Industrie 4.0 in een multi-protocol universum

Het is misschien wel het lastigste onderdeel van het implementeren van slimme productie en Industrie 4.0:hoe kunnen bestaande systemen worden geïntegreerd in de wereld van productie, verzameling en analyse van machinegegevens?

Met een gebrek aan standaardisatie in softwareprotocollen voor operationele en informatietechnologieën, lijkt het misschien onmogelijk om oude en nieuwe fabrieksapparatuur naadloos samen te laten werken en stromen van gestandaardiseerde, bruikbare gegevens te produceren.

"De realiteit is dat we al deze protocollen, zowel de nieuwe, geweldige als de oudere, primitieve, voor een lange tijd zullen hebben", zegt Jonathan Wise, vice-president technologie bij CESMII, het Smart Manufacturing Institute.

Wise's opmerking kwam toen hij een groep experts modereerde tijdens het recente Smart Manufacturing Interoperability and Harmonization Panel, onderdeel van de online CESMII Smart Manufacturing Summit die werd gehouden om te laten zien wat het betekent om slimme productie te democratiseren.

Panellid Russell Waddell, directeur van het MTConnect Institute, had de termen eerder in de discussie gedefinieerd:"Het protocol is hoe je gegevens van plaats naar plaats, systeem naar systeem doorgeeft, terwijl het [informatie] -model is wat er feitelijk in die gegevens zit, " merkte hij op, erop wijzend dat de MTConnect-standaard een semantisch vocabulaire biedt voor productieapparatuur om gestructureerde, gecontextualiseerde gegevens te leveren zonder eigen vorm.

"Hoe zou u fabrikanten begeleiden die waarschijnlijk brownfield [reeds bestaande] systemen willen retrofitten, zodat ze kunnen profiteren van slimme productie of, in andere gevallen, op zoek zijn naar nieuwe machines?" Wise vroeg de experts. “Waar moeten ze naar op zoek zijn in de greenfields en om ervoor te zorgen dat ze goed gepositioneerd zijn om vooruit te gaan naar Industrie 4.0? En hoe beheren wij, de mensen die informatiewaarde proberen te creëren uit deze gegevensbronnen, een universum met meerdere protocollen?”

Stefan Hoppe, president en uitvoerend directeur van de OPC Foundation zei:"Voor brownfieldscenario's, zeker", is er een "enorm ecosysteem, met gateways die praten met de bovenste laag OPC UA [een machinecommunicatieprotocol], inclusief MQTT-transport [een protocol dat transporteert berichten tussen apparaten] enzovoort, en op het lagere niveau, met behulp van wat ze eerder hadden." Voor nieuwe, greenfield-scenario's hebben bijna alle machineleveranciers OPC UA geïntegreerd in het ontwerp en het apparaat. "Dan heb je direct uit de doos informatiemodellering van de bron", zei Hoppe.

Erich Barnstedt, hoofdarchitect, standaarden en consortia, Azure IoT bij Microsoft, woog:“Eerlijk gezegd zullen legacy-apparatuur voor altijd bij ons blijven. We moeten het gemakkelijk maken met de juiste tools om die legacy-apparatuur toe te wijzen aan een op standaarden gebaseerd, open-informatiemodel. Voer dat proces een keer uit en gebruik vanaf dat moment het gestandaardiseerde informatiemodel en zoek een automatisch mechanisme om dat informatiemodel ook naar cloudanalysesystemen of on-premise analysesystemen te sturen.

“Het hoeft niet per se cloudgebaseerd te zijn, maar analytische software is waar de toegevoegde waarde en Industrie 4.0 is, in termen van het verkrijgen van nieuwe inzichten die je voorheen niet kon doen. Dus die fase van het in kaart brengen van connectiviteit en gegevensmodellering zo pijnloos mogelijk maken, dat zijn we onze klanten verschuldigd.”

Geen enkel protocol hoeft te winnen, voegde Barnstedt eraan toe. Fabrikanten moeten weten hoe ze hun gegevens in een formaat kunnen krijgen dat ze in de toekomst kunnen gebruiken, onafhankelijk van de leverancier, en vervolgens de juiste tools voor de taak creëren om er een naadloze ervaring van te maken, zei hij.

Het belangrijkste punt van interoperabiliteit zijn de informatiemodellen, aldus Wise.

“Als je een fabrikant bent met oudere apparatuur, heb je daar geen last van. We kunnen het soort bits aanpassen en implementeren dat nodig is om verbinding te maken met moderne informatiesystemen. Maar onderweg zullen we die gegevens moeten normaliseren of standaardiseren.

“En als je merkt dat je je eigen informatiemodel maakt, als je denkt dat je de beste manier hebt om een ​​bepaalde machine te beschrijven, stop dan. Experts hebben een decennium of langer aan dat specifieke probleem gewerkt. Dat is waar we een gemeenschappelijkheid nodig hebben. Dat is waar we een aantal gemeenschappelijke benaderingen moeten aannemen, een gemeenschappelijke taal.”

Om tot een gemeenschappelijke taal te komen, zullen OPC UA-informatiemodellen worden gepubliceerd in de UA Cloud Library, die ook bestaande informatiemodellen van VDMA Verlag, een technische vereniging gevestigd in Duitsland, zal bevatten, volgens panellid Andreas Faath, directeur van de Europese groep.

Toevoeging van deze tools in de bibliotheek in de toekomst kan een wereldwijde productietaal zijn op basis van OPC UA waar VDMA aan werkt.

De open-source softwaretools voor interoperabiliteit waarnaar door het panel wordt verwezen - OPC UA, MQTT, de bijbehorende MTConnect-specificatie - zijn al gepubliceerd op GitHub. “Alles wat je nodig hebt is er, en als je hulp nodig hebt bij het vinden van die stappen, daar is CESMII voor; niet om partij te kiezen in een protocoloorlog, maar om je te helpen de stappen te vinden van waar je bent naar waar je heen wilt,” zei Faat.