Teollisen IoT-järjestelmän konsepti : reuna–pilvi-integraatio AWS-pilvipalveluilla

Abstract

Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi MJV Automation Oy, teollisuusautomaation palveluja tarjoava yritys. Työn aiheena oli kehittää toimeksiantajalle konsepti kustannustehokkaasta teollisen internetin järjestelmästä, jonka avulla voidaan madaltaa kynnystä siirtyä hyödyntämään Teollisuus 4.0 -ratkaisuja ja niiden potentiaalia. Tavoitteena oli osoittaa, kuinka konseptitasoinen reuna–pilvi-integraatio voidaan toteuttaa ja miten sen avulla voidaan tukea teollisuusyritysten digitalisaatiota. Tietoperustan keskeisiä elementtejä olivat esineiden internet, teollinen internet, teollisuus 4.0, reunalaskenta ja pilvilaskenta sekä keskeiset standardit ja protokollat, kuten OPC Unified Architecture, Message Queuing Telemetry Transport ja Unified Namespace.

Konseptin reunaratkaisu toteutettiin Siemensin SIMATIC IOT2050 -yhdyskäytävälaitteella, johon asennettiin AWS IoT Greengrass -ympäristö ja kehitettiin Java-pohjainen reunasovellus. Pilviratkaisu toteutettiin hyödyntäen Amazon Web Services -pilvipalveluja. Yhdyskäytävälaitteessa AWS IoT Greengrass -ympäristössä suoritettava reunasovellus keräsi simuloitua prosessidataa OPC Unified Architecture -palvelimelta ja esikäsitteli sen. Esikäsittelyn jälkeen data siirrettiin pilveen AWS IoT Core -palveluun, josta se ohjattiin tallennettavaksi, analysoitavaksi ja visualisoitavaksi muiden Amazon Web Services -pilvipalveluiden avulla.

Työn tuloksena saatiin toimiva konsepti teollisen internetin järjestelmästä, jossa hyödynnettiin Teollisuus 4.0:aa tukevia periaatteita, muun muassa Unified Namespace -periaatteita. Toteutettu reunaratkaisu yhdessä käytettyjen pilvipalveluiden kanssa mahdollisti kustannustehokkaan ja skaalautuvan ratkaisun. Ratkaisu soveltuu erityisesti yrityksille ensimmäiseksi askeleeksi teollisen internetin hyödyntämiseen. Kehitetty ratkaisu toimii myös pohjana jatkokehitykselle, jossa voidaan hyödyntää edistyneempää data-analytiikkaa, tekoälyä ja älykkäitä päätöksentekomalleja.

The thesis was commissioned by MJV Automation Oy, a company providing industrial automation services. The aim of the thesis was to develop a proof of concept for a cost-effective industrial internet system for the commissioning company, to lower the barriers of adopting Industry 4.0 solutions and realizing their potential. The objective was to demonstrate how concept-level edge-to-cloud integration can be implemented and how it can be used to support the digitalization of industrial companies. Key elements of the theoretical framework were the Internet of Things, Industrial Internet, Industry 4.0, Edge and Cloud Computing, and key standards and protocols such as OPC Unified Architecture, Message Queuing Telemetry Transport and Unified Namespace.

The concept’s edge solution was implemented on a Siemens SIMATIC IOT2050 gateway device, on which the AWS IoT Greengrass environment was installed, and a Java-based edge application was developed. The cloud solution was implemented using Amazon Web Services. The edge application, running in the AWS IoT Greengrass environment on the gateway device, collected simulated process data from the OPC Unified Architecture server and preprocessed it. After preprocessing, the data was transferred to the AWS IoT Core service, from where it was routed for storage, analysis, and visualization using other Amazon Web Services.

The result of the thesis was a working proof of concept for an industrial internet system that applied selected principles supporting Industry 4.0, including Unified Namespace principles. The implemented edge solution, together with the cloud services used, enabled a cost-effective and scalable solution. The solution is especially suitable for companies as a first step to adopting the industrial internet. The developed solution also provides a solid foundation for further development, where more advanced data analytics, artificial intelligence and intelligent decision-making models can be applied.