Digitale Fabriek

Waarom de Digitale Fabriek nu binnen ieders bereik ligt

Pedro Noronha Producten en oplossingen Laat een reactie achter

Om naar Industrie 4.0 en een Digitale Fabriek te gaan, moet je een brug slaan tussen industriële activa, mensen en werkprocessen. En om dat alles te overbruggen, heb je een sterke gegevensverzameling, integratie en netwerking nodig. Alles moet onderling verbonden en interoperabel zijn.

De wereld van de werkvloer en die van de bedrijfssoftware moeten nauw met elkaar verbonden zijn, maar de ontwikkeling van een integratieoplossing tussen beide wordt traditioneel geassocieerd met hoge kosten.

CB Digital Factory kan het bouwen van een integratieoplossing op maat mogelijk maken voor kleine en middelgrote fabrikanten die een flexibele, betrouwbare oplossing nodig hebben, met aantrekkelijke, onverslaanbare prijzen.

Wanneer heb je voor het laatst iets van een vakman gekocht?

Hoewel deze geschoolde ambachtslieden zich tegenwoordig alleen nog richten op het goedkope en goedkope marktsegment, was dit de enige vorm van fabricage die gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de mensheid heeft bestaan.

Van industrie 1.0 naar industrie 3.0

Technologische ontwikkelingen aan het eind van de 18th eeuw kon de mensheid gebruik maken van stoom kracht. Dit leidde tot een enorme toename van de productiviteit van de arbeiders, aangezien de productiemethoden verschoven van handmatige naar mechanische productie.

Evolutie van de industrie

Tegen het einde van de 19th eeuw, kwam er een andere transformatiekracht in het spel. Het wijdverbreide gebruik van elektriciteit in fabrieken maakte massaproductie tot een haalbare optie. Machines konden de klok rond werken, zonder pauzes.

De tweede helft van de 20th eeuw zag het begin van de computer tijdperk en de opkomst van de industriële robotica. Hierdoor konden repetitieve productieprocessen worden geautomatiseerd en op afstand worden bewaakt, waardoor de productieoutput toenam en, wat nog belangrijker is, de productiekwaliteit - machines konden dezelfde taak keer op keer met een ongelooflijke precisie uitvoeren. Na deze drie voorafgaande technologische transformaties staan we nu aan de vooravond van een nieuwe industriële revolutie, algemeen bekend als Industrie 4.0, het nieuwe modewoord in de productiewereld.

Wat is Industrie 4.0?

Vraag iemand die je kent naar Industrie 4.0, en je krijgt een heleboel termen naar je hoofd geslingerd: Smart Factories, Big Data, Cloud, AI, IIoT, Cyber-Physical Systems, Smart Sensors, Blockchain, enz. Maar deze technologieën (en dan raak ik nog maar het topje van de ijsberg aan) vormen niet Industrie 4.0 en moeten slechts worden beschouwd als enablers - een middel om een doel te bereiken.

Industrie 4.0 en Digitale Fabriek termen

In zeer ruime zin is Industrie 4.0 de informatie-intensieve transformatie van de verwerkende industrie (en aanverwante industrieën) in een verbonden omgeving van industriële activa, processen, systemen en mensen, waarbij gebruik wordt gemaakt van het genereren en gebruiken van enorme hoeveelheden gegevens om tot bruikbare inzichten te komen. Industrie 4.0 belooft digitale fabrieken met een verbeterde productiviteit, efficiëntie, flexibiliteit en een dynamischere benadering van de productie. Al deze voordelen van de Digitale Fabriek (en nog vele andere die ik hier niet noem) leiden tot een hoge ROI en een hogere toekomstige winstgevendheid.

Het is echter niet "iets" dat van de ene dag op de andere zal worden bereikt, en bedrijven moeten er niet naar streven alle technologieën in één keer te implementeren. Om over te stappen op intelligente fabricage, slimme fabrieken of connected industries, moet je eerst een brug slaan tussen zaken als industriële activa, mensen en werkprocessen. En om dat allemaal te overbruggen, heb je een sterke gegevensverzameling, integratie en netwerking nodig. Alles moet onderling verbonden en interoperabel zijn. Informatie uit elke afzonderlijke bron moet worden gebundeld en holistisch zijn.

Fabrieksautomatisering & Digitale Fabriek

Laten we nu even afstand nemen van Industrie 4.0 om een overzicht te geven van de automatisering in een fabriek. Op de werkvloer worden de meeste machines aangestuurd door een PLC, of Programmable Logic Controller. Dit zijn industriële computers die robuust zijn gemaakt om bestand te zijn tegen de zware omstandigheden die vaak op de werkvloer voorkomen en die worden gebruikt om productieprocessen te besturen, zoals assemblagelijnen, machinefuncties of robotica. PLC's bestaan doorgaans uit een voeding, CPU, in-/uitgangsmodule en communicatiemodule. PLC's registreren gegevens van de fabrieksvloer door de inputs van de sensoren en andere veldapparatuur waarmee ze zijn verbonden, te controleren. De CPU voert vervolgens de door de gebruiker gecreëerde programmalogica uit en geeft gegevens of opdrachten aan de machines en actuatoren waarmee hij is verbonden.

Fieldbus is een industrieel netwerk dat speciaal ontworpen is voor de communicatie tussen PLC's of industriële controllers en de in het veld gemonteerde sensoren en actuatoren. Fieldbus is ontworpen om de point-to-point bekabeling te vervangen die elke sensor en actuator verbindt met de controller I/O.

Industriële besturingsnetwerken kunnen worden onderverdeeld in drie verschillende generaties met uiteenlopende niveaus van compatibiliteit:

  • De eerste generatie bestaat uit traditionele seriële veldbusprotocollen. Enkele voorbeelden van bekende seriële veldbussen zijn Modbus RTU, PROFIBUS en CAN.
  • De tweede generatie wordt gevormd door de op Ethernet gebaseerde protocollen. Voorbeelden van op Ethernet gebaseerde protocollen zijn MODBUS TCP, ETHERNET/IP, en PROFINET.
  • De nieuwste generatie is begonnen met de integratie van draadloze communicatietechnologieën.

Doordat er een ruime keuze aan protocollen beschikbaar is, kunt u kiezen wat het beste bij uw behoeften past. U zou een Fieldbus kunnen kiezen voor een specifieke taak vanwege de lagere prijs en de geringere complexiteit. Echter, de verschillende soorten industriële communicatieprotocollen zijn over het algemeen niet compatibel met elkaar. Dit betekent dat de apparaten in een netwerk allemaal hetzelfde type communicatieprotocol moeten gebruiken.

Voer de OPC standaard in

In 1995 heeft een van de verkopers onafhankelijke industriegroep, de Stichting OPC de OPC-norm voorgesteld om deze uitdaging aan te gaan. De OPC-norm werd ontworpen om een gemeenschappelijke methode aan te reiken voor de communicatie tussen veldapparatuur en softwaretoepassingen.

Stichting OPC

De OPC Server software praat met de PLC of het veldinstrument via zijn eigen communicatieprotocol en converteert dat bericht naar gestandaardiseerde formaten zoals gedefinieerd door de leveranciersonafhankelijke OPC specificaties, die vervolgens door elke OPC client kunnen worden gelezen. Een OPC Server kan worden gezien als een softwaretoepassing die verschillende apparaatprotocollen omzet in een gemeenschappelijke taal die elke clienttoepassing die gegevens nodig heeft, kan begrijpen.

Veel fabrieken zullen verschillende productie-apparatuur hebben, die verschillende protocollen gebruiken. Dit is waar OPC zijn grootste kracht ligt: In een industrie vol propriëtaire systemen en protocollen, is OPC de overeengekomen standaard voor communicatie tussen verschillende systemen. Het verandert al die verschillende protocollen in één enkele communicatielijn, maakt het veilig en op afstand toegankelijk.

Stel bijvoorbeeld dat een OPC Client-applicatie de informatie van een bepaalde PLC wil hebben. De OPC Server communiceert met een PLC via het Modbus-protocol. In dit geval vraagt de OPC Server de PLC om specifieke geheugenadressen die de gegevens bevatten die de OPC Server nodig heeft. Dit wordt gedaan met behulp van het Modbus-protocol. De PLC geeft ook alle antwoorden aan de OPC Server via Modbus. Op deze manier kan de OPC Server gegevens lezen van en schrijven naar de PLC met behulp van Modbus. De OPC Server converteert vervolgens de gegevens die hij van de PLC ontvangt (met Modbus) naar OPC-formaat en stuurt de gegevens naar een OPC client-applicatie. Elke OPC Client applicatie kan gegevens ophalen van de OPC Server zonder dat deze iets hoeft te weten over de PLC of het bijbehorende automatiseringsprotocol.

Wanneer we het momenteel over OPC hebben, verwijzen we naar OPC UA of Open Platform Communications United Architecture. Dit raamwerk werd uitgebracht in 2008 en bouwt voort op het succes van OPC Classic door functioneel gelijkwaardig te zijn aan OPC Classic, maar toch tot veel meer in staat. OPC UA heeft een servicegeoriënteerde architectuur, waarbij de servers, bekend als gegevensverstrekkers, hun informatiemodel blootleggen, en de clients, bekend als gegevensconsumenten, de door de server blootgelegde informatie consumeren, en kan op verschillende platforms worden gebruikt (Linux, Windows, Android, enz.).

Bij de ontwikkeling van de OPC UA standaard is van meet af aan rekening gehouden met de hoogste graad van veiligheid. In tegenstelling tot OPC Classic werd OPC UA "firewall-vriendelijk" ontwikkeld, d.w.z. dat het via standaard netwerktechnieken kan worden aangestuurd en bestuurd.

OPC UA biedt niet alleen de gebruikelijke IT-mechanismen voor authenticatie, ondertekening en gecodeerde toegang. Aanvullende protocollen kunnen de eigenlijke transportlaag te allen tijde uitbreiden. Wanneer een verzoek wordt ontvangen om verbinding te maken met een server, valideert de server het verzoek, decodeert het en valideert zijn certificaat. Zodra een geldig verzoek om authenticatie of autorisatie is ontvangen en gedecodeerd, is de volgende stap te bepalen of de server de verbinding van dat apparaat moet accepteren of toegang moet verlenen aan die gebruiker.

Diogital Factory - OPC beter dan Ethernet

Dit wil niet zeggen dat OPC UA "beter" is dan EtherNet/IP, ProfiNet of Modbus TCP. Voor het verplaatsen van IO-gegevens rond een machine bieden deze protocollen de juiste combinatie van transporten, functionaliteit en eenvoud die machinebesturing met een genetwerkte I/O mogelijk maken. Het zijn zeer goede technologieën voor het machinebesturingsniveau van de automatiseringshiërarchie. Voor het verplaatsen van informatie van het veld naar de bedrijfssoftware is OPC UA echter de beste keuze. Het verhoogt de productiviteit, verbetert de kwaliteit en verlaagt de kosten door niet alleen meer gegevens, maar ook informatie - en de juiste soort informatie - te verstrekken aan de productie-, onderhouds- en IT-systemen.

Zullen Industrie 4.0-oplossingen legacysystemen ondersteunen?

Een andere grote uitdaging bij de implementatie van Industrie 4.0 op reële schaal is de legacybarrière. Dit is te wijten aan het feit dat op automatisering gerichte apparaten, voornamelijk PLC's, naar verwachting een levensduur van tientallen jaren hebben, zodat de vooruitgang van innovatieve technologie zoals die welke door Industrie 4.0 wordt gebracht, de erfenis van reeds bestaande faciliteiten treft. Het is duidelijk dat de investeringen in verband met de modernisering van software- en hardware-entiteiten een ernstige belemmering vormen.

De meeste ondernemingen weigeren een radicale modernisering van hun gehele automatiseringssysteem of kunnen eenvoudigweg niet het risico nemen om een lopend systeem te stoppen. In plaats van het hele systeem te veranderen, is het nodig de mogelijkheden van de in gebruik zijnde hardware-infrastructuur uit te breiden om moderne manieren van informatiebeheer te implementeren. Vanwege de netwerkwerking moeten machines en apparatuur in Industrie 4.0 worden voorzien van mechanismen voor gegevensuitwisseling. Met andere woorden, connectiviteit is een essentieel kenmerk voor de veroudering van reeds bestaande infrastructuren; daarom bestaat een eerste fase om Industrie 4.0-klaar te zijn erin netwerkconnectiviteit toe te voegen aan de huidige apparaten.

Met het gebruik van OPC UA Servers, hetzij ingebed in een apparaat of als standalone software, omvat het aantal merken en apparaten die met elkaar kunnen worden verbonden de meeste hardware in het veld, voor bijna elke industrie. Zelfs PLC's die communiceren via seriële veldbussen kunnen worden verbonden met een OPC UA server via server gateway software of gateways apparaten. Dit betekent dat bedrijven in veel gevallen met minimale investeringen hun eerste stappen in Industrie 4.0 kunnen zetten.

De visie van een digitale fabriek en een geïntegreerd IIoT-platform

Zoals ik al eerder zei, moeten fabrikanten gemakkelijk toegang hebben tot gegevens uit hun productieprocessen om volledig te kunnen profiteren van Industrie 4.0. Gedreven door de noodzaak om industriële gegevens te identificeren, te analyseren en te optimaliseren, overwegen veel fabrikanten een IIoT-platform (of hebben dat al gedaan) om de kracht van Machine Learning, AI en Big Data-ontdekkingen te benutten.

Een IIoT-platform verzamelt real-time gegevens van hardware, softwaresystemen, sensoren en andere datapunten in een gecentraliseerde omgeving, die meestal toegankelijk is voor een brede groep gebruikers. Het overbrugt de kloof tussen systemen, mensen en machines door die gegevens in een gecentraliseerd systeem te trekken, hetzij on-premises, on edge of in de cloud.

Dit vereist natuurlijk nog steeds zorgvuldige planning en niet alle IIoT-platforms zijn hetzelfde. Het is niet voldoende om gewoon al uw PLC's aan te sluiten op een OPC UA server. Als u niet weet welke gegevens u wilt verkrijgen, hoe u deze gegevens wilt aansluiten en gebruiken en hoe u moet omgaan met de inbedrijfstelling en buitenbedrijfstelling van bestaande of nieuwe apparaten, zal uw Industrie 4.0-project eindigen als alle andere.

Digitale fabriek & Industrie 4.0-projecten die verkeerd aflopen

Bedrijven laten zich door gladde verkopers aanpraten om duizenden en duizenden dollars te investeren in software die machinegegevens leest en die informatie vervolgens presenteert op dashboards die door het hele bedrijf kunnen worden gecontroleerd. Gedurende een paar maanden, zelfs een jaar of twee, werkt dit prima. Maar dan koopt u een nieuwe machine, en niemand weet hoe die op het nieuwe systeem moet worden aangesloten. Of een onderdeel wordt niet meer geproduceerd, en de productielijn wordt licht gewijzigd om aan een andere behoefte te voldoen. Of u koopt een nieuwe productiesoftware, en die communiceert niet met het systeem. Onderhoud zou waarschijnlijk kunnen helpen, maar zij worden overstelpt met andere dingen en hebben niet de tijd om alles goed opnieuw te configureren. De IT-afdeling is hetzelfde. Beetje bij beetje wordt deze software niet meer gebruikt en waarschijnlijk zal dat zo blijven totdat iemand zich herinnert dat het bestaat en een stagiair de opdracht geeft om de hele fabriek er weer gebruik van te laten maken. En zo is Industrie 4.0 in de vergetelheid geraakt.

Het testen van de eerste mogelijke toepassingen van IIoT-platforms in uw bedrijf zou geen lange voorbereiding of een grote investering vooraf moeten vergen. Enkele jaren geleden probeerden een handvol grote industriële leveranciers om platformen voor algemeen gebruik te bouwen. Honderden miljoenen dollars later zijn ze drastisch teruggeschroefd voor beperkte, "speciale" doelscenario's, of helemaal stilgelegd. Ze hebben nooit een kans gehad. Immers, zelfs concurrenten in dezelfde bedrijfstak kunnen totaal verschillende eisen, beperkingen en doelstellingen hebben. Stel je voor dat je al deze dingen ook nog eens in verschillende bedrijfstakken probeert te bieden.

Vergeet niet dat elke facility manager, apparatuurfabrikant en service operator specifiek tot doel heeft unieke producten en diensten te leveren, hun eigen interne processen te optimaliseren, en nieuwe bedrijfsmodellen te ontwikkelen die zowel verdedigbaar zijn als zich onderscheiden van naaste concurrenten. Hoe kun je winnen als je vastzit aan dezelfde mogelijkheden en beperkingen als alle anderen? U besluit op zoek te gaan naar een sneller paard. Ik zeg dat u moet stoppen met zoeken naar een sneller paard. Het is tijd om uw vliegende auto te bouwen.

De middleware oplossing - CB Digitale Fabriek

Dit zijn de problemen die we bij Connecting Software proberen op te lossen. Onze wereld is een plaats waar systemen en toepassingen kunnen communiceren in één universele taal. Een wereld waarin gegevens op elk moment beschikbaar zijn, ongeacht herkomst of bestemming, vorm of doel. In deze wereld is interoperabiliteit niet slechts een modewoord, maar een verenigde, dagelijkse realiteit. Wij streven ernaar een universum te bouwen dat ontwikkelaars in staat stelt gegevens uit elke bron naadloos te integreren om eindgebruikers ultiem inzicht te verschaffen.

En dat is precies wat we hebben bereikt met Connect Bridge, ons krachtige software-integratieplatform. Door gebruik te maken van de Connect Bridge en onze 400+ connectiviteiten met de meest populaire en wijdverspreide industrie- en bedrijfstoepassingen, kunnen ontwikkelaars veilig verbinding maken met een breed scala van bedrijfssoftware via hun API's, zonder dat ze hun documentatie hoeven te leren. Deze architectuur maakt communicatie mogelijk via de Structured Query Language (SQL)-syntaxis - de programmeertaal die elke ontwikkelaar kent. Connect Bridge vertaalt de SQL-syntaxis in de juiste API-aanroepen, waardoor de integriteit van uw doelsysteem gewaarborgd blijft terwijl onze connectors de communicatie tussen uw toepassing en uw doelsystemen vergemakkelijken.

En om dit uit te breiden naar de industriële wereld, besloten we een connector te ontwikkelen waarmee we 'machinetaal' konden spreken. We leerden de OPC UA-architectuur kennen en brachten die vervolgens in kaart in SQL.

CB Digitale Fabriek en OPC UA connector

Momenteel werkt de OPC UA Connector als een OPC UA Client. Dit betekent dat de gebruiker, indien hij het adres van een OPC UA Server en de juiste permissies krijgt, toegang kan krijgen tot gegevens van een OPC UA Server. Nadat de verbinding tot stand is gebracht, kan met de gegevens die de server vrijgeeft, worden gewerkt met behulp van SQL. Ontwikkelaars die voor een bedrijf werken, kunnen de gegevens van de werkvloer van het bedrijf gemakkelijk integreren in de bedrijfssoftware die zij gebruiken, en zo een op maat gemaakte oplossing creëren die aan hun specifieke behoeften voldoet.

Waar kan ik beginnen?

Onze visie voor CB Digitale Fabriek is om er een volwaardig, sterk aanpasbaar IIoT-platform van te maken, klaar voor een naadloze integratie tussen de werkvloer, MES en ERP en alle andere bedrijfssoftware die uw bedrijf gebruikt.

CB Digitale Fabriek stelt bedrijven in staat om op een zeer betaalbare manier de eerste stappen te zetten in de digitalisering van hun werkvloer. Industrie 4.0 ligt niet langer alleen binnen het bereik van de grote bedrijven, met toegewijde IT-afdelingen, maar staat nu ook open voor kleine en middelgrote bedrijven met soms een eenmansshow IT-afdelingen.

Om zelf te zien hoe dit werkt, bedenk welke software en machines u zou willen integreren en vraag naar uw persoonlijke gratis demo.

Geïnteresseerd in Industrie 4.0? Lees meer:

Pedro Noronha - Auteur

Pedro Noronha
IIoT Product Manager bij Connecting Software

Auteur:

Ik ben afgestudeerd als werktuigbouwkundig ingenieur en heb in de auto-industrie gewerkt als consultant en projectmanager, voordat ik me ging richten op IT en Industrie 4.0.

Heeft u vragen of opmerkingen over deze post of over CB Digital Factory? Ik zou graag uw feedback ontvangen!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *