Hoe maak je zin van machinegegevens in Smart Factory 101

Het idee van machine-to-machine-communicatie heeft aanvankelijk voor opwinding en hoge verwachtingen gezorgd, maar nu vragen eigenaars van middelgrote en kleine fabrieken zich af: "Wat is het volgende? Hoe begin ik deze technologieën in mijn fabriek toe te passen?"

"Digitale transformatie" en "slimme fabriek" zijn termen die al een tijdje in omloop zijn, maar alleen geavanceerde fabrikanten passen ze in de praktijk toe. Het idee van machine tot machine communicatie heeft de aanvankelijke opwinding en hoge verwachtingen gewekt, maar nu vragen eigenaars van middelgrote en kleine fabrieken zich af: "Wat is het volgende? Hoe begin ik deze technologieën in mijn fabriek toe te passen?"

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.

Als we echter kijken naar productiebedrijven die de essentie van het industriële internet der dingen hebben begrepen, komt het echt 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 - ERP, MES, CRM-systemen; 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.

Opkomende uitdagingen voor het bedrijfsleven

Charles Kettering, de beroemde uitvinder en hoofd onderzoek van GM, zei: "een goed geformuleerd probleem is half opgelost." Een kronkelige weg naar de Smart Factory stelt bedrijven voor verschillende opkomende en bestaande uitdagingen, en fabrikanten moeten de volgende vragen beantwoorden om te begrijpen hoe ze een digitaal bedrijfsmodel in hun productiefaciliteiten kunnen toepassen.

Waarom heeft u een Smart Factory nodig?

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 moet een context hebben.

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 over onderhoud - ervoor zorgen dat elk onderdeel werkt?

Of zogenaamd voorspellend onderhoud - het oplossen van de storing voordat deze zich voordoet op basis van de geaggregeerde gegevens van vele soortgelijke 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 de upgrade van de apparatuur, maar een algemene denkparadigmaverschuiving.

Verbindingen leggen tussen verticale silo's

Opdat een fabriek geen "eilandjes van dingen" zou zijn, maar daadwerkelijk zou meewerken met het concept van het internet der dingen, moeten productiemachines met elkaar en eventueel met randapparatuur kunnen praten. Gezien de vele systemen die hierbij betrokken zijn, is de vraag hoe een dergelijke communicatie tot stand kan worden gebracht.

Een van de uitdagingen in een moderne fabriek is dat machines vaak communiceren binnen afzonderlijke verticale silo's waarbij gegevens worden overgebracht van een apparaat naar HMI/SCADA enz. waar een operator een oogje in het zeil houdt bij dit specifieke deel van de productie. 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 opereerden, met weinig of geen onderlinge verbinding. Als we het echter hebben over het mengen van gegevens en het overdragen ervan naar verschillende afdelingen, moet de infrastructuur voor gegevensuitwisseling in de fabriek anders worden opgebouwd.

Reizen van gegevens naar ERP

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 elk knooppunt 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.

Beveiliging van machinegegevens

Tot slot is de ultieme kwestie voor de "slimme fabriek" het waarborgen van de veiligheid van open communicatie. Beveiliging neemt de eerste plaats in onder de zorgen van IoT-ontwikkelaars (31%), volgens het 2019-rapport van de Eclipse Foundation, waarbij connectiviteit (21%) en gegevensverzameling en -analyse (19%) slechts de volgende twee plaatsen innemen. Gartner meldt dat de uitgaven aan IoT-endpointbeveiligingsoplossingen zullen stijgen tot $631M in 2021. Het openstellen van productiefaciliteiten voor de wereld vereist overeenkomstige beschermingsmaatregelen.

Van OPC naar OPC Unified Architecture

Sinds het eind van de jaren negentig is de productieautomatisering opgebouwd rond de OPC-server, waarmee gegevens van een apparaat naar de computer van een operator in de controlekamer kunnen worden verzonden, ongeacht of de hardware en software van dezelfde leverancier zijn of niet: het OPC-protocol standaardiseerde de communicatie en was de voorwaarde voor een doorbraak in de productieautomatisering. OPC maakte gebruik van 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.

Daarom heeft de OPC Foundation, in antwoord op de vele verzoeken van de industrie, een nieuwe standaard ontwikkeld: OPC UA. Deze is gebaseerd op de vorige versies, maar zonder nadelen, en stelt een totaal nieuwe benadering voor van de machine-to-machine communicatie en industriële digitale transformatie.

De nieuwe functies zijn:

• Platform onafhankelijkheid. OPC UA is niet meer afhankelijk van OLE of DCOM technologie van Microsoft. U kunt het op elk platform starten: Apple, Linux (JAVA) of Windows;
• Eenvoudigere configuratie van gegevensuitwisseling 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 hebt u niet veel PC's nodig die in de fabriek zitten en tussen de systemen vertalen;
• Gegevensencryptie. OPC UA beveiliging is gebaseerd op een meerlaags concept dat applicatie- en transportlagen omvat. Het omvat authenticatie en autorisatie, alsmede encryptie en gegevensintegriteit door ondertekening.
• Flexibiliteit van integratie. UA API's zijn beschikbaar in verschillende programmeertalen. Commerciële SDK zijn beschikbaar voor C, C++, Java, en .NET. Open-source stacks zijn ten minste beschikbaar voor C, C++, Java, Javascript(node) en Python.
• Kosten- en tijdeffectiviteit. Beschikbaarheid van OPC UA connectoren die uw real-time machinegegevens integreren met CRM, ERP, BI, Exchange, document management systemen zoals SharePoint voor verbeterde planning, onderhoud, en verhoogde effectiviteit van uw productie;
• Aansluiting op bestaande infrastructuur. Beschikbaarheid van mechanismen voor de migratie van OPC naar OPC UA; OPC UA-wrappers.

Hoe u machinegegevens kunt gebruiken voor digitale transformatie

Fabrikanten noemen OPC Unified Architecture het eerste communicatieprotocol dat de grenzen tussen de onderneming en de fabrieksvloer wegneemt. Maar hoe verbindt u uw productie met 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 systemen zijn de meest voorkomende software die helpt bij het beheer van een bedrijf. Aangezien veel bedrijven, ongeacht hun grootte, deze toepassingen in verschillende combinaties gebruiken, kan men gerust stellen dat het leven van een fabriek in deze systemen wordt gepland, geanalyseerd, voorspeld en gerapporteerd. En een volledig geautomatiseerde slimme fabriek zijn betekent dat nauwkeurige up-to-date informatie over het productieproces op elk moment beschikbaar is in deze systemen - voor analyse, in-time waarschuwingen, onderhoudsmeldingen enz. afhankelijk van uw prioriteiten.

Het integreren van machinegegevens in bedrijfssystemen kan op twee manieren gebeuren: 1) via ontwikkeling op maat 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 programmeren op maat. Ten eerste verspilt u geen tijd en geld aan dure programmeursarbeid, en ten tweede hoeft u niet te zorgen voor verder onderhoud. Een vooraf gebouwde OPC UA connector is over het algemeen bug-vrij en klaar voor gebruik vanaf dag één. Het vereist wel programmeervaardigheden, maar zeer elementaire. Twee tot drie uur zijn nodig om de integratieprincipes te begrijpen, en daarna hoeft u alleen nog maar de logica te bouwen om de machinedata van uw onderneming te verbinden met de bedrijfssystemen.

Van het apparaat naar de onderneming

Waarom moet u uw machinegegevens verbinden met ERP, CRM, MES? Een OPC-UA slogan is "from the device to the enterprise", en in dit geval betekent "enterprise" een intelligent enterprise resource planning systeem.

Om slimme beslissingen te kunnen nemen, heeft een intelligent ERP real-time IIoT-gegevens en -analyses nodig. Deze 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 het niveau van de bedrijfsproductie, beheer van bedrijfsprocessen in het algemeen en bij de koppeling met andere systemen, biedt het tijdig presteren van intelligente ERP veel voordelen.

Wanneer u processen moet versnellen, manuele arbeid en fouten moet verminderen, en sneller tussen stappen moet kunnen bewegen, is het revolutionair om real-time gegevens zo dicht mogelijk bij de bron te krijgen - van een bepaalde productielijn of zelfs een apparaat - een integratie van machinegegevens via OPC UA in het ERP-systeem.

Bovendien helpt een dergelijke integratie bij de cultuuromslag die we hierboven hebben besproken, aangezien werknemers de nieuwe technologie gewilliger aanvaarden als deze wordt gepresenteerd via een vertrouwde interface (en zelfs mobielvriendelijk is!). Gebruikersadoptie blijft een grote uitdaging in het IIoT, en de presentatie van de gegevens via de systemen die iedereen kent en gebruikt - ERP, CRM, MES, enz. versnelt de overgang naar Industrie 4.0.

Andere componenten van een IIoT Smart Factory zijn voorspellende analyses, machine learning, blockchain rapportverzegeling, en semi-autonome en autonome beslissingen en acties. Deze kunnen allemaal deel uitmaken van uw ERP-systeem dat materialen bestelt of beslissingen neemt over verzendingen op basis van meerdere bronnen en enorme hoeveelheden contextuele snelle gegevens, die in realtime worden geanalyseerd en benut.

Conclusie

IIoT was niet langer de Next Big Thing, maar is nu al een vereiste voor moderne fabrieken. Om bij te blijven met de concurrentie, is het verbinden van uw machinegegevens met de management bedrijfssystemen niet meer optioneel. OPC UA heeft op dit gebied goed werk verricht door veel meer mogelijkheden en veiligheidsmaatregelen te bieden voor open communicatie in een productiefaciliteit, dus het is tijd om de vruchten te plukken van een verbonden slimme fabriek.

Over Thomas Berndorfer

Als seriële ondernemer met meer dan 20 jaar ervaring in de IT, heeft Thomas Berndorfer uitgebreide ervaring in het verlichten van de pijn van IT-integratie, synchronisatie en automatisering. Hij is de CEO van Connecting Software.