Để xây dựng môi trường IoT sản xuất thành công trước tiên cần hiểu ba lớp của môi trường sản xuất, từ lớp quy trình đến lớp nhà máy, lớp kinh doanh.
Xây dựng môi trường IoT thành công bao gồm việc xem xét ba lớp: của một “chiếc bánh”, có thể nói là quy trình, nhà máy và kinh doanh.
Các nhà xây dựng IoT xác định các yếu tố ở ba lớp này tạo nên môi trường IoT bằng cách xác định từng lớp và các yếu tố của nó, các kiến trúc sư IoT có thể thiết lập các quy trình IoT để chuyển tiếp các mục tiêu kinh doanh của doanh nghiệp họ.
Trong một thế kỷ qua, lĩnh vực công nghiệp đã nỗ lực để làm cho việc chuyển đổi vật liệu hoặc các bộ phận thành sản phẩm hiệu quả hơn.
Không có gì ngạc nhiên khi lĩnh vực sản xuất dẫn đầu trong việc áp dụng IoT, nhưng nhiều nhà sản xuất vẫn đang vật lộn với việc làm thế nào để giới thiệu và sử dụng IoT trong hoạt động.
Đối với những người làm IoT, đây là một công thức đơn giản để xây dựng môi trường IoT sản xuất và để giúp bạn trong suốt quá trình. Trong cuộc thảo luận này, chúng ta sẽ sử dụng thuật ngữ “cảm biến” cho các thiết bị IoT báo cáo một điều kiện, “tác động” cho loại thiết bị IoT nhằm di chuyển hoặc mở thứ gì đó và “bộ điều khiển” cho thiết bị IoT kết nối và tương tác với cảm biến và hiệu ứng.
Góc nhìn cấp cao về môi trường IoT
Các công ty đã và đang áp dụng IoT và tự động hóa nhà máy, và một số đã đạt được kết quả tiến bộ đáng kể. Cách tiếp cận tốt nhất trong IIoT là cách chia dự án IoT thành ba lớp riêng biệt, giống như một chiếc bánh.
Cấu trúc này cho phép các nhà sản xuất kết hợp các thiết bị IoT với quy trình sản xuất, kết hợp các quy trình đó thành quy trình làm việc của nhà máy và tích hợp quy trình làm việc đó với các ứng dụng kinh doanh thu mua các bộ phận và nguyên liệu thô và bán thành phẩm.
Phương pháp tiếp cận ba lớp này cho phép các đơn vị cung cấp dịch vụ IoT đưa các quy trình IoT vào hoạt động của doanh nghiệp, giúp tăng hiệu quả hoạt động.
Các thành phần của một dự án IIoT
Lớp quy trình. Không giống như nhiều ứng dụng IoT được xây dựng từ các cảm biến đọc các điều kiện và “hiệu ứng” di chuyển hoặc thay đổi mọi thứ trong thế giới thực, sản xuất IoT thường được xây dựng từ các quy trình cụ thể, mỗi quy trình bao gồm công cụ cần thiết để thực hiện một bước sản xuất, công nhân cần để chạy nó và các thiết bị IoT cần thiết để gói quy trình trong một phong bì kiểm soát tự động. Các thiết bị này bao gồm một bộ điều khiển cục bộ, với các thiết bị giao thức và ngôn ngữ lập trình riêng, giúp chuyển đổi các thiết bị IoT thành các thành phần hoạt động của chính quy trình. Lớp quy trình này là cơ sở để thiết kế IoT sản xuất.
Lớp cạnh nhà máy. Sản xuất bắt đầu với các quy trình, nhưng tất cả các quy trình phải được thu thập thành một tầm nhìn gắn kết của nhà máy. Đó là công việc của lớp thứ hai của chiếc bánh, lớp rìa của nhà máy. Trong khi lớp quy trình thường được xây dựng từ các thiết bị và bộ điều khiển đặc biệt, thì lớp biên của nhà máy được xây dựng từ các thiết bị “điều khiển nhúng” hoặc “điện toán biên” ngày càng có nhiều khả năng trở thành một loại thiết bị tính toán có mục đích chung. Lớp này quản lý các quy trình để công việc của nhà máy được diễn ra một cách có trật tự và đảm bảo an toàn cho người lao động cũng như máy móc trên sàn nhà xưởng.
Lớp nghiệp vụ. Hàng hóa không xuất hiện hoặc biến mất một cách kỳ diệu khỏi nhà máy. Các nhà sản xuất có hệ thống phần mềm hỗ trợ phân phối các bộ phận / nguyên liệu thô, thường dựa trên các nguyên tắc như sản xuất đúng lúc (JIT) hoặc lập lịch giao hàng theo JIT để giảm thiểu hàng tồn kho. Ngoài ra còn có các hệ thống quản lý hàng tồn kho của thành phẩm và chuyển chúng vào một kênh bán hàng. Các hệ thống này tạo thành lớp kinh doanh của chiếc bánh, nơi mà các ứng dụng kế thừa đáp ứng IoT và tự động hóa quy trình.
Công thức môi trường IIoT
Bởi vì lớp quy trình là nền tảng của IIoT, một chiến lược tối ưu bắt đầu ở đó:
Kiểm kê các giao diện lập trình ứng dụng đầu ra (API) từ mỗi phần tử quy trình trên sàn nhà máy. Lưu ý API, yêu cầu mạng, định dạng dữ liệu và loại thông tin có sẵn.
Xác minh rằng mỗi giao diện quy trình cho thấy một phương tiện phối hợp các bước bắt đầu và hoàn thành của quy trình với một ứng dụng cấp cao hơn. Ngoài ra, xác định các phương tiện của quy trình “Dừng khẩn cấp” nếu cần thiết.
Bây giờ hãy xem xét mối quan hệ giữa lớp quy trình và lớp biên của nhà máy. Bạn sẽ cần thiết lập kết nối giữa mỗi quy trình xuất xưởng trong lớp quy trình và một máy tính biên trong lớp biên của nhà máy, vì vậy sẽ phải có một giao diện được hỗ trợ chung cho các kết nối này.
Đối với mỗi hệ thống cạnh nhà máy, hãy kiểm kê tất cả các API và giao diện mạng được hỗ trợ. Có thể có nhiều hệ điều hành, phần mềm trung gian hoặc gói ứng dụng cho một thiết bị cạnh, vì vậy hãy khám phá tất cả.
Tìm sự phù hợp giữa các giao diện lớp quy trình có sẵn và các hệ thống biên của nhà máy. Một kết hợp phù hợp sẽ hỗ trợ tất cả các trao đổi tin nhắn mà bạn cần. Nếu có nhiều kết hợp phù hợp, hãy tìm kết hợp mạng / giao diện phù hợp với số lượng phần tử lớp quy trình lớn nhất, để giảm độ phức tạp của quá trình xử lý cạnh nhà máy.
Cách tốt nhất là bao gồm một nhiệm vụ để chuyển đổi tất cả các luồng dữ liệu lớp quy trình trong ứng dụng biên của nhà máy thành một cấu trúc thông báo dữ liệu chung trước khi thực hiện bất kỳ quá trình xử lý nào. Điều này sẽ làm giảm đáng kể nỗ lực phát triển và bảo trì phần mềm, thời gian, tỷ lệ lỗi.
Bây giờ để làm đáy bánh. Lớp kinh doanh của IoT trong sản xuất chịu trách nhiệm tích hợp với các ứng dụng xử lý các bộ phận, vật liệu và thành phẩm. Đây cũng là nơi sản xuất IoT rời khỏi môi trường nhà máy cục bộ, để kết nối với trung tâm dữ liệu của công ty hoặc ứng dụng đám mây.
Trong hầu hết các trường hợp, các giao diện có sẵn từ phía doanh nghiệp, có sẵn cho lớp biên của nhà máy để kết nối, khá tĩnh. Kiểm kê các giao diện này và ghi lại các yêu cầu và khả năng của chúng.
Kiểm kê các giao diện có thể được hỗ trợ bởi các hệ thống biên của nhà máy và xác định số lượng nhỏ nhất trong số các giao diện này phù hợp để kết nối với lớp nghiệp vụ.
Hãy lưu ý đến bảo mật của các kết nối này, vì chúng hiển thị giao diện với các ứng dụng và cơ sở dữ liệu kinh doanh cốt lõi.
Xây dựng môi trường IoT cần một số thao tác hoàn thiện
Có một số quy tắc chung trong IioT- IoT cần được ghi nhớ khi khám phá các tùy chọn cho cả ba lớp của chiếc bánh IoT:
Nhiều người dùng thích kết nối có dây, chẳng hạn như Ethernet, cho cả kết nối lớp biên từ quá trình đến nhà máy và kết nối lớp từ nhà máy đến lớp kinh doanh. Điều này cải thiện tính bảo mật và độ tin cậy. Sử dụng cáp Ethernet được che chắn có thể giảm nguy cơ nhiễu điện từ máy móc.
Nếu mạng không dây được sử dụng trên sàn sản xuất, hãy cân nhắc sử dụng các trung tâm riêng biệt, giữ mạng nhà máy tách biệt với các mục đích sử dụng Wi-Fi khác. Hãy xem xét Wi-Fi 6 là bắt buộc đối với việc triển khai quy mô lớn hoặc nơi những người dùng khác sẽ chia sẻ cùng một mạng Wi-Fi và sử dụng các tính năng “màu” của Wi-Fi 6 để điều chỉnh dung lượng mạng cho các luồng IoT quan trọng. Xin lưu ý rằng để tận dụng tối đa Wi-Fi 6, bạn sẽ cần khả năng tương thích với WiFi-6 trên các thiết bị cũng như mạng LAN.
An toàn là mối quan tâm hàng đầu. Đảm bảo rằng việc trang bị các nút khẩn cấp để dừng chuyển động khẩn cấp và bảo vệ người lao động và máy móc.
Theo Tom Nolle – IoT World Today
