeer ook de middelen om het proces te
  'noodstop' indien nodig.

Overweeg nu de relatie tussen de proceslaag en de fabrieksrandlaag. U moet een verbinding tot stand brengen tussen elk fabrieksproces in de proceslaag en een edge-computer in de fabrieksrandlaag, dus er moet een algemeen ondersteunde interface zijn voor deze verbindingen.

• Inventariseer voor elk kandidaat-fabrieksrandsysteem alle ondersteunde API's en netwerkinterfaces. Er kunnen meerdere besturingssysteem-, middleware- of toepassingspakketten zijn voor een edge-apparaat, dus verken ze allemaal.
• Vind de match tussen de beschikbare proceslaaginterfaces en de edge-systemen van de fabriek. Een geschikte match ondersteunt alle berichtenuitwisselingen die u nodig heeft. Als er meerdere geschikte overeenkomsten zijn, zoek dan een netwerk/interface-combinatie die past bij het grootste aantal proceslaagelementen, om de complexiteit van de edge-verwerking in de fabriek te verminderen.
• Het beste is om een ​​taak op te nemen om alle gegevensstromen op de proceslaag in de fabrieksrandtoepassing om te zetten in een algemene gegevensberichtstructuur voordat er enige verwerking wordt uitgevoerd. Dit zal de ontwikkelings- en software-onderhoudsinspanning, tijd en foutenpercentage aanzienlijk verminderen.

Nu om de taart te bevriezen. De bedrijfslaag van de IoT-productiecake is verantwoordelijk voor de integratie met de applicaties die onderdelen, materialen en afgewerkte producten verwerken. Dit is ook de plaats waar de fabricage van IoT de lokale fabrieksomgeving verlaat, ofwel om verbinding te maken met het bedrijfsdatacenter of met een openbare cloudtoepassing.

• In de meeste gevallen zijn de interfaces die beschikbaar zijn aan de zakelijke kant, die beschikbaar zijn voor de fabrieksrandlaag om verbinding mee te maken, vrij statisch. Maak een inventaris van deze interfaces en documenteer hun vereisten en mogelijkheden.
• Inventariseer de interfaces die kunnen worden ondersteund door de edge-systemen van de fabriek en identificeer het kleinste aantal van deze interfaces dat geschikt is voor verbinding met de bedrijfslaag.
• Houd rekening met de beveiliging van deze verbindingen, aangezien ze interfaces blootstellen aan de belangrijkste zakelijke applicaties en databases.

Het bouwen van IoT-omgevingen vergt nog wat finishing touch

Er zijn een paar algemene regels in IIoT IoT waarmee rekening moet worden gehouden bij het verkennen van opties voor alle drie de lagen van onze IoT-taart:

• Veel gebruikers geven de voorkeur aan bekabelde verbindingen, zoals Ethernet, voor zowel de proces-naar-fabriek-edge-laagverbindingen als de fabriek-edge-naar-bedrijfslaagverbindingen. Dit verbetert de veiligheid en betrouwbaarheid. Het gebruik van afgeschermde Ethernet-kabels kan het risico op elektrische interferentie door machines verminderen.
• Als draadloze netwerken worden gebruikt op de productievloer, overweeg dan om aparte hubs te gebruiken, en houd het fabrieksnetwerk gescheiden van ander gebruik van wifi. Overweeg Wi-Fi 6 als verplicht voor grootschalige implementaties of waar andere gebruikers hetzelfde Wi-Fi-netwerk zullen delen, en gebruik Wi-Fi 6 "kleur"-functies om netwerkcapaciteit te bemiddelen voor kritieke IoT-stromen. Houd er rekening mee dat om het meeste uit Wi-Fi 6 te halen, je WiFi-6-compatibiliteit op zowel de apparaten als het LAN nodig hebt.
• Veiligheid is de belangrijkste zorg. Zorg ervoor dat de implementatie noodknoppen bevat om beweging te stoppen en werknemers en uitrusting te beschermen.

Uw IoT-omgeving documenteren

Een belangrijke vuistregel is om alles te documenteren. Elke genomen beslissing, elke configuratieparameter, elk software-element of apparaat moet volledig worden gedocumenteerd, met updates gemaakt met wijzigingen, en regelmatig herzien om ervoor te zorgen dat er niets is gemist. Als u apparaten, verbindingen en toepassingen niet duidelijk documenteert, kan dit een mogelijke bron van toekomstige problemen worden, waarvan sommige ernstig kunnen zijn.