Platform over productie- en procesautomatisering

NL | FR

Nieuws

Hoe connectiviteit de basis legt voor de slimme fabriek

Naamloos-1
Alles, van het binnenkomen van het order tot monitoring en onderhoud vanop afstand, vraagt om een digitale verbinding met een hub of een sturingsomgeving.

Tekst | Valérie Couplez

Beeld | iStock

15 september 2022 Leestijd 14 minuten

Deel dit artikel

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 verbeteren. Maar het creëren van een slimme, datagedreven fabriek is echter niet zonder 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?

Bedrijven moeten daarom grondig nadenken over hoe data doorheen de productie stromen en hoe alle geconnecteerde machines en installaties gestructureerd en verbonden moeten worden.

Connectiviteit is de belangrijkste horde op weg naar een efficiënt draaiende slimme fabriek. Alles, van het binnenkomen van het order tot monitoring en onderhoud vanop 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.

Hardware en software voor netwerkbeheer

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 datastromen 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 vanop 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 veilige en eenvoudig te controleren manier te verbinden. Deze schakelaars dichten de kloof tussen ongelijksoortige systemen en apparaten 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. 

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?

Robuuste infrastructuur nodig

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 fysieke paraatheid van toestellen en componenten, tenzij daar voldoende aandacht naar gaat. 

Producenten moeten beschikken over een plan en een infrastructuur die hen in staat steltlen om flexibel met uitzonderlijke omstandigheden om te gaan, als ze zich aandienen.

Oplossingen op lange termijn

Ondanks deze aanzienlijke uitdagingen, wordt er nog vaak gekozen voor oplossingen van het schap van verschillende producenten en leverancier. 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 oplossing zoekt, moet voor componenten gaan die het best 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 is. 

Continuïteit garanderen

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 daarvan het beste bewijs. Producenten moeten dus beschikken over een plan en een infrastructuur die hen in staat stellen 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.

Waar cyberveiligheid ingeburgerd is bij IT-netwerken, is er op dat vlak nog veel werk aan de winkel bij OT-systemen op de productievloer.

Anticiperen op netwerkproblemen

Maar verschillende productieomgevingen zorgen voor andere uitdagingen. In een fysiek of bedraad netwerk brengen mesh netwerken een verhoogd risico op een broadcast storm met zich mee. 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.

Aandacht voor cyberveiligheid

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 bieden. Maar er is ook nood aan geautomatiseerde alarmen, intelligentie om bedreigingen te detecteren en analyseren, zodat er veilig kan worden verder gewerkt. 

Een netwerktopologie moet zo opgebouwd zijn, dat er maximale redundantie is en minimale interferentie. Alle apparaten kunnen dan met elkaar communiceren en dynamisch hun transmissiepaden aanpassen als er een verschil in signaalsterkte optreedt.

Gecombineerde aanpak

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 on-site door operatoren kan uitgeschakeld worden indien nodig. Zo’n 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 haar assets heel efficiënt te isoleren van cyberdreigingen. Het is een oplossing 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.

Nieuwsbrief

Meld u aan om nieuws & updates te ontvangen.

Contact

Alexander Dewaele

Projectmanager

Meer online zichtbaarheid creëren via Industrial Automation? Bel +32 477 22 41 29 of stuur een mail naar onderstaand adres.

0%

    Stuur ons een bericht

    Wij gebruiken cookies. Daarmee analyseren we het gebruik van de website en verbeteren we het gebruiksgemak.

    Details