Cloud computing, big data-analyses en IoT: Industrie 4.0 voor beginners

Cloud Computing, Internet of Things, Edge Computing: wat betekent het allemaal?

Soms lees je in de media over thema’s waarvan het lijkt of verdere uitleg niet nodig is. Het is dan alsof iedere lezer precies weet wat ermee bedoeld wordt, en wat alle woorden binnen dat thema betekenen. De industrie 4.0 is voor veel mensen zo’n onderwerp waarbinnen veel begrippen in artikels vaak onduidelijk blijven, en daarom is het tijd de belangrijkste termen eens op een rijtje te zetten.

‘Industry 4.0’, de vierde revolutie in de maakindustrie, volgt de uitvinding van de stoommachine (revolutie 1), de lopende band (revolutie 2) en geautomatiseerde robots (revolutie 3) als de volgende grote doorbraak voor fabrieken. Door de vierde industriële revolutie zijn er nog minder manuele handelingen nodig: computers en machines communiceren onderling en geven zelf invulling aan de meest efficiënte werkprocessen. Dat kunnen deze computers door de uitvinding en implementatie van edge computing, the Internet of Things, cloud computing, big data-analyses en digital twins. Dat zijn dan ook precies de termen die dit artikel onder de loep neemt.

Internet of Things

Industrie 4.0 draait dus om apparaten en computers die geautomatiseerd, veelal zonder menselijke tussenkomst, samenwerken. Daar is communicatie voor nodig: de computers moeten met elkaar in verbinding staan om data uit te kunnen wisselen. Daar komt ‘the Internet of Things’ (IoT) om de hoek. Met IoT bedoelt men de apparaten die zelfstandig onderling en met internet verbonden zijn, en dus gegevens uit kunnen wisselen met andere systemen binnen het bedrijfsproces.

Door deze onderlinge connectie tussen systemen en machines, komt er ontzettend veel data vrij. De data van alle systemen kan vergeleken en gecombineerd worden om tot nieuwe inzichten te komen. Wellicht dat bepaalde processen veel efficiënter kunnen: door IoT en de nieuwe data kan je daar nu aan werken.

Cloud computing

‘Vroeger’ was het gebruik van je computer aan de fysieke aanwezigheid van die computer gebonden. Als je niet op kantoor was, kon je niet bij je files, want ze stonden dáár op de harde schijf. Daar kon je niet zomaar bij.

De cloud, of cloud computing, lost dat op. Daarbij gebruik je een computer alleen maar om bij bestanden, software of wat-dan-ook te komen, op servers die op een ander datacenter staan. Het voordeel hiervan is dus dat je vanaf elke locatie kunt werken, maar ook dat anderen tegelijk met de data of software kunnen werken.

Wat betekent dat voor industrie 4.0? Machines en computers in de fabriek kunnen data opslaan in de cloud, zodat alle andere betrokken processen, algoritmes en dergelijke vrij bij die data kunnen. Zo stroomt data moeiteloos door de hele organisatie, zonder dat de data zich ophoopt en servers overbelast raken. En dat terwijl de machines door IoT enorme hoeveelheden data genereren. Hoe dat kan? Daarin speelt ‘edge computing’ een cruciale rol. 

Edge computing

‘Als we in staat zijn de IoT-apparaten met elkaar te laten communiceren’, moet iemand gedacht hebben, ‘kunnen we de apparaten dan ook niet autonome computerkracht geven?’ Edge computing verplaatst een deel van de dataopslag, de bewerking daarvan en de intelligentie die daarvoor nodig is naar de apparaten zelf. Naar het eind van de gebruikersketen dus, naar ‘the edge’. Door machines zelf de eerste opslag en bewerking van data te laten uitvoeren, kun je ervoor zorgen dat alleen de relevante data op de centrale server terechtkomen. Stel je een machine voor die vijfhonderd dataregels per minuut genereert. Deze machine kan al die vijfhonderd data entries op de server in de cloud zetten. Maar de machine kan óók steekproefsgewijs één dataregel opsturen, of zelfs alleen data op de server zetten als de machine zelf detecteert dat deze dataregel afwijkend, en dus relevant, is. Dit ontziet de servers enorm, en zorgt ervoor dat de data op de server georganiseerder is, zonder onnodige ruis, zodat de data op grote schaal gebruikt kan worden: ‘big data-analysis’.

Big data-analysis

De werkelijke fabriek is oneindig veel complexer dan het voorbeeld van die ene machine. In de cloudomgeving van de fabriek komt uiteindelijk heel veel data terecht, en die data wordt op enorme schaal gebruikt voor voorspellingen, analyses en uiteindelijk bedrijfsvoering. De mogelijkheden hiervan worden duidelijk met een iets meer ingewikkeld voorbeeld.

Stel je een fabriek met drie machines voor, die allemaal in zijn te stellen op bijvoorbeeld snelheid (variabele 1) en duurzaamheid (variabele 2). Beide variabelen hebben waardes van 1 tot 10. Eén machine heeft dan (10*10) honderd mogelijke standen, en de drie machines samen hebben 100*100*100 unieke instellingen. Dat zijn 1 miljoen mogelijke combinaties, maar hoe bepaal je als bedrijf welke combinatie van instellingen de juiste is? Daar zijn een miljoen berekeningen voor nodig, en die kunnen mensen niet uitvoeren. Computers wel: dát doet big data-analyse. Big data analysis neemt zoveel mogelijk variabelen mee, gebruikt daar de data van en draait duizenden of miljoenen simulaties om tot de perfecte mix van productiefactoren te komen. En dat kan allemaal nog beter en efficiënter, door gebruik te maken van een ‘digital twin’.

Digital twins

Het nadeel van data-analyse, zelfs op grote schaal, is dat er altijd factoren denkbaar zijn die óók invloed hebben op de output van een productieproces, maar die je niet in je analyse hebt meegerekend. In Industrie 4.0 probeert men dat probleem op te lossen door gebruik te maken van digital twins: digitale kopieën van machines of producten waar men digitale tests op uit kan voeren.

Zo kan een autofabrikant onderzoeken wat de implementatie van een nieuw chassis doet voor de weerstand, en dus het verbruik, van een auto. Door analyse van de bergen data uit de organisatie, bepaalt de fabrikant dat het wel eens interessant zou kunnen zijn tot productie van het chassis over te gaan. Maar hoe hak je die knoop door?

De fabrikant kan voor de productie van deze auto een digital twin van de bolide gebruiken. In plaats van een zeer duur testmodel te moeten maken om nieuwe theorieën over de weerstand te testen, kan de fabrikant de digitale tweeling aanpassen en die op een virtueel wegdek, met digitale tegenwind, simuleren. Zo berekent de fabrikant onder zo realistisch mogelijke omstandigheden de impact van weer, wind, wegdek en snelheid, tegen een fractie van de kosten die hij vroeger zou moeten maken.

Dat is Industrie 4.0 in een notendop. Door IoT en de cloud kunnen bedrijven méér, sneller en nauwkeuriger big data-analyses maken, realistische simulaties draaien en nauwkeurigere voorspellingen doen. Industrie 4.0 zorgt voor meer efficiënte productieprocessen en voor betere producten, en dat tegen lagere kosten. Dat is inderdaad een behoorlijke revolutie.