MQTT对离散制造中IIoT数据通信的改变

离散制造是指生产独立、可辨认且易于计数的独立物品或单元的过程。这种制造类型涉及将组件或零件组装成成品，其中每个物品都可以与其他物品区分开。典型的离散制造行业包括汽车、电子、航空航天、机械和医疗设备。这些行业通常在生产过程中使用物料清单（BOMs）和质量控制措施。离散制造允许定制、灵活性和高效生产各种产品。

离散制造的常见过程

生产计划和调度

离散制造需要对整个生产过程进行仔细的计划和调度，以确保所需的零部件在需要时可用。调度定义了每个生产阶段需要多长时间以及每个人应该工作多少时间，以确保按时完成生产。生产计划需要优化，以最小化浪费并最大化效率。因此，供应链数据的可见性非常重要。

批量大小和交货期的优化

批量大小突显生产的数量，而交货期指整个过程所需的时间。这两个参数都影响生产效率，因此必须进行优化以获得更好的产出。实时数据的可见性和准确性非常重要。

离散制造的常见系统

计算机辅助设计（CAD）

CAD软件用于设计产品，概念化想法以考虑确保最终产品完美的细节。该工具执行快速设计计算和模拟，有助于创建准确和精确的产品设计。

计算机辅助制造（CAM）

计算机辅助制造实现了管理过程的自动化，允许跟踪生产过程、资源和运输。

企业资源规划（ERP）

ERP的实施提供了对库存和整个生产过程更好的控制和可见性。借助ERP，平台检查不同类型的数据和信息，并在所有点上使其可访问和可用。

产品生命周期管理（PLM）

PLM确保从概念化时直到最终发运时对产品的整个生命周期进行管理。

工业物联网（IIoT）和MQTT作为连接系统的启用器

在离散制造中，IIoT在通过传感器和可编程逻辑控制器（PLC）将各种OT系统连接到上述IT系统方面发挥着重要作用。这种OT-IT连接实现了数据交换和数字化转型用例，例如，ERP系统中的订单数据需要与PLM中的生产数据相结合，以便能够进行正确的预测、计划和调度。IIoT使这些系统能够彼此通信，并通过MQTT等消息传递技术创建一个单一的窗格。

MQTT在离散制造应用中的作用

实时数据通信

MQTT在离散制造中实现了设备、系统和应用程序之间的实时通信，有助于将它们连接到企业和/或云，支持预测性维护、远程监视、数字孪生和先进的分析等高级数据用例。MQTT还促进了无显著延迟的制造设备之间的无缝机器对机器通信，这对于监视和控制离散制造非常关键，确保数据迅速而高效地交换。

可扩展性

MQTT具有很高的可扩展性，可以同时支持大量设备、系统和应用程序。在离散制造中，其中许多设备、系统和应用程序部署在生产现场，MQTT的可扩展性对于处理多样化的数据来源至关重要。提供企业级MQTT代理的HiveMQ具有额外的可扩展性功能，并已进行了2亿并发连接的基准测试。

带宽使用效率

MQTT在带宽使用效率方面设计得非常高效。在网络带宽可能有限的制造环境中，MQTT的轻量级协议确保数据可以在不给网络基础设施带来额外负担的情况下进行高效传输。

可靠性和服务质量（QoS）

MQTT支持不同级别的服务质量，允许制造商选择适用于其特定用例的可靠性级别。这对于可靠的数据交换至关重要，例如远程监视关键设备。MQTT通过支持保留消息来提供额外的可靠性，其中代理会保留在特定主题上发送的最后一条消息。这个特性在离散制造中非常有用，以确保连接到网络的设备在连接时接收到最新的相关信息。HiveMQ MQTT代理提供了额外的可靠性功能，包括支持无主集群架构、可靠的通信和零停机升级。

安全性

MQTT本身提供通信的安全性，因为它基于对主题命名空间的订阅。因此，未订阅特定主题的任何客户端都不会接收到消息。除此之外，可以在MQTT上实施额外的安全功能，包括用户ID/密码、TLS加密、X.509

客户端证书授权等机制，以确保离散制造通信的安全性。

发布-订阅模型

MQTT采用发布-订阅模型，其中客户端可以将消息发布到特定主题，而其他客户端可以订阅这些主题以接收消息。这个模型非常适合离散制造场景，其中不同的组件需要实时了解相关事件或实时变化。除此之外，数据框架如Sparkplug和统一命名空间等概念提供了其他有效组织数据的方式。

边缘计算集成

MQTT通常与边缘计算一起在离散制造中使用。边缘设备、应用程序和系统使用MQTT在本地彼此通信，有选择地与服务器/云通信，从而减少将所有数据发送到中心服务器的需求。这可以提高响应时间并减少延迟。边缘网关可以将来自各种协议（如OPC UA、Modbus和Siemens S7）的数据转换成MQTT，并将数据传送到代理进行处理。