CESMII's SMIP levert predictieve analytics succes bij NC State

DATABEHEER: Nieuwe, vendor-agnostische software's gift van predictieve analytics gedemonstreerd bij NC State

In een recente demonstratie van het vendor-agnostische Smart Manufacturing Innovation Platform (SMIP) van CESMII, hielpen projectpartners eerst managers van North Carolina State University's waterzuiveringsfabriek van de fik af en de data die ze verzamelden met slimme instrumenten te analyseren.

"Automatisering gaat al meer dan 100 jaar," zei Niels Andersen, medeoprichter van projectpartner ThinkIQ. "We hebben veel data verzameling, maar heel weinig data die gebruikt wordt. Data heeft geen betekenis, geen context en wordt niet op manieren samengevoegd dat we analyse kunnen doen."

Andere sleutelonderdelen van het project omvatten het waarborgen dat alle data-verzamelapparatuur volledig gekwalificeerde namen heeft, het gebruik van graafdatabases om diverse relaties te mappen, het focussen op één standaard (ideaal OPC UA), het waarborgen dat verschillende systemen en protocollen met elkaar kunnen communiceren, en het ontwikkelen van betere virtuele modellen van apparatuur.

Het eindresultaat zal een SMIP zijn dat slimme productie-implementaties standaardiseert en custom jobs vervangt met herhaalbare, fabrikant-agnostische, gebruiksvriendelijke platforms die productiefabrieken van elke grootte in staat stellen al hun data te benutten.

CESMII (de Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute) heeft de intentie om een sterke versie 1.0 van de SMIP tegen eind van dit jaar te hebben, zei Jonathan Wise, VP of technology bij CESMII.

Om tot predictieve analytics te komen bij de NC State-fabriek – beschouwd als een productie-achtige omgeving – focusden projectpartners ThinkIQ, Savigent, Seeq, Syspro, Semiotic Labs en Microsoft op het integreren van meerdere technologieën uit afzonderlijke silo's en het upgraden van een PC die waterkwaliteit monitorde, zei Tim Shope, director of digital transformation bij systems integrator Avid.

Voor de upgrade, duurden basistaken als het ophalen van een week aan historische data te lang.

Vervolgens implementeerde het ThinkIQ-team en anderen een analytics-engine van Seeq om real-time data op te halen uit de programmeerbare infrastructuromgeving in OSISoft, de membranen op omgekeerde osmosefilters te analyseren, alle data te combineren met CESMII's SMIP, en een conditieniveau in te stellen voor wanneer membranen vervangen moeten worden – een actie die automatisch een werkorder via de Savigent-software zou starten, zei Shope.

De volgende stap was het ontwikkelen van een model voor de hoge-zuiverheid waterpomp, een pomp die zo missiekritiek is dat een reservepomp ernaast staat voor een snelle, NASCAR-stijl wissel in het geval een alarm een drukprobleem of ander issue aangeeft, zei hij.

Een IoT-sensor monitor de pomp op afstand in een machine learning-systeem. Na een paar weken leert het de handtekening-golfvorm van de pomp zodat het kan detecteren of de pomp presteert zoals ontworpen of begint te lijden onder mechanische of elektrische problemen.

Het nieuwe platform kan een motorstoring bijna vier maanden van tevoren voorspellen, zei hij.

De partners gaven ook elke pomp een aparte naam. "Als alle pompen Pump_01 gelabeld zijn, hebben we geen context," zei Andersen. "Het is kritiek om volledige namen te geven en een brede verscheidenheid aan tools te hebben om betekenis te bieden."

Idealiter zou elke pomp genoemd worden op een manier die de naam van de machine identificeert, de naam van de lijn waar de pomp op zit, de naam van de fabriek, de leverancier die de pomp maakte, zei Wise. Een paar fabrikanten bieden een volledig gekwalificeerd naamsysteem aan, maar velen doen dat niet.

In een latere fase van het CESMII-project, zal deze mapping automatisch zijn, zei hij.

NC State eerste centrum om SMIP te krijgen

CESMII lanceerde in april een nieuw Smart Manufacturing Innovation Center (SMIC) bij NC State. Het is de eerste van CESMII's vier SMIC's om de SMIP gelaagd te hebben. De andere drie centra zitten bij UCLA, Texas A&M en Rensselaer Polytechnic Institute.

Bij CESMII's recente virtuele jaarvergadering, zei CEO John Dyck dat hij op zoek is naar meer SMIC's in, bijvoorbeeld, de gebieden robotica, automotive, chemisch, staal en AI/machine learning.

De SMIC's streven ernaar fabricanten, tech-leveranciers, systeemintegrators en apparatuuraanbieders te koppelen met academische instellingen, "demonstrerend en drijvend onderzoek en innovatie dat schaalt naar alle US-productie," zei de public-private organisatie.

SMIP zal open spec zijn

CESMII zal de SMIP publiceren als open spec – zodat elke leverancier het kan gebruiken, zei Wise.

"We winnen als deze ideeën elders in de industrie geadopteerd worden. Dit vereist een niveau van altruïsme waar sommige fabrikaters terughoudend over zijn omdat ze niet zeker zijn of het zal werken," zei hij.

"De tijd is gekomen voor één niveau van oplossingen open te stellen aan de toekomst, zodat we ons kunnen richten op andere problemen," voegde Wise toe.

'White space' dat problematisch is

Eén van de grootste uitdagingen is dat "elke faciliteit een amalgem van infrastructuur, systemen, apparatuur en tools over de loop van de tijd gedaan heeft," zei Mark Besser, senior VP for customer success bij Savigent. "Al die investeringen werden heel specifiek gedaan omdat ze een probleem of uitdaging op één moment oplosten. Veel van die technologieën waren custom-built om die problemen op te lossen. Maar als u een bredere kijk neemt over het landschap, begint u al de white space te zien die bestaat tussen die technologieën."

In andere gevallen, wil een fabrikant misschien technologieën van verschillende leveranciers integreren maar kan niet omdat deze systemen niet ontworpen zijn om met andere proprietaire platforms te meshen.

Het doel is om alle beschikbare data in spel te brengen om efficiëntie en betrouwbaarheid te verbeteren zonder het budget te breken of fabrikanten te dwingen leveranciers te wisselen, zei Wise.

Bijvoorbeeld, als een fabrikant software van Bedrijf A draait en een energie-monitoringoplossing van Bedrijf B wil, is vaak de enige optie om Bedrijf A's systeem eruit te halen en Bedrijf B's te installeren.

Toegevoegd Shope: "We kunnen niet alle vendor-platforms uit onze faciliteiten vandaag uithalen. We moeten naar die vendor-agnostische plek komen."

Doel is infrastructure-setup kosten te verlagen

Ongeveer 70 procent van de kosten van een digitale fabrieksproject is hardwiring van de automatiseringsstructuur, data verbinden, en infrastructuur creëren, zei Wise. De overige 30 procent is het creëren van nieuwe waarde uit die data, vaak door het ontwikkelen van apps.

Maar veelal wordt het hele digitale fabrieksbudget uitgegeven aan het opzetten van infrastructuur lang voordat een project om applicaties te ontwikkelen die data analyseren kan beginnen.

Met de SMIP, streeft CESMII ernaar die 70 procent kosten te verlagen zodat fabrikanten budgets kunnen richten op applicaties om de data te analyseren, zei Wise.

Deze transformatie zal niet allemaal tegelijk gebeuren. "Het zal geen lichtschakelaar zijn," zei Shope. "We hebben een grote productiebasis in de VS. Dit systeem zal gemigreerd en geadopteerd moeten worden over een periode van tijd."