Industrie 4.0 heeft een revolutie ontketend in hoe we produceren en automatiseren. De wereld van geconnecteerde sensoren en real-time data uit de productie laat bedrijven toe om hun efficiëntie, flexibiliteit en veiligheid drastisch te verbeten. Maar het creëren van een slimme, datagedreven fabriek is echter niet zonder zijn uitdagingen. Hoe groter de afhankelijkheid van digitale technologie, hoe groter ook de kwetsbaarheid van netwerken. Datastromen worden complexer, moeilijker te beheersen en dit kan leiden tot vertraging en zelfs stilstanden. Bovendien moet elke Industrie 4.0-oplossing die u kiest, ook bestand zijn tegen de soms zware omstandigheden die gelden op de werkvloer. Maar hoe kan u dan Industrie 4.0-technieken op een duurzame, veilige en vooral succesvolle manier implementeren?

Connectiviteit is de belangrijkste horde op weg naar een efficiënt draaiende slimme fabriek. Alles van het binnenkomen van het order tot monitoring en onderhoud van op afstand vraagt om een digitale verbinding met een hub of een sturingsomgeving. Deze connectiviteit is tegelijk cruciaal om functies zoals systeemcontrole, alarmen, updates en cyberveiligheid te garanderen. De introductie van al deze systemen is echter enorm complex. Operatoren moeten grote hoeveelheden data over firewalls naar de juiste bestemming sturen op een cyberveilige manier. Want zolang de rekenkracht van een computer beperkt blijft, is het belangrijk om datastromen van kritische installaties te identificeren. Wat is er cruciaal? Wat moet er voorrang krijgen zodat commando’s en data die sleutelinformatie bevatten niet te laat arriveren en voor disruptie zorgen?

Bedrijven moeten daarom grondig nadenken over hoe data doorheen de productie stromen en hoe alle geconnecteerde machines en installaties gestructureerd en verbonden moeten worden om een goed werkende topologie te realiseren. Om slim te netwerken en data-stromen betrouwbaar en responsief te houden, moet connectiviteit gecontroleerd worden. Dit kan alleen door hardware (zoals Ethernet schakelaars en poorten die garant staan voor veilige communicatie en eenvoudige netwerkprotocollen) te combineren met uitgebreide software voor netwerkbeheer. Voeg hier dan nog draadloze technologie aan toe om van op afstand toegang te krijgen tot de productiedata op de werkvloer. Voor een precieze controle van datastromen, kunnen operatoren gebruikmaken van managed Ethernet switches om verschillende systemen en technologieën op een veilig en eenvoudig te controleren manier te verbinden. Deze schakelaars dichten de kloof tussen ongelijksoortige systemen en appraten en houden zich actief bezig met het optimaliseren van netwerkwerkverkeer om te verzekeren dat de juiste kritische datastromen prioriteit krijgen. Daarnaast kunnen ze optreden wanneer er onbekend dataverkeer langs de poorten wil passeren.

Maar in een industriële omgeving volstaan die functionaliteiten niet. Apparaten moeten immers ook robuust en veerkrachtig zijn, zodat ze decennialang kunnen meegaan met een beperkt aantal onderhoudsbeurten en soms onder zeer zware omstandigheden. Hier loont het niet om de kantjes ervan af te lopen. Een component die faalt kan een hele productieband tot stilstand brengen of erger nog, het leven van de operatoren die in de buurt aan de slag zijn in gevaar brengen. In een productie waar elke schakel van de ketting geconnecteerd is, bestaat er een hoger risico op elektromagnetische interferentie vanuit diverse systemen en apparaten. Wie in het netwerk constant data doorstuurt, creëert een omgeving van elektromagnetisch achtergrondgeruis. Het is misschien niet zichtbaar voor operatoren, het kan wel de signaalsterkte verzwakken, het verkeer van data vertragen en tot vertragingen en stilstanden leiden. Een tweede aandachtspunt is het omgevingsklimaat. Temperaturen in een industriële setting kunnen variëren van -40 °C tot 75 °C. Beide uitersten van het spectrum eisen hun tol op de fysische paraatheid van toestellen en componenten, tenzij daar voldoende aandacht naar gaat.     

Ondanks deze aanzienlijke uitdagingen, wordt er nog vaak gekozen voor oplossingen van het schap van verschillende producenten en leveranciers. Het zoeken van de beste deals is hier vaak de drijfveer achter, maar het eindresultaat wordt vaak duurder en meer disruptief. Bijvoorbeeld wanneer deze componenten incompatibel zijn en niet goed met elkaar samenwerken of niet gebouwd zijn om aan de hoogste temperaturen of elektromagnetische velden te weerstaan. Uitval is dan geen mogelijkheid maar een zekerheid. Wie over de contracten voor de aankoop van nieuwe componenten gaat, moet zich dan ook bewust zijn van deze problematieken. Wie oplossingen zoekt, moet voor componenten gaan die het beste met zware industriële omstandigheden kunnen omgaan. Ze houden er daarenboven ook beter rekening mee dat hoe meer bewegende onderdelen er zijn, hoe groter de kans op falen.

Want hoe sterk operatoren zich ook inspannen om hun fabrieken van stilstand te vrijwaren, ze kunnen niet alles voorzien. De recente ervaringen met covid-19 zijn daar het beste bewijs van. Producenten moeten dus beschikken over een plan en een infrastructuur die hen in staat stelt om flexibel met uitzonderlijke omstandigheden om te gaan, als ze zich aandienen. Just-in-time productie en industriële processen vragen om continuïteit in service. De kosten van stilstanden lopen gauw op. Daarom moet een netwerktopologie zo opgebouwd zijn dat er maximale redundantie is en minimale interferentie. Een mesh topologie, waar alle apparaten met elkaar verbonden zijn in een complex web, kan hier bijvoorbeeld voor zorgen. Alle apparaten kunnen dan met elkaar communiceren en dynamisch hun transmissiepaden aanpassen als er een verschil in signaalsterkte optreedt. Dit laat toe om geavanceerde technologie toe te passen die het netwerk kan herstellen als een of meer verbindingen afbreken. Het netwerk kan dus blijven werken, los van interferentie of positie.

Maar verschillende productieomgevingen brengen andere uitdagingen met zich mee. In een fysiek of bedraad netwerk, brengen mesh netwerken een verhoogd risico met zich mee op een broadcast storm. Dit gebeurt wanneer er een accumulatie optreedt van signalen en verkeer op een industrieel computernetwerk.      

Een broadcast storm die niet aangepakt wordt zal zodanig veel van het netwerk vergen tot het punt dat er geen normaal verkeer meer door kan. Deze interferentie kan worden vermeden door packet forwarding, een feature aanwezig in managed switches. Ze stellen operatoren in staat om veilig meerdere apparaten in een ring- of een mesh netwerk te gebruiken om data langs verschillende paden te laten stromen wanneer het standaardpad om een of andere reden niet zou werken. Het resultaat is dus een netwerk dat zichzelf kan herstellen en zijn topologie intelligent kan aanpassen om te verzekeren dat de taken uitgevoerd worden, zelfs wanneer ingenieurs aan de slag zijn om de problemen op te lossen.

Hoe meer IoT-apparaten worden toegevoegd, hoe meer inzichten er kunnen worden gegenereerd door Industrie 4.0-systemen. Maar ook het risico op cyberaanvallen neemt op die manier toe omdat er meer mogelijke punten voor indringing bijkomen. Waar cyberveiligheid ingeburgerd is bij IT-netwerken, is er op dat vlak nog veel werk aan de winkel bij OT-systemen op de productievloer. Operatoren hebben dus nood aan oplossingen die cyberbedreigingen kunnen afschermen, zodat ze geen kritische werkzaamheden kunnen bedreigen of gevoelige data kunnen extraheren. Deze systemen moeten ook makkelijk geïntegreerd kunnen worden in de bestaande technologie-architectuur. Digitale infrastructuur in fabrieken is te uitgebreid en te duur om zomaar te vervangen door nieuwere, veiligere systemen. Een adequate cyberverdediging moet uit verschillende lagen bestaan, die zowel de digitale IT-laag als de fysieke OT-laag verbindt. Qua software kunnen mainstream verdedigingssystemen zoals anti-virus oplossingen dienen. Maar er is ook nood aan geautomatiseerde alarmen, intelligentie om bedreigingen te detecteren en analyseren, zodat er veilig kan worden verder gewerkt. 

In het OT-domein zou een geschikte oplossing kunnen bestaan uit het verbinden van een eenrichtingsverkeer gateway of een datadiode. Dit is een hardware drempel die de kwetsbare kanalen van een netwerk blokkeert en die kan uitgeschakeld worden on-site door operatoren indien nodig. Zo een gateway controleert het dataverkeer en de data­stromen en zorgt tegelijk voor de nodige ademruimte om kritische processen te laten draaien. Een gecombineerde aanpak van cyber­veiligheid zorgt voor een fabriek die in staat is om zijn assets heel efficiënt te isoleren van cyberdreigingen. Het is een oplossingen die processen en de integriteit van de productie beschermt en de veiligheid van de medewerkers. Het industriële netwerk kan veilig verbonden worden met IIoT zonder risico op indringers.    

Producenten staan onder druk om de betrouwbaarheid, de prestaties en de controle van en over hun productieprocessen te verbeteren. Tegelijk zien ze het aantal ervaren medewerkers teruglopen en moeten de productie- en onderhoudskosten dalen. De enige manier om aan deze uitdaging tegemoet te komen en ook de te beantwoorden aan de verwachtingen van de medewerkers van de toekomst is het omarmen van digitale technologie. Het digitaliseren van procesinstrumentatie zal bijdragen tot een verbeterde validatie van applicaties, selectie van instrumenten en inbedrijfstellen van apparaten. Met andere woorden het zal flink bijdragen tot de veiligheid en efficiëntie van het industrieel productieapparaat van uw bedrijf.

De concurrentiekracht in de industriële sector nam de voorbije jaren fors toe. Op de koop toe vertrekken er de komende jaren een hele hoop ervaren medewerkers op pensioen. Het opvolgen van processen blijft echter een cruciale taak. Er zal dan ook moeten worden gekeken naar innovatieve methodes die de efficiëntie en betrouwbaarheid kunnen opkrikken en die risico’s en kosten verlagen. Het antwoord? Het beter en breder toepassen van slimme instrumenten en het rekenen op partners. Waar vroeger sensoren en allerhande uit dikke catalogi gekozen werden, gaan productiebedrijven nu op zoek naar meer expertise bij hun leveranciers. Ze evolueren van het aanbieden van producten naar oplossingen. 

Belangrijk element bij moderne instrumentatie is dat men moet prioriteit geven aan integratie. De typische isolatie van workflows in beheersystemen moet eigenlijk plaats ruimen voor een geïntegreerde flow, waarin waardevolle digitale data gemakkelijk kan worden uitgewisseld over alle betrokken stakeholders. Het elimineren van deze barrières zal de algemene performantie een boost geven, operatoren en ingenieurs helpen tijd te besparen en een verbeterde controle geven over instrumentatieprojecten. Vanuit de kern van besturingssystemen moet een centraal monitoringsysteem gecreëerd worden voor gebruikers, waarin sensoren, actuatoren en procesanalyse intelligent geïntegreerd worden. 

De manier waarop procesinstrumentatie geïmplementeerd werd is onder druk van digitalisering aan het veranderen. Er wordt een nieuw niveau van gebruiksgemak bereikt over de volledige levensduur van veldinstrumenten heen, van de productselectie tot de inbedrijfstelling en zelfs geavanceerde diagnosemogelijkheden achteraf. Slimme sensoren zijn sensoren die informatie herkennen en op een intelligente manier met elkaar kunnen netwerken om de juiste conclusies te trekken. Sleutelwoorden zijn veiligheid, beschikbaarheid, flexibiliteit en efficiëntie. Instrumentatie zal mogelijkheden voor diagnose en predictief onderhoud aan boord moeten hebben. Hiermee zal u niet al die kennis in die knappe koppen van uw medewerkers kunnen vervangen. Maar dankzij digitalisering zijn jonge ingenieurs wel veel sneller bijgepraat over wat er moet gebeuren om processen optimaal draaiende te houden.

Ze hoeven er zelfs niet meer aan het scherm gekluisterd bij te zitten. Met de introductie van digitale technologie, doen ook mobiele apparaten steeds meer hun intrede in productiehallen. Laptops, jazeker, maar ook met tablets en smartphones kan er tegenwoordig veel gebeuren om processen op te volgen. Data kan op die manier snel tot bij de juiste stakeholders geraken om het maken van de juiste beslissingen te versnellen en in een mum van tijd een optimale set-up klaar te hebben voor alle instrumenten die nodig zijn in een automatiseringsproject. Point-to-point communicatie is relatief veilig, maar eerder traag. Met de introductie van steeds meer draadloze technologie kunnen stappen gezet worden in een snelle, gedecentraliseerde aanpak en toegankelijkheid voor diensten die waarde kunnen toevoegen aan de bestaande processen. Open communicatiestandaarden zijn een cruciale bouwsteen in die toekomst. Denk bijvoorbeeld aan Namur.

Digitale hulpmiddelen verhinderen ook het maken van fouten. Zijn bepaalde materialen en media niet compatibel? Hoort de juiste transmitter bij de juiste controle? De uitgebreide diagnosemogelijkheden van moderne instrumenten maken hier korte metten mee. Dat zal nodig zijn. Want met de stijgende eisen om de productieprocessen in een fabriek te verbeteren en investeringsprojecten zo snel en efficiënt mogelijk uit te voeren, moet ook de instrumentatie in één keer goed zitten. Er mag geen tijd of geld meer verloren gaan aan fouten, bestellingen, configuraties of installaties. En dat mag misschien wel goed lopen binnen de fabrieksmuren, maar wat met meerdere vestigingen? Hoe kunnen alle processen dan in real-time gemonitord en geëvalueerd worden