Legacy-systemen integreren in Industrie 4.0: Multi-protocoluitdagingen overwinnen

Het is misschien wel de lastigste uitdaging bij het implementeren van slimme manufacturing en Industrie 4.0: Hoe bestaande systemen integreren in de wereld van machinedataproductie, -verzameling en -analyse?

Door een gebrek aan standaardisatie in softwareprotocollen voor operationele en informatietechnologieën, kan het onmogelijk lijken om legacy- en nieuwe fabrieksapparatuur naadloos samen te laten werken, met gestandaardiseerde, actiegerichte datastromen als resultaat.

"De realiteit is dat we al die protocollen, zowel de nieuwe, geweldige als de oudere, primitieve, nog lange tijd zullen hebben," zei Jonathan Wise, vicepresident technologie bij CESMII, het Smart Manufacturing Institute.

Wise's opmerking kwam tijdens het modereren van een expertgroep 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 manufacturing te democratiseren.

Panelist Russell Waddell, managing director van het MTConnect Institute, had de termen eerder in de discussie gedefinieerd: "Het protocol is hoe je data van plek naar plek, van systeem naar systeem doorgeeft, terwijl het [informatie]model eigenlijk is wat er in die data zit," merkte hij op, wijzend erop dat de MTConnect-standaard een semantische vocabulaire biedt voor manufacturing-apparatuur om gestructureerde, gecontextualiseerde data zonder proprietaire vorm te leveren.

"Hoe zou u fabrikanten begeleiden die waarschijnlijk brownfield-[bestaande] systemen willen retrofitten om te kunnen profiteren van slimme manufacturing, of in andere gevallen misschien nieuwe machines willen kopen?" vroeg Wise de experts. "Waar moeten ze op letten in greenfields en hoe zorgen ze ervoor dat ze goed gepositioneerd zijn om vooruit te gaan in Industrie 4.0? En hoe beheren wij – de mensen die proberen informatiewaarde te creëren uit deze databronnen – een multi-protocoluniversum?"

OPC Foundation President en Uitvoerend Directeur Stefan Hoppe zei: "Voor brownfield-scenario's, absoluut," is er een "groot ecosysteem, met gateways die praten met de bovenlaag OPC UA [een machinecommunicatieprotocol], inclusief MQTT-transport [een protocol dat berichten tussen apparaten transporteert] en zo verder, en op het lagere niveau, gebruikmakend 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 informatiemodellering direct vanaf de bron uit de doos," zei Hoppe.

Erich Barnstedt, chief architect, standaarden en consortia, Azure IoT bij Microsoft, wierp in: "Eerlijk gezegd, legacy-apparatuur blijft voor altijd bij ons. We moeten het makkelijk maken met de juiste tools om die legacy-apparatuur te mappen naar een standaardsgebaseerd, open informatiemodel. Doe dat proces één keer, en vanaf dan gebruik je het gestandaardiseerde informatiemodel en vind je een automatisch mechanisme om dat informatiemodel ook naar cloud-analytische systemen of on-premise analytische systemen te sturen.

"Het hoeft niet per se cloud-gebaseerd te zijn, maar analytische software is waar de toegevoegde waarde en Industrie 4.0 zit, in termen van het verkrijgen van nieuwe inzichten die je eerder niet kon. Dus die connectiviteit en datamodellering-fase zo pijnloos mogelijk maken – dat is wat we onze klanten schuldig zijn."

Geen enkel protocol hoeft te winnen, voegde Barnstedt toe. Fabrikanten moeten weten hoe ze hun data in een formaat krijgen dat ze vooruit kunnen gebruiken, leverancier-onafhankelijk, en dan de juiste tools voor het werk creëren om het een naadloze ervaring te maken, zei hij.

Het kernpunt van interoperabiliteit zijn de informatiemodellen, stelde Wise.

"Als je een fabrikant bent met oudere apparatuur, ben je niet geblokkeerd door dat. We kunnen de benodigde bits aanpassen en implementeren om verbinding te maken met moderne informatiesystemen. Maar onderweg moeten we die data normaliseren of standaardiseren.

"En als je je eigen informatiemodel aan het creëren bent, als je denkt dat je de beste manier hebt om een bepaalde machine te beschrijven, stop dan. Experts hebben al een decennium of langer aan dat specifieke probleem gewerkt. Daarbovenop hebben we gemeenschappelijkheid nodig. Daarbovenop moeten we enkele gemeenschappelijke benaderingen, een gemeenschappelijke taal adoptieren."

Om te helpen bij een gemeenschappelijke taal, zullen OPC UA-informatiemodellen worden gepubliceerd in de UA Cloud Library, die ook bestaande informatiemodellen van VDMA Verlag, een ingenieursvereniging gebaseerd in Duitsland, zal bevatten, volgens panelist Andreas Faath, managing director van de Europese groep.

In de toekomst kunnen er tools bijkomen in de bibliotheek, zoals een globale productietaal gebaseerd op OPC UA waar VDMA aan werkt.

De open-source softwaretools voor interoperabiliteit waar het panel naar verwees – OPC UA, MQTT, de MTConnect companion 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 partijen te kiezen in een protocoloorlog, maar om je te helpen de stappen te vinden van waar je bent naar waar je wilt gaan," zei Faath.