Executive Rondetafel: Industrie 4.0 vooruitbrengen met Slimme Sensoren & IIoT

De productie-industrieën ondergaan wereldwijd een digitale transformatie, aangewakkerd door de COVID-19 pandemie, die de adoptie van Industrie 4.0 versnelt. Deze shift naar digitaal brandt vooruitgang in slimme sensoren die niet alleen sensordata vastleggen, maar die data ook interpreteren in actievermogen inzichten voor een verscheidenheid aan toepassingen in de Industrial Internet of Things (IIoT) ruimte.

De slimme sensoren markt wordt verwacht te groeien met een CAGR van 19 procent over de voorspelde periode (2021-2026), volgens Market Research Future. Wat drijft de escalerende vraag naar slimme sensoren en welke industrieën zullen de grootste vraag naar sensortechnologie in de komende jaren zien? Tech Briefs stelde vragen aan vier industrie-experts om hun visie op de toekomstperspectieven voor slimme sensoren en IIoT te verkrijgen.

Onze rondetafel deelnemers zijn Dean Bartles, Chief Executive Officer en President, Manufacturing Technology Deployment Group , Jeffrey Case, Director of Design Engineering en NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Brad Walters, Founder en CEO, Monnit , Aric Prost, Senior Global Director, OEM, Stratus Technologies .

Tech Briefs: Het gebruik van "slimme" sensoren wordt meer gangbaaar naarmate IIoT en Industrie 4.0 meer gemeengoed zijn in productie. Hoe worden slimme sensoren gebruikt om productie te verbeteren?

Dean Bartles: Een geweldig voorbeeld van hoe slimme sensoren gebruikt worden om productie te verbeteren is een programma dat mijn bedrijf heeft met het DOD om een prototype additieve productie supply chain te vestigen. Er is een enorme wens om metal additief geproduceerde onderdelen in de luchtvaart- en defensiemarkten te adopteren. Voordelen omvatten complexiteit van ontwerp, snelheid in productie, gewichtsreductie, etc. Echter, de variabiliteit momenteel gevonden in metaal additief geproduceerde onderdelen van machine tot machine en zelfs onderdeel tot onderdeel is nog een grote belemmering voor adoptie. Met sensoren en een IoT edge apparaat, verzamelen we realtime procesdata tijdens het printproces zoals laserenergie, scannsnelheid, hatch spacing, kamer vochtigheid, etc. en leveren deze data dan aan de klant samen met de geproduceerde onderdelen. De klant is dan in staat om het data bestand te ondervragen om ervoor te zorgen dat alle parameters binnen een gespecificeerd bereik bleven gedurende het hele bouwproces, wat een hoger vertrouwensniveau in de integriteit van de onderdelen biedt.

Jeffrey Case: Slimme sensoren worden geïmplementeerd in productiefaciliteiten over alle industrieën heen om kritieke informatie te verzamelen die, met de correcte analyse, oplossingen kan creëren die ongeplande downtime reduceren of elimineren (onderdeel vervangingskosten, mankracht, en verloren opportuniteitskosten); veiligheid verhogen door permanent gemonteerde sensoren te substitueren voor metingen die menselijke interventie vereisen; en productiviteit verbeteren door nauwkeurige feedback controle en het monitoren van variaties in het productieproces, productiestabiliteit waarborgend.

Brad Walters: Het drijven van grotere efficiëntie is een top voordeel van het integreren van een platform van slimme sensoren in productieomgevingen. Slimme sensoren creëren slimmere fabrieken waar je praktisch elk aspect van operaties kunt monitoren, controleren, en verbeteren met realtime data-gestuurde inzichten; apparatuuronderhoud voorspellen en snel protocollen triggeren vóór malfunction of storing; data logging automatiseren voor gestroomlijnde trendanalyse, record-keeping, en regelgevende compliance; en gealert worden van omgevings- en apparatuurproblemen. Sensoren die mensen, machines, apparatuur, en voorraad verbinden met de bemachtigende mogelijkheden van het IIoT stellen fabrikanten in staat om met grotere transparantie, efficiëntie, en algehele kwaliteit te produceren.

Aric Prost: De aanzienlijke daling in de kosten van sensoren en zenders gekoppeld met verbeteringen in draadloze technologie hebben het haalbaar gemaakt voor OEM's, machinebouwers, en operatieteams om sensoren te installeren en data te verzamelen die voorheen onbereikbaar was. Dit is de industriële edge waar data gegenereerd wordt, en de mogelijkheid om meer procesvariabelen nauwkeuriger te meten geeft beter inzicht en realiseert de belofte van IIoT en Industrie 4.0. De kans is een sprong voorwaarts in monitoren en controleren om gewenste resultaten te drijven zoals hogere kwaliteit producten, minder downtime, of opbrengstverbetering.

Tech Briefs: Sensor data fusie biedt de mogelijkheid om verschillende sensortechnologieën in één applicatie te combineren. Wat zijn de uitdagingen die fabrikanten tegenkomen in het managen — en effectief gebruiken — van het verhoogde volume verzamelde data?

Dean Bartles: De proliferatie van sensoren in productie is cruciaal om volledige voordeel te nemen van de efficiëntie die Industrie 4.0 belooft. Echter, naarmate sensortechnologie alomtegenwoordig wordt in productiewerken overal, kan de capaciteit om optimaal gebruik te maken van de gegenereerde data ernstig gehinderd worden tenzij de data van de diverse sensoren geharmoniseerd kan worden in een gemeenschappelijk taalformaat. Standaarden zullen de sleutel zijn om zulke harmonisatie mogelijk te maken. Een dergelijke standaard die al wijd is aangenomen is MTConnect. Met uniforme data, kunnen ontwikkelaars en integrators zich richten op nuttige, productieve productietoepassingen in plaats van vertaling, wat de sleutel zal zijn tot succesvolle sensor data fusie gaandeweg.

Jeffrey Case: Uitdagingen voor sensor fusie omvatten het synchroniseren van de verschillende sensortypes en sensorsystemen, met name wanneer er tijdsafhankelijkheid is, en het waarborgen van compatibele communicatienetwerken. Daarnaast wordt edge computing steeds meer kritiek op het sensorniveau om de hoeveelheid verzamelde en geanalyseerde data te minimaliseren, wat zowel verwerkingskracht als dataopslagvereisten beïnvloedt.

Brad Walters: Sensor data fusie is een kernvoordeel van het IIoT omdat beslissingen genomen vanuit meerdere datapunten hogere-waarde beslissingen zijn. Maar het kan een uitdaging zijn wanneer fabrikanten verschillende sensorsystemen van diverse leveranciers inkopen en alle data zelf aggregeren. Je kunt data volume effectief managen door een enkel sensorplatform te hebben dat sensortypes gecombineerd met data aggregatie, filtering, fusie algoritmes, en redundante data deduplicatie op de edge. De meest waardevolle data volume reducer die je kunt hebben is edge verwerking en filtering via een gateway op het sensorniveau. Het is ideaal voor sensoren om direct events en drempeloverschrijdingen te rapporteren wanneer ze vooraf geconfigureerde condities detecteren, in plaats van constant triviale data op frequente intervallen te rapporteren. Op deze manier kan een sensorsysteem met een edge gateway snel relevante data van alle sensortypes fusen en een robuuste set API's gebruiken om simultaan data van andere analytische systemen te mixen en matchen.

Aric Prost: Fabrikanten komen een paar uitdagingen tegen vanwege het volume edge data dat gecreëerd wordt. Eerst, data in een typische plant of faciliteit komt van sensoren gefabriceerd door meerdere leveranciers die verschillende communicatieprotocollen gebruiken. Die data moet verzameld en geïntegreerd worden. Tweede, edge locaties — zelfs de werkvloer — worstelen met bandbreedte en latentie issues wanneer getransmitteerd naar de control room, laat staan naar de cloud. De mogelijkheid om deze edge data te analyseren en te vertalen in inzicht is afhankelijk van de beschikbaarheid en betrouwbaarheid ervan. Voorspellende analytics of AI applicaties vertrouwen op deze volledige datasets. Enige communicatiegaten in data of apparatuurdowntime kunnen die geavanceerde modellen storen. Om deze uitdagingen aan te pakken, inclusief sensor data fusie, deployen organisaties edge computing om informatie dicht bij apparatuur te verzamelen, verwerking en historisatie te bieden om downtime en dataverlies te vermijden.

Tech Briefs: Als faciliteiten meerdere verbonden sensoren en systemen gebruiken, hoe zorgen ze ervoor dat ze goed beveiligd zijn om te beschermen tegen ongewenste externe toegang?

Dean Bartles: De meest veilige manier om te beschermen tegen ongewenste externe toegang is om "airgap" alles. Met andere woorden, vermijd het gebruik van Wi-Fi sensoren en implementeer in plaats daarvan hard-wired sensoren en hard-wired IoT edge apparaten en laat alle data routeeren door een cybersecurity appliance dat alles wat de faciliteit verlaat zowel versleutelt als tokenizeert. Naarmate OEM's doorgaan met "transparantie" in hun leveranciers productieoperaties, zullen technologieoplossingen van cruciaal belang zijn.

Jeffrey Case: Hoewel er geen zilveren kogel is wanneer het gaat om industriële cyberbeveiliging, is netwerksegmentatie een hoeksteen om private netwerken te beschermen tegen potentiële kwetsbaarheden. Sensorsystemen zouden geconfigureerd moeten worden op een netwerk geïsoleerd van interne systemen, en toegang tot de sensorsysteemnetwerken zou beperkt moeten worden tot het minimum vereiste. We moedigen al onze IIoT klanten aan om cyberbeveiliging best practices op hun interne sensorsysteemnetwerken en/of onze sensorsystemen te volgen, gebruikmakend van industriestandaard technologieën.

Brad Walters: Beveiliging moet gehanteerd worden op alle communicatiepunten tussen sensor, gateway, netwerk, netwerkcontroller, en de cloud. Een robuuste IoT apparaat en data beveiligingsgovernance initiatief om beleid af te dwingen kan helpen beschermen van een bedrijfs sensornetwerk en data. Je kunt ook niet al je beschermingen in strongholds zoals firewalls stoppen maar de temperatuursensor op het visaquarium in de lobby kwetsbaar laten. Als je één sensor management systeem gebruikt, beperk je externe toegangspunten. Ongeacht, elk systeem moet afzonderlijk gecontroleerd worden op beveiliging, dan als een heel systeem.

Aric Prost: Cyberbeveiliging is front en center voor operationele technologie, en het idee van air-gapped assets is steeds minder realistisch naarmate meer apparatuur verbonden is. Door edge computing platforms met ingebouwde virtualisatie te deployen, hebben OT en IT teams de middelen om cyberbeveiliging software dicht bij kritieke apparatuur naast andere industriële softwareapplicaties te draaien. In dit geval zit het edge computing platform dat beveiligingssoftware draait tussen de sensoren of PLC's en de rest van het netwerk.

Tech Briefs: In welke industrieën verwacht u de grootste vraag naar sensortechnologie in de komende vijf jaar te zien?

Dean Bartles: Significante vooruitgang is al gemaakt door grote corporaties in luchtvaart, defensie, auto, voedsel, medisch, chemische verwerking, etc. Dus, ik denk niet dat de vraag "welke industrieën" zozeer is als "wie" binnen de diverse industrieën waar we de grootste vraag zullen zien. Duidelijk, de kleine en medium fabrikanten ("SMM's") hebben het meest te winnen door sensortechnologie in hun productieoperaties te adopteren. Een recent enquête uitgevoerd door de Manufacturing Leadership Council van de National Association of Manufacturers rangschikte "End-to-end supply chain zichtbaarheid, transparantie, en voorspelbaarheid naar het volgende niveau tillen" als het tweede belangrijkste ding voor 2022. Om OEM's de transparantie, zichtbaarheid, en voorspelbaarheid in hun supply chain te bieden die ze willen, zullen SMM's veel meer sensortechnologie moeten deployen dan ze tot nu toe hebben.

Jeffrey Case: Naarmate sensoren meer mainstream worden met verbeteringen in sensotechnologie, edge computing, kunstmatige intelligentie, en de proliferatie van Industriële 4.0 communicatienetwerken, zal de grootste vraag naar sensortechnologie zijn over alle productieoperaties in bijna alle markten/industrieën. Zowel preventief onderhoud als procesautomatisering toepassingen drijven deze ongekende vraag in industriële productie. Een brede verscheidenheid aan sensotechnologieën wordt geïmplementeerd in de procesautomatisering markt om strakkere controle op productieprocessen te faciliteren. Terwijl sensoren traditioneel in deze toepassingen geïmplementeerd zijn, biedt Industrie 4.0 internet-verbonden sensoren die in staat zijn om data te verzamelen, over te dragen, en weer te geven via gevestigde digitale highways met minimale menselijke interventie. Deze infrastructuur kan een bedrijfs ROI gemakkelijk voldoen en zal sensorverkoop significant drijven over de komende vijf jaar en daarbuiten.

Brad Walters: Het is makkelijk te zien dat voorspellend onderhoud, remote monitoring en controle, en autonoom systemen in praktisch elke industrie zwaar zullen blijven afhankelijk van vooruitgang in slimme sensortechnologie. Bijvoorbeeld, innovatoren in olie en gas, landbouw, energie- en stroomproductie, chemie en mijnbouw, en transport steunen op draadloze sensoren die verstrekkende capaciteiten leveren die langafstand, laag-energie, en lange batterijduur leveren. Naarmate fabrikanten, gezondheidszorg, en slimme steden kijken om efficiënter te zijn, zullen sensoringoplossingen die 4G LTE en 5G functionaliteit versnellen, frequentie-interferentie elimineren, en multi-access edge computing mogelijk maken, zeer waardevol zijn. Industrieën die slimme sensoren effectief integreren, zullen helpen de IIoT evolutie naar de volgende industriële revolutie voort te drijven.

Aric Prost: We zien de grootste vraag naar sensortechnologie komen niet van specifieke industrieën maar van specifieke use cases binnen industrieën waar assets en processen remote of onbereikbaar zijn, kritiek om te meten, hoge snelheid, en waar veiligheid een significante factor is. Sensortechnologie zal essentieel zijn om automatisering en remote management in deze gevallen te schalen. Er is een reeks voorbeelden die doorsnijden inclusief Discrete Manufacturing — complexe verpakkingsmachines, robotica, metaalbewerking; Water en Afvalwater — remote en bemande pompstations, flowmeters; Energieopwekking – zonnepanelen, windparken, en substations; Olie en Gas — pompstations, flow meetstations, productieplatforms, en vele anderen. Voor deze assets en use cases, de overvloed aan sensortechnologie en beperkte connectiviteit vereist een "brein" op locatie om data te verwerken en op te slaan, uptime beschikbaarheid te waarborgen, cybersecurity agents te draaien, en potentiëel monitor en controle zonder menselijke interventie te bieden. Edge computing platforms bieden deze capaciteiten en daarmee de middelen om sensordata te benutten om Industrie 4.0 capaciteiten te realiseren.

Wat denk je? Deel je vragen en opmerkingen hieronder.