Wat is een slimme fabriek?
Een smart factory is een cyberfysiek systeem dat geavanceerde technologieën gebruikt om data te analyseren, geautomatiseerde processen te stimuleren en te leren zoals het is.
Overzicht 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 bekend staat als Industry 4.0 of de Vierde Industriële Revolutie. Elk van de eerste drie industriële revoluties is ontstaan uit een innovatieve nieuwe technologie die de manier waarop we werkten en goederen vervaardigden volledig veranderde: namelijk de stoommachine, de assemblagelijn en de kracht van de computer. Vandaag de dag wordt de vierde revolutie gedreven door digitale transformatie en intelligente automatisering.
Slimme fabrieken voor een veranderende wereld
In de afgelopen jaren wordt het steeds duidelijker voor bedrijfsleiders dat digitale transformatie een dringende prioriteit is voor supply chains en productieprocessen die in de jaren 2020 concurrerend en veerkrachtig willen zijn. De pandemie heeft de wereldwijde zwakke punten van de toeleveringsketen en de kwetsbaarheden van de sector verder blootgelegd. Een artikel in het tijdschrift Forbes herhaalde dit: "COVID-19 heeft de wereld iets laten zien dat de maakindustrie al moet weten. Traditionele supply chains en productie-ecosystemen falen en we moeten overschakelen naar een flexibelere oplossing die volledig digitaal mogelijk is.”
De verwachtingen van de consument dragen ook bij tot de ontwikkeling van slimme fabriekstechnologieën en de fabriek van de toekomst. De vraag van consumenten naar levering van de volgende dag, bekend als het Amazon-effect, is gestaag en snel gestegen. Volgens het tijdschrift Entrepreneur in 2019: “Voor beter of slechter zijn de Amerikaanse economie en de wereldeconomie in de war van het Amazon-effect. […] E-commerceleveranciers staan steeds meer onder druk om de snelheid en efficiëntie van Amazon aan te passen, en er is geen bewijs dat de verwachtingen van de consument afnemen.” Deze trend is een belangrijke factor geweest in de toenemende vraag naar slimme fabriekstechnologie, aangezien verouderde systemen ongelijk blijken te voldoen aan de schaal van logistiek en opslagcapaciteit die nodig is om gelijke tred te houden met dit fenomeen.
Producenten en supply chain managers worden geconfronteerd met verdere risico's en operationele verstoringen omdat ze ernaar streven om hun vertrouwen in internationale partners te minimaliseren. Slimme fabrieksoplossingen zoals on-demand productie en virtuele voorraden kunnen zeker de afhankelijkheid van buitenlandse leveranciers en fabrikanten minimaliseren. Maar zoals Harvard Business Review in een artikel uit 2020 aangeeft, is het makkelijker gezegd dan gedaan om productie terug te brengen naar de VS. “Fabrikanten hebben zich tot specialisten en onderaannemers gewend die zich slechts op één gebied richten – en zelfs die specialisten moeten op vele anderen vertrouwen. En net zoals de wereld is komen vertrouwen op verschillende regio’s voor natuurlijke hulpbronnen zoals ijzererts of lithiummetaal, is het ook afhankelijk geworden van regio’s waar deze specialisten wonen.” Het verhogen van de binnenlandse productie kan zeker het risico op kosten en de toeleveringsketen verminderen, maar het elimineert niet noodzakelijkerwijs de behoefte aan buitenlandse partners en vermindert niet het totale aantal schakels in de keten. Het is daarom belangrijker dan ooit dat digitale fabriekstechnologieën aanwezig zijn om efficiëntie en zichtbaarheid te 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.
Een slimme digitale fabriek werkt door machines, mensen en big data te integreren in één enkel, digitaal verbonden ecosysteem. Een smart factory verzamelt en analyseert niet alleen data, maar leert ook uit ervaring. Het interpreteert en verkrijgt inzichten uit datasets om trends en gebeurtenissen te voorspellen en om slimme productieworkflows en geautomatiseerde processen aan te bevelen en te implementeren. Een smart factory ondergaat continue procedurele verbetering om zichzelf te corrigeren en zichzelf te optimaliseren – het kan zichzelf (en mensen) leren veerkrachtiger, 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
- Data acquisitie: kunstmatige intelligentie en moderne databasetechnologieën maken het mogelijk om ongelijksoortige verzamelingen nuttige gegevens te verzamelen en te verzamelen in het hele bedrijf, de supply chain en de wereld. Door middel van sensoren en gateways maakt het Industrial Internet of Things (IIoT) het mogelijk dat aangesloten machines data in het systeem verzamelen. Via talloze andere dataportalen kunnen AI-aangedreven systemen datasets samenstellen met betrekking tot 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 om inzicht te krijgen in alle ongelijksoortige data die worden verzameld. IIoT-sensoren kunnen waarschuwen wanneer machines reparatie of onderhoud nodig hebben. Markt- en operationele gegevens kunnen worden verzameld om kansen en risico's te detecteren. Workflowefficiënties kunnen na verloop van tijd worden bestudeerd om de prestaties te optimaliseren en automatisch te corrigeren zoals vereist. In feite bieden de datasets die kunnen worden vergeleken en geanalyseerd een bijna oneindige mogelijkheid van combinaties om digitale fabrieksoptimalisatie en supply chain forecasting te informeren.
- Intelligente fabrieksautomatisering: Zodra de gegevensverzameling en -analyse heeft plaatsgevonden, worden workflows vastgesteld en worden instructies verzonden naar de machines en apparaten binnen het systeem. Deze apparaten kunnen zich binnen de vier muren van de fabriek bevinden of ver weg in de logistieke of productiekoppelingen in de toeleveringsketen. Slimme workflows en processen worden voortdurend bewaakt en geoptimaliseerd. Als een nieuwsbericht waarschuwt voor een piek in de vraag naar een bepaald product, kunnen 3D-printerwerkstromen worden geïnstrueerd om de productieprioriteit voor dat item te verhogen. Als een verzending van grondstoffen vertraging oploopt, kunnen voorraadbuffers worden gedraaid om verstoringen te voorkomen.
Voordelen van een slimme fabriek
Veel bedrijven hebben te maken met supply chain processen en systemen die in principe niet veranderd zijn in decennia. Maar omdat de verwachtingen van de consument en de economische onzekerheid altijd hoog zijn, hebben supplychainmanagers oplossingen nodig die meetbare en aanzienlijke voordelen bieden, en die snel kunnen worden gerealiseerd. Volgens het tijdschrift Forbes was in 2017 slechts 43% van de fabrikanten bezig met slimme fabrieksinitiatieven. Tegen 2019 deed 68% van hen dat. Voor bedrijven die investeren in digitale transformatie en slimme fabrieksoplossingen, is er potentieel voor aanzienlijke zakelijke voordelen, waaronder:
Productiviteit en efficiëntie: In de loop van de geschiedenis heeft de productie vooral te maken gehad met reageren – kijken naar een gebeurtenis of een trend die al is gebeurd en vervolgens proberen om het bedrijf in een andere richting te sturen. Smart factory technologieën zijn ontworpen om de behoefte aan reactieve praktijken te verminderen en het beheer van de toeleveringsketen te verplaatsen naar een veerkrachtigere en responsievere modus. Het gebruik van predictive analytics en big data analyse maakt het mogelijk om geoptimaliseerde processen te identificeren en in te voeren. Just-in-time-voorraadbeheer, nauwkeurige vraagprognoses en verbeterde time-to-market zijn enkele van de efficiëntievoordelen die smart factories bieden. Verhoogd door digitale inzichten, zijn de mensen die in smart factories werken ook in staat om hun inspanningen te stroomlijnen, wat bijdraagt aan de algehele productiviteit van de operatie. In hun slimme fabrieksstudie van 2019 vertelt Deloitte ons: “Bedrijven rapporteren tot 12% winst op gebieden zoals productie, fabrieksgebruik en arbeidsproductiviteit nadat ze hebben geïnvesteerd in slimme fabrieksinitiatieven. Bovendien zullen fabrikanten met smart factories tegen 2030 waarschijnlijk de traditionele fabrieken overtreffen met 30% hogere netto arbeidsproductiviteit.”
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: Net als het telefoonspel voor kinderen hadden traditionele fabrikanten het vaak moeilijk om ervoor te zorgen dat hun richtlijnen correct werden ontvangen en gevolgd door de lagere leveranciers en fabrikanten in hun toeleveringsketens. In de smart factory brengen cloudconnectiviteit en end-to-end zichtbaarheid in smart factories realtime inzichten en aanbevelingen naar alle lagen van het productieproces. De mogelijkheid om snel aan te passen en te reageren op veranderende trends betekent dat producten nauw zijn aangepast aan de wensen van de klant. Geavanceerde analyse van systeemgegevens brengt snel zwakke punten of verbeterpunten aan het licht. Dit leidt tot een verbetering van het concurrentievermogen op de markt, betere productbeoordelingen en minder kostbare rendementen of terugroepacties.
Technologieën voor slimme fabrieken
Slimme fabriekstechnologieën zijn zeer wendbaar. Naarmate initiatieven voor digitale transformatie oplopen binnen een bedrijf, zijn er bijna oneindig veel mogelijkheden om waar nodig te schalen, aan te passen en aan te passen.
Cloudconnectiviteit: of het nu gaat om publieke, private of hybride cloud, de cloud is het kanaal waar alle data en informatie doorheen een slimme fabriek stroomt. Bedrijfsbrede en wereldwijde cloudconnectiviteit zorgt ervoor dat elk gebied van het bedrijf werkt met realtime data en dat er direct inzicht is in alle verbonden assets 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 smart factory is de capaciteit voor geavanceerd voorspellend onderhoud. Door productieprocessen te bewaken en te analyseren, kunnen er waarschuwingen worden verzonden voordat er een systeemfout optreedt. Afhankelijk van de situatie kan geautomatiseerd onderhoud plaatsvinden of, indien nodig, menselijke interventie 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): in een smart factory, wanneer apparaten en machines zijn uitgerust met unieke identificatiemiddelen en de mogelijkheid om digitale data te verzenden en te 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-gatewayapparaten om ze op snelheid te brengen. Gegevens die van het apparaat worden verzonden, rapporteren over de status en activiteit van het apparaat en de gegevens die naar het apparaat worden verzonden, beheren en automatiseren de acties en workflows.
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: Het staat ook bekend als 3D-printen, het stelt smart factories in staat om intelligente automatisering voor on-demand productie te gebruiken. Dit is met name van cruciaal belang in tijden van onverwachte verstoring van de supply chain of plotselinge productvraag. Maar zelfs wanneer het business as usual is, kunnen virtuele voorraden risico's en verspilling aanzienlijk minimaliseren door just-in-time-productie mogelijk te maken.
Virtual reality (VR) en augmented reality (AR): In 2019 beschreef Assembly Magazine enkele toepassingen van VR-wearables in de smart factory als “in staat zijn om omgevingsomstandigheden, voorraadniveaus, processtatus, assemblagefoutgegevens, gebruik en doorvoergegevens op een contextafhankelijke manier (waar je kijkt of loopt) te koppelen.” Deze meeslepende zintuiglijke ervaring stelt gebruikers in staat om hun natuurlijke zintuigen te vergroten met realtime gegevens van elke locatie of punt in de tijd – om onbelemmerd bewustzijn van de fabrieksstatus te geven.
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 slimme fabrieks- en intelligente supply chain-oplossingen. Verouderde, op schijven gebaseerde databases worden verplaatst – vaak ver buiten hun grenzen – om bij te blijven met de complexe functionaliteit voor datamanagement en analytics die nodig zijn om smart factories en moderne supply chains te runnen.
Transformatie naar de slimme fabriek realiseren
2020 zorgde voor enorme ontwrichting en operationeel risico voor bedrijven over de hele wereld. Voorafgaand aan COVID-19, meldde een Deloitte-onderzoek uit 2019 onder meer dan 600 senior executives in de productiesector dat 86% geloofde dat in de komende vijf jaar "slimme fabrieksinitiatieven de belangrijkste drijvende kracht zullen zijn achter het concurrentievermogen van de maakindustrie." Vandaag de dag zijn digitale transformatie en modernisering van de supply chain meer dan ooit veranderd van langetermijndoelen naar dringende en onmiddellijke prioriteiten voor bedrijven die willen innoveren en concurreren.
Hoe je jouw slimme fabriekstransformatie start, hangt af van waar je nu bent en welke processen het belangrijkst zijn voor jouw bedrijf. Een initiële systeemaudit helpt je bestaande processen, assets en bedrijfssystemen te analyseren en te inventariseren. Voordat je workflows en productieprocessen kunt automatiseren, moet je beoordelen hoe ze er vandaag de dag uitzien.
Aan het begin van je digitale transformatietraject is het ook belangrijk om te onthouden dat de "slimme" in een slimme fabriek afkomstig is van zijn geavanceerde data-analyse en datamanagementcapaciteit. Een moderne database en een robuust ERP-systeem zijn de hersenen achter een slimme fabriek. Ze ondersteunen de geavanceerde functionaliteit die het systeem aandrijft. Een belangrijke factor in het succes van elke slimme fabriekstransformatie is het vermogen van bestaande bedrijfssystemen om big data te beheren en 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.
Ontdek Industry 4.0-oplossingen
Ervaar de voordelen van de transformatie van de productieketen en de digitale supply chain.
Ideeën die u nergens anders zult vinden
Meld je aan voor een dosis business intelligence die rechtstreeks in jouw inbox wordt bezorgd.