Waarom de Digitale Fabriek nu binnen ieders bereik ligt

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.

Technologische ontwikkelingen aan het eind van de 18^th 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.

Tegen het einde van de 19^th 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 20^th 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.

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.

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 op de andere dag wordt bereikt en bedrijven moeten er niet naar streven om alle technologieën in één keer te implementeren. Om over te stappen op intelligente productie, slimme fabrieken of verbonden industrieën, moet je eerst een brug slaan tussen zaken als industriële activa, mensen en werkprocessen. En om dat allemaal te kunnen overbruggen, moet je sterke gegevensverzameling, integratie en netwerken hebben. Alles moet met elkaar verbonden en interoperabel zijn. Informatie uit elke afzonderlijke bron moet verenigd en holistisch zijn.

Laten we nu even afstand nemen van Industrie 4.0 om een overzicht te geven van automatisering in een fabriek. Op de werkvloer worden de meeste machines aangestuurd door een PLC, of Programmable Logic Controller. Dit zijn industriële computers die bestand zijn tegen de zware omstandigheden die vaak voorkomen op de werkvloer en die worden gebruikt om productieprocessen te besturen, zoals assemblagelijnen, machinefuncties of robotapparaten. PLC's bestaan meestal uit een voeding, CPU, input/outputmodule en communicatiemodule. PLC's verzamelen gegevens van de fabrieksvloer door de ingangen van de sensoren en andere veldapparatuur waarop ze zijn aangesloten te bewaken. De CPU voert vervolgens de door de gebruiker gemaakte programmalogica uit en geeft gegevens of opdrachten door aan de machines en actuatoren waarop hij is aangesloten.

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.

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.

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-toepassing de informatie van een bepaalde PLC wilde 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 gebeurt 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 ophaalt van de PLC (met Modbus) naar OPC “formaat” en stuurt de gegevens naar een OPC Client toepassing. Elke OPC client-toepassing kan gegevens ophalen van de OPC server zonder iets te hoeven weten over de PLC of het 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 vanaf het begin rekening gehouden met de hoogste mate van veiligheid. In tegenstelling tot OPC Classic werd OPC UA “firewall-vriendelijk” ontwikkeld, d.w.z. het kan worden bestuurd en aangestuurd via standaard netwerktechnieken.

OPC UA biedt niet alleen de gebruikelijke IT-mechanismen voor authenticatie, ondertekening en gecodeerde toegang. Aanvullende protocollen kunnen de eigenlijke transportlaag op elk moment 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 voor authenticatie of autorisatie is ontvangen en gedecodeerd, is de volgende stap om te bepalen of de server de verbinding van dat apparaat moet accepteren of toegang moet verlenen aan die gebruiker.

Dit wil niet zeggen dat OPC UA “beter” is dan EtherNet/IP, ProfiNet of Modbus TCP. Voor het verplaatsen van IO-gegevens door een machine bieden deze protocollen de juiste combinatie van transport, functionaliteit en eenvoud die machinebesturing met een genetwerkte I/O mogelijk maakt. 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 leveren aan de productie-, onderhouds- en IT-systemen.

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.

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 je PLC's aan te sluiten op een OPC UA-server. Als je niet weet welke gegevens je wilt verkrijgen, hoe je deze gegevens wilt koppelen en gebruiken en hoe je omgaat met de inbedrijfstelling en buitenbedrijfstelling van bestaande of nieuwe apparaten, zal je Industrie 4.0-project net zo eindigen als alle andere.

Bedrijven laten zich door gladde verkopers overhalen om duizenden en duizenden dollars te investeren in software die machinegegevens uitleest en de informatie vervolgens presenteert op dashboards die door het hele bedrijf kunnen worden gecontroleerd. Voor een paar maanden, zelfs een jaar of twee, werkt dit prima. Maar dan koop je een nieuwe machine en niemand weet hoe je die op het nieuwe systeem moet aansluiten. Of een onderdeel wordt niet meer geproduceerd en de productielijn wordt iets aangepast om aan een andere behoefte te voldoen. Of je koopt nieuwe productiesoftware en die communiceert niet met het systeem. Onderhoud zou waarschijnlijk kunnen helpen, maar ze hebben het druk met andere dingen en niet de tijd om alles opnieuw te configureren. De IT-afdeling is hetzelfde. Beetje bij beetje wordt deze software niet meer gebruikt en dat zal waarschijnlijk zo blijven tot iemand zich het bestaan ervan herinnert en een stagiair de opdracht geeft om de hele fabriek er weer mee te laten werken. 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 grote investering vooraf moeten vereisen. Enkele jaren geleden probeerden een handvol grote industriële leveranciers platforms voor algemene doeleinden te bouwen. Honderden miljoenen dollars later zijn ze drastisch teruggeschroefd voor beperkte, “speciale” scenario's, of helemaal gesloten. Ze hebben nooit een kans gehad. Per slot van rekening kunnen zelfs concurrenten in dezelfde branche compleet verschillende eisen, beperkingen en doelen hebben. Stel je voor dat je al deze dingen ook nog eens in verschillende industrieën probeert te bieden.

Vergeet niet dat elke facilitair manager, fabrikant van apparatuur en serviceleverancier zich specifiek richt op het leveren van unieke producten en diensten, het optimaliseren van hun eigen interne processen en het stimuleren van nieuwe bedrijfsmodellen die zowel verdedigbaar als onderscheidend zijn ten opzichte van naaste concurrenten. Hoe kun je winnen als je vastzit aan dezelfde mogelijkheden en beperkingen als alle anderen? Je besluit op zoek te gaan naar een sneller paard. Ik zeg dat je moet stoppen met zoeken naar een sneller paard. Het is tijd om je vliegende auto te bouwen.

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 dit is precies wat we hebben bereikt met Connect Bridge, ons krachtige software-integratieplatform. Door het gebruik van de Connect Bridge en onze 400 + connectiviteiten met de meest populaire en wijdverspreide industrie en zakelijke toepassingen, kunnen ontwikkelaars veilig verbinding maken met een breed scala van zakelijke software via hun API's, zonder de noodzaak om hun documentatie 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 beveiligd blijft, terwijl het gemak van communicatie tussen uw toepassing en uw doelsystemen met onze connectors wordt aangeboden.

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 en brachten deze vervolgens in kaart in SQL.

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

Onze visie voor CB Digital Factory 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 Digital Factory 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.

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!