构建制造物联网环境的指南

一个世纪以来，工业部门一直致力于实现这一转变更高效地将材料或零件转化为产品。

制造业在物联网采用方面处于领先地位并不奇怪，但许多制造商仍在努力解决如何在运营中引入和使用物联网。

对于那些这样做的人，这里有一个简单的方法来构建制造物联网环境并在此过程中为您提供帮助。在本次讨论中，我们将使用术语“传感器”来表示报告条件的物联网设备，将“效应器”用于旨在移动或打开某物的物联网设备类别，将“控制器”用于连接并与之交互的物联网设备。传感器和效应器。

物联网环境的高级视图

公司一直在努力实现物联网和工厂车间自动化，有些公司取得了重大进展。 IIoT 中的最佳方法是将您的 IoT 项目像蛋糕一样分为三个不同的层。

这种结构使制造商能够将物联网设备与制造流程相匹配，将这些流程整合到工厂工作流程中，并将该工作流程与获取零件和原材料以及销售成品的业务应用程序集成。

这种三层方法使 IoT 环境构建者能够将反映业务目标的 IoT 流程付诸实施。

IIoT 项目的组成部分

处理层。 与许多由读取条件的传感器和移动或改变现实世界中事物的“效应器”构建的物联网应用程序不同，制造物联网通常由特定过程构建，每个过程都包含执行制造步骤所需的工具，工人需要运行它，物联网设备需要将过程包装在一个自动控制信封中。这些设备包括一个本地控制器，具有自己的设备协议和编程语言，可将 IoT 设备转换为流程本身的活动组件。这个过程层 是制造物联网设计的基础。

工厂边缘层。 制造始于流程，但必须将所有流程汇集到一个有凝聚力的工厂愿景中。这就是蛋糕的第二层，工厂边缘层的工作 .虽然过程层通常由设备和专业控制器构建，但工厂边缘层由“嵌入式控制”或“边缘计算”设备构建，这些设备越来越有可能成为某种通用计算设备。该层管理流程，使工厂工作有序进行，确保工人和机器的车间安全。

业务层。 货物不会从工厂神奇地出现或消失。制造商拥有支持部件/原材料交付的软件系统，通常基于准时制 (JIT) 制造或交付的 JIT 调度等原则，以最大限度地减少库存。还有一些系统可以管理成品库存并将它们转移到销售渠道中。这些系统构成了业务层 蛋糕，旧应用满足物联网和流程自动化的地方。

工业物联网环境配方

由于流程层是 IIoT 的基础，因此最佳策略始于此：

• 清点来自工厂车间每个流程元素的输出应用程序编程接口 (API)。请注意 API、网络要求、数据格式以及可通过它们获取的信息类型。如果支持多个选项，而不是每个选项的功能。
• 验证每个流程接口是否公开了一种与更高级别应用程序协调流程的开始和完成步骤的方法。此外，确定必要时
  “紧急停止”流程的方法。

现在考虑工艺层和工厂边缘层之间的关系。您需要在流程层的每个工厂流程和工厂边缘层的边缘计算机之间建立连接，因此这些连接必须有一个共同支持的接口。

• 对于每个候选工厂边缘系统，清点所有支持的 API 和网络接口。一个边缘设备可能有多个操作系统、中间件或应用程序包，因此请探索所有这些。
• 找到可用的流程层接口与工厂边缘系统之间的匹配。合适的匹配将支持您需要的所有消息交换。如果有多个合适的匹配，则找到适合最多工艺层元素的网络/接口组合，以降低工厂边缘处理的复杂性。
• 最佳做法是在进行任何处理之前包含一项将工厂边缘应用程序中的所有过程层数据流转换为通用数据消息结构的任务。这将显着减少开发和软件维护工作、时间和错误率。

现在来冰蛋糕。制造物联网蛋糕的业务层负责与处理零件、材料和成品的应用程序集成。这也是制造物联网离开本地工厂环境的地方，要么连接到企业数据中心，要么连接到公共云应用程序。

• 在大多数情况下，可供工厂边缘层连接的业务端可用的接口是相当静态的。清点这些接口并记录它们的要求和功能。
• 清点工厂边缘系统可以支持的接口，并确定这些接口中适合连接到业务层的最少数量。
• 请注意这些连接的安全性，因为它们会公开核心业务应用程序和数据库的接口。

构建物联网环境需要一些收尾工作

在探索适用于物联网蛋糕所有三个层的选项时，应牢记 IIoT 物联网中的一些通用规则：

• 许多用户更喜欢有线连接，例如以太网，用于流程到工厂边缘层连接和工厂边缘到业务层连接。这提高了安全性和可靠性。使用屏蔽以太网电缆可以降低机械电气干扰的风险。
• 如果在生产车间使用无线网络，请考虑使用单独的集线器，将工厂网络与 Wi-Fi 的其他用途分开。考虑在大规模部署或其他用户将共享同一 Wi-Fi 网络的情况下强制使用 Wi-Fi 6，并使用 Wi-Fi 6“颜色”功能来调节关键物联网流的网络容量。请注意，要充分利用 Wi-Fi 6，您需要在设备和 LAN 上兼容 WiFi-6。
• 安全是最重要的问题。确保实施包括紧急按钮以停止移动并保护工人和设备。

记录您的物联网环境

一个关键的经验法则是记录一切。做出的每一个决定、每一个配置参数、每一个软件元素或设备都应该被完整地记录下来，随着更改进行更新，并定期审查以确保没有遗漏任何东西。如果您未能清楚地记录设备、连接、应用程序，则可能会成为未来问题的根源，其中一些问题可能会很严重。