Digitalisering van productietechnologie: De juiste interfaces voor laatkomers

"Bestaande bedrijfsmodellen worden uitgedaagd door digitalisering, en wereldwijde markten worden steeds volatieler" [1].

Deze onderlinge relaties, evenals de daaruit voortvloeiende transformaties van bedrijfsmodellen en de bijbehorende risico's, moeten op een zeer gedifferentieerde manier worden bekeken. Met name de machinebouwindustrie, met haar typische structuur van kleine en middelgrote ondernemingen en "verborgen kampioenen", bevindt zich wereldwijd in een zeer goede positie om digitalisering niet als een bedreiging te zien, maar als een kans om bestaande bedrijfsmodellen uit te breiden en, op de lange termijn, nieuwe markten te openen met behulp van nieuwe technologieën. Uiteindelijk is het voor alle spelers in het bedrijfsleven duidelijk dat digitalisering het concurrentievermogen van OEM's in de machine- en installatiebouw op de lange termijn garandeert.

1. De weg naar digitalisering kan alleen succesvol worden afgelegd in vele afzonderlijke stappen. Voor de betrokkenen kan het geen kwestie zijn van allesomvattende collectieve functionaliteiten, zoals beschreven onder de termen "IIoT", "Industry 4.0", "digital engineering" en dergelijke. Het gaat veeleer om concrete benaderingen die gebruikt kunnen worden om de efficiëntie en kosteneffectiviteit van machines gedurende hun gehele levenscyclus met zo min mogelijk inspanning te verhogen. En omdat automatisering in de machinebouw al tientallen jaren voornamelijk wordt aangestuurd door digitalisering, zijn het vooral de relevante OEM's die deze benaderingen op basis van hun kerncompetenties met succes kunnen implementeren. Alleen OEM's kunnen doelgericht concrete maatregelen implementeren die bestaande functionaliteiten en systemen combineren met de meest veelbelovende nieuwe besturings- en datatransmissietechnologieën! [2]
   

2. Digitalisering in de industrie wordt vaak in één adem genoemd met het sleutelwoord "Industrie 4.0." Deze term staat voor de 4e industriële revolutie: het verstorende potentieel van de huidige technologische ontwikkelingen wordt dus gelijkgesteld aan de impact van het industriële gebruik van stoommachines, elektriciteit en computers. Succesvolle spelers zoals Amazon, Microsoft en Google worden vaak genoemd als opvallende voorbeelden van de kracht van verandering. Voor middelgrote machine- en installatiebouwers wordt deze ontwikkeling echter als een bedreiging gezien, althans gedeeltelijk. De voorvechters van digitalisering proberen hier iets aan te doen. Hans Beckhoff, oprichter en CEO van Beckhoff Automation, wees er tijdens een evenement van de Kamer van Koophandel en Industrie in 2017 treffend op dat verandering een kans is voor industriële productie en dat het tempo van verandering lager ligt dan aanvankelijk werd aangenomen: "Vanuit het perspectief van vandaag lijkt de introductie van de stoommachine een revolutie. Het duurde echter meer dan een halve eeuw voordat het gebruik ervan in de industrie tot grote veranderingen in de massa leidde." De impact van digitalisering op de huidige industriële productie moet op een vergelijkbare manier worden bekeken. Het zet evolutionaire ontwikkeling in gang op alle niveaus en in alle processen. Tegelijkertijd benadrukt Beckhoff dat dit besef niet betekent dat we achterover moeten leunen en niets moeten doen! Volgens Beckhoff zijn het de moedigen die beloond zullen worden als zij op creatieve wijze nieuwe bedrijfsmodellen voor productiesystemen ontwikkelen.
   

HARTING heeft de implementatiestrategieën van haar klanten geanalyseerd en kan de theorieën van Beckhoff alleen maar bevestigen. Om blijvend succes te behalen met digitaliseringsprojecten, is het daarom raadzaam om niet te proberen alles in één keer te bereiken [3].

Of de ontwikkeling nu revolutionair of evolutionair is, de betrokkenen zijn het erover eens dat gegevens de basis vormen voor rationelere processen - en dat betekent alle soorten gegevens. De slogan "Data is de nieuwe olie!" oorspronkelijk verwezen naar "big data" of de opslag en beschikbaarheid van consumentengegevens. Deze karakterisering kan echter zeker worden toegepast op gegevens in de industrie. Maar om bij de metafoor te blijven, de "nieuwe olie" vereist nog steeds functionele "pijpleidingen" en andere structurele elementen. "Data is de nieuwe olie" beschrijft de huidige situatie van veel fabrikanten van machines en installaties die bezig zijn met het herzien van het creëren, verwerken en verzenden van gegevens voor hun producten.

• OEM's zijn experts in veel bestaande technologische, machinegerelateerde gegevens, in het gebruik van deze gegevens in hun eigen machinefuncties en in geavanceerde automatiseringsfuncties.

• Het toegenomen gebruik van de "interne intelligentie" van automatiseringscomponenten zoals aandrijvingen, slimme sensoren, actuatoren of HMI-systemen met alle bijbehorende gegevensovergangen maakt nu ook deel uit van de standaard toolkit van een OEM.

• Bovendien worden alle mogelijke gegevensoverdrachtlagen op machinenetwerk- of lijnniveau die gebruik maken van bekende gegevensgeneratie-, machine-, gebruikers- en procesmodellen ook als bedrijfseigen knowhow beschouwd.

• In de geest van digitalisering kunnen echter niet alle bovengenoemde gegevensstructuren en transmissielagen die deel uitmaken van de besturings- en automatiseringssystemen eenvoudigweg worden "afgebroken" en vervangen door nieuwe. Dit komt doordat bijna de gehele functionaliteit van moderne productiesystemen gebaseerd is op software en bijbehorende specifieke interfaces; deze functionaliteiten zijn ontwikkeld tegen enorme materiaal- en engineeringkosten.

In overeenstemming met de data-olie analogie moeten bewezen en voldoende functionele "pijplijnstructuren" gebruikt blijven worden en uitgebreid worden met nieuwe "pijplijnen". Dit stelt bedrijven in staat om hun eigen concurrentievermogen te verbeteren en nieuw marktaandeel te winnen in hun eigen segment of in andere segmenten van de productietechnologie. Om het in termen van besturingstechnologie voor industriële systemen te zeggen: een OEM in de machinebouw heeft zijn beproefde veldbussen en interfaces nodig voor evolutionaire digitalisering. Tegelijkertijd zijn geschikte fysieke interfaces voordelig voor de uitbreiding van nieuwe systemen en diensten in het randgebied en voor een zo naadloos mogelijke verbinding met de wereld van "big data" Als u beide disciplines beheerst, bent u optimaal uitgerust om te voldoen aan de groeiende en in sommige gevallen nog onbekende toekomstige vereisten van machinegebruikers.

De trendsettende vereisten voor ontwikkelingen met betrekking tot digitalisering, die in het volgende hoofdstuk worden beschreven, zijn gebaseerd op de ervaring van de HARTING Technology Group. Het bedrijf levert oplossingen voor alle soorten data-interfaces voor moderne aandrijf-, besturings-, HMI- en communicatietechnologie in productiesystemen voor machinebouw.

HARTING is ook een pionier op het gebied van vele baanbrekende ontwikkelingen voor de overdracht van stroom en signalen in industriële omgevingen. Op het gebied van Industrial Ethernet speelt HARTING een sleutelrol bij het vormgeven van diverse standaarden op de fysieke laag: zo is HARTING bijvoorbeeld actief betrokken bij oplossingen voor SPE-technologie (Single Pair Ethernet).

Tientallen jaren ervaring op het gebied van interfaces voor fabrieksautomatisering, gecombineerd met de expertise van een trendsetter op het gebied van de nieuwste datatransmissietechnologieën (die zich uitstrekken tot de wereld van big data), stellen HARTING in staat om altijd de optimale oplossing op de fysieke laag te vinden voor elk specifiek interfaceontwerp. Met behulp van de juiste interfaces kunnen OEM's de migratie naar digitalisering, die voor hen zo belangrijk is, op beslissende wijze bevorderen. Daarbij moet elke oplossing compromisloos toonaangevend blijven voor de betreffende toepassing met zijn mechanische, omgevings- en EMC-omstandigheden en andere vereisten.

"Wat is de eenvoudigste en meest effectieve manier om de interfaces voor gegevensoverdracht in productiesystemen te ontwerpen - op alle denkbare niveaus van de fabriek en tot aan de 'cloud'?" Deze vraag zorgt vaak voor hoofdbrekens bij de R&D- en engineeringafdelingen van machinefabrikanten die stapsgewijs afzonderlijke specifieke aspecten van digitalisering in hun projecten willen ontwikkelen.

Aan de volgende vereisten moet worden voldaan:

• Alle soorten gegevensinterfaces moeten implementeerbaar zijn, zowel beproefde als actuele innovaties.

• De reeks interfaces moet schaalbaar zijn, wat betekent dat hetzelfde interfacetype kan worden ontworpen in de vereiste standaardversie, IP-beschermingsklasse of voor de vereiste omgevingsomstandigheden (EMC, bestendigheid tegen vuil, UV-straling, mechanische belastingen zoals schokken en trillingen, en naleving van hygiënevereisten).

• Het moet mogelijk zijn om betrouwbare en standaard interfaces te gebruiken voor overgangen tussen locaties of secties.

• Er moeten productvarianten ontworpen zijn voor verschillende fabricage- en assemblageprocessen bij de OEM, bijv. voor gereedschapsloze assemblage als flexibiliteit vereist is, of voor automatische assemblage als er grotere hoeveelheden met een hoge procesbetrouwbaarheid geproduceerd moeten worden.

• De data-interfaces moeten met elkaar gecombineerd kunnen worden en kunnen samen met andere signaal- en voedingsinterfaces in een behuizing of zelfs samen in een isolerend lichaam geplaatst worden om ruimte en kosten te besparen en processen te vereenvoudigen.

De hierboven beschreven aanpak stelt ontwikkelaars en projectmanagers in staat om zich tijdens de ontwerpfase te concentreren op de taken die centraal staan in hun respectieve toepassingen - zonder tijd te hoeven besteden aan de "randcriteria" van interfaces. Tegelijkertijd kunnen ze er zeker van zijn dat er een geschikte interface is voor elke uitbreidingsfase van een machinemodule of datatransmissieverbinding. De bijbehorende oplossingen zijn zowel kosten- en functiegeoptimaliseerd als schaalbaar. Kostenefficiënte, technisch eenvoudige uitbreiding van services en systeemverbeteringen op alle niveaus van fabrieksautomatisering en daarbuiten kunnen op elk moment, zelfs met terugwerkende kracht, door de machinegebruiker worden geïmplementeerd.

Referenties

1. T-Systems: Digitalisering nu stimuleren (t-systems.com)

2. HMS: "Het doel is om toegevoegde waarde uit de gegevens te genereren." (industrie-van-dingen.de)

3. HARTING: Slim zonder schade? - INDUSTRIE GIDS 2020/2021 - NIEUWE GIDSEN