Normenantenne Industrie 4.0 - veel gestelde vragen

1. Welke definitie geven de ISO en de IEC aan het begrip ‘Industrie 4.0’?

‘Industrie 4.0’ is een visie die de industriële toekomst beschrijft in een tijdperk waarin producten, machines, productievestigingen, enz. data uitwisselen, interageren en elkaar herkennen. Aanvankelijk ging het om een goed gekozen marketingterm, maar al snel drong de nood aan een meer nauwkeurige definitie zich op, zodat de normalisatie-instanties onderling konden afstemmen en elkaar ondersteunen. Na heel wat overleg zijn de ISO en de IEC het eens geraakt over de te hanteren term en de definitie ervan. Ze kozen voor de term ‘Smart Manufacturing’. De onderstaande definitie werd goedgekeurd na een meeting van de ISO-groep Smart Manufacturing Coordinating Committee (ISO TMB/SMCC) in Stockholm op 20-02-2018.

smart manufacturing

manufacturing that improves its performance aspects with integrated and intelligent use of processes and resources in cyber, physical and human spheres to create and deliver products and services, which also collaborates with other domains within enterprises’ value chains.

Note 1 to entry: Performance aspects include agility, efficiency, safety, security, sustainability or any other performance indicators identified by the enterprise

Note 2 to entry : In addition to manufacturing, other enterprises domains can include engineering, logistics, marketing, procurement, sales or any other domains identified by the enterprise

Alle andere definities die in de normen voorkomen, worden als een interpretatie van de eerste definitie beschouwd.

Industrie 4.0 of Smart Manufacturing is dus een algemene term die tal van technologieën en domeinen bestrijkt. Hij verwijst naar een globale industriële methode die in grote mate op de meest recente technologieën voor connected productiemiddelen berust om de maakomgeving om te vormen met het oog op meer flexibiliteit en wendbaarheid, tijdswinst, een betere kwaliteit en kostenbesparingen. Producten, productieprocessen en fabrieken vormen dan samen een gigantisch 'cyberfysiek productiesysteem’ (CPPS) dat zichzelf grotendeels reguleert door interacties tussen machine en object. Van zodra de systemen met elkaar in verbinding staan, communiceren ze onderling en kunnen ze zichzelf reguleren zonder centrale sturing. De fabriek kan, afhankelijk van de behoeften, worden geconfigureerd met modules die dankzij plug-and-work-functies worden toegevoegd of verwijderd.

Smart Manufacturing is een van de toepassingen van het IoT, of meer bepaald van het IIoT (Industrial Internet of Things).

2. Bestaat er een uniform referentiearchitectuurmodel voor het concept van 'slimme productie'?

Een uniform referentiemodel strekt tot doel een referentiebasis te bieden om inzicht te verwerven in de relevante relaties tussen de entiteiten en de praktijken van de slimme productie, en een aanpak vast te leggen voor de ontwikkeling van normen en andere specificaties die eigen zijn aan een industriesector of een land.

Wat verwarrend is voor de industrie, is dat er vandaag meerdere concurrerende referentiearchitecturen bestaan, waaronder RAMI4.0 (Reference Architecture Model Industry4.0) van het Duitse initiatief Industrie 4.0, IIRA (Industrial Internet Reference Architecture) van het IIC (Industrial Internet Consortium) dat door de Verenigde Staten wordt gecoördineerd, en vele andere.

Om de bestaande referentiemodellen te harmoniseren en toezicht te houden op de ontwikkeling van de onderliggende architecturen, werd een gezamenlijke werkgroep opgericht tussen de technische commissie ISO/TC 184 ‘Automation systems and integration’ en de technische commissie IEC/TC 65 ‘Industrial process measurement, control and automation’, met name JWG 21 ‘Smart Manufacturing Reference model(s)’. Ruim 70 experts uit 13 landen nemen deel aan deze werkgroep. JWG moet een eenvormig gestandaardiseerd referentiemodel opstellen tot ondersteuning van de activiteiten van de ISO/TC184 en de IEC/TC65 op het vlak van slimme productie. Een eerste stap is de uitwerking van een concept voor een metamodel dat alle hoofdkenmerken van elk voorgesteld referentiemodel kan omvatten en deze uniform kan weergeven in abstracte taal. Dit project krijgt in april 2021 concreet gestalte met de publicatie van het technisch rapport IEC TR 63319 ED1: A meta-modelling analysis approach to smart manufacturing reference models (SMRM).

Sirris

 

Dit metamodel biedt de ‘taal’ voor de aanvang van de tweede stap, namelijk het specificeren van een eenvormig referentiemodel (Unified Reference Model for Smart Manufacturing (URMSM). Dit normontwerp PNW65-815 ‘Unified reference model for smart manufacturing’ werd in juni 2020 aangevat en zal over drie jaar zijn voltooid.

3. Wat zijn de belangrijkste uitdagingen en belangen van slimme productie?

Een eerste uitdaging bestaat erin de fysieke en de digitale omgevingen gedurende de hele levenscyclus van de ‘asset’ met elkaar te verbinden. De belangen hier zijn dus de interoperabiliteit, of het vermogen om een geheel van elementen (producten, machines, processen, fabrieken, virtuele modellen,…) die los van elkaar evolueren, te integreren; het beheer van de complexiteit en het volume van de gegevens, en de cyberveiligheid in omgevingen met sterke IT- (information technology) of OT- (operational technology) convergentie. Bovendien heeft slimme productie slechts een kans van slagen als de fabrikanten van machines en apparatuur slimme ‘assets’ ontwerpen die:

• In staat zijn om op een betrouwbare, efficiënte en veilige manier, volgens standaarden die op consensus en niet op propriëtaire normen berusten, samen te werken met ‘assets’ van andere fabrikanten. Voor de gebruikers en de fabrikanten biedt dit het vertrouwen en de zekerheid die nodig zijn om te investeren. Deze interoperabele oplossingen op basis van open systemen en interfaces zullen de openheid van de markten vrijwaren, de innovatie stimuleren en de overdraagbaarheid van de diensten in de eengemaakte digitale markt mogelijk maken.

• Van bij hun ontwerp rekening houden met de notie van veiligheid, ‘secured by design’.

Een tweede uitdaging bestaat erin rekening te houden met de menselijke factor in de productiesystemen, en wel volgens meerdere pijlers: fysieke en cognitieve steun, ergonomie, aanpassing van de competenties en inzichten, organisatie in de ruimte en in de tijd. De technologieën die momenteel in de kijker staan, zijn de collaboratieve robotapplicaties, augmented reality, en dergelijke meer. De belangen hier zijn de problemen van gezondheid en veiligheid op de werkplek (ongevallen, vermoeidheid, stress, TMS,…) waarmee grondig rekening moet worden gehouden in de verschillende ontwerp- en toepassingsfasen van de werkuitrustingen.

4. Hoe kunnen de ISO- en IEC-normen deze uitdagingen mee helpen aanpakken?

De ISO- en IEC-commissies zijn al lange tijd actief in automatisering en productie. De normen hebben niet alleen betrekking op technologieën of bepaalde specifieke aspecten, maar op het systeem in zijn geheel, op de integratie van de subsystemen en componenten.

Een bijzonder nuttig document om de belangen van de standaardisatie van Industrie 4.0 beter te begrijpen, is de Duitse roadmap van de normalisatie voor Industrie 4.0 (German Standardization Roadmap Industrie 4.0). Deze roadmap is een essentieel communicatiemiddel voor Industrie 4.0 omdat hij een nationale en internationale informatie-uitwisseling mogelijk maakt tussen de normalisatie-instanties, de industrie, de verenigingen, de research en de politiek. Hij toont personen en organisaties die actief zijn in diverse technologische sectoren de weg vooruit, stelt de resultaten van de lopende werkzaamheden en besprekingen voor en geeft een overzicht van de normen en specificaties die relevant zijn voor Industrie 4.0. Sinds de vorige versie (v3) hebben DIN en DKE belangrijke actieaanbevelingen op nationaal niveau geformuleerd, in de vorm van normalisatieprojecten, die vervolgens op internationaal niveau zijn geïmplementeerd. De vierde versie van de normalisatieroadmap spitst zich toe op de interoperabiliteit en hoe deze concreet tot stand kan komen. De roadmap behandelt ook voor het eerst het gebruik van artificiële intelligentie (AI) in industriële toepassingen.

Daarnaast werkt de Europese Commissie, samen met het Europese multilaterale platform voor normalisatie van de ICT’s, ook elk jaar het Rolling Plan for ICT standardisation bij. Dit document lijst alle onderwerpen op die als politieke prioriteiten van de EU zijn aangemerkt en waarvoor de normalisatie, de normen of de technische specificaties van de ICT’s een sleutelrol zouden moeten spelen bij de implementatie ervan. Het bestrijkt de technologieën ‘van horizontaal belang’, die waarvan de toepassing een grote impact heeft in de verschillende technische domeinen, in de context van de ICT-infrastructuren en de normalisatie van de ICT’s. De Normenantenne Industrie 4.0 volgt verscheidene technische comités die aan prioritaire actielijnen van het Rolling Plan werken, zoals Advanced Manufacturing, Robotics and Autonomous systems, Cybersecurity and Data Protection.

5. Wat is het normatieve ecosysteem voor slimme productie?

Het normatieve ecosysteem voor slimme productie is bijzonder complex.

Naast de commissies ISO/TC 299 Robotics (voorheen TC 184/SC2) en ISO/TC199 Safety of machinery, die zich beide bezighouden met de technische beveiliging van de collaboratieve-robotsystemen, zijn er nog andere commissies en vele consortiums bij Industrie 4.0 betrokken:

Sirris

Omdat verschillende normalisatiegroepen actief zijn in aanverwante domeinen van de normalisatie, hebben zowel de IEC als de ISO coördinatiegroepen opgericht. Op aanraden van de strategische groep ISO SAG SM/I4.0 richtte de ISO het Smart Manufacturing Coordination Committee (ISO/SMCC) op en de IEC de Smart Manufacturing System Evaluation-IEC SEG 7, thans Smart Manufacturing System Committee -IEC/SyC SM.

 

Binnen de consortiums worden standaarden en goede praktijken ontwikkeld. Zo erkende de Duitse machinebouwvereniging VDMA al heel vroeg dat de vaststelling van een wereldtaal cruciaal is voor de toekomst van de machinebouw en de bouw van fabrieken. Na de goedkeuring van OPC UA als standaard voor gegevensuitwisseling, achtte VDMA het nodig er andere specificaties aan toe te voegen, in het verlengde van de eerste, om een universele interface tot stand te brengen die de machinewerktuigen van verschillende merken onderling met elkaar kon laten communiceren, maar ook met andere softwareoplossingen, zoals ERP-systemen (geïntegreerd beheer) en MES-systemen (Manufacturing Execution Systems), de cloud, automatiseringssystemen, enz. Met dit doel voor ogen hebben VDW (Duitse vereniging van machinefabrikanten) en VDMA (Duitse machinebouwvereniging) in 2020 aangekondigd dat hun teams samen aan het vastleggen van interoperabiliteitsnormen voor de mechanische sector zouden werken. Deze interoperabiliteitsnormen worden verspreid onder het label UMATI. Ze hebben betrekking op elektrische aandrijvingen, machines voor kunststof en rubber, machine vision, robotica en machinewerktuigen.

Een ander voorbeeld is het initiatief van Atlas Copco dat onlangs zijn eerste reeks van OPC UA-compatibele compressoren heeft uitgebracht. Door gebruik te maken van de krachtige modelleertaal die OPC UA mogelijk maakt, heeft Atlas Copco een digitale representatie van zijn producten vastgelegd. Door zijn deelname als leider van een consortium van industriële en universitaire partners in naam van de OPC Foundation, zet Atlas Copco zich ook in om de hele sector van de perslucht op weg te helpen naar digitale normalisatie. Doel van dit initiatief is een sectorbrede standaard representatie van een persluchtsysteem tot stand te brengen. Wanneer de aanvullende specificatie eenmaal zal zijn gepubliceerd, volstaat een eenvoudige software-update om de Atlas Copco-machines volledig in overeenstemming met de nieuwe norm te brengen.

6. Bestaat er een catalogus van normen voor slimme productie?

Er wordt momenteel werk gemaakt van een catalogus van normen voor slimme productie. Het gaat om een gezamenlijk initiatief van de IEC en de ISO, via een gezamenlijke werkgroep, SM2TF ‘Smart manufacturing standards map Task Force’. Doel van de werkgroep is de samenstelling en ordening van een catalogus van normen van de commissies die betrokken zijn bij slimme productie, om zo het onderzoek met gestandaardiseerde criteria te bevorderen, naar het voorbeeld van wat reeds bestaat voor Smart Grid. De specificatie van de catalogus en de weergavetool ervan worden in twee technische rapporten behandeld. Het eerste, ISO/IEC TR 63306-1 SM2 Framework werd eind 2020 gepubliceerd. De finale versie van het tweede deel, ISO/IEC TR 63306-2 SM2 Catalogue, komt in de loop van het eerste semester 2021 uit.

Een eerste versie van de SM2-catalogus in Excel-formaat kan alvast hier worden geraadpleegd. De normen die van belang zijn voor slimme productie worden hierin volgens verschillende pijlers opgelijst.

Sirris

Op basis van de SM2-catalogus zullen verschillende grafische 2D- of 3D-representaties worden gegenereerd, naargelang van het oogpunt dat de betrokken partijen hebben gekozen.

7. Welke normen worden prioritair door de Normenantenne Industrie 4.0 gevolgd?

De Normenantenne Industrie 4.0 spitst zich vooral toe op de normen die de volgende aspecten bestrijken:

• Eengemaakt referentiemodel voor slimme productie (smart manufacturing).

• Gestandaardiseerde digitale representaties van onderling verbonden fysieke entiteiten in een informatieraamwerk dat een geïntegreerd beeld geeft van de levenscycli (digital twin en digital thread).

• Industrieel internet der dingen (IIoT), met een infrastructuur die het mogelijk maakt gedistribueerde entiteiten onderling te verbinden, binnen en buiten de organisatie.

• Informatienormen, zowel de klassieke standaard informatiemodellen als de opkomende communicatieprotocols op basis van dienstgerichte architecturen. De informatienormen omschrijven het type van informatie dat kan worden geregistreerd en de manier waarop dat gebeurt. Door gebruik te maken van de informatienormen, worden de gegevens die kunnen worden opgevraagd, gedeeld, uitgewisseld en overgedragen, opgeslagen in informatiesystemen met dezelfde kwaliteitseisen. Dit garandeert dat de systemen de gegevens op een identieke manier uitwisselen. Is de uitwisseling niet genormaliseerd, dan ontstaat er een kluwen van informatie in verschillende 'talen'.

• Communicatienetwerken met een robuuste en beveiligde communicatie-infrastructuur, om zowel de veiligheid van de machines als de industriële beveiliging te vrijwaren.

• Mens-machine-interactie: bij het ontwerp en de implementatie van roboticasystemen in interactie met de mens, moet rekening worden gehouden met de veiligheid en het welzijn van de menselijke arbeiders die met de geavanceerde roboticasystemen en de slimme machines interageren.

en die kunnen worden ingezet in slimme productietoepassingen, zoals:

• Digitale en transparante fabriek: digitale technologie voor het modelleren, communiceren en gebruiken van het productieproces. Ondersteunt het ontwerp, de configuratie, het toezicht en de sturing van een productiesysteem.

• Geavanceerde robotica en slimme machines: systemen die autonoom werken, communiceren, zich aanpassen en eventueel zelf leren, die in staat zijn problemen op te lossen en beslissingen te nemen zonder ingrijpen van de mens wanneer dit is toegestaan.

Deze normen voor slimme productie kunnen van verschillende aard zijn: basisnormen, terminologienormen, testnormen, productnormen, procesnormen, interfacenormen, normen voor de aan te reiken gegevens.

Wilt u weten wat de goede praktijken zijn, wat de meest recente voorstellen voor Europese en internationale normen zijn, welke normen momenteel worden herzien en welke normen in deze domeinen momenteel in het kader een openbaar onderzoek worden bestudeerd of net zijn gepubliceerd? Raadpleeg dan zeker de onderstaande artikels hieromtrent:

Digitale en transparante fabriek:

[September 2020] Herziene norm vergemakkelijkt uitwisseling van informatie over het productiesysteem

[Oktober 2020] Umati wordt de universele taak van de slimme fabriek

Geavanceerde robotica en slimme machines:

[Juli 2020] Belang van veiligheid van mobiele robots

[Februari 2021] De normen ‘Robots’ en ‘Robotsystemen’ blijven evolueren

Binnenkort komen nieuwe thema’s aan bod. Wat zijn úw uitdagingen en prioriteiten? Laat het ons zeker weten (véronique.dossogne@sirris.be) zodat we ermee rekening kunnen houden.