Het vernieuwen van bedrijfsprocessen met data-gedreven toepassingen zoals kunstmatige intelligentie en machineleren staat in de industriële sector volop in de belangstelling. Een rondgang op de recent gehouden World of Technology & Science (Wots) leert dat het tempo van de digitalisering van operationele technologie is opgevoerd. Fabrikanten realiseren zich dat software de operationele functies gaat aansturen en dat de ontwikkeling daarvan de hoogste prioriteit geniet.
Terwijl hun afnemers nog steeds vraagtekens zetten bij het begrip openheid, maakt een toenemend aantal ot-leveranciers hun besturingssystemen ‘open’ omwille van een versnelling van de softwareontwikkeling. De industriële variant van Linux wint terrein bij gerenommeerde leveranciers van programmable logic controllers (plc’s; een elektronisch apparaat met een microprocessoren).
Automatiseringspyramide
In de klassieke automatiseringspyramide stroomden de data, gegenereerd bij de productiemachines, niet of nauwelijks naar boven ten behoeve van operationele analyses op een hoger gelegen niveau. Het management van een productiebedrijf had daar in het verleden ook niet zoveel interesse voor. Die data waren te omvangrijk en bovendien vluchtig van aard. Snellere en vooral goedkopere hardware deed de opvattingen over het gewenste datamodel binnen een onderneming in de loop der jaren behoorlijk wijzigen. Bewezen is dat ondernemingen met een goed georganiseerd informatie-infrastructuur vaak succesvol opereren. Binnen hun datamodel gaan de op operationeel niveau vergaarde gegevens direct naar de hogere lagen waar de realtime-uitgevoerde analyses duidelijk maken of de productieprocessen nog synchroon lopen met de operationele doelstellingen. Zo niet, dan volgt bijstelling via de hiërarchische lijn van erp naar scada naar mes en vandaaruit naar de plc’s en controllers op de fabrieksvloer. Het determinerende karakter van operationele programmatuur op plc’s en controllers biedt geen ruimte voor analyse: een klep moet openstaan voor een bepaalde tijdsduur en ontvangt dus op de milliseconde nauwkeurig de instructie om te openen en te sluiten. De programmering verloopt via de zogeheten ladderstructuur. Heel anders is de systeemlogica in de it-omgeving, waar ‘if-then-else’-clausules de workflow conditionerend aansturen.
Levenslicht
De traditionele plc’s en controllers bestonden aanvankelijk uit specifieke hardware met een gesloten, merk gebonden besturingssysteem. Doch de schakel-, bewakings- en besturingsfunctie laat zich ook prima uitvoeren met generieke processoren zoals gebruikelijk in pc’s, laptops, tablets en smartphones. De industriële pc zag het levenslicht met plc-functionaliteit ondergebracht in software. Door het beschikbaar komen van het opensource-besturingssysteem Linux op de processoren in de ot-omgeving, krijgt ook de programmering van de operationele apparaten meer een it-karakter met softwareontwikkeling, gebaseerd op moderne programmeertalen. Met de acceptatie van Linux komen er meer bibliotheken met al bewezen applicaties beschikbaar. En langs deze open-systeemroute vinden nu dus ook apps hun weg naar de industriële sector. De vraag is alleen of het gebruik ervan in die omgeving ook productiviteitsvoordelen oplevert. Jules Oudmans denkt van wel. Hij is medeoprichter van de in 2001 gestarte softwaremaker UReason uit Rotterdam. Het bedrijf heeft z’n sporen verdiend met het maken van software voor asset performance management (apm), veelvuldig toegepast in de procesindustrie.
Oudmans en zijn collega’s combineerden specifieke kennis van ai met expertise in het maken van software waarmee de resultaten van industriële processen zijn te voorspellen. Zo ontwikkelde men op basis van ’oorzaak-en-gevolg-modellen’ met BowTie-diagrammen (visualisatie van risicobeheer) een toepassing waarmee procesoperators sneller de oorzaak van problemen aan pompen, turbines, compressoren en andere apparaten kunnen verklaren. De diagnosemethodiek vormt de basis van een softwarereeks, aangeduid als apm-studio. Het pakket is te gebruiken als een platform voor monitoring van uiteenlopende industriële processen, maar kan ook worden geïntegreerd in een al bestaand landschap van softwareapplicaties. Inmiddels is de apm-reeks uitgebreid met apps. Oudmans zegt dat deze de efficiency verbeteren bij werkers in het veld. Deze met apps te besturen apparaten maken het gemakkelijker de papier gebaseerde registratie te vervangen door een digitale werkwijze. Die elimineert routinematige inspecties van controleurs met een schrijfblok.
Vol lof
Oudmans mocht de app-aansturing van een pomp tonen op de stand van Phoenix Contact tijdens de recente editie van de Wots. Met het Plcnext-concept loopt de Duitse elektronicafabrikant voorop met een modulair opgebouwde, hybride plc-oplossing. Phoenix-constructeurs slaagden erin om de plc-karakteristieken te combineren met een processoromgeving onder Linux. Ondanks die openheid bestempelt de Duitse keuring- en certificeringinstantie TÜV Plcnext als zeer veilig. Op de Wots werd de ’secure’ status bevestigd door twee ethische hackers van Ordina. Zij waren vol lof over de beveiliging tegen het inbreken in het systeem voor de aansturing van vitale industriële processen. Oudmans ziet een trend volgens welke meer controller- en plc-producenten hun besturingsomgeving open maken en Linux adopteren. Hoewel de industriële proceswereld vanuit veiligheidsoverwegingen argwanend tegen het ’open’ concept aankijkt, durven de apparatenbouwers het aan om het opensource-pad te bewandelen.
Oudmans spreekt in dit verband ook over de ledenaanwas bij de Open Industry4-alliantie, waar UReason zich als eerste Nederlandse bedrijf aansloot in 2018. ‘De principes van Industrie 4.0 zijn vanuit Duitsland in 2011 tot ons gekomen, maar boden naast het geloofwaardige verhaal geen echte handvaten voor implementatie. In de procesindustrie is integratie van digitale assets niet eenvoudig met een groot aantal verschillende ’vendoren’, ’oem-leveranciers’ en uiteenlopende protocollen voor data uitwisseling. Let wel, de alliantie is geen standaardisatieclub, maar legt zich toe op het verruimen van het gebruik van de bestaande standaarden. Ze trachten de specificaties aan te vullen als de standaarden te kort schieten. Dat kan het geval zijn wanneer je niet afhankelijk wilt zijn van één leverancier, maar toch vanuit het veld veilig op Edge-niveau met een ‘shopfloor’ of ’plant’ wilt communiceren of data op een eenduidige manier wilt uitwisselen met ERP- of CRM-applicaties in bijvoorbeeld de cloud.’
Docker-containers
Kenmerkend voor de architectuur onder het besturingssysteem Linux is het gebruik van Docker-containers voor het uitrollen van beveiligde softwareapplicaties en data binnen een door internet verbonden ecosysteem. Het systeem voor uitwisseling van dergelijke apps bestaat uit microservices, stukjes softwarecode die functioneel één geheel vormen en via api’s communiceren met containers voorzien van andere functionaliteit. ‘Hun gunstige eigenschappen ervaren we voornamelijk in het beheer, onderhoud, uitrol en belasting op de infrastructuur (netwerk en processoren)’, zegt Oudmans. Hij vervolgt: ‘Onze apm-apps benutten de voordelen in de interacties binnen de actoren van een industrieel netwerk; variërend van iot-apparaat naar edge-computer of van plc naar mes-of scada-servers. Zo kunnen we met ’embedded’ apm-software via autonome controle bijvoorbeeld regelkleppen aansturen en in Dockers verpakte softwarecode rechtstreeks draaien op een chip, ingebouwd in een industrieel apparaat.’
Op de Wots waren meer leveranciers aan te treffen van industriële besturingsapparaten, voorzien van Linux. Wago stond er met een uitgebreide reeks edge-controllers. Volgens de fabrikant vragen intelligente processen steeds meer om rekenkracht, omdat real-time data en de verwerking daarvan steeds meer direct in het veld moet geschieden. Overeenkomstig stelt zo’n edge-toepassing ook eisen aan de databases en aan de analyse en optimalisatie algoritmen. De Wago-apparaten verwerken applicaties direct op de machine. Ze ontlasten de controller die zich concentreert op het uitvoeren van de controletaken met een lage ’latency’ en een hoog niveau van determinisme. De Bosch Rexroth-stand tijdens de Wots stond vooral in het teken van CtrlX, het vorig jaar geannonceerde, nieuwe generatie besturingssysteem.
Aandrijftechnologie
De Duitse producent van aandrijftechnologie kreeg van de klanten de bevestiging dat hij met dit open besturingsplatform voor Industrie 4.0 de juiste koers vaart. IndraDrive, het nu nog gangbare besturingsplatform, wordt in de komende periode uitgefaseerd. De transitie kan snel gaan, gelet op het grote aantal apps van met name derde partijen, beschikbaar gesteld via het ecosysteem CtrlX World. Robot ART is één van de eerste gebruikers van het modulaire besturingsplatform. Het robotautomatiseringsbedrijf uit Nieuwkoop zocht naar een methodiek om sneller een palletiseringstoepassing voor een breed scala aan robottypen te kunnen uitleveren. Met de rest-api (representional state transfer application programming interface), ontwikkeld op het CtrlX-platform, laat de standaardtoepassing zich eenvoudig combineren met elk robotsysteem, aangestuurd vanuit de CtrlX-plc. De rest-api maakt het mogelijk om software van verschillende apparaten met elkaar te laten interacteren, ook al zijn ze verschillend van architectuur en draaien ze onder verschillende besturingssystemen.
