Evolutie van industriële automatisering:adoptie van open architecturen voor flexibiliteit en duurzaamheid

TL;DR:De evolutie van industriële automatiseringsarchitecturen

Fabrikanten verschuiven naar open industriële automatiseringsarchitecturen om de flexibiliteit, efficiëntie en duurzaamheid te verbeteren. Traditionele gesloten systemen met bedrijfseigen code beperken de schaalbaarheid en interoperabiliteit.

Open automatisering op basis van IEC 61499 maakt hardware-agnostische besturingssystemen en naadloze integratie van bestaande en nieuwe technologieën mogelijk. Dit ondersteunt snellere softwareontwikkeling, voorspellend onderhoud en eenvoudigere toegang tot gegevens. Universele automatisering stelt fabrikanten in staat om de downtime te verminderen, de kosten te verlagen en vrijer te innoveren, terwijl cyberbeveiliging en architecturen met hoge beschikbaarheid zorgen voor veerkracht voor toekomstbestendige activiteiten.

Terwijl industriële fabrikanten in 2025 meer willen bereiken met minder, onderzoeken bedrijven geavanceerde automatiseringsarchitecturen om operationele efficiëntie in evenwicht te brengen met bredere duurzaamheidsverantwoordelijkheden.

Abonneer u op PII en ontvang:

Ons al lang bestaande tweemaandelijkse digitale tijdschrift *Process Industry Informer*, met exclusieve artikelen, nieuws en updates uit de hele procesindustrie, plus commentaar van onze drie experts uit de sector:

Sean Moran

Gavin Smith

Dave Groen

PLUS:

• Process Industry Update — onze wekelijkse e-nieuwsbrief
• PII-podcast
• Speciale berichten van onze advertentiepartners

Hoewel elke fabrikant anders is en digitalisering gebruikt om individuele doelen te bereiken, zijn er zeker enkele gedeelde doelen die van toepassing zijn op de hele sector. Namelijk het minimaliseren van stilstand, het verbeteren van de operationele efficiëntie, het verminderen van verspilling (in alle vormen) en het bijdragen aan het collectieve duurzaamheidstraject van de productie.

Deze doelstellingen brengen uitdagingen met zich mee die veranderingen in de aard van de besturingssystemen voor industriële automatisering teweegbrengen in de richting van open architecturen op operationeel technologieniveau (OT). Deze evolutie kan waarde opleveren voor bedrijven en hun toeleveringsketens.

Wat is de drijvende kracht achter de behoefte aan open automatisering? De noodzaak om het nadeel te overwinnen dat hoewel traditionele propriëtaire technologieën individueel goed werken, ze vergrendeld en gesloten zijn, met code die niet overdraagbaar is.

Het is voor fabrikanten niet haalbaar om kritische assets onmiddellijk te vervangen zodra er een geavanceerdere versie beschikbaar is. Hierdoor blijft de verouderde hardware behouden met op maat gemaakte software, communicatie en hardware, waardoor gebruikers bij één leverancier blijven. Typische fabrikanten met verschillende systemen van meerdere leveranciers zullen deze uitdaging groter zien worden naarmate ze vooruitgang boeken in de digitale transformatie.

Veel eindgebruikers zullen een aanzienlijke re-engineering van industriële automatiseringssystemen (IA) nodig hebben, omdat code die is geschreven voor gebruik op oudere hardware niet draagbaar of compatibel is met hardware van de nieuwe generatie. Dit belemmert de digitale transformatie van de Britse productie, waardoor mogelijkheden worden belemmerd die de efficiëntie zullen verbeteren achter grote kosten- en tijdinvesteringen.

Het antwoord is de transitie naar open automatisering, zoals vaak wordt gezien in de IT-wereld. Fabrikanten eisen systemen die softwaregericht en hardware-agnostisch zijn, zodat applicatiecode draagbaar is en kan worden uitgevoerd op een breed scala aan hardware van elke leverancier. Dit maakt de communicatie tussen verschillende machines, apparaten en sensoren mogelijk, waardoor operators efficiënter kunnen werken en meer kunnen bereiken met minder.

Dit kan worden bereikt door de universele automatiseringsstandaard IEC 61499 over te nemen, een technologie-enabler die definieert hoe gedistribueerde applicaties moeten worden ontworpen met behulp van 'plug and produce'-softwarecomponenten, onafhankelijk van de hardware waarop ze worden uitgevoerd.

De standaard wordt geleid door een gemeenschap van automatiseringsgebruikers, technologieleveranciers en academici die het automatiseringsspel willen veranderen via de non-profitorganisatie Universal Automation.Org.

Fabrieksingenieurs, systeemintegrators, OEM's of iedereen die betrokken is bij de toeleveringsketen van de productie, die oudere systemen ontwerpt, koppelt en ondersteunt, kan de enorme uitgaven die gepaard gaan met het onderhoud van individuele activa verminderen en tegelijkertijd een pad voor continue verbetering uitstippelen.

In een volwassen industriële sector, zoals de productie van voedingsmiddelen en dranken, is het bijvoorbeeld gebruikelijk om een mix van nieuwe en oude activa te zien. Een uitdaging voor voedselverwerkers is dat consumenten hun aankoopbeslissingen baseren op meerdere factoren, waarbij ze altijd op zoek zijn naar het volgende product of de volgende smaak in de snel evoluerende sector.

Fabrikanten moeten flexibel en schaalbaar zijn om te kunnen reageren op de behoeften van de markt, maar dit kan onmogelijk lijken als het gaat om propriëtaire systemen. Open automatisering maakt dat niveau van flexibiliteit mogelijk, waarbij minder tijd wordt besteed aan taken die geen waarde toevoegen en meer tijd aan innovatie.

“De evolutie van automatiseringsarchitecturen drijft fabrikanten naar open, softwaregerichte systemen die flexibiliteit, efficiëntie en duurzaamheid mogelijk maken.”

Dit voorbeeld kan worden toegepast op fabrikanten van elke omvang en die elk product produceren, zoals blijkt uit ons recente onderzoeksartikel getiteld ‘Een kwantitatieve vergelijking van gedigitaliseerde industriële automatisering’. Dit omvat de resultaten van veldtesten die aantonen dat software-engineering drie keer sneller kan worden geleverd door open automatisering voor standaardproductiestrategieën, waardoor de flexibiliteit actief wordt vergroot. 

Industriële automatiseringssystemen die momenteel in de Britse productiesector in gebruik zijn, werden vaak tientallen jaren geleden ingevoerd. Ze weerhouden fabrikanten er nu van om het volledige potentieel van de digitale transformatie en de vooruitgang in technologieën en rekenkracht te realiseren. De drang naar hardware-agnostische platforms biedt de mogelijkheid om geïndustrialiseerde pc's te gebruiken om operationele applicatiecode uit te voeren.

Deze ontwikkeling maakt de adoptie van zachte PLC's of Edge-controllers mogelijk, wat de convergentie van IT en OT verder stimuleert. Maar zelfs als fabrikanten investeren in edge computing-technologieën om de last van het verzamelen, analyseren en rapporteren van gegevens op zich te nemen, zullen de voordelen beperkt zijn zonder een open automatiseringsaanpak die gegevens op één enkel agnostisch platform kan verwerken.

Digitalisering van industriële automatiseringsarchitecturen

In de hele industrie zien we een brede acceptatie van IIoT-technologieën (industrial internet of things) die een onmiddellijke verbetering bieden voor fabrikanten, maar uiteindelijk worden velen ervan weerhouden het ware potentieel te realiseren omdat ze zich niet volledig kunnen inzetten voor automatisering.

Het toevoegen van een sensor aan een verouderd asset voor realtime gegevensverzameling zal bijvoorbeeld de downtime verminderen door proactief onderhoud te ondersteunen, maar is beperkt zonder interoperabiliteit.

Het delen van diezelfde sensorgegevens via een open automatiseringsplatform breidt de proactieve onderhoudsmogelijkheden uit door toegang tot gegevens uit alle bronnen in de faciliteit, zowel nieuwe als bestaande. De fabrikant kan die ene digitale draad gebruiken om weloverwogen zakelijke beslissingen te nemen om de uptime, het onderhoud en het energieverbruik te verbeteren zonder de dure investering van nieuwe kritieke bedrijfsmiddelen.

Het ontsluiten van de gegevensstroom door een productiefaciliteit heeft geleid tot de inzet van meer apparaten aan de netwerkrand. Dit levert verwerkingskracht in de buurt van de assets om een ​​gedistribueerde architectuur te creëren die meer veerkracht, beschikbaarheid en onderhoudbaarheid biedt.

Ter vergelijking:traditionele grote, gecentraliseerde besturingsarchitecturen zijn minder goed in staat om met de complexiteit van moderne productieprocessen om te gaan, vooral omdat deze bedrijven willen opschalen en flexibel willen blijven.

Dit heeft geleid tot een groeiende vraag naar fysieke I/O die voorbereid moet zijn op de datagedreven toekomst. Een toekomstbestendig I/O-aanbod ondersteunt universele automatisering door gebruik te maken van open Ethernet-protocollen om connectiviteit te leveren met een verscheidenheid aan apparaten en architecturen voor betere prestaties en beschikbaarheid.

Dit zal niet alleen voordelen bieden op de korte termijn, het vervult ook een belofte van universele automatisering door het creëren van een uniform raamwerk voor alle automatisering, wat betekent dat architecturen die vandaag de dag worden gecreëerd, kunnen evolueren met toekomstige technologieën, waardoor fabrikanten opnieuw in staat worden gesteld om vrijelijk elk element van digitale transformatie te verkennen.

Cyberbeveiliging voor industriële automatiseringsarchitecturen

Elke industriële activiteit die afhankelijk is van dataconnectiviteit zal altijd gepaard gaan met zorgen over cyberveiligheid, en dit is niet alleen voorbehouden aan kritieke infrastructuur. Bedrijven van elke omvang worden steeds vaker het doelwit en naarmate fabrikanten onderdeel worden van complexere toeleveringsketens, wordt het aanvalsoppervlak groter.

Net zoals universele automatisering allesomvattend is, moet cyberbeveiliging dat ook zijn, met een strategie die mensen, technologie en activiteiten integreert. Het feit dat de gegevensstroom is geopend, betekent niet dat er gaten in de gegevensbescherming moeten zijn, zelfs als het gaat om verouderde assets die mogelijk over exploiteerbare controlesystemen beschikken.

Dit heeft geleid tot de behoefte aan oplossingen die zijn gecertificeerd door de IEC62443-cyberbeveiligingsstandaard om potentiële kwetsbaarheden in industriële systemen te beschermen en tegelijkertijd duidelijke richtlijnen te bieden over de verantwoordelijkheden voor elk niveau.

Het realiseren van het potentieel van universele automatisering en digitale transformatie betekent dat cyberbeveiliging verder moet worden bekeken dan processen en procedures en alle activa of producten moet omvatten die aan het netwerk worden toegevoegd.

Door te decentraliseren en geavanceerde functies toe te passen, zullen fabrikanten veilige gegevensuitwisseling zien die de risico's vermindert en de algehele veerkracht verbetert, zelfs als cyberaanvallen complexer worden. Dit is essentieel voor fabrikanten die de voordelen van universele automatisering willen zien met een minimaal risico, waarbij ze altijd rekening houden met de behoeften van de toekomst en tegelijkertijd onmiddellijke voordelen willen benutten.

“Open automatiseringsarchitecturen ontsluiten interoperabiliteit, waardoor fabrikanten naadloos bestaande en nieuwe technologieën kunnen integreren voor meer efficiëntie en innovatie.”

Architectuur met hoge beschikbaarheid

Ongeplande stilstand betekent enorme kosten voor fabrikanten van elke omvang. Uit het Performance in Focus 2024-rapport blijkt dat de gemiddelde uurkosten van downtime £ 5.471,95 bedragen, wat de behoefte aan voorspellend onderhoud en de open automatisering die dit mogelijk maakt, stimuleert.

Om deze uitdaging aan te pakken en architecturen met hoge beschikbaarheid te faciliteren waar downtime niet kan worden getolereerd, kunnen fabrikanten een mix van technologieën gebruiken, zoals hot-standby processors, redundante switches, redundante I/O, redundante voedingen, hot-swapping van modules, Change-Config-On-The-Fly (CCOFT), ingebouwde diagnostiek van Fast Device Replacement (FDR) en ringnetwerktopologie.

Toekomst van industriële automatiseringsarchitecturen

Open en universele automatisering vertegenwoordigt de toekomst van industriële architecturen en ondersteunt fabrikanten bij hun streven om in 2025 meer te bereiken met minder. De toekomstgerichte aanpak stelt faciliteiten van elke omvang en specialismen in staat om voortdurend te innoveren en optimaliseren, waarbij ze veel verder kijken dan de implementatie van afzonderlijke technologieën en het volledige potentieel van digitale transformatie realiseren. Universele automatisering speelt een steeds belangrijkere rol in de Britse productie, omdat het land zijn activiteiten blijft digitaliseren om op wereldschaal te kunnen concurreren.   

Veelgestelde vragen:Industriële automatiseringsarchitecturen

Wat drijft de overstap naar open automatisering?
Fabrikanten hebben behoefte aan flexibele, interoperabele systemen die niet gebonden zijn aan één enkele leverancier

Wat is IEC 61499?
Een standaard die plug-and-produce softwarecomponenten mogelijk maakt, onafhankelijk van specifieke hardware

Hoe helpt open automatisering de digitale transformatie?
Hierdoor kunnen oudere en nieuwe systemen met elkaar worden verbonden, waardoor snellere upgrades en grotere innovatie mogelijk zijn

Wat zijn de voordelen voor fabrikanten?
Minder downtime, snellere softwareontwikkeling, betere schaalbaarheid en verbeterde efficiëntie

Waarom is hardware-agnostische architectuur belangrijk?
Hierdoor kan dezelfde applicatiecode op verschillende apparaten worden uitgevoerd, wat de flexibiliteit verbetert en de kosten verlaagt

Wat is universele automatisering?
Een beweging die open interoperabele automatiseringssystemen promoot, aangedreven door een wereldwijde gemeenschap van gebruikers en leveranciers

Hoe ondersteunt open automatisering voorspellend onderhoud?
Het ontgrendelt realtime gegevens van alle apparaten, waardoor proactieve onderhoudsbeslissingen mogelijk zijn

Hoe kunnen fabrikanten cyberbeveiliging in open systemen garanderen?
Door IEC 62443-gecertificeerde technologieën toe te passen en end-to-end cyberbeveiligingsstrategieën te ontwikkelen voor menselijke processen en middelen

Wat is de rol van edge computing in moderne architecturen?
Het verwerkt gegevens in de buurt van assets, waardoor de snelheidsbestendigheid wordt verbeterd en de afhankelijkheid van gecentraliseerde systemen wordt verminderd

Hoe beïnvloedt open automatisering de kosten van downtime?
Het maakt architecturen met hoge beschikbaarheid en voorspellende strategieën mogelijk om dure ongeplande downtime te minimaliseren