Industriële machines worden complexer én eenvoudiger
De complexiteit en precisie van geavanceerde industriële machines stellen ontwikkelaars en producenten voor grote uitdagingen. Machines worden autonomer en krijgen steeds meer verschillende functies. Aan de andere kant worden de bediening en interfaces met andere machines juist eenvoudiger door standaardisering. Ook een modulaire aanpak bij de ontwikkeling zorgt voor vereenvoudiging.
Complexiteit is relatief
Wat maakt een machine complex? In feite hebben alle elektronische apparaten een hoge mate van complexiteit. Er zijn maar weinig mensen die weten hoe een televisie precies werkt. Ook de moderne pc is een zeer geavanceerd apparaat. Toch lukt het twaalfjarige brugklassers al om zelf een custom pc in elkaar te zetten met losse componenten. Aan de andere kant, als Technolution van de grond af opnieuw een pc zouden moeten ontwerpen en bouwen, zouden wij dat niet kostenefficiënt kunnen doen.
Het voorbeeld van de pc laat zien dat complexiteit een relatief begrip is. De verschillende onderdelen, zoals de centrale processor, grafische kaart en het geheugen, zijn extreem ingewikkeld om te ontwerpen en te produceren. Maar ze zijn ook vrijwel helemaal gestandaardiseerd. Een moederbord heeft een standaardsocket voor de processor, gestandaardiseerde sleuven voor het geheugen en usb-aansluitingen voor randapparatuur. Wanneer een nieuw onderdeel of apparaat wordt aangesloten, wordt het automatisch herkend door het systeem. Configuratie gaat in de meeste gevallen automatisch. De hoge standaardisatie maakt dat zelfs die brugklasser een coole game-pc in elkaar kan zetten.
Industriële machines kennen nog niet zo’n sterke standaardisering. Er is wel een duidelijke trend in deze richting. Er wordt hard gewerkt aan de ontwikkeling van breed gedragen standaarden. Grote industriële leveranciers steunen al meerdere open interface-standaarden en zoeken verdere samenwerking. Dit is nodig om de stap naar de toekomst (Industry 4.0) te kunnen maken. Naast helder gedefinieerde interfaces is een goed doordachte modulaire systeemaanpak vereist.
Integratie van meer functies
In moderne machines worden steeds meer verschillende functies geïntegreerd. Industriële printers van fotoboeken zijn een goed voorbeeld. Dit zijn machines voor massaproductie, maar elk fotoboek dat wordt geprint is uniek. Een klant kiest thuis op de pc de foto’s voor het boek, maakt een pagina-indeling, voegt teksten toe, selecteert een papiersoort en kiest een kaft die eromheen moet. Al die verschillende fotoboeken komen uit één en dezelfde industriële printer. Moderne printers drukken niet alleen de boeken af, maar controleren ook de kwaliteit, bewaken hun eigen onderhoud en voorspellen het uitvallen van onderdelen, zodat deze vervangen kunnen worden vóórdat ze uitvallen. Voor deze extra taken heeft de machine steeds meer ingebouwde intelligentie nodig.
Het voorbeeld van de industriële printer is een goede indicatie voor ontwikkelingen in de nabije toekomst. Complexe machines zoals deze zullen steeds meer een onderdeel van geïntegreerde ketens worden dankzij afgebakende functionele modules en gestandaardiseerde interfaces. On demand massaproductie van maatwerkproducten wordt de norm. Uitval wordt voorkomen door preventief onderhoud en vervanging van modules. Netwerken van sensoren en actuatoren geven een compleet inzicht in alle processen, van productie tot kwaliteitscontrole en onderhoud. Automatische configuratie en kalibratie, hoogwaardige data-analyse en kunstmatige intelligentie tillen industriële apparatuur naar een hoger niveau, waarbij de rol van de mens verandert van machine-operator naar procesmanager. Het ontwikkelen van zulke complexe apparatuur vraagt om een doordachte aanpak.
Begrip en modulariteit maken complexiteit beheersbaar
De toenemende complexiteit, integratie van steeds meer functionaliteiten en groeiende autonomie zorgen ervoor dat het ontwikkelen van nieuwe machines een grote uitdaging is. Voor de meeste producenten is het niet meer haalbaar om alle componenten zelf te ontwerpen. Daarom zijn er bij de ontwikkeling van complexe apparatuur bijna altijd meerdere partijen betrokken. Met onze expertise op het gebied van systeemintegratie zijn wij vaak één van deze partijen. Twee aspecten spelen een grote rol bij de ontwikkeling van complexe apparatuur en componenten daarvan: begrip en afbakening.
De eerste uitdaging is om een goed begrip te krijgen van de wensen van de opdrachtgever. Dit is de scoping-fase. Wat is het doel van de machine? Wat is de context waarbinnen de machine moet functioneren? Hoe zien de interfaces met gebruikers en met andere machines eruit? Het invullen van de elektronica en software kan pas beginnen als op deze en andere vragen een helder antwoord is geformuleerd.
Wanneer er een goed beeld is van alle specificaties, is het cruciaal om de verschillende modules binnen de machine goed te definiëren. Deze afbakening heeft meerdere doelen. Doordat de functionaliteiten van de machine worden verdeeld over verschillende modules, ontstaat er een helder beeld van de opbouw van de machine, de samenhang tussen de verschillende modules en de vereiste mate van integratie. Daarnaast is het voor alle betrokken partijen essentieel om te weten wie verantwoordelijk is voor welke module. De verschillende modules beïnvloeden elkaar. Een technologische keuze binnen de ene module kan grote gevolgen hebben voor het werk aan een andere module. Een heldere afbakening tussen de modules en een goede communicatie tussen de partijen voorkomen problemen tijdens de ontwikkeling. Ook binnen de afzonderlijke modules is een duidelijke afbakening nodig tussen software, programmeerbare logica, elektronica en mechanica.
Standaardisering van modules en interfaces
Om standaardisering van machine-componenten in de toekomst mogelijk te maken, zullen we moeten streven naar helder omschreven, self-contained modules, die alles aan boord hebben wat nodig is om te kunnen functioneren. De interfaces tussen modules in een machine moeten zo eenvoudig mogelijk zijn en bij voorkeur worden gerealiseerd met bestaande verbindingsprotocollen, zoals Ethernet. Dit leidt tot herbruikbaarheid en relatief eenvoudige drop-in van nieuwe en vervangende modules. Uiteindelijk zal deze aanpak leiden tot complexe machines die voor een groot deel bestaan uit gestandaardiseerde functionele, intelligente modules. Net als de plug & play componenten van een custom pc, worden deze via relatief eenvoudige standaardinterfaces aangesloten.
Met het standaardiseren van functionele modules en de interfaces tussen modules, machines en gebruikers wordt het ontwikkelproces wel een stuk beter hanteerbaar. Uiteraard vereist het ontwerpen van al deze elementen nog steeds veel technologische expertise bij de ontwikkelaars en hun partners. Een uitdaging waar wij graag onze tanden in zetten.