Um livro de receitas para a construção de ambientes de IoT de manufatura

O setor industrial trabalhou, por um século, para fazer a conversão de material ou peças em produtos mais eficientes.

Não é nenhuma surpresa que o setor de manufatura seja líder na adoção de IoT, mas muitos fabricantes ainda lutam para saber como introduzir e usar IoT nas operações.

Para quem tem, aqui está uma receita simples para criar ambientes de IoT de fabricação e para ajudá-lo ao longo do caminho. Nesta discussão, usaremos o termo "sensor" para dispositivos IoT que relatam uma condição, "efetor" para a classe de dispositivos IoT destinados a mover ou abrir algo e "controlador" para um dispositivo IoT que se conecta e interage com sensores e efetores.

Uma visão de alto nível de ambientes IoT

As empresas têm se esforçado para obter IoT e automação de chão de fábrica, e algumas fizeram progressos significativos. A melhor abordagem em IIoT é aquela que divide seu projeto de IoT em três camadas distintas, como um bolo.

Essa estrutura permite que os fabricantes combinem dispositivos IoT com processos de manufatura, unam esses processos em um fluxo de trabalho de fábrica e integrem esse fluxo de trabalho com os aplicativos de negócios que adquirem peças e matérias-primas e vendem produtos acabados.

Essa abordagem de três camadas permite que os criadores de ambiente de IoT coloquem em prática processos de IoT que reflitam os objetivos do negócio.

Os ingredientes de um projeto IIoT

Camada de processo. Ao contrário de muitos aplicativos de IoT que são construídos a partir de sensores que leem as condições e "efetores" que movem ou mudam coisas no mundo real, a IoT de manufatura é geralmente construída a partir de processos específicos, cada um consistindo nas ferramentas necessárias para realizar uma etapa de manufatura, os trabalhadores necessários para executá-lo e os dispositivos IoT precisavam envolver o processo em um envelope de controle automatizado. Esses dispositivos incluem um controlador local, com seus próprios protocolos de dispositivo e linguagem de programação, que converte dispositivos IoT em componentes ativos do próprio processo. Esta camada de processo é a base para a fabricação de design de IoT.

Camada de borda de fábrica. A fabricação começa com processos, mas todos os processos devem ser reunidos em uma visão de fábrica coesa. Esse é o trabalho da segunda camada do bolo, a camada de borda de fábrica . Embora a camada de processo seja normalmente construída a partir de dispositivos e controladores especializados, a camada de ponta de fábrica é construída a partir de dispositivos de “controle incorporado” ou “computação de ponta” que têm cada vez mais probabilidade de ser algum tipo de dispositivo de computação de uso geral. Essa camada gerencia os processos de forma que o trabalho da fábrica seja transmitido de maneira ordenada e a segurança do chão de fábrica, tanto dos trabalhadores quanto das máquinas, seja garantida.

Camada de negócios. As mercadorias não aparecem ou desaparecem magicamente de uma fábrica. Os fabricantes têm sistemas de software que suportam a entrega de peças / matérias-primas, muitas vezes com base em princípios como manufatura just-in-time (JIT) ou programação JIT de entregas para minimizar o estoque. Também existem sistemas que gerenciam o estoque de produtos acabados e os movem para um canal de vendas. Esses sistemas formam a camada de negócios do bolo, o lugar onde os aplicativos legados encontram a IoT e a automação de processos.

Uma receita de ambiente IIoT

Como a camada de processo é a base da IIoT, uma estratégia ótima começa aí:

• Faça um inventário das interfaces de programação do aplicativo de saída (APIs) de cada um dos elementos do processo no chão de fábrica. Observe a API, os requisitos de rede, os formatos de dados e o tipo de informação disponível em cada um. Se houver suporte para várias opções, não os recursos de cada uma.
• Verifique se cada interface de processo expõe um meio de coordenar as etapas de início e conclusão do processo com um aplicativo de nível superior. Além disso, identifique os meios de
  “parada de emergência” do processo, se necessário.

Agora considere a relação entre a camada de processo e a camada de borda de fábrica. Você precisará estabelecer uma conexão entre cada processo de fábrica na camada de processo e um computador de borda na camada de borda de fábrica, portanto, deverá haver uma interface comumente suportada para essas conexões.

• Para cada sistema de borda de fábrica candidato, faça um inventário de todas as APIs e interfaces de rede com suporte. Pode haver vários pacotes de sistema operacional, middleware ou aplicativo para um dispositivo de ponta, portanto, explore todos eles.
• Encontre a correspondência entre as interfaces da camada de processo disponíveis e os sistemas de borda de fábrica. Uma correspondência adequada oferecerá suporte a todas as trocas de mensagens de que você precisa. Se houver várias correspondências adequadas, encontre uma combinação de rede / interface que se adapte ao maior número de elementos da camada de processo, para reduzir a complexidade do processamento de borda de fábrica.
• A melhor prática é incluir uma tarefa para converter todos os fluxos de dados da camada de processo no aplicativo de ponta de fábrica em uma estrutura de mensagem de dados comum antes de fazer qualquer processamento. Isso reduzirá significativamente o esforço, o tempo e a taxa de erros de desenvolvimento e manutenção de software.

Agora, para congelar o bolo. A camada de negócios do bolo IoT de fabricação é responsável pela integração com os aplicativos que lidam com peças, materiais e produtos acabados. Este também é o lugar onde a IoT de manufatura deixa o ambiente de fábrica local, seja para se conectar ao data center corporativo ou a um aplicativo de nuvem pública.

• Na maioria dos casos, as interfaces disponíveis no lado comercial, disponíveis para a camada de borda de fábrica se conectar, são bastante estáticas. Faça um inventário dessas interfaces e documente seus requisitos e recursos.
• Faça um inventário das interfaces que podem ser suportadas pelos sistemas de ponta de fábrica e identifique o menor número dessas interfaces que são adequadas para conexão com a camada de negócios.
• Esteja atento à segurança dessas conexões, pois elas expõem as interfaces para os principais aplicativos e bancos de dados de negócios.

Criar ambientes de IoT exige alguns retoques finais

Existem algumas regras gerais na IoT IoT que devem ser mantidas em mente ao explorar as opções para todas as três camadas de nosso bolo IoT:

• Muitos usuários preferem conexões com fio, como Ethernet, tanto para as conexões da camada de processamento até a borda da fábrica quanto para as conexões da camada da borda da fábrica para os negócios. Isso melhora a segurança e a confiabilidade. O uso de cabo Ethernet blindado pode reduzir o risco de interferência elétrica de máquinas.
• Se a rede sem fio for usada na fábrica, considere o uso de hubs separados, mantenha a rede da fábrica separada de outros usos de Wi-Fi. Considere o Wi-Fi 6 obrigatório para implantações em grande escala ou onde outros usuários compartilharão a mesma rede Wi-Fi e usarão os recursos de “cor” do Wi-Fi 6 para mediar a capacidade da rede para fluxos IoT críticos. Esteja ciente de que para obter o máximo do Wi-Fi 6, você precisará de compatibilidade com o Wi-Fi-6 nos dispositivos, bem como na LAN.
• Segurança é a preocupação mais crítica. Certifique-se de que a implementação inclui botões de emergência para interromper o movimento e proteger os trabalhadores e o equipamento.

Documentando seu ambiente de IoT

Uma regra básica é documentar tudo. Cada decisão tomada, cada parâmetro de configuração, cada elemento de software ou dispositivo deve ser totalmente documentado, com atualizações feitas com alterações e revisadas regularmente para garantir que nada foi esquecido. Quando você deixa de documentar claramente dispositivos, conexões, aplicativos, isso pode se tornar uma fonte provável de problemas futuros, alguns dos quais podem ser sérios.