Man die prestaties in een slimme fabriek bewaakt

Wat is een slimme fabriek?

Zoals de naam al aangeeft, is een slimme fabriek slim. Een slimme fabriek is een onderling verbonden netwerk van machines, communicatiemechanismen en computerkracht. Het is een cyberfysiek systeem dat gebruikmaakt van geavanceerde technologieën zoals kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning om data te analyseren, automatische processen aan te sturen en gaandeweg te leren.

Slimme fabrieken en slimme productie maken deel uit van de technologische transformatie die bekendstaat als Industrie 4.0 of de Vierde industriële revolutie. De eerste drie industriële revoluties zijn elk voortgekomen uit een innovatieve nieuwe technologie die de manier waarop we werkten en goederen produceerden volledig veranderde: de stoommachine, de assemblagelijn en de kracht van de computer. De vierde revolutie, waar we nu in zitten, wordt gedreven door digitale transformatie en intelligente fabrieksautomatisering.

Slimme fabrieken voor een veranderende wereld

De afgelopen paar jaar werd het voor ondernemers steeds duidelijker dat digitale transformatie een dringende prioriteit is als we willen dat de supply chains en productieactiviteiten in de jaren 2020 concurrerend en veerkrachtig zijn. De pandemie bracht zwakke plekken in de mondiale supply chain en kwetsbaarheden van de sector nog duidelijker aan het licht. In een artikel in Forbes magazine werd dit weer genoemd: "COVID-19 heeft de wereld laten zien wat de maakindustrie al zou moeten weten: traditionele supply chains en productie-ecosystemen zijn niet meer houdbaar en we moeten overstappen op een meer aanpasbare, flexibele oplossing die volledig digitaal is."

Ook de verwachtingen van de consument dragen bij tot de ontwikkeling van technologieën voor slimme fabrieken en de fabriek van de toekomst. De vraag van de consument naar levering de volgende dag wordt snel algemener: het Amazon-effect. Het tijdschrift Entrepreneur schrijft in 2019: "Of we het nu leuk vinden of niet, de Amerikaanse economie en de wereldeconomie hebben te maken met het Amazon-effect. […] Online winkeliers staan onder steeds grotere druk om de snelheid en efficiëntie van Amazon te evenaren, en er zijn geen aanwijzingen dat de verwachtingen van de consument getemperd worden." Deze trend was een belangrijke factor bij de toenemende vraag naar technologieën voor slimme fabrieken. Doordat verouderde systemen niet opgewassen bleken te zijn tegen de omvang van de logistiek en de opslagcapaciteit die nodig is om dit fenomeen bij te houden.

Producenten en supplychainmanagers krijgen te maken met meer risico's en operationele verstoringen wanneer ze proberen hun afhankelijkheid van internationale partners terug te dringen. Oplossingen voor slimme fabrieken zoals on-demand productie en virtuele voorraden kunnen de afhankelijkheid van buitenlandse leveranciers en fabrikanten zeker minimaliseren. Maar zoals in een artikel in de Harvard Business Review uit 2020 staat, is productie terugbrengen naar de VS makkelijker gezegd dan gedaan. "Fabrikanten hebben zich tot specialisten en onderaannemers gewend die zich maar op één gebied concentreren: en ook die specialisten zijn weer afhankelijk van vele anderen. Zoals de wereld inmiddels voor natuurlijke hulpbronnen als ijzererts of lithiummetaal afhankelijk is geworden van verschillende gebieden, zo groeide ook de afhankelijkheid van de regio's waar deze specialisten wonen." Een verhoging van de binnenlandse productie kan zeker de risico's voor kosten en de supply chain verminderen. Maar dat wil niet zeggen dat er geen buitenlandse partners meer nodig zijn of dat het totale aantal schakels in de keten afneemt. Het is dan ook belangrijker dan ooit dat er technologieën voor de digitale fabriek voorhanden zijn die de efficiëntie en zichtbaarheid kunnen optimaliseren.

Hoe werkt een slimme fabriek?

We hebben het vaak over automatische processen alsof die uniek zijn voor een slimme fabriek, maar feitelijk worden automatisering en robotica al decennialang gebruikt in productieprocessen. Veel traditionele fabrieken maken in verschillende delen van hun bedrijf al gebruik van geautomatiseerde machines zoals barcodescanners, camera's en gedigitaliseerde productieapparatuur. Alleen zijn deze apparaten niet onderling verbonden. De systemen waarmee in een traditionele fabriek mensen, bedrijfsmiddelen en data worden beheerd, werken allemaal los van elkaar en moeten voortdurend handmatig worden gecoördineerd en geïntegreerd.

In een slimme digitale fabriek worden machines, mensen en big data geïntegreerd in één enkel digitaal verbonden ecosysteem. Een slimme fabriek zal niet alleen data cureren en analyseren, maar leert ook van ervaringen. De slimme fabriek interpreteert en verkrijgt inzichten uit datasets om trends en events te voorspellen en om slimme productieworkflows en geautomatiseerde processen aan te bevelen en te implementeren. De processen in een slimme fabriek worden continu verbeterd voor zelfcorrectie en zelfoptimalisatie: zo kan de slimme fabriek zichzelf (en de mensen) leren weerbaarder, productiever en veiliger te zijn.

De structuur van een slimme fabriek

De basisstructuur van een slimme fabriek kan grofweg in drie stappen worden samengevat:

De drie belangrijkste procedures die samen een slimme fabriek vormen

Verwerving van data: dankzij kunstmatige intelligentie en moderne databasetechnologieën kunnen ongelijksoortige sets van nuttige data in het bedrijf, de supply chain en de rest van de wereld worden verworven. In het Industrial Internet of Things (IIoT) kunnen aangesloten machines via sensoren en gateways data in het systeem verzamelen. Systemen met AI kunnen langs talloze andere dataportalen datasets samenstellen over prestaties, markttrends, logistiek of een andere potentieel relevante bron.
Data-analyse: machine learning en intelligente bedrijfssystemen maken gebruik van geavanceerde analytics en moderne oplossingen voor datamanagement. Dit om een zinvol geheel te maken van alle verschillende data die worden verzameld. IIoT-sensoren kunnen waarschuwen wanneer machines moeten worden gerepareerd of aan een onderhoudsbeurt toe zijn. Operationele en marktgegevens kunnen worden samengevoegd om kansen en risico's bloot te leggen. Workflowefficiënties kunnen gedurende langere tijd worden bestudeerd om prestaties te optimaliseren en waar nodig automatisch te corrigeren. In feite bieden de datasets die kunnen worden vergeleken en geanalyseerd een vrijwel eindeloze mogelijkheid van combinaties om informatie aan te leveren voor optimalisatie van de digitale fabriek en prognoses voor de supply chain.
Slimme fabrieksautomatisering: zodra de data zijn verworven en geanalyseerd, worden workflows vastgesteld en instructies verzonden naar de machines en apparaten binnen het systeem. Deze machines kunnen zich binnen de vier muren van de fabriek bevinden of ver weg in de logistieke of productieschakels in de supply chain. Slimme workflows en processen worden voortdurend bewaakt en geoptimaliseerd. Als in het nieuws wordt gewaarschuwd voor een piek in de vraag naar een bepaald product, kunnen 3D-printerworkflows worden geïnstrueerd om de productieprioriteit voor dat item op te schalen. Als een transport van grondstoffen vertraging oploopt, kunnen voorraadbuffers worden vrijgegeven om eventuele verstoringen te voorkomen.

Voordelen van een slimme fabriek

Veel bedrijven moesten het doen met supplychainactiviteiten en -systemen die in wezen in decennia niet zijn veranderd. Maar nu de verwachtingen van de consument en de economische onzekerheid ongekend hoog zijn, hebben supplychainmanagers behoefte aan oplossingen die meetbare en aanzienlijke voordelen kunnen opleveren - en snel ook. Volgens Forbes magazine had in 2017 slechts 43% van de producenten initiatieven voor de slimme fabriek ontplooid. In 2019 was dat 68%. Bedrijven die investeren in digitale transformatie en slimme fabrieksoplossingen kunnen aanzienlijke zakelijke voordelen behalen, zoals:

Productiviteit en efficiëntie: in de hele geschiedenis van de maakindustrie ging het vooral om reageren: kijken naar een gebeurtenis of een trend die al gaande is en vervolgens proberen het bedrijf achteraf in een andere richting te sturen. Technologieën voor slimme fabrieken zijn ontworpen om de behoefte aan reactieve praktijken te verminderen en het supply chain management veerkrachtiger en responsiever te maken. Dankzij predictive analytics en bigdata-analyses kunnen er geoptimaliseerde processen worden geïdentificeerd en geïmplementeerd. De efficiëntievoordelen die slimme fabrieken bieden, zijn onder meer just-in-time voorraadbeheer, nauwkeurige vraagprognoses en snellere productintroducties. Wanneer hier digitale inzichten aan worden toegevoegd, kunnen de arbeidskrachten in slimme fabrieken ook hun werkzaamheden stroomlijnen, wat de algehele productiviteit van de activiteiten ten goede komt. In hun onderzoek naar de slimme fabriek uit 2019 vertelt Deloitte dat "bedrijven na hun investeringen in slimmefabrieksinitiatieven tot 12% verbetering meldden op gebieden als productie, fabrieksgebruik en arbeidsproductiviteit. Bovendien zullen producenten met slimme fabrieken in 2030 waarschijnlijk een 30% hogere netto arbeidsproductiviteit hebben dan de traditionele fabrieken".
Duurzaamheid en veiligheid: consumenten zijn steeds meer bereid om iets meer te betalen voor producten waarvan zij weten dat ze op maatschappelijk en milieuverantwoorde wijze worden ingekocht en geproduceerd. Moderne technologieën voor slimme fabrieken maken het voor bedrijven gemakkelijker dan ooit om kansen voor meer groene, veilige en maatschappelijk verantwoorde productiepraktijken te identificeren en in te zetten. Managers van slimme fabrieken kunnen met digitale innovaties zoals blockchain en RFID-sensoren de ware herkomst en kwaliteitscontrole van alle materialen en benodigdheden waarborgen. Zelfs van de meest afgelegen schakels in de supply chain. En dichter bij huis meldt de International Society of Automation dat robots en geautomatiseerde apparaten drie van de vijf belangrijkste oorzaken van letsel op de werkvloer kunnen helpen verminderen of zelfs wegnemen.
Productkwaliteit en klantervaring: traditionele fabrikanten slaagden er, net als in het telefoonspel op kinderpartijtjes, vaak niet goed in om hun aanwijzingen correct over te brengen en te laten opvolgen door de leveranciers en fabrikanten op lagere niveaus in de supply chains. In de slimme fabriek bieden cloudconnectiviteit en end-to-end zichtbaarheid in slimme fabrieken realtime inzichten en aanbevelingen voor alle niveaus in het productieproces. De mogelijkheid om processen snel aan te passen en snel in te spelen op veranderende trends betekent dat producten goed op de wensen van de klant zijn afgestemd. Bij geavanceerde analyses van systeemdata worden zwakke plekken of gebieden voor verbetering snel gesignaleerd. Dit versterkt de concurrentiepositie op de markt, zorgt voor betere productbeoordelingen en beperkt het aantal kostbare retourzendingen of terugroepacties.

Technologieën voor slimme fabrieken

Technologieën voor slimme fabrieken zijn zeer flexibel. Terwijl de initiatieven voor digitale transformatie binnen een bedrijf toenemen, zijn er bijna eindeloze mogelijkheden om waar nodig de processen te schalen, te wijzigen en aan te passen.

Cloudconnectiviteit: alle data en informatie die zich door een slimme fabriek bewegen, gaan door de cloud. Dit kan een publieke, private of hybride cloud zijn. De bedrijfsbrede en wereldwijde cloudconnectiviteit zorgt ervoor dat elk onderdeel van het bedrijf met realtime data werkt en dat er direct inzicht is in alle verbonden bedrijfsmiddelen en systemen binnen de supply chain.
Kunstmatige intelligentie: operationele systemen die gebruikmaken van geïntegreerde AI-technologieën hebben de snelheid, kracht en flexibiliteit om niet alleen ongelijksoortige datasets te verzamelen en te analyseren, maar ook realtime inzichten en responsieve aanbevelingen te bieden. De geautomatiseerde processen en intelligente systemen binnen een slimme fabriek worden voortdurend geoptimaliseerd en van informatie voorzien door kunstmatige intelligentie.
Machine learning: een van de meest waardevolle voordelen van machine learning voor de slimme fabriek is dat het geavanceerd voorspellend onderhoud mogelijk maakt. Door productieprocessen te bewaken en te analyseren, kan machine learning ervoor zorgen dat er waarschuwingen worden verzonden voordat er een systeemfout optreedt. Afhankelijk van de situatie kan er automatisch onderhoud plaatsvinden of, indien nodig, menselijk ingrijpen worden aanbevolen.

Big data: dankzij krachtige, grote datasets kunnen voorspellende en geavanceerde analyses worden uitgevoerd in een slimme fabriek. Bedrijven zien al lang de strategische waarde van big data, maar tot voor kort ontbrak het vaak aan de systemen die nodig zijn om er zinvol gebruik van te maken. Digitale transformatie in supply chains en slimme fabrieken opende een wereld van mogelijkheden voor bedrijven om te optimaliseren en te innoveren met behulp van inzichten uit big data.

Industrial Internet of Things (IIoT): wanneer apparaten en machines in een slimme fabriek een unieke identificatie hebben en digitale data kunnen versturen en ontvangen, vormen ze een IIoT-netwerk. Moderne machines hebben misschien al digitale portalen, maar zelfs tientallen jaren oude analoge machines kunnen worden uitgerust met IIoT-gatewayapparatuur om ze bij de tijd te brengen. Dit betekent dat de data die vanuit het apparaat wordt verzonden over de status en activiteit van het apparaat rapporteert. Terwijl de data die naar het apparaat wordt verzonden de acties en workflows van het apparaat automatiseert.

Digital twins: een exacte, virtuele replica van een machine of systeem is een digital twin. Digital twins maken maximale innovatie en creativiteit mogelijk met een minimaal operationeel risico. Een digital twin kan tot het uiterste gedreven worden, kan op verschillende virtuele manieren anders worden geconfigureerd of op compatibiliteit binnen een bestaand systeem worden getest. Dit alles zonder enig risico of enige verspilling van resources in de fysieke wereld.

Additief printen: dit wordt ook wel 3D-printen genoemd en zorgt ervoor dat slimme fabrieken intelligente fabrieksautomatisering kunnen gebruiken voor on-demand productie. Dit is met name van cruciaal belang bij onverwachte verstoringen van de supply chain of een plotse productvraag. Maar ook wanneer alles gaat zoals het moet, kunnen virtuele voorraden risico's en verspilling sterk beperken doordat ze just-in-timeproductie mogelijk maken.

Virtual reality (VR) en augmented reality (AR): in 2019 beschreef Assembly Magazine enkele toepassingen van VR-wearables in de slimme fabriek als "de mogelijkheid om omgevingscondities, voorraadniveaus, processtatus, data over assemblagefouten, gebruik en doorvoermetingen op een contextafhankelijke manier (waar je kijkt of loopt) samen te brengen". Dankzij deze immersieve, zintuiglijke ervaring kunnen gebruikers de informatie van hun natuurlijke zintuigen uitbreiden met realtime data van elke locatie of elk moment, zodat ze zich zonder belemmeringen bewust worden van de fabrieksstatus.

Blockchain: gelukkig ontwikkelen beveiligingsoplossingen zich in hetzelfde tempo als technologieën voor slimme fabrieken. Blockchain wordt op tal van manieren toegepast in de supply chain. Van het opstellen van 'slimme contracten' met leveranciers tot het volgen van de herkomst van goederen en de verwerking in het hele traject van de supply chain. In slimme fabrieken is de blockchain vooral handig om toegang tot verbonden assets en machines in het hele bedrijf te beheren. Hiermee wordt de beveiliging van het systeem en de nauwkeurigheid van records op deze apparaten beschermd.

Moderne database: in-memory databases en moderne ERP-systemen zijn de 'hersenen' achter Industry 4.0 en alle oplossingen voor slimme fabrieken en slimme supply chains. Verouderde, op schijf gebaseerde databases worden (vaak tot ver over hun limieten) opgerekt om de complexe functionaliteit voor datamanagement en analytics bij te benen die nodig is voor slimme fabrieken en moderne supply chains.

Transformatie naar de slimme fabriek realiseren

2020 bracht enorme verstoringen en operationele risico's met zich mee voor bedrijven over de hele wereld. Vóór COVID-19 bleek uit een onderzoek van Deloitte in 2019 onder meer dan 600 leidinggevenden in de productiesector dat 86% geloofde dat in de komende vijf jaar "initiatieven voor slimme fabrieken de belangrijkste motor zullen zijn voor het concurrentievermogen van de industrie". In plaats van langetermijndoelstellingen, zijn digitale transformatie en modernisering van de supply chain nu urgente prioriteiten voor bedrijven die willen innoveren en concurreren.

Hoe je je transformatie naar de slimme fabriek in gang zet, hangt af van je huidige positie en de processen die het meest essentieel zijn voor je bedrijf. Met een initiële systeemaudit kun je bestaande processen, assets en bedrijfssystemen analyseren en inventariseren. Voordat je workflows en productieprocessen kunt automatiseren, moet je vaststellen hoe ze er nu uitzien.

Bij de eerste stappen in je traject naar digitale transformatie moet je ook vooral niet vergeten dat het 'slimme' in een slimme fabriek voortkomt uit de geavanceerde mogelijkheden voor data-analyses en datamanagement. Een moderne database en een robuust ERP-systeem zijn de hersenen achter een slimme fabriek. Ze ondersteunen de geavanceerde functionaliteit die het systeem aanstuurt. Een belangrijke factor voor het succes van de transformatie naar een slimme fabriek is de mogelijkheid van de bedrijfssystemen om big data te beheren en om technologieën zoals AI, machine learning en geavanceerde analytics te integreren.

Tot slot is een van de beste dingen met betrekking tot de transformatie van slimme fabrieken dat het niet allemaal tegelijk hoeft te gebeuren om effectief te zijn. Evenmin is het nodig om er bestaande bedrijfsactiviteiten voor te onderbreken of pauzeren. Elk initiatief dat een bedrijf neemt om zijn digitale systemen te moderniseren en te optimaliseren, brengt het een stap dichter bij een volledig geïntegreerde slimme fabriek. Bovendien verzamelen en analyseren technologieën voor slimme fabrieken van nature data. Dit betekent dat de impact en het rendement van nieuwe digitale technologieën, vanaf het moment van installatie, kunnen worden gemeten en beoordeeld.

Slimme fabrieken in de praktijk

Zie hoe de ontwikkeling van transparantere slimme fabrieksprocessen Absen hielp om zijn productiviteit te verbeteren.
Ontdek hoe een commitment aan digitale transformatie ertoe leidde dat Kersen een dynamischere, slimmere fabriek bouwde.
Ontdek hoe automatisering en connectiviteit WAGO hielp bij de ontwikkeling van een onderling verbonden framework voor machines van elke leeftijd.

Ontdek de Industry 4.0-oplossingen van SAP

Ervaar de voordelen van de transformatie
van productie en de digitale supply chain

Meer informatie

SAP Insights nieuwsbrief

Meld je vandaag nog aan

Meld je aan voor onze nieuwsbrief en krijg belangrijke inzichten.