Hoe maak je zin van machinegegevens in Smart Factory 101

"Digitale transformatie” en “slimme fabriek” zijn termen die al een tijdje bestaan, maar alleen geavanceerde fabrikanten passen ze in de praktijk toe. Het idee van machine-to-machinecommunicatie heeft aanvankelijk voor veel enthousiasme en hoge verwachtingen gezorgd, maar nu vragen eigenaren van middelgrote en kleine fabrieken zich af: “Wat is de volgende stap? Hoe kan ik deze technologieën in mijn fabriek gaan toepassen?”

Hoewel meer dan 98% van de bedrijfsleiders het concept van het Internet of Things begrijpt, weten velen niet goed wat IoT voor hun bedrijf betekent, zo blijkt uit een onderzoek van Aruba Networks. Dit leidt ertoe dat IoT niet goed wordt geïmplementeerd of alleen op een basisniveau wordt gebruikt in plaats van processen volledig te transformeren.

Maar als we kijken naar productiebedrijven die de essentie hebben begrepen van het industriële internet van de dingen, komt het eigenlijk neer op de communicatiemogelijkheden tussen de werkvloer en de bedrijfsomgeving. In de praktijk gaat het erom hoe machinegegevens worden overgedragen van apparatuur naar standaard bedrijfstoepassingen in de backoffice; welke conclusies uit deze gegevens worden getrokken en hoe ze weer worden toegepast in het productieproces. In het algemeen hangt het succes van digitale transformatie af van het vermogen van een organisatie om de cijfers van de machines te interpreteren en om te zetten in een concurrentievoordeel.

Charles Kettering, uitvinder en hoofd onderzoek bij GM, zei ooit: “Een goed geformuleerd probleem is al voor de helft opgelost.” De kronkelige weg naar de Smart Factory brengt verschillende nieuwe en bestaande uitdagingen met zich mee voor bedrijven. Fabrikanten moeten de volgende vragen beantwoorden om te begrijpen hoe ze een digitaal bedrijfsmodel kunnen toepassen in hun productiefaciliteiten.

In de eerste plaats kunnen machines veel gegevens genereren, maar getallen naar de cloud gooien betekent niet automatisch dat er bruikbare informatie uit komt. Je hebt context nodig.

Fabrieksapparatuur kan de meest nauwkeurige real-time informatie over productieprocessen verschaffen, maar hoe kunnen mensen er hun voordeel mee doen en de kennis in hun dagelijkse werk toepassen?

Gaat het om onderhoud - ervoor zorgen dat elk onderdeel werkt?

Of zogenaamd voorspellend onderhoud - de storing oplossen voordat deze optreedt op basis van de verzamelde gegevens van veel vergelijkbare apparaten en vroege tekenen van het probleem?

Het kan ook gaan over de zakelijke kant van de productie: menselijke operatoren die beslissingen nemen op basis van de rapporten van de machines in de MES- en ERP-systemen. Het omarmen van Industrie 4.0 dicteert niet alleen een upgrade van de apparatuur, maar een algemene denkparadigmaverschuiving.

Om ervoor te zorgen dat een fabriek geen “eilanden van dingen” is, maar daadwerkelijk werkt volgens het concept van het internet der dingen, moeten productiemachines met elkaar en uiteindelijk ook met edge-apparaten kunnen communiceren. Gezien het grote aantal betrokken systemen is het de vraag hoe een dergelijke communicatie moet worden opgezet.

Een van de uitdagingen in een moderne fabriek is dat machines vaak communiceren binnen afzonderlijke verticale silo's die gegevens overbrengen van een apparaat naar HMI/SCADA enz. waar een operator dit specifieke onderdeel van de productie in de gaten houdt. Managers weten al lang dat er waardevolle informatie zit in de systemen die hun productiefaciliteiten aansturen, maar hebben er geen directe toegang toe. Het probleem was vaak dat beide werelden geïsoleerd van elkaar opereren, met weinig of geen verbinding ertussen. Als we het echter hebben over het mengen van gegevens en het overdragen ervan naar verschillende afdelingen, dan moet de infrastructuur voor gegevensuitwisseling in de fabriek anders worden opgebouwd.

De volgende zorg is de data connectiviteit. Hoe ver moet u in uw productieproces kunnen kijken? Zijn het alleen controllers, of hebt u eigenlijk de gegevens van elke sensor enz. nodig? Dit zal een grote invloed hebben op de hoeveelheid informatie die u bedient en het beeld van uw installatie:

• de hele plant in het algemeen,
• een individuele productielijn, of
• zelfs een bepaald apparaat, hoe elke verbinding ervan functioneert – en waar bijvoorbeeld een storing het productieproces belemmert.

Bovendien vereist het overbrengen van gegevens uit de fysieke wereld naar de cyberwereld een planning van de analytics. U moet begrijpen of het een operator is die de gegevens zal gebruiken om een betere lokale controle te bereiken, of dat de server automatisch geaggregeerde informatie naar het ERP- of MES-systeem stuurt. Al met al, welke cijfers uit de lawine van gegevens moeten worden doorgestuurd voor betere analyses en planning op fabrieksniveau, en welke gegevens blijven lokaal voor snelle controle en besluitvorming.

Het delen van gegevens tussen divisies en derde partijen is een ander belangrijk punt. In geavanceerde fabrieken kan een ERP-systeem automatisch grondstoffen bestellen of de onderhoudsdienst informeren over de noodzaak van een controle, op basis van meldingen die uit de productiefaciliteiten komen. Deze informatie-uitwisseling kan ook in het voordeel van machinebouwers werken: op basis van automatische meldingen die uit verschillende fabrieken binnenkomen, plannen zij onderhoud, vervangen zij details van tevoren en bieden zij zo een betere klantenservice, waardoor klanten worden behoed voor vervelende en dure stilstand.

Ten slotte is het belangrijkste punt voor de “slimme fabriek” het waarborgen van de veiligheid van de open communicatie. Volgens het rapport van Eclipse Foundation uit 2019 staat veiligheid op de eerste plaats van de zorgen van IoT-ontwikkelaars (31%), gevolgd door connectiviteit (21%) en gegevensverzameling en -analyse (19%). Gartner meldt dat de uitgaven voor IoT-eindpuntbeveiligingsoplossingen in 2021 zullen stijgen tot $631M. Het openstellen van productiefaciliteiten voor de wereld vereist passende beschermingsmaatregelen.

Sinds het einde van de jaren 90 werd productieautomatisering opgebouwd rond de OPC-server, waardoor gegevens van een apparaat naar de computer van een operator in de controlekamer konden worden verzonden, ongeacht of de hardware en software van dezelfde leverancier afkomstig waren: het OPC-protocol standaardiseerde de communicatie en maakte een doorbraak in productieautomatisering mogelijk. OPC toegepast het Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), dat deel uitmaakt van het Windows-besturingssysteem. In het begin van de jaren 2000 lanceerde het protocol de industriële automatisering en stelde het fabrieken in staat over te schakelen op een veiligere, nauwkeurigere en kosteneffectievere productie. In feite vertrouwen veel productiefabrieken over de hele wereld nog steeds op deze technologie. 

Kort nadat de software op de markt kwam, zijn de nadelen van het OPC-protocol echter duidelijk geworden. In de eerste plaats is OPC door DCOM alleen beperkt tot het Windows-besturingssysteem. Vervolgens klagen deskundigen over de moeilijkheden bij het opsporen en herstellen van softwarefouten, en de onmogelijkheid om gegevens via het web uit te wisselen. En tenslotte is de OPC-technologie niet betrouwbaar op het gebied van informatiebeveiliging.   

Dit is waaromin antwoord op meerdere verzoeken van de industrie, Stichting OPC een nieuwe standaard gecreëerd – OPC UA. Het is gebaseerd op de vorige versies maar zonder nadelen en stelt een totaal nieuwe benadering voor van de communicatie tussen machines en de industriële digitale transformatie.  

Zijn nieuwezijn: 

• Onafhankelijkheid van het platform. OPC UA is niet afhankelijk van OLE- of DCOM-technologie van Microsoft meer. Je kunt het op elk platform lanceren: Apple, Linux (JAVA) of Windows; 
• Eenvoudigere configuratie van duitwisseling van gegevens tussen meerdere computers. Gebruik in plaats van DCOM gemeenschappelijke standaarden voor gegevensuitwisseling: TCP/IP, HTTP(S), en SOAP; 
• Gemakkelijker gegevensbeheer en -onderhoud. U kunt structuren of modellen gebruiken, en gegevenslabels of -punten groeperen en van context voorzien. Dit alles zorgt voor veel meer flexibiliteit en maakt het mogelijk om uw fabriek over de afdelingen heen te verbinden, en niet alleen in verticale datasilo's te werken; 
• Eenvoudige integratie in SCADA. Een OPC UA server kan een direct onderdeel zijn van een PLC, die in een apparaat wordt ingebouwd. Dit betekent dat het niet nodig is een OPC UA server te kopen en te configureren; 
• Besparing van middelen. Met OPC UA heb je niet veel pc's nodig die in de faciliteit staan en vertalen tussen de systemen;  
• Gegevensencryptie. OPC UA beveiliging is gebaseerd op een meerlagig concept die toepassings- en transportlagen omvat. Het bevat authenticatie en autorisatie, alsmede versleuteling en gegevensintegriteit door ondertekening.  
• Flexibiliteit van de integratie. UA API's zijn beschikbaar in verschillende programmeertalen. Commerciële SDK's zijn beschikbaar voor C, C++, Java, en .NET. Open-source stacks zijn ten minste beschikbaar voor C, C++, Java, Javascript(knooppunt) en Python. 
• Kosten- en tijdeffectiviteit. Beschikbaarheid van OPC UA aansluitingen die uw realtime machinegegevens integreren met CRM, ERP, BI, Exchange, documentbeheersystemen zoals SharePoint voor een betere planning, beter onderhoud en een grotere doeltreffendheid van uw productie; 
• Aansluiting op bestaande infrastructuur. Beschikbaarheid van mechanismen voor de migratie van OPC naar OPC UA; OPC UA-wrappers. 

Fabrikanten noemen OPC Unified Architecture het eerste communicatieprotocol dat verwijdert de grenzen tussen de onderneming en de fabrieksvloer. Maar hoe daadwerkelijk verbinding maken van uw productie naar de systemen die uw bedrijf helpen beheren? 

Customer Relationship Management (CRM), Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing Execution System (MES), Document Management System (DMS), Business Intelligence (BI)-systeem, Warehouse Management Systems zijn de meest voorkomende software die helpt bij het beheer van bedrijven. Aangezien veel bedrijven, ongeacht hun grootte, deze toepassingen in verschillende combinaties gebruiken, kan men gerust veralgemenen dat het leven van een fabriek in deze systemen wordt gepland, geanalyseerd, voorspeld en gerapporteerd. En omdat een volledig geautomatiseerde slimme fabriek betekent dat u in deze systemen altijd over accurate, actuele informatie over de productie beschikt – voor analyse, tijdige waarschuwingen, onderhoudsmeldingen enz., afhankelijk van uw prioriteiten.  

Het integreren van machinegegevens in bedrijfssystemen kan op twee manieren gebeuren: 1) via aangepaste ontwikkeling via OPC UA API's, en 2) via een kant-en-klare OPC UA-connector die machinegegevens koppelt aan ERP-, CRM-systemen enz. 

Naar onze mening is het tweede scenario beter dan maatwerkprogrammering. Ten eerste verspil je geen tijd en geld aan dure programmeurs, en ten tweede hoef je je geen zorgen te maken over verder onderhoud. Een kant-en-klare OPC UA-connector is doorgaans bugvrij en vanaf dag één klaar voor gebruik. Er zijn wel programmeervaardigheden voor nodig, maar die zijn heel basaal. Bijvoorbeeld: OPC UA aansluiting door Connecting Software gebouwd op de Connect Bridge platform, maakt gebruik van SQL-syntaxis die bekend is bij de meeste beginnende programmeurs. Het kost twee tot drie uur om de integratieprincipes te begrijpen, waarna u alleen nog maar de logica hoeft te bouwen om de machinegegevens van uw onderneming te koppelen aan bedrijfssystemen.  

Waarom moet u uw machinegegevens koppelen aan ERP, CRM en MES? Een slogan van OPC-UA luidt 'van het apparaat naar de onderneming', waarbij “onderneming” in dit geval verwijst naar een intelligent systeem voor enterprise resource planning. 

Om slimme beslissingen te kunnen nemen, heeft een intelligent ERP real-time IIoT gegevens en analyses. Ze onderscheiden een bedrijf van de concurrentie en vormen wat een Smart Factory wordt genoemd. 

Aangezien ERP-toepassingen zoveel taken vervullen: orderbeheer en -verwerking, gegevensverzameling, planning op ondernemingsniveau, beheer van bedrijfsprocessen in het algemeen en bij de koppeling met andere systemen, tijdige prestaties van intelligente ERP's bieden veel voordeel.

Wen u nom processen te versnellen, handwerk en fouten te verminderen, en sneller te gaan tussen stappen, real-time gegevens grijpen Zo dicht mogelijk bij de bron – van een bepaalde productielijn of zelfs een apparaat – is een integratie van machinegegevens via OPC UA in het ERP-systeem revolutionair. 

Het proces gaat vooral sneller als u een integratieplatform inschakelt met voorgebouwde connectoren - zoals een OPC UA connector en diverse ERP-aansluitingen.

Behalve, Een dergelijke integratie draagt bij aan de hierboven besproken cultuuromslag, aangezien medewerkers de nieuwe technologie eerder zullen omarmen als deze wordt aangeboden via een vertrouwde interface (en zelfs mobielvriendelijk is!). Zorgen voor Gebruikersacceptatie blijft een grote uitdaging in het IIoT, en het presenteren van de gegevens via de systemen die iedereen kent en gebruikt – ERP, CRM, MES enz. – versnelt de overgang naar Industrie 4.0.  

Andere onderdelen van een IIoT Smart Factory zijn voorspellende analyses, machinaal leren, blockchain verslag verzegeling, en semi-autonome en autonome beslissingen aen acties. Deze kunnen allemaal deel uitmaken van uw ERP-systeem dat bestelt materialen of neemt beslissingen over verzendingen op basis van meerdere bronnen en enorme hoeveelheden contextgebonden snelle gegevens, geanalyseerd en gebruikt in real-time. 

Hopelijk is deze analyse van de integratie van machinegegevens in uw bedrijfsbeheersystemen nuttig geweest. Laat ons weten wat u hiervan vindt en welke andere onderwerpen we moeten bespreken in Industrie 4.0, OPC UA connectoren en de Smart Factory.

Lees andere IIoT-verhalen op onze blog: