5G wordt belangrijke schakel in software-defined manufacturing

Op zijn online Transformational Technology Summit vorige week bekeek het analistenbureau ABI Research de digitale transformatie in de industrie vanuit de technologie die het als een van de belangrijkste schakels beschouwt, namelijk 5G. Private mobiele netwerken krijgen een cruciale rol in alle aspecten van software-defined manufacturing.

Software-defined manufacturing is een mooie term die we zelf nog niet eerder tegengekomen waren. In de presentatie 5G & The Future Of Industrial gebruikt Ryan Martin, research director bij ABI Research, de term om aan te geven dat software in moderne productieprocessen een steeds belangrijkere rol speelt.

We hebben het wel vaak over big data en connectiviteit maar het is inderdaad de software die met die data aan de slag gaat, waar het uiteindelijk om te doen is. Het managen van productiecapaciteit, het optimaliseren van parameters, het traceren van kwaliteit – dat zijn allemaal aspecten die door of met behulp van software gebeuren en die een steeds belangrijkere rol beginnen te spelen, onder meer om tot flexibele en adaptieve productiesystemen te komen.

De illustratie bij dit artikel komt uit de presentatie van ABI Research en geeft zes domeinen weer waarin de digitalisering van de industrie zich laat opmerken. Een van de zes is de server room – een element dat een paar jaar geleden niet eens vermeld zou worden als onderdeel van een productieplant.

Bij software-defined manufacturing is die server room het kloppend hart van een fabriek – de plaats waar het allemaal gebeurt. De machines zijn er enkel om de beslissingen van de software ten uitvoer te brengen. Dat is wat cru gesteld uiteraard, maar het geeft wel het concept van software-defined manufacturing weer.

Software-as-a-Service

In zijn presentatie blikt Ryan Martin terug op 2020 dat een merkwaardig jaar was, niet alleen omwille van de pandemie, maar ook omdat de maakindustrie kort daarvoor al in een crisis terechtgekomen was. In China, bijvoorbeeld, dat kort daarvoor nog als de fabriek van de wereld beschouwd werd, lag de productie in januari 2020 maar liefst 40% lager dan een jaar tevoren.

Martin stelt dat er een aantal technologieën zijn die steeds terugkeren wanneer je gaat kijken naar bedrijven die het ondanks de crisis vorig jaar nog goed gedaan hebben. De blijvertjes, noemt hij het, en het zijn technologieën zoals simulatie, digital twins, closed loop quality control en low-code development. Het is in dit soort technologieën dat we de kiemen zien van wat ooit zal uitmonden in software-defined manufacturing.

Een belangrijke enabler hierin is Software-as-a-Service – het concept waarbij dienstverleners kennis en expertise aanbieden die vervat zit in softwarepakketten die constant evolueren. Industriële bedrijven kunnen zich dankzij dit concept abonneren op tools en applicaties die steeds meer aspecten van een productieproces gaan runnen. De belangrijke enabler voor Software-as-a-Service is dan weer de cloud.

Front-line workers

In de figuur met zes domeinen waar de digitalisering zich volgens ABI Research afspeelt, is 5G de technologie die er zich bij uitstek toe leent om alles met elkaar in verbinding te brengen. Wanneer we spreken over digital twins, bijvoorbeeld, denken we meestal in eerste instantie aan ontwerptekeningen en simulaties die de digitale kopie vormen van wat zich in de reële wereld bevindt. Maar het concept van digital twin veronderstelt ook dat die digitale modellen constant gevoed worden met data uit de reële wereld. Die data moet per definitie van zowat overal komen – een ideale klus voor 5G.

Ook bij predictief onderhoud, wat in de presentatie gedefinieerd wordt als het plannen van onderhoud op basis van data-gedreven beslissingen, moet er constant data verzameld worden uit het veld.

En zo zijn er nog een hele reeks toepassingen, zoals asset tracking bijvoorbeeld, die vragen om meer en betere dataconnecties.

Tegelijk zijn er ook wat Martin de front-line workers noemt – mensen in het veld die een belangrijke rol spelen in het realiseren van alles wat in de digitale wereld bedacht en beslist wordt. Zij moeten op een eenvoudige en efficiënte manier toegang krijgen tot de gegevens uit de digitale wereld, bijvoorbeeld via augmented reality. Ook dat vergt al snel om performante draadloze netwerken.

SWOT netwerktechnologieën

Michael Larner, principal analyst bij ABI Research, maakt in de presentatie een SWOT analyse van de verschillende netwerktechnologieën die in aanmerking komen om een en ander in de praktijk te brengen, en dan wordt het belang dat 5G in de industrie zal spelen meteen duidelijk.

De sleutelelementen hierin zijn bandbreedte en vooral latency, wat, als we even kort door de bocht mogen, neerkomt op de vertraging die op de datacommunicatie zit.

De netwerken die met elkaar vergeleken worden, zijn private mobilofonienetwerken (5G maar het zou ook al met 4G kunnen), Wi-Fi, Ethernet (waarmee bekabelde netwerken bedoeld worden), Ultra-wide band (UWB) en Bluetooth.

Bluetooth lijkt in dit verhaal misschien een vreemde eend in de bijt maar het is een netwerkprotocol dat in de industrie zeer veel gebruikt wordt. Het is goedkoop, kent een laag energieverbruik en er kunnen dankzij een mesh topologie best wel complexe netwerken mee gerealiseerd worden. Zodra er enige behoefte aan bandbreedte ontstaat en/of weinig ruimte is voor latency valt Bluetooth echter af.

Een buitenbeentje dat het wel goed doet qua latency is UWB – een technologie die weinig gekend is en daardoor ook slechts in beperkte mate bemind, maar die wel performante prestaties neerzet. Een van de problemen met UWB is dat het om een technologie gaat die door verschillende exploitanten of leveranciers anders ingevuld kan worden. In de fabriek van de toekomst is dat een verhaal dat weinig kans maakt want de doorgedreven standaardisering is net een van de belangrijkste drijfveren voor de opmars van IT-technologie.

Private netwerken

En zo komen we bij de klassiekers: Ethernet, Wi-Fi en straks dus ook 5G. Ethernet over een bekabeld netwerk is uiteraard enorm performant wat bandbreedte en latency betreft. Het nadeel is de bekabeling wat niet alleen een kost is maar wat ook zijn beperkingen heeft inzake flexibiliteit, zeker wanneer mobiele robots en werkstations een rol gaan spelen.

Wi-Fi doet het ook goed wat bandbreedte betreft maar implementaties hebben toch ook vaak met problemen te kampen. Bij mobiele robots en AGV’s ziet men dat handovers tussen access points regelmatig oorzaak zijn van storingen en downtime. En hoewel het in theorie niet zou moeten, worstelen ook heel wat projecten met RF interferenties en dode hoeken in de dekking van access points veroorzaakt door allerlei vaste en bewegende installaties in een fabriek.

En dus blijven de private mobilofonienetwerken over als de meest geschikte oplossing om performante en flexibele netwerken te realiseren. De term privaat slaat dan op het feit dat een bedrijf zijn eigen zendmast(en) kan hebben om een netwerk te creëren dat werkt zoals het publiek 5G netwerk maar er toch volledig van gescheiden is. Het 5G concept zal het ook mogelijk maken om via een telecomprovider een privaat netwerk te huren, dat dan wel gebruikmaakt van de publieke infrastructuur maar op een virtuele manier afgescheiden wordt.

Hyper scalers

In een recente survey polste ABI Research bij industriële bedrijven naar hun interesse in 4G/5G voor de uitbouw van private draadloze netwerken en wat hen zou tegenhouden om de stap te zetten – een stap die dankzij een tussenstap via 4G eigenlijk nu al gezet kan worden.

In de antwoorden wees 57% naar de hoge kost als de belangrijkste hindernis. 50% zegt niet genoeg over de technologie te weten. Die onwetendheid vertaalt zich in verdere bezorgdheden rond security en de moeilijkheid bij het definiëren van business cases, wat eveneens als een hindernis genoemd wordt.

Voor leveranciers is het van het grootste belang om hiermee rekening te houden, meent ABI Research. Zij zullen volop moeten investeren in educatie en informatie om alle bezorgdheden rond 5G weg te nemen en de industrie te overtuigen van de opportuniteiten die zich aandienen.

Voor de leveranciers had Michael Larner nog een bijkomend – volgens ons veelzeggend – advies, namelijk dat ze voldoende aandacht moeten hebben voor wat Amazon en Microsoft allemaal aan het doen zijn in de wereld van software-defined manufacturing. Deze zogenaamde hyper scalers hebben de industrie ontdekt als een belangrijk groeipool en werken met AWS en Azure allerlei oplossingen uit die weliswaar focussen op de cloud maar toch ook steeds verder neerdalen naar de netwerken en applicaties in de fabriek. Het advies voor aanbieders van geconnecteerde oplossingen rond 5G is dat ze deze mastodonten moeten omarmen en oplossingen moeten ontwikkelen die ermee compatibel zijn teneinde niet platgewalst te worden. Een duidelijk bewijs dat software-defined manufacturing niet meer te stoppen is.

© Productivity.be, 26/03/2021, Foto: ABI Research