Industrial Internet of Things: monitoring als instap in digitalisering

Verwarmingen via de app besturen, smart watches met ingebouwde hartslagmeter of verbonden auto's – allemaal bekende voorbeelden van inmiddels gangbare Internet of Things-toepassingen (IoT) in de consumentensector. Terwijl in deze sector voortdurend nieuwe toepassingen aan het grote publiek worden gepresenteerd, vindt in duizenden fabriekshallen, industriële installaties en fabrieken over de hele wereld een andere digitale revolutie plaats - veel stiller, maar nauwelijks minder disruptiever.
 
Zelflerende productieprocessen, meedenkende logistieke systemen of zelfregelende installaties: wat soms klinkt als science fiction is op veel plaatsen al toegepaste realiteit. In zogenaamde "Smart Factories" besturen intelligente systemen al hele productielijnen. Maar de principes van Smart Factories zijn niet alleen terug te vinden in de productie van bijvoorbeeld motorvoertuigen, maar ook in vele andere gebieden van industriële productie, logistiek, de chemische industrie en prototyping. Zelfs in de landbouw neemt de digitalisering aanzienlijk toe, met als trefwoord “Smart Farming”.
 
De doelstellingen van een dergelijke slimme productie liggen voor de hand: grotere operationele efficiëntie, kostenverlaging, flexibiliteit en het vermogen om snel en individueel te reageren op veranderende eisen van de klant, schommelingen in de vraag en externe omstandigheden. Op de juiste wijze gebruikt, versterkt deze productie de groei, het concurrentievermogen en de toekomstige levensvatbaarheid van het bedrijf.

Waarom veel bedrijven nog aarzelen om aan de slag te gaan met digitalisering

Gezien de duidelijke voordelen: waarom zijn er niet veel meer fabrieken in Duitsland ‘smart’? Uit een studie van de Vereniging van Duitse machine- en installatiebouw1 (VDMA) blijkt:

"Terwijl veel grote bedrijven al proberen de mogelijkheden en risico's van de digitalisering voor hun bedrijfsmodellen te benutten en innovatieprocessen op gang hebben gebracht, blijven middelgrote bedrijven achter. De redenen hiervoor zijn complex en deels te wijten aan onzekerheden over de uitvoeringsstrategieën. Er is ook bezorgdheid over de kosten en risico's van investeringen en de potentiële voordelen ervan."

Met andere woorden: de vragen die veel middelgrote bedrijven stellen en die hen laten aarzelen, zijn begrijpelijk:

• Hoe kan mijn bedrijf profiteren van digitalisering en wat zijn de kosten daarvan?
• Hoe krijg ik gemakkelijk toegang tot digitalisering en welke maatregelen moeten worden genomen?

Maar juist in het midden- en kleinbedrijf schuilt het grootste digitaliseringspotentieel: meer dan 90% van alle bedrijven in Duitsland zijn middelgrote ondernemers, zij genereren meer dan de helft van de toegevoegde waarde en zorgen voor bijna 60% van alle banen.2 En niet alleen op de particuliere sector wordt een beroep gedaan - ook lokale overheden kunnen profiteren.

Veel van deze middelgrote ondernemers hopen dat digitalisering zal leiden tot vereenvoudigde werkprocessen, omzetgroei en product- en diensteninnovaties. Maar er is nog veel ruimte voor verbetering in de mate van digitalisering. Gevraagd naar hun digitaliseringsniveau plaatsen middelgrote ondernemers in Duitsland zichzelf op een schaal van één (zeer laag) tot vijf (zeer hoog) in het midden op plaats drie.
 

Moet een pompstation “smart” zijn? In welke sectoren heeft digitalisering zin?

De storingsvrije behandeling van vloeistoffen is een goed voorbeeld van een deelsector van de industrie waar de drempels voor digitalisering zeer laag zijn, maar het potentieel voor de daaruit voortvloeiende voordelen des te groter is.

Want juist pompen in hun meest uiteenlopende toepassingen vormen vaak de ruggengraat van veel industriële processen: ongeacht of zij rechtstreeks in de productie zijn geïntegreerd in primaire processen (bv. in de levensmiddelenindustrie bij fabrikanten van dranken of zuivelproducten, in de farmaceutische industrie, enz.) of in secundaire toepassingen (bv. als thermische pompen, water- of chemicaliënpompen, in koelcircuits, enz.) – pompen behoren vaak tot de systeemkritische componenten waar een storing snel enorme gevolgen kan hebben.

Maar pompen spelen niet alleen een cruciale rol in klassieke productieprocessen. Ook in de gebouwentechniek (watervoorziening, vuilwaterafvoer, verwarming/koeling/ventilatie), in de energietechniek (krachtcentrales) en in de gemeentelijke water- en afvalwatertechniek zijn functionerende pompen absoluut noodzakelijk. Ook hier kunnen storingen het soepel verloop ernstig verstoren en tot grote problemen leiden.

In veel toepassingen draagt digitalisering er in belangrijke mate toe bij dat:

• de uitvalbestendigheid wordt verhoogd
• door een intelligente evaluatie van de bedrijfs- en statusgegevens kan worden bespaard op de onderhoudskosten
• de efficiëntie wordt verhoogd.

Maar hoe kan dit concreet in zijn werk gaan?

Slimme instap in de digitalisering: sensoren vormen het basiskader

Een zelfdenkende, zelfsturende, bijna volledig geautomatiseerde en maximaal presterende Smart Factory vertegenwoordigt het ideaal van Industrie 4.0 – maar de basis voor dergelijke hoogwaardige productieomgevingen is verrassend eenvoudig en voor alle toepassingen hetzelfde: de sensoren! Ze leveren continu alle benodigde gegevens over de meest uiteenlopende status- en prestatiewaarden. Alleen op basis van dergelijke digitale sensorgegevens zijn intelligente besturings- en regelsystemen in staat om beslissingen te nemen.

Tot enkele jaren geleden waren dergelijke sensoren nog niet voldoende ontwikkeld, niet nauwkeurig genoeg, foutgevoelig, duur en slechts voor enkele toepassingen beschikbaar. Dat is tegenwoordig wezenlijk anders. Tegenwoordig zijn alle noodzakelijke componenten, zoals de sensoren zelf, maar ook aangesloten computersystemen, clouddiensten en mobiele draadloze breedbandverbindingen voor snelle gegevensuitwisseling, op grote schaal beschikbaar en in verhouding tot de voordelen zeer goedkoop.

Een zo compleet mogelijke uitrusting met bijbehorende sensoren creëert een vorm van "digitale transparantie", die op haar beurt een hele reeks voordelen met zich meebrengt:

• de continue registratie van gegevens
• de centrale bewaking van alle verbonden componenten (wat tijd en mankracht bespaart)
• de integratie van gegevens via interfaces in bestaande systemen
• de analyse van de op de apparatuur geregistreerde gegevens kan nuttig worden gebruikt, bijvoorbeeld in het kader van voorspellend onderhoud.

Preventief onderhoud: anticiperend handelen verhoogt de efficiëntie

Het hoeft geen volledig geautomatiseerde Smart Factory te zijn - het uitrusten van een paar relevante installatiecomponenten (bv. pompen) met sensoren voor continue monitoring biedt al een groot potentieel voor het verhogen van de efficiëntie. Ook bij de vloeistofbehandeling gaan we een tijdperk in waarin onderhoudsstrategieën fundamenteel veranderen.

Het concept "voorspellend onderhoud" wordt beschouwd als een uitstekend voorbeeld van het zinvolle gebruik van netwerksensoren in het kader van het industrial internet of Things. De VDMA-studie1 gaat alleen al voor het gehele onderhoudsbereik uit van een besparingspotentieel van 20 tot 30 % van de kosten.

Het basisprincipe voor voorspellende onderhoud kan in drie stappen worden onderverdeeld:

1. Continue registratie van relevante status- en prestatiegegevens van de pompen in digitale vorm.
2. De overdracht en opslag van gegevens in de cloud.
3. De verwerking van de verzamelde gegevens, bijvoorbeeld in de vorm van waarschijnlijkheidsberekeningen voor bepaalde gebeurtenissen en de omzetting in overeenkomstige onderhouds- en serviceconcepten.

Het doorslaggevende voordeel van predictief onderhoud: met de verzamelde gegevens kunnen trends in de werking van de pomp worden vastgesteld, bijvoorbeeld toenemende trillingen. Zo kan slijtage of beginnende schade in een vroeg stadium worden opgespoord en kunnen passende onderhoudsmaatregelen tijdig worden getroffen – een uitval van de pomp of de hele installatie wordt zo van meet af aan voorkomen.

Met dit proactieve karakter onderscheidt preventief onderhoud zich duidelijk van traditionele reactieve onderhoudsstrategieën. Onderhoudswerkzaamheden vinden hierbij pas plaats wanneer er werkelijk storingen optreden. Uitval kan op deze manier niet proactief worden voorkomen, waardoor in het ergste geval lange stilstandtijden ontstaan. Vooral bij pompen kan dit zeer snel ernstige gevolgen hebben, bijvoorbeeld als hele productielijnen stil komen te liggen, de volledige watervoorziening wordt onderbroken, verwarming of koeling uitvalt of afvalwater niet meer kan worden afgevoerd.

Uitrusting met relatief goedkope sensoren inclusief randapparatuur en het gebruik van centrale bewakingssoftware is hier een veel slimmere oplossing – en een betrouwbare instap in de wereld van predictief onderhoud.

Het starten met digitale pompbewaking is ongecompliceerd en voordelig – bijvoorbeeld met KSB Guard. De slimme bewakingsoplossing bestaat uit een kleine sensor en een zender en batterij die eenvoudig op de pomp worden bevestigd. Een gateway brengt de bij de pomp geregistreerde gegevens over naar de cloud – van hieruit kunnen de waarden via een app of desktop worden opgevraagd. Op die manier kunnen alle relevante status- en prestatiegegevens van een pomp zeer gemakkelijk en op elk moment worden opgevraagd. Met behulp van de aldus verkregen transparantie kunnen onderhoudsmaatregelen nauwkeuriger worden gepland, stilstandtijden worden beperkt en de efficiëntie van een pomppopulatie aanzienlijk worden verhoogd. Als totaalaanbieder zorgt KSB ervoor dat alle pompen en reservedelen alsmede de bijbehorende service optimaal op elkaar zijn afgestemd – om het door de VDMA berekende besparingspotentieel van 20 tot 30 % voor onderhoudsmaatregelen optimaal te benutten.

KSB Guard in gebruik – enkele praktijkvoorbeelden uit verschillende branches:

KSB Guard beschermt industrieterrein Kalle-Albert tegen persluchtverlies

Verhoogde waarden onthulden constructiefouten in de persleiding van de rioolzuiveringsinstallatie Altenstadt