Industrie 4.0

Een term die we hier op Productivity.be allicht nog vaak gaan gebruiken is Industrie 4.0. Het is een visie, ontwikkeld in Duitsland, over hoe de fabriek van de toekomst op een kostenefficiënte manier zou moeten omgaan met de nood aan meer productvariatie en personalisering. Centraal in deze visie staan Cyber-Physical Systems en het Internet of Things.

Op seminaries over de fabriek van de toekomst wordt tegenwoordig al eens verwezen naar Vrouw Holle, het bekende sprookje van de Gebroeders Grimm. Het gaat over een aardig meisje dat per ongeluk in een waterput valt en daardoor in een wondere wereld terechtkomt. Wanneer ze daar langs een stenen oven wandelt, hoort ze allerlei vreemde stemmen en dat blijken de broodjes te zijn die haar vragen om hen uit de oven te halen omdat ze klaar zijn.

Toen de gebroeders Grimm dat verhaal in de 19-de eeuw optekenden, mag het allemaal erg wonderbaarlijk geklonken hebben, maar als het van de Duitsers afhangt, wordt het in de toekomst de normaalste zaak van de wereld. Producten die zich bewust zijn van hun functie en status en die daar ook over communiceren met de buitenwereld – het is een van de basisprincipes van Industrie 4.0.

Vierde industriële revolutie

De naam Industrie 4.0 verwijst naar de vierde industriële revolutie. De eerste vond aan het eind van de 18-de eeuw plaats, toen de uitvinding van de stoommachine het mechaniseren van productieprocessen mogelijk maakte. Als tweede industriële revolutie beschouwt men de opkomst van de massaproductie. De derde ging over automatisering, wat zich in de afgelopen decennia voltrokken heeft. De vierde revolutie, dat is tenminste het uitgangspunt, zal er een zijn waar intelligente, genetwerkte systemen het voortouw nemen.

Van een revolutie spreken is uiteraard nog wat prematuur, maar dat is het punt niet.

Eerder dan een revolutie is Industrie 4.0 de naam van een grootschalig project, gefinancierd door de Duitse overheid, dat tot doel heeft om de slagkracht van Duitsland als industriële mogendheid veilig te stellen en te versterken.

Daarnaast is Industrie 4.0 ook een visie die een flexibele en efficiënte fabriek van de toekomst definieert. Het grootse project is erop gericht om alle bouwstenen te ontwikkelen die nodig zijn om deze visie in de praktijk te brengen.

Cyber-Physical Systems

Een van die bouwstenen zijn Cyber-Physical Systems, systemen gekenmerkt door embedded intelligentie en de mogelijkheid om te communiceren met de buitenwereld. Het is vrij evident dat productiemachines van de toekomst aan die definitie zullen beantwoorden.

Minder eensgezindheid is er over de vraag of ook de producten die gemaakt worden, zullen vallen onder de noemer Cyber-Physical Systems. De broodjes van Vrouw Holle deden dat wel. Zij wisten uit zichzelf dat ze lang genoeg in de oven gestaan hadden en waren ook in staat om dat te communiceren.

In de reële wereld zal het zo’n vaart allicht niet lopen, maar voor meer geavanceerde producten zoals auto’s en machines is het wel de bedoeling dat zij gedurende hun hele levensloop informatie bewaren over wat ze zijn en wat er met hen moet gebeuren.

In de fabriek zal een auto waar nog rework aan moet gebeuren zelf kunnen aangeven wat er nog gedaan moet worden. Eens bij de consument zal de auto weten waar hij vandaan komt, wanneer hij onderhoud nodig heeft en wat er aan het einde van zijn levensduur met hem dient te gebeuren.

Internet of Things

Overigens hoeft al die informatie niet in het product zelf opgeslagen te worden. Een tweede uitgangspunt van Industrie 4.0 is het Internet of Things, een term die slaat op het fenomeen dat steeds meer ‘dingen’ geconnecteerd worden met het internet. Informatie over de levenscyclus van een product kan dan ook in de cloud bewaard worden.

Een consequentie van het Internet of Things is ook dat elk product een unieke identificatie krijgt, namelijk een IP-adres. Dat maakt het mogelijk om ook eenvoudige componenten die zelf geen intelligentie hebben, bij het verhaal te betrekken. Als ook zij een gelijkaardige identieke identificatiecode krijgen, is het perfect mogelijk om alle informatie over dat individuele product in de cloud op te slaan. Door de code op een eitje te scannen zou je dan op een webpagina terecht kunnen komen met alle informatie over dat specifieke eitje.

In een industriële omgeving biedt dat heel wat mogelijkheden als men die identificatie al van bij de start van het productieproces toekent.

Autonome modules

Om dit te illustreren heeft het DFKI een productielijn gebouwd (zie foto) waarop houders voor business kaartjes geassembleerd en gepersonaliseerd worden. De lijn bestaat uit vijf tegen elkaar opgestelde modules die elk een andere taak in het proces op zich nemen.

In lijn met het concept van Industrie 4.0 is er geen fysieke verbinding tussen deze modules en ook geen onderlinge communicatie. Elke module werkt volledig autonoom, zonder centrale aansturing, en baseert zich voor zijn instructies op de tag van het werkstuk dat de module binnenkomt.

Vanuit de productieplanning worden in dat systeem tags aangemaakt die alle informatie bevatten over wat er gemaakt moet worden. Die tags worden op een basiselement aangebracht dat vervolgens alle productiestappen doorloopt.

In de module om het product te bedrukken is het dan aan de tag om aan die module te zeggen wat er op dat individueel product gedrukt moet worden. Dat kan een logo zijn dat ergens op een server is opgeslagen als fotobestand, maar het is in Industrie 4.0 aan de tag – en dus aan het product zelf – om die foto aan te wijzen.

In de module voor kwaliteitscontrole kan de tag dat nog eens overdoen, waardoor de camera in die module kan verifiëren of het logo correct geprint werd. Als zou blijken dat dat niet het geval is, schrijft de module voor kwaliteitscontrole die informatie weg in de tag van het product zodat het product zelf even verder op de transportband tegen de pusher kan zeggen dat het uitgestoten moet worden.

Industrie 4.0 ready

Dat dit allemaal vrij ambitieus is, mag duidelijk zijn, maar de lat ligt nu eenmaal hoog voor de fabriek van de toekomst. Consumenten willen steeds meer productvariaties en personalisering aan een steeds lagere prijs met almaar korter wordende levenscycli. Industrie 4.0 heeft als doel om dat voor mekaar te krijgen.

Technisch gezien lijkt het ook allemaal wel enigszins haalbaar, omdat basistechnologieën als tags, IP-netwerken en de cloud al ruimschoots beschikbaar zijn. Het is trouwens opvallend hoeveel leveranciers al op de kar gesprongen zijn en nu al termen als “Industrie 4.0 ready” gebruiken in de communicatie over hun producten.

De grote uitdaging zal zijn om al die producten ook echt met elkaar te laten communiceren, op een manier dat ze elkaar verstaan. Om dat voor elkaar te krijgen hebben producten een nieuw soort intelligentie nodig, namelijk inzicht in wat ze zijn en de rol die ze kunnen spelen in een groter geheel. De dag waarop dat lukt, is de vierde industriële revolutie een feit.