In kleine stappen naar Industrie 4.0

Retrofit biedt uitweg voor productiesector bij digitale transformatie

De route naar Industrie 4.0 hoeft voor de productiesector geen sprong te zijn of een volledige vervanging van bestaande machines. Integendeel: met een aanpak via kleine stappen zijn vaak betere, duurzamere digitaliseringsresultaten te behalen.

Tijdens de Hannover Messe in 2011 werd de term Industrie 4.0 voor het eerst uitgesproken. Sindsdien zijn er tien jaar verstreken. Volgens een studie van IT-marktonderzoeksbureau IDC medio 2019 over de mate van implementatie van IoT in de industriële sector, zijn zelf optimaliserende systemen nog steeds zeldzame uitzonderingen. Er zijn nog vaak belemmerende drempels tussen de afzonderlijke onderdelen van de productiefaciliteiten en IIoT wordt slechts zelden gebruikt als informatieknooppunt.

De uitweg: retrofit

Het goede nieuws: door retrofitten kunnen machines en systemen ook geleidelijk worden omgezet in cyber-fysieke objecten en geïntegreerd worden in het IIoT. Uitgaande van de juiste IT- en algemene besturingssystemen kan je deze uitrusten met moderne, geïntegreerde bedieningsconcepten en is hun mate van automatisering te verhogen. De bekabeling en netwerken van de bestaande systemen in het zogenaamde brown field (in tegenstelling tot nieuwe systemen in het spreekwoordelijke green field) en de benodigde extra sensoren leiden tot complexe uitdagingen op het gebied van systeemautomatisering.

Geen wondermiddel

Er is geen wondermiddel om die te overwinnen, omdat er in elk geval afstemming moet zijn met betrekking tot verschillende eisen en individuele omstandigheden. Om industriële machines een makeover te geven en geschikt te maken voor het IIoT – door  middel van ‘informatisering’ – is dan ook een logische, toekomstgerichte taak van automatiseringsbedrijven.

Creëer modulariteit en onafhankelijkheid

De kunst is om de mogelijkheden op de verschillende punten in het totale netwerk onbevooroordeeld te gebruiken. En om ze zo goed mogelijk aan te passen aan de eisen. Bij het ontwikkelen van een heterogene omgeving moet het uitgangspunt een flexibel modulair bouwpakket zijn dat uit autonome eenheden bestaat. Daarnaast is het goed om de vele verschillende technische mogelijkheden goed in kaart te brengen. Dit helpt bij het koppelen van de bestaande en later toegevoegde sensoren en actuatoren in de machines met hun besturingen en secundaire en hogere systemen.

Een agnostische keuze van technologie en product kan te grote afhankelijkheid van de voorkeursnormen van individuele hardwarefabrikanten voorkomen en een hoog niveau van economische efficiëntie bij gebruik en onderhoud garanderen. De focus ligt op connectiviteit op de verschillende datatechnische niveaus.

Media voor datatransport

Ook bij de keuze van de fysieke dataverbindingen staan organisaties voor een enorme variëteit. Binnen de machines zul je eerder vertrouwen op industriële koperen kabels met bijvoorbeeld M12-connectoren. Glasvezelkabels dan alleen inzetten bij foutgevoelige toepassingen. Vanwege de vaak moeilijke en kostenintensieve bekabeling van bestaande productiefaciliteiten gaat de trend naar externe communicatie steeds meer richting WLAN en andere draadloze transmissienetwerken.

5G

Hier hoort ook de nieuwe 5G-standaard bij. De geschiktheid ervan voor datatransport in het IIoT staat buiten kijf en er wordt veel reclame voor gemaakt. Ook tal van fabrikanten brengen voortdurend geschikte aansluitapparaten op de markt. De feitelijke gegevensoverdracht zal echter pas in de praktijk duidelijk worden.

Als alternatief kan men ook speciaal voor IIoT ontwikkelde transmissienetwerken kiezen. Deze kunnen sensoren rechtstreeks met IT laten communiceren, en daarmee bestaande besturingssystemen omzeilen. Deze omvatten het wereldwijde draadloze netwerk Sigfox of het Long Range Wide Area Network (LoRaWAN). LoRaWAN-sensoren scoren met een bijzonder lage energiebehoefte en een zeer hoge inherente gegevensbeveiliging. Daarom zijn ze uitermate geschikt voor het integreren van systemen op afstand en zelfs mobiele systemen.

Geen vrije capaciteit

Aanvullende gegevens en signalen van achteraf geïnstalleerde sensoren zijn niet alleen relevant voor bovenliggende systemen, maar ook voor lokale besturings-, regel- en visualisatiesystemen. De aansluiting hierop kan doorgaans het beste tot stand worden gebracht via I/O-modules. Deze dienen compatibel te zijn met de bestaande veldbus of Industrial Ethernet. De vraag of de DIN-railmontage in een bestaande of nieuwe schakelkast voldoende is, beïnvloed de keuze van componenten. Als dat niet het geval is, is de beschikbaarheid van varianten met een hogere beschermingsklasse en met een groter temperatuurbereik en de mogelijkheid van voeding met laagspanning voor installatie direct op het machineframe essentieel.

De bestaande machinebesturingen hebben vaak geen vrije capaciteit. Daarom moeten fabrikanten van IIoT-oplossingen vaak een verder verwerkingsniveau inbouwen. Lokale computerintelligentie neemt de voorbewerking en vertaling van de aanvullende informatie, de communicatie met de bestaande besturingseenheid en het doorsturen van de gegevens naar de buitenwereld over. Meer en meer vervangen industriële versies van de flexibele, programmeerbare kleine Raspberry Pi-computer de voorheen dominante PLC-apparaten.

Alles uit één hand

Of je gebruik maakt van de bestaande netwerkstructuur, een draadloos netwerk introduceert, of een directe verbinding met cloudservices (of een combinatie hiervan); de switches, routers en protocolconverters zijn centrale elementen van de connectiviteitsupgrade. Net als alle andere componenten, van kabelassemblage tot overspanningsbeveiliging, hoeven deze niet alleen beschikbaar te zijn in industriële uitvoeringen.

IIoT-projecten zijn zeer individueel, de makers bouwen componenten en apparaten in zeer kleine hoeveelheden tot individuele onderdelen. Je hebt iemand nodig die op korte termijn de benodigde hardware met de juiste compatibiliteitseigenschappen kan leveren. Ook in kleine hoeveelheden en met langdurige beschikbaarheid.