Smart Factory in de Cloud – Publication in Automatie (Nederlands magazine voor Proces Automatie)

Oplossing voor slimme procesbewaking en -verbetering

Door Fred Franssen in Innovatie en Technologie Automatie· 17 november 2015 

Een papierloze productieomgeving lijkt soms net zo’n utopie als een papierloos kantoor. Nog steeds treffen we op burelen papieren uitdraaien van documenten of dossiers aan. Merkwaardig genoeg zijn die binnen hetzelfde kantoor meestal ook digitaal voorhanden. Ook in de semi-procesindustrie wordt nog veel informatie met de hand bijgehouden. Is het niet tijd voor smart Factory in de cloud?

Via voorbedrukte formulieren vinden gegevens over productie- en kwaliteitscontroles hun weg naar een kast vol mappen. Slechts een klein deel wordt achteraf overgebracht naar Excel spreadsheets. Deze werkwijze past niet meer in het digitale tijdperk, waarin slimme fabrieken bepalend zijn voor de concurrentiekracht van een onderneming. Software uit de cloud biedt de oplossing.

Met de papieren registratie van productiedata laten productiemanagers veel kansen liggen om beter inzicht in het productieproces te krijgen, zodat afkeur te reduceren of output te verhogen is. Wanneer de meetresultaten direct vanaf de werkvloer in een database terechtkomen, is het mogelijk het productieproces realtime te volgen. Uit de database zijn rapportages en analyses te destilleren die helpen om de oorzaak van procesverstoringen te vinden.

Al vanaf het ontstaan van de industriële productie zijn productiemanagers verwikkeld in een permanente zoektocht naar methoden en middelen om de processen beter, sneller en goedkoper te laten verlopen. Door de inmiddels op grote schaal aanwezige informatietechnologie en voldoende beschikbare bandbreedte van het internet stopt het zoeken en begint een selectieproces van data: wat heb ik nodig, op welk moment en hoeveel mag het kosten? Vooral de wet- en regelgeving en de hevige concurrentiedruk dragen ertoe bij dat managers niet zomaar zorgeloos achterover kunnen leunen omdat de “zaak” op rolletjes loopt. De bedrijfsvoering is ingericht met een volwaardig ERP-systeem. Mechanisering en automatisering zorgen op de fabrieksvloer voor een non-stop efficiënte productie met een minimale personeelsbezetting. Maar toch kan de operationele besluitvorming vertraging oplopen of zelfs verkeerd uitpakken door onvoldoende inzicht in de productiedata.

Cyclus van meten analyseren en verbeteren

Die data, bestaande uit door sensoren gemeten waarden zoals druk, temperatuur, energie- en materiaalstromen, alsmede productkwaliteitsmetingen in het continu verlopende productieproces, komen via busnetwerken met aansluitingen op verschillende productiesystemen (PLC’s, DCS, SCADA) terecht in het Manufacturing Execution System (MES). Dankzij de inspanning van standaardisatiecommissies zijn de functies van MES in samenhang met andere geautomatiseerde systemen in een productiebedrijf zoals ERP en PCS uitvoerig beschreven. Zo biedt de standaard ANSI/ISA 95 een prima leidraad voor het inrichten van alle bestuurlijke processen vanaf de administratieve afdeling tot aan de fabriek. Parallel aan de automatisering van industriële processen hebben bedrijven via optimalisatieprojecten volgens Lean – elimineren van verspilling- of Six
Sigma – reduceren van procesvariatie – in de loop der jaren de nodige verbeteringen in hun productieprocessen doorgevoerd. Optimaliseren is geen eenmalige exercitie. In feite zou een bedrijf permanent stappen moeten nemen aan de hand van de conclusies die uit de analyse van MES-data zijn te trekken. Op die manier ontstaat een operationele cyclus van meten, analyseren en verbeteren om vervolgens weer te gaan meten of de aanpassing het gewenste resultaat oplevert.

Om deze vorm van “Continuous Improvement” mogelijk te maken, hebben fabrieken behoefte aan productie-informatie, samengesteld vanuit verschillende bronnen zoals procesbesturing, productieorders, meetinstrumenten, (extern) lab, sensoren, etc. Een voorbeeld: wanneer een bedrijf regelmatig afwijkingen constateert in de viscositeit van zijn eindproduct, dan zal het management inzage willen hebben in de grondstofmetingen, receptdoseringen, temperatuur en kooktijd die behoren bij de batch met de afwijking. Het samenbrengen van deze informatie in één database levert waardevolle “in-context” informatie, die helpt bij het oplossen van de problemen en het doorvoeren van procesverbeteringen. Deze werkwijze laat zich aanduiden als Smart Business Intelligence (BI) voor de fabriek.

Smart Business Intelligence voor de semi-procesindustrie

BI wordt al jaren toegepast in de administratieve automatisering. Dankzij de inspanningen van HAI uit Zwijndrecht is de logica achter de BI-operaties nu te combineren met alle vormen van productiedata en dus ook die uit het MES-domein. Met hun HAI*QPM software (Quality & Production Monitoring) speelt het softwarebedrijf in op het thema van de Smart Factory: het “slimmer” maken van de industriële productie met behulp van internettechnologie. Internetconnecties, aangebracht op de meetinstrumenten van de diverse productiemachines, laten ze als “smart devices” communiceren met hun software in de cloud. De vele instellingsmogelijkheden van het systeem zorgen ervoor dat de functionaliteit volledig is af te stemmen op de specificaties van ieder productieproces. Zo levert de cloudoplossing business intelligence realtime op de werkvloer naar de pc, tablet dan wel smartphone van de productieleider of plantmanager. Het vergaren en analyseren van fabrieksinformatie krijgt het karakter van een nutsvoorziening op de werkvloer. Met het gemak waarmee energie en water zich laten aanvoeren, wordt fabrieksdata verzameld en gecombineerd met informatie van de kwaliteitsdienst en zelfs handmatig ingevoerde controles. Juist die eenvoud maakt de HAI cloudoplossing bijzonder geschikt om de bewakingsfunctionaliteit te combineren met data uit het fabrieksnetwerk van bijvoorbeeld GE, Siemens of Wonderware.
Clouddiensten zijn inmiddels gemeengoed binnen de bedrijfsvoering van zowel grote als kleine organisaties. Bedrijven nemen al veel meer essentiële functies af via internet, zoals de kantoorautomatisering met de onmisbare e-mailtoepassing. Ook ERP-applicaties en aanverwante systemen (HR, CRM, PDM) zien we in toenemende mate als “managed service” vanuit de cloud worden geleverd. Zonder investering in hardware en kopzorgen over de installatie en het onderhoud kan een fabriek nu ook beginnen met het ontsluiten van de fabrieksdata. Die is “on the fly” tot heldere, operationele informatie gerangschikt en geordend door HAI*QPM in de cloud. Breidt een fabriek de productie uit, dan is het monitoringproces in de cloud simpelweg op te schalen naar het gewenste niveau zonder dat een IT-afdeling zich moet bekommeren om extra processor- of opslagcapaciteit.
De data uit de verschillende meetinstrumenten komt direct in een volledig digitale omgeving. Dus is het niet langer nodig om de metingen in de fabriek handmatig vast te leggen. Dat scheelt veel werk voor operators en kwaliteitscontroleurs in de fabriek, en natuurlijk ook voor degene die de informatie in Excel moest invoeren voor rapportage. De papierloze registratie past uiteraard beter in het gestroomlijnde karakter van de Smart Factory. Eenmaal in de cloud laat de fabrieksdata zich vanuit diverse invalshoeken analyseren en visualiseren via instelbare dashboards. Ook kan de gebruiker zijn voorkeur instellen voor de frequentie waarmee de monitoringrapportages doorkomen. Op deze manier krijgt het operationele management op elk gewenst moment inzicht in de reeks condities die het procesverloop kenmerken. De gebruiker beschikt over de complete set bewakingsfuncties, maar kan bij het instellen van de parameters focussen op: OEE – Overall Equipment Effectiveness; QA – Quality Assurance; QC – Quality Control; SPC – Statistical Process Control, Process Improvement en Downtime Analysis. De software voorziet verder in het monitoren op batchniveau, tracking & tracing, alsmede het bewaken van het proces vanuit de wet- en regelgeving.