De puzzel met gegevensanalyse op de winkelvloer oplossen

Nieuwe tools voor het verzamelen en analyseren van gegevens op de werkvloer kunnen de druk van het digitaliseren van fabrieksactiviteiten in het IoT-tijdperk verlichten

Naarmate de overgang naar een meer verbonden maakindustrie aan kracht wint en fabrikanten beginnen met het verzamelen van gegevens op de fabrieksvloer, wordt de behoefte aan snelle, efficiënte gegevensanalyse steeds belangrijker. Hulpmiddelen voor het verzamelen en analyseren van gegevens zijn van het grootste belang in het tijdperk van digitale productie/Industrie 4.0, en fabrikanten bereiden zich voor op nieuwe oplossingen om hen te helpen gegevens op de fabrieksvloer effectiever te verzamelen, beheren en analyseren, gebruikmakend van key performance indicators (KPI's) zoals algehele effectiviteit van apparatuur (OEE), machine-uptime, machine-/spilgebruik en andere statistieken.

Er zijn veel opties voor het verzamelen van productiegegevens en machinebewaking beschikbaar, waarvan de meeste ten minste enkele basisanalyses van productiestatistieken bieden in bewakingspakketten op de werkvloer of MES-systemen (productie-uitvoeringssoftware). In sommige gevallen werken automatiseringsbedrijven samen met gevestigde IT-providers, zoals het recente partnerschap dat is aangekondigd door automatiseringsleverancier ABB Inc. (Cary, NC en Zürich) en Hewlett Packard Enterprise Co. (HPE; Palo Alto, CA) dat combineer ABB's expertise op het gebied van industriële automatisering en operationele technologie (OT) met HPE's hybride IT-ervaring en softwareportfolio.

OT samenwerken met IT

In het ABB/HPE-partnerschap, aangekondigd in november 2017, zal ABB's Ability digitale aanbod worden gecombineerd met HPE's hybride IT-oplossingen. Ability-oplossingen zullen draaien op hybride platforms zoals de HPE ProLiant voor Microsoft Azure Stack, met implementaties op de voorkeurslocaties van klanten in industriële fabrieken en datacenters, of in de openbare cloud van Microsoft, indien nodig om te voldoen aan de vereisten voor prestaties, beveiliging of cross-site samenwerking.

Het partnerschap brengt computerbronnen dichter bij waar ze nodig zijn, met behulp van 'edge computing'. ABB en HP zullen Ability datacenterautomatisering, die de infrastructuur beheert en bewaakt, integreren met OneView, HPE's automatiseringssoftware voor IT-infrastructuur. “Eerlijk gezegd kunnen we dit niet alleen; we hebben een partner nodig voor deze hybride, en OT/IT is nodig”, zegt de in Dublin gevestigde Ciaran Flanagan, group vice president en head of global datacenter solutions voor ABB. Door IT en OT te combineren, tegenwoordig grotendeels in silo's, "denken we dat er enorme kansen zijn, en het wordt snel volwassen", voegde hij eraan toe.

Het ABB/HPE-partnerschap biedt gebruikers veilige edge-datacenters voor afgelegen industriële omgevingen en maakt ook gebruik van Rittal-rackinfrastructuur met ABB's industriële stroomdistributiesystemen en HPE's softwaregedefinieerde infrastructuur en services. "De protocollaag is heel anders in OT dan in IT", zegt Volkhard Bregulla, HPE vice president, global manufacturing industries. “De IT-kant is behoorlijk vooruit.” De ABB-HPE-oplossing zal beschikbaar zijn in de eerste helft van 2018.

Shopgegevens verzamelen en vervolgens analyseren

Op de werkvloer zijn er veel opties voor het monitoren en verzamelen van gegevens, waarvan de meeste ten minste basismachineanalyses en een aantal geavanceerde analyses op de werkvloer bieden.

Bij het bewaken van machines moeten winkelmanagers eerst weten wanneer bepaalde machines draaien, of ze niet of offline zijn. Volgens David McPhail, president en CEO van Memex Inc. (Burlington, ON) is het essentieel om te weten wanneer de machine onder programmacontrole staat. "We zijn er agnostisch mee als het gaat om hoe je verbinding maakt", zei hij.

Met Memex's MERLIN (Manufacturing Execution Real-Time Lean Information Network) Tempus-platform, kunnen proces- en discrete fabrikanten hun machines verbinden in zowel on-premises als cloudomgevingen. MERLIN Tempus is een MES-software met dashboards en kan verbinding maken met FANUC FOCAS, MTConnect, OPC en andere protocollen voor het koppelen van werktuigmachines via internet.

Voor legacy, niet-intelligente apparatuur heeft Memex een MTConnect-interface ontwikkeld. "Er zijn 16 digitale ingangssignalen van de machine", zegt McPhail. “Er zijn drie datastromen:van de apparatuur; van het menselijk kapitaal, iets waar een mens controle over heeft [en] dat een machine ons niet kan vertellen; en van externe oplossingen zoals ERP.”

Gebruikers kunnen de Tempus MES, een Manufacturing Operations Management (MOM)-portfolio, op de werkvloer gebruiken om de machinestatus te controleren, zei McPhail. “Normaal gesproken draaien onze mensen onze software op een tablet en lopen ze over de werkvloer. Stel dat een operator problemen heeft met een onderdeel; u krijgt een bericht 'Steun de interne klant'. Dat verandert de operator van een reactieve naar een actieve modus.

"Er is geen aangepaste programmering", vervolgde McPhail, en het systeem bevat analytische hulpmiddelen. “Het stuk gegevensverzameling is fundamenteel. De businesscase die we hebben gekozen is OEE, maar je zou TPM [Total Predictive Maintenance] en vele andere kunnen invoegen. Het berekent in wezen de financiële impact van slechte prestaties.”

Memex ontwikkelt een FOEE-module (Financial OEE) die later dit jaar wordt uitgebracht en die voor winkels de kosten berekent voor het laten draaien van apparatuur op minder dan optimale instellingen. De module zal winkelmanagers laten zien dat "je op dit moment minder presteert dan topprestaties, met een delta van zoveel, en elk uur dat je [op dat niveau] draait, je zoveel kost", zei McPhail.

Controleren is een must, maar vermijd analyseverlamming

Een grote vraag voor winkels die gegevensmonitoring/-analyse opzetten, is hoeveel gegevens er moeten worden verzameld. Terwijl de industrie de behoefte aan 'Big Data'-analyse hypet, kan voor de gemiddelde winkel minder meer zijn.

“We werken samen met onze klanten om de vergelijking te begrijpen. Het hoe is een bekende entiteit. Het waarom, de businesscase die eraan ten grondslag ligt,' is waar Memex aan werkt, zei McPhail.

Terwijl sommige bedrijven werken aan enorme Big Data-problemen met simulatieomgevingen, zoals CAE-gegevens, is dat in de meeste winkels niet het geval. "Big Data, we noemen dat digitale uitlaat", voegde McPhail eraan toe. “Als je een Mazak-machine neemt, als je je op elke tag abonneert, zal die [hoeveelheid gegevens] je overweldigen. Moet je echt elk datapunt weten?”

Een andere ontwikkelaar, Predator Software (Portland, OR), richt zijn Predator-suite van monitoringtoepassingen op de werkvloer op alles, van tweemanswinkels tot grote productieorganisaties, volgens Mike Rogers, Predator Software-directeur, automatisering en OEM-relaties. "Predator MDC [machine data collection] is ons kernproduct voor monitoring, en met meer dan 20 verschillende protocollen, van Mori, OPC en OPC/UA, kunnen we alles op de werkvloer monitoren," zei Rogers.

Het verzamelen en analyseren van gegevens wordt tegenwoordig meer geaccepteerd door winkels. "Het wordt het populairste onderwerp", zei Rogers. “Iedereen wil het en niet iedereen heeft het. … Grote bedrijven willen Big Data. De kleine man [moet] leren lopen voordat ze rennen. Je wordt anders overweldigd."

Een sleutel is om klanten te overtuigen zich te concentreren op eenvoudige dingen, merkte hij op, zoals "zal de machine fietsen? Zit het? Loopt het? … Het kan een overweldigend proces zijn,” zei Rogers. "Een van de problemen waar ik tegenaan loop, is het vinden van de kampioen in de organisatie die het zal opvolgen."

De MDC-oplossing van Predator heeft een intuïtieve interface, waardoor het voor gebruikers eenvoudig is om aan de slag te gaan, zei Rogers. “MDC heeft [een ingebouwde] kaart- en rapportage-engine. Als je de permutaties uitvoert, hebben we ergens tussen de 20.000 en 30.000 rapporten.” MDC is een van de acht kernproducten van Predator die gericht zijn op het verzamelen en monitoren, controleren en communiceren van gegevens op de werkvloer. De producten werken allemaal vanuit één database en als klanten MDC kopen, krijgen ze ook de DNC-communicatiemodule. De software van Predator ondersteunt de Access-database van Microsoft, die door veel kleinere winkels wordt gebruikt, zei Rogers, en ondersteunt ook Microsoft SQL Express-, SQL Server- en Oracle-databases. De Predator-software kan zowel op locatie als in de cloud werken.

Volg de OEE

Zowel kleine als grote winkels moeten goed letten op de OEE-metriek, waardoor machinebedieners en managers de efficiëntie kunnen optimaliseren. Het visualiseren van het proces, waardoor het winkelpersoneel gemakkelijk kan zien, begrijpen en reageren op veranderende omstandigheden, is van cruciaal belang.

"We bieden zowel de gegevensverzameling als de gegevensanalyse aan, en we kunnen dat à la carte of als een volledige oplossing bieden", zegt Jeff Price, executive vice president en general manager, 5ME LLC (Cincinnati). Met de Freedom-suite van 5ME krijgen gebruikers software plus beschikbare hardware om verschillende machines te koppelen en te besturen.

"Ons team heeft een lange geschiedenis met apparaten van het OT-type en we hebben interfaces of adapters voor bijna elk activum in de fabriek, vaak op de CNC-controller", voegde Price eraan toe. "Als we legacy-controllers hebben, hebben we ook een hardware-apparaat" om verbinding te maken met het netwerk. Samen met Freedom eLog-software biedt 5ME datavisualisatie met aanpasbare smartboards die worden weergegeven op flatscreen-tv's, zei Price.

"Met de smartboard-technologie hebben we dashlets of wizards - een verzameling gegevens met cirkeldiagrammen en staafdiagrammen - die je kunt opslaan in smartboards," zei hij. De smartboards gebruiken Raspberry Pi-embedded systemen om de verwerkingssnelheid te verhogen waar de gegevens het meest nodig zijn. "We gebruiken Raspberry Pi met smartboards om visualisatie naar de werkvloer te brengen", zegt Price. "Jarenlang hadden we in autofabrieken Andon-borden, maar die zijn behoorlijk stijf."

Freedom-servers, die zich in de cloud of op locatie bevinden, zijn waar het gegevens kraken plaatsvindt. Met de aangeboden connectiviteit kunnen klanten voortbouwen op de voordelen die de industrie al heeft geboekt, zoals lean manufacturing en six sigma. "We kortsluiten dat hele proces", voegde hij eraan toe. “De meeste van onze klanten zullen een productiviteitsverbetering van minimaal 20% zien met OEE, die bestaat uit beschikbaarheid, prestaties en kwaliteit. Beschikbaarheid is of je draait [op optimale niveaus], prestaties zijn dat je produceert op het niveau dat je zou moeten zijn, en kwaliteit is puur een opbrengst-achtige situatie."

Alleen al met de OEE-statistiek kunnen winkels grote prestatiewinst boeken, zei hij. “Beschikbaarheid is waar de grote winst zit. De eerste verbeteringen zijn 10-20% in 30 dagen.” De Freedom-suite is een software-installatie via internet. “Het is een kleine IT-voetafdruk, waarbij de kracht van de verwerking op controllers wordt benut. We kunnen 100 machines maken in vier weken.”

Price voegde eraan toe dat winkels de gegevens moeten zien tot wat het belangrijkste is. “Het hangt af van de analysetools; we noemen het drip-data-rijk, informatie-arm,” zei hij. "Als uw systemen de juiste metrische gegevens weergeven, valt er nog veel te verbeteren."

Die eerste datastap zetten

Niet alle winkels, vooral kleinere zonder grote OT/IT-budgetten, zijn snel overtuigd van de waarde van het monitoren van fabrieksgegevens. "Mensen proberen hun baseline te begrijpen", zei Price. “Dingen als hoe vaak draait uw apparatuur? Er is nog steeds een kloof - onze rol is om die kloof te overbruggen. Ze begrijpen het niet.” 5ME-klanten zoals Textron, Bell Helicopter, Caterpillar, Schlumberger en Cummins zijn geïnteresseerd in Big Data, maar ze hebben er niet allemaal een toepassing voor, zei Price, hoewel hij een dergelijk gebruik ziet in voorspellend onderhoud.

"Het verzamelen en analyseren van gegevens is essentieel voor elke moderne fabrikant, van kleine winkels tot grote ondernemingen", zegt Jody Romanowski, CEO van Cimco Americas Inc. (Streamwood, IL). “Nauwkeurige realtime gegevens helpen bij het identificeren van gebieden die kunnen worden verbeterd, of het nu gaat om apparatuur, processen of personeel. Die data zijn nodig om tot significante verbeteringen te komen.” Het winkelaanbod van Cimco, MDC-Max, is een oplossing voor gegevensverzameling die gestructureerde en geautomatiseerde productiebewaking biedt. De schaalbare MDC-Max kan zowel kleine winkels als grote fabrikanten ten goede komen, zei Romanowski.

“Als klanten realtime data-analyse overwegen, worden ze vaak een beetje overweldigd door een hele reeks datapunten. Onze aanpak is om het project in eerste instantie eenvoudig te houden, door drie tot vijf datapunten te analyseren om vroeg succes te verzekeren,” zei ze. “Fabrikanten kunnen dan geleidelijk meer datapunten gaan analyseren. In een OEE-context worstelen alle fabrikanten met een volledige en consistente analyse van de kwaliteitsparameter.

"We raden een Big Data-aanpak af voor het verzamelen van machinegegevens", vervolgde Romanowski. "We adviseren om het simpel te houden en in eerste instantie het laaghangende fruit te plukken en vervolgens voort te bouwen op ervaringen en de overwonnen uitdagingen. Wanneer bedrijven met winkelvloeren over de hele wereld ernaar streven om wereldwijd een consistent overzicht te krijgen, inclusief tussen bedrijfsonderdelen, zal de projectcomplexiteit dramatisch toenemen, hoewel niet noodzakelijkerwijs vanuit een Big Data-perspectief. In plaats daarvan neemt de complexiteit normaal toe door het omgaan met legacy machines/systemen en verschillende procedures en/of culturen. Dat legt extra nadruk op het zo operationeel en eenvoudig mogelijk houden van de eerste fasen, terwijl de focus blijft liggen op tactische doelen zoals ERP-integratie in verdere stadia van het project.”

Voor winkels die de gegevens verzamelen maar deze niet adequaat analyseren, kunnen nieuwe analysetools een voordeel bieden. "Vaak is hun huidige software te beperkt, rigide of gecompliceerd", zegt Romanowski. “MDC-Max is flexibel genoeg om te schalen en te voldoen aan de toekomstige behoeften van onze klanten. De gegevens moeten gemakkelijk toegankelijk zijn op elk apparaat en ze moeten op een zinvolle manier worden geaggregeerd, zoals in rapporten en realtime dashboards.”

Bij een Cimco-klant buiten Tianjin, China, zei Romanowski dat de fabrikant een belangrijke machine had die een productiviteitsknelpunt vormde en andere machines aantastte. "Toen de fabrikant een eenvoudig MDC-Max-systeem in gebruik nam met een beperkt aantal datapunten, ervoer de fabrikant een 30% hogere bezettingsgraad op die specifieke machine", merkte ze op, "waardoor de productiviteit werd verhoogd, zowel door het verminderen van dat specifieke knelpunt als door het verhogen van productiviteit ook op alle andere machines. De geschatte terugverdientijd van de investering was in dit geval minder dan vier maanden.”