SmartFactory introduceert integratielaag voor Industrie 4.0

De demonstrator van SmartFactory – die in de sector de toon zet als testbed voor modulaire productie in Industrie 4.0 – heeft een opmerkelijke wijziging ondergaan met de introductie van een nieuwe integratielaag. Opmerkelijk, want er wordt een belangrijke stap terug gezet in de decentralisering van intelligentie, die jarenlang het uitgangspunt was van Industrie 4.0.

De demonstrator van SmartFactory is sinds 2014 een belangrijke blikvanger op de Hannover Messe. Het is een demo productielijn waar heel wat grote namen uit de industrie aan mee bouwen om de principes van Industrie 4.0 in een realistische opstelling te kunnen testen. De lijn, die houders voor visitekaartjes assembleert en personaliseert, is modulair opgebouwd, wat in het Duitse Industrie 4.0 project altijd een uitgangspunt geweest is om te komen tot flexibele productiesystemen.

Voor alle duidelijkheid: als we hier spreken over Industrie 4.0 gaat het niet over de veel gebruikte marketing term, maar om het onderzoeksproject dat in 2014 door de Duitse regering opgezet werd om de industrie competitiever te maken. De vereniging SmartFactory uit Kaiserslautern kreeg in dat project meteen de taak toebedeeld om een demonstrator voor Industrie 4.0 te bouwen en te beheren. SmartFactory, gelinkt aan het DFKI, had zeven jaar eerder in samenwerking met een reeks bedrijven al een eerste demonstrator gemaakt om de zogenaamde intelligente fabriek van de toekomst vorm te geven.

Producten sturen productie aan

De Industrie 4.0 demonstrator werd van bij aanvang dus modulair opgebouwd waarbij elke module een bepaalde productiestap voor zijn rekening neemt. Het opzet heeft tot doel om de flexibiliteit te verhogen doordat men in functie van nieuwe wensen en noden simpelweg modules kan toevoegen, vervangen of verwijderden.

Een cruciale schakel in dat verhaal was de keuze voor decentrale intelligentie waarbij elke module zijn eigen sturing kreeg en volledig autonoom kon werken. In het initiële Industrie 4.0 concept waren het immers de producten zelf die zouden instaan voor de aansturing en coördinatie van het productiesysteem.

In de demonstrator zit in de bodem van elke business kaart houder een RFID tag waarin bij aanvang een productieorder geschreven wordt. Op basis van die gegevens kan het product zelf, wanneer het in een module toekomt, aangeven wat de module moet doen. Het product zou bijvoorbeeld kunnen aangeven dat er een logo gegraveerd moet worden en waar de module de design tekening van dat logo kan vinden. Een product zou ook zelf kunnen aangeven waar het in de productie naar toe wil en bijvoorbeeld een mobiele robot kunnen oproepen om de verplaatsing te doen.

Digital twin

Die gedecentraliseerde aanpak mag dan wel een geniale oplossing geweest zijn om te komen tot een organische productieplanning met een maximale flexibiliteit, ze had ook belangrijke nadelen. Het ontbreken van een overkoepelend systeem betekende immers ook dat het moeilijker was om een overzicht te houden over de productie.

Dat werd de afgelopen jaren onder meer duidelijk naarmate de principes van de digital twin meer ingang vonden. Vorig jaar werden modules in de demonstrator voor het eerst uitgerust met edge devices die zouden instaan voor communicatie van data met business toepassingen in de cloud. Daardoor was het wel mogelijk om voor elke module een digital twin te maken met informatie over die module maar een echt overzicht over de productie gaf het niet. Bovendien leidde het tot heel wat redundantie omdat elke module steeds dezelfde info over dezelfde producten zat door te sturen.

Daarom werd dit jaar voor het eerst een nieuw soort module toegevoegd aan de demonstrator – de infrastructuur node – die meerdere modules in een lijn overkoepelt en beheert.

Infrastructuur nodes

De eerste taak van de infrastructuur node (links op de foto) is een utility provider te zijn voor de verschillende modules voor het leveren van stroom en perslucht. Maar – en dan wordt het interessant – de node treedt ook op als een soort netwerkprovider. In het nieuwe concept zijn de edge devices immers ondergebracht in de infrastructuur nodes en is gekozen voor Time-Sensitive Networking (TSN) om de communicatie met de buitenwereld te verzorgen.

TSN maakt het mogelijk om in een netwerk bandbreedte te reserveren voor tijdskritische toepassingen. Maar dat vergt per definitie een hiërarchische aanpak met een beheerder die bepaalt hoeveel bandbreedte elk aspect van de communicatie moet krijgen.

In de nieuwe demonstrator gebeurt dat beheer op het niveau van de infrastructuur nodes. Die zijn ook uitgerust met een tablet waarmee een beheerder de lijn van modules kan configureren en opvolgen. Het edge device in een node wordt dus een soort controller die de lijn beheert en optreedt als aanspreekpunt voor de buitenwereld. Het device verzamelt data uit de verschillende modules en converteert die waar nodig tot informatie op een hoger, overkoepelend niveau. Om die reden wordt dat niveau de integration layer genoemd – een concept dat nog verder uitgewerkt zal worden.

Machine Safety

De introductie van de integration layer is een belangrijke wijziging in het concept van de demonstrator. Het principe doet overigens wat denken aan de orchestration layer die bij modularisering in de procesindustrie ingang vindt. Productivity.be schreef hierover in Plug & Produce in de procesindustrie.

Een onmiskenbaar voordeel van de integration layer is dat die de link legt naar de meer klassieke benadering met een centrale aansturing van productielijnen. Dit in tegenstelling tot de hoger beschreven initiële organische benadering die van het SmartFactory concept een alles of niets verhaal maakte dat een complete omwenteling vereiste en dus heel wat moed zou vergen van industriële bedrijven om de overstap te wagen.

Een ander niet onbelangrijk voordeel is dat de nieuwe benadering heel wat voordelen biedt op het vlak van Machine Safety, iets wat in het modulaire concept heel wat obstakels met zich meebracht. Zie ook Demo Industrie 4.0 blijkt illegaal en Op weg naar modulaire machineveiligheid.

In het nieuwe concept kan de beveiliging terug geanalyseerd en geïmplementeerd worden op het niveau van de lijn met veiligheidskringen die de verschillende modules in een lijn omvatten.

De nieuwe benadering moet ook een deel van de redundantie wegnemen die dreigde in het puur modulaire concept waardoor bespaard kan worden op rekenkracht en bandbreedte, en dus ook op de kosten.

© Productivity.be, 07/05/2019