製造業のIoT環境を構築するためのクックブック

産業部門は、1世紀の間、材料または部品の製品への変換をより効率的にするために取り組んできました。

製造業がIoT採用のリーダーであることは当然ですが、多くの製造業者は依然としてIoTを運用に導入して使用する方法に苦労しています。

そうする人のために、製造IoT環境を構築し、その過程で役立つ簡単なレシピを次に示します。このディスカッションでは、状態を報告するIoTデバイスの「センサー」、何かを移動または開くことを目的としたIoTデバイスのクラスの「エフェクター」、および接続して相互作用するIoTデバイスの「コントローラー」という用語を使用します。センサーとエフェクター。

IoT環境の概要

企業はIoTと工場のフロア自動化に取り組んでおり、一部の企業は大きな進歩を遂げています。 IIoTの最善のアプローチは、IoTプロジェクトをケーキのように3つの異なるレイヤーに分割することです。

この構造により、製造業者はIoTデバイスを製造プロセスに適合させ、それらのプロセスを工場のワークフローにまとめ、そのワークフローを部品や原材料を取得して完成品を販売するビジネスアプリケーションと統合することができます。

この3層のアプローチにより、IoT環境ビルダーはビジネスの目標を反映するIoTプロセスを実施できます。

IIoTプロジェクトの要素

プロセスレイヤー。 状態を読み取るセンサーや現実の世界で物事を動かしたり変更したりする「エフェクター」から構築される多くのIoTアプリケーションとは異なり、製造IoTは通常、製造ステップを実行するために必要なツールで構成される特定のプロセスから構築されます。それを実行するために、そしてIoTデバイスは自動化された制御エンベロープでプロセスをラップする必要がありました。これらのデバイスには、IoTデバイスをプロセス自体のアクティブなコンポーネントに変換する独自のデバイスプロトコルとプログラミング言語を備えたローカルコントローラーが含まれています。このプロセスレイヤー IoT設計を製造するための基礎です。

ファクトリーエッジレイヤー。 製造はプロセスから始まりますが、すべてのプロセスをまとまりのある工場ビジョンにまとめる必要があります。それがケーキの2番目のレイヤーであるファクトリーエッジレイヤーの仕事です。 。プロセス層は通常、デバイスと特殊なコントローラーから構築されますが、ファクトリーエッジ層は、ある種の汎用コンピューティングデバイスである可能性が高まっている「組み込み制御」または「エッジコンピューティング」デバイスから構築されます。この層は、工場の作業が整然と行われるようにプロセスを管理し、労働者と機械の両方の工場フロアの安全性が保証されます。

ビジネスレイヤー。 工場から商品が魔法のように現れたり消えたりすることはありません。製造業者は、部品/原材料の配送をサポートするソフトウェアシステムを持っており、多くの場合、ジャストインタイム（JIT）製造や在庫を最小限に抑えるための配送のJITスケジューリングなどの原則に基づいています。既製品の在庫を管理し、販売チャネルに移動するシステムもあります。これらのシステムはビジネスレイヤーを形成します レガシーアプリケーションがIoTとプロセスの自動化に出会う場所です。

IIoT環境レシピ

プロセスレイヤーはIIoTの基盤であるため、最適な戦略はそこから始まります。

• 工場フロアの各プロセス要素から出力アプリケーションプログラミングインターフェイス（API）のインベントリを作成します。 API、ネットワーク要件、データ形式、およびそれぞれを通じて利用できる情報の種類に注意してください。複数のオプションがサポートされている場合、それぞれの機能ではありません。
• 各プロセスインターフェイスが、プロセスの開始ステップと完了ステップを上位レベルのアプリケーションと調整する手段を公開していることを確認します。また、必要に応じて、プロセスを
  「緊急停止」する手段を特定します。

次に、プロセス層とファクトリエッジ層の関係について考えてみましょう。プロセスレイヤーの各ファクトリプロセスとファクトリエッジレイヤーのエッジコンピュータの間に接続を確立する必要があるため、これらの接続に対して一般的にサポートされているインターフェイスが必要になります。

• ファクトリエッジシステムの候補ごとに、サポートされているすべてのAPIとネットワークインターフェースのインベントリを作成します。エッジデバイス用に複数のオペレーティングシステム、ミドルウェア、またはアプリケーションパッケージが存在する可能性があるため、それらすべてを調べてください。
• 利用可能なプロセスレイヤーインターフェイスとファクトリーエッジシステムの一致を見つけます。適切な一致は、必要なすべてのメッセージ交換をサポートします。適切な一致が複数ある場合は、最大数のプロセスレイヤー要素に適合するネットワーク/インターフェースの組み合わせを見つけて、ファクトリエッジ処理の複雑さを軽減します。
• ベストプラクティスは、処理を実行する前に、ファクトリエッジアプリケーションのすべてのプロセス層データストリームを共通のデータメッセージ構造に変換するタスクを含めることです。これにより、開発とソフトウェアメンテナンスの労力、時間、エラー率が大幅に削減されます。

さあ、ケーキを氷で冷やします。 IoTケーキの製造のビジネス層は、部品、材料、および完成品を処理するアプリケーションとの統合を担当します。これは、製造IoTがローカルの工場環境を離れて、企業のデータセンターまたはパブリッククラウドアプリケーションに接続する場所でもあります。

• ほとんどの場合、ビジネス側から利用できるインターフェースは、ファクトリーエッジレイヤーが接続するために利用でき、かなり静的です。これらのインターフェースのインベントリを作成し、それらの要件と機能を文書化します。
• ファクトリエッジシステムでサポートできるインターフェイスのインベントリを作成し、ビジネスレイヤーへの接続に適したこれらのインターフェイスの最小数を特定します。
• これらの接続はコアビジネスアプリケーションとデータベースへのインターフェースを公開するため、これらの接続のセキュリティに注意してください。

IoT環境の構築にはいくつかの仕上げが必要です

IIoT IoTには、IoTケーキの3つのレイヤーすべてのオプションを検討する際に留意する必要のある一般的なルールがいくつかあります。

• 多くのユーザーは、プロセスからファクトリーエッジへのレイヤー接続とファクトリーエッジからビジネスへのレイヤー接続の両方に、イーサネットなどの有線接続を好みます。これにより、セキュリティと信頼性が向上します。シールドイーサネットケーブルを使用すると、機械からの電気的干渉のリスクを減らすことができます。
• 製造現場でワイヤレスネットワークを使用する場合は、別のハブを使用することを検討し、工場のネットワークを他のWi-Fiの使用とは別にしてください。大規模な展開や他のユーザーが同じWi-Fiネットワークを共有する場合は、Wi-Fi 6が必須であると考え、Wi-Fi6の「カラー」機能を使用して重要なIoTフローのネットワーク容量を仲介します。 Wi-Fi 6を最大限に活用するには、LANだけでなくデバイスでもWiFi-6互換性が必要になることに注意してください。
• 安全性は最も重要な懸念事項です。実装に、動きを止めて作業者と機器を保護するための緊急ボタンが含まれていることを確認してください。

IoT環境の文書化

重要な経験則は、すべてを文書化することです。行われたすべての決定、すべての構成パラメーター、すべてのソフトウェア要素またはデバイスは、変更を加えた更新とともに完全に文書化され、見逃されていないことを確認するために定期的にレビューされる必要があります。デバイス、接続、アプリケーションを明確に文書化しないと、将来の問題の原因となる可能性があり、その一部は深刻になる可能性があります。