Un livre de recettes pour les environnements IoT de fabrication de bâtiments

Le secteur industriel a, pendant un siècle, travaillé pour effectuer la conversion de matériaux ou de pièces en produits plus efficaces.

Il n'est pas surprenant que le secteur manufacturier soit un leader dans l'adoption de l'IoT, mais de nombreux fabricants ont encore du mal à introduire et utiliser l'IoT dans leurs opérations.

Pour ceux qui le font, voici une recette simple pour créer des environnements IoT de fabrication et pour vous aider tout au long du processus. Dans cette discussion, nous utiliserons le terme « capteur » pour les appareils IoT qui signalent une condition, « effecteur » pour la classe d'appareils IoT destinés à déplacer ou ouvrir quelque chose, et « contrôleur » pour un appareil IoT qui se connecte et interagit avec capteurs et effecteurs.

Une vue de haut niveau des environnements IoT

Les entreprises se sont efforcées pour l'IoT et l'automatisation des usines, et certaines ont fait des progrès significatifs. La meilleure approche dans IIoT est celle qui divise votre projet IoT en trois couches distinctes, comme un gâteau.

Cette structure permet aux fabricants de faire correspondre les appareils IoT aux processus de fabrication, d'intégrer ces processus dans un flux de travail d'usine et d'intégrer ce flux de travail aux applications commerciales qui acquièrent des pièces et des matières premières et vendent des produits finis.

Cette approche à trois niveaux permet aux constructeurs d'environnements IoT de mettre en œuvre des processus IoT qui reflètent les objectifs de l'entreprise.

Les ingrédients d'un projet IIoT

Couche de processus. Contrairement à de nombreuses applications IoT qui s'appuient sur des capteurs qui lisent les conditions et les « effecteurs » qui déplacent ou changent les choses dans le monde réel, la fabrication IoT est généralement construite à partir de processus spécifiques, chacun comprenant l'outillage nécessaire pour effectuer une étape de fabrication, les travailleurs nécessaires pour l'exécuter, et les appareils IoT nécessaires pour envelopper le processus dans une enveloppe de contrôle automatisé. Ces appareils incluent un contrôleur local, avec ses propres protocoles et langage de programmation, qui convertit les appareils IoT en composants actifs du processus lui-même. Cette couche de processus est la base de la conception de fabrication IoT.

Couche de bord d'usine. La fabrication commence par des processus, mais tous les processus doivent être rassemblés dans une vision d'usine cohérente. C'est le travail de la deuxième couche du gâteau, la couche de bord d'usine . Alors que la couche de processus est généralement construite à partir d'appareils et de contrôleurs spécialisés, la couche périphérique d'usine est construite à partir d'appareils de « contrôle intégré » ou d'« informatique de pointe » qui sont de plus en plus susceptibles d'être une sorte de périphérique informatique à usage général. Cette couche gère les processus afin que le travail en usine se déroule de manière ordonnée et que la sécurité des travailleurs et des machines en usine soit assurée.

Couche métier. Les marchandises n'apparaissent pas ou ne disparaissent pas comme par magie d'une usine. Les fabricants disposent de systèmes logiciels qui prennent en charge la livraison de pièces/matières premières, souvent basés sur des principes tels que la fabrication juste à temps (JIT) ou la planification JIT des livraisons pour minimiser les stocks. Il existe également des systèmes qui gèrent l'inventaire des produits finis et les déplacent dans un canal de vente. Ces systèmes forment la couche métier du gâteau, l'endroit où les applications héritées rencontrent l'IoT et l'automatisation des processus.

Une recette d'environnement IIoT

Parce que la couche de processus est le fondement de l'IIoT, une stratégie optimale commence là :

• Faites l'inventaire des interfaces de programmation d'applications (API) de sortie de chacun des éléments de processus en usine. Notez l'API, les exigences réseau, les formats de données et le type d'informations disponibles via chacun. Si plusieurs options sont prises en charge, pas les capacités de chacune.
• Vérifiez que chaque interface de processus expose un moyen de coordonner les étapes de démarrage et d'achèvement du processus avec une application de niveau supérieur. Identifiez également les moyens de
  « arrêter d'urgence » le processus si nécessaire.

Considérons maintenant la relation entre la couche de processus et la couche de bord d'usine. Vous devrez établir une connexion entre chaque processus d'usine dans la couche de processus et un ordinateur périphérique dans la couche périphérique d'usine, il devra donc y avoir une interface communément prise en charge pour ces connexions.

• Pour chaque système de périphérie d'usine candidat, faites l'inventaire de toutes les API et interfaces réseau prises en charge. Il peut exister plusieurs systèmes d'exploitation, middleware ou packages d'applications pour un périphérique périphérique, alors explorez-les tous.
• Trouvez la correspondance entre les interfaces de couche de processus disponibles et les systèmes de périphérie d'usine. Une correspondance appropriée prendra en charge tous les échanges de messages dont vous avez besoin. S'il existe plusieurs correspondances appropriées, recherchez une combinaison réseau/interface qui correspond au plus grand nombre d'éléments de la couche de processus, afin de réduire la complexité du traitement en périphérie d'usine.
• La meilleure pratique consiste à inclure une tâche pour convertir tous les flux de données de la couche de processus dans l'application de périphérie d'usine en une structure de message de données commune avant d'effectuer tout traitement. Cela réduira considérablement les efforts, le temps et le taux d'erreur de développement et de maintenance logicielle.

Maintenant, glacez le gâteau. La couche métier du gâteau IoT de fabrication est responsable de l'intégration avec les applications qui gèrent les pièces, les matériaux et les produits finis. C'est également l'endroit où la fabrication de l'IoT quitte l'environnement de l'usine locale, soit pour se connecter au centre de données de l'entreprise, soit à une application de cloud public.

• Dans la plupart des cas, les interfaces disponibles du côté commercial, disponibles pour la couche périphérique d'usine à connecter, sont assez statiques. Faites l'inventaire de ces interfaces et documentez leurs exigences et leurs capacités.
• Inventorier les interfaces qui peuvent être prises en charge par les systèmes de périphérie d'usine et identifier le plus petit nombre de ces interfaces qui conviennent à la connexion à la couche métier.
• Gardez à l'esprit la sécurité de ces connexions, car elles exposent les interfaces aux applications et bases de données commerciales de base.

La création d'environnements IoT nécessite quelques touches finales

Il y a quelques règles générales dans IIoT IoT qui doivent être gardées à l'esprit lors de l'exploration des options pour les trois couches de notre gâteau IoT :

• De nombreux utilisateurs préfèrent les connexions filaires, telles qu'Ethernet, à la fois pour les connexions de couche procédé-usine-edge et les connexions usine-edge-couche métier. Cela améliore la sécurité et la fiabilité. L'utilisation d'un câble Ethernet blindé peut réduire le risque d'interférences électriques provenant des machines.
• Si le réseau sans fil est utilisé dans l'atelier de fabrication, envisagez d'utiliser des concentrateurs distincts, gardez le réseau d'usine séparé des autres utilisations du Wi-Fi. Considérez le Wi-Fi 6 comme obligatoire pour les déploiements à grande échelle ou lorsque d'autres utilisateurs partageront le même réseau Wi-Fi, et utilisez les fonctionnalités « couleur » du Wi-Fi 6 pour gérer la capacité du réseau pour les flux IoT critiques. Sachez que pour tirer le meilleur parti du Wi-Fi 6, vous aurez besoin d'une compatibilité Wi-Fi-6 sur les appareils ainsi que sur le réseau local.
• La sécurité est la préoccupation la plus critique. Assurez-vous que la mise en œuvre comprend des boutons d'urgence pour arrêter le mouvement et protéger les travailleurs et l'équipement.

Documentation de votre environnement IoT

Une règle de base clé est de tout documenter. Chaque décision prise, chaque paramètre de configuration, chaque élément logiciel ou périphérique doit être entièrement documenté, avec des mises à jour apportées avec les modifications, et revu régulièrement pour s'assurer que rien n'a été oublié. Lorsque vous ne parvenez pas à documenter clairement les périphériques, les connexions, les applications, cela peut devenir une source probable de problèmes futurs, dont certains peuvent être graves.