Leuze SmartID-Edge

Digitalisering en netwerken zijn belangrijke onderwerpen van onze tijd. In de industriële omgeving zijn ze kenmerkend voor concepten als Industrie 4.0 en het Industriële Internet der Dingen (IIoT). Netwerken speelt een cruciale rol, vooral in de huidige automatiseringssystemen in productie en logistiek. Het doel is om op elk moment de exacte status van productieprocessen te kunnen opvragen en een volledig overzicht te krijgen van productierelevante gegevens op veldniveau. Dit brengt belangrijke vragen met zich mee, zoals: Hoe kunnen gebruikers deze maximale transparantie van hun productieprocessen efficiënt bereiken? En hoe veilig is de communicatie tussen de netwerkdeelnemers?

Moderne automatiseringssystemen in productie of intralogistiek hebben een aantal besturingssystemen, sensoren en actuatoren. Deze zijn met elkaar verbonden via Ethernet-gebaseerde communicatie of veldbussystemen en kunnen gegevens uitwisselen. Sensoren genereren op gebeurtenissen gebaseerde signalen om productieprocessen te activeren of leveren meetwaarden om correcte productieprocessen en kwaliteitseisen te bewaken. AutoID-systemen zoals 2D-camerasystemen en RFID-lezers identificeren objecten, ladingdragers en containers in de productie en in de materiaalstroom.

Typische vereisten voor moderne identificatiesystemen zijn de mogelijkheid om variabele hoeveelheden gegevens en verschillende codesystemen te verwerken, afhankelijk van het te identificeren object. Met klassieke 1D/2D-codes zijn deze mogelijkheden echter beperkt omdat gestandaardiseerde barcodes zoals een Global Trade Item Number (GTIN) slechts een gedefinieerde, onveranderlijke en vrij kleine hoeveelheid gegevens bieden. Bovendien vereist een streepjescode altijd toegang tot een IT-systeem van een hoger niveau, zoals MES of ERP, waar de volledige gegevensset die door de streepjescode wordt weergegeven, is opgeslagen. Naast andere voordelen die het fysieke principe biedt, profiteert RFID van de flexibiliteit van de gebruikte gegevensdragers (“tags”). Deze hebben meestal een vrij programmeerbaar elektronisch geheugen, wat betekent dat product- en procesgegevens die nodig zijn voor specifieke situaties direct op het object kunnen worden opgeslagen. Om economische of technische redenen is het echter niet altijd praktisch of mogelijk om RFID te gebruiken. Veelvuldige onderbrekingen in de media bij het overschakelen van barcode naar RFID in continue productieprocessen zijn ook ongewenst omdat dit leidt tot meer inspanning in de automatiseringsprocessen en in de gegevensverwerking.

Dit is waar het SmartID-Edge concept van Leuze om de hoek komt kijken. Het gebruikt gestandaardiseerde RFID-mechanismen om identificatiegegevens te verwerken en op te slaan, terwijl de klassieke optische barcodetechnologie behouden blijft. Dit wordt bereikt door RFID-gegevensstructuren en opdrachtsets te koppelen aan standaard barcodescanners en camera-gebaseerde scanners met behulp van OPC UA als gegevensuitwisselingsstandaard en een volledig geïntegreerde AutoID Companion specificatie. Aan elke fysieke barcode wordt een virtuele RFID-tag toegewezen, die wordt opgeslagen in een database op een Edge Server. Gegevens worden op veldniveau uitsluitend uitgewisseld tussen de barcodeapparaten en de Edge Server. Het besturingssysteem van de fabriek, bijvoorbeeld een PLC, heeft geen toegang tot de Edge Server - alleen de barcode-identificatiesystemen bestaan voor de PLC, hoewel deze zich gedragen als RFID-systemen.

Dit opent ongekende mogelijkheden voor het verrijken van gegevens bij het identificeren van objecten in het productieproces: Naast de unieke object-ID kan statusinformatie over het identificatiesysteem, de leeskwaliteit en andere proces- en statusgegevens worden opgeslagen in een datarecord. Dit gegevensrecord is in realtime beschikbaar dankzij directe toegang op veldniveau. Query's naar MES- en ERP-systemen zijn niet langer nodig, wat het dataverkeer in de netwerken ontlast en systeembronnen op IT-niveau vrijmaakt. Meerdere lokale sensor- en AutoID-netwerken kunnen gesynchroniseerd worden via gedistribueerde edge servers. Dit betekent dat alle identificatiegebeurtenissen altijd beschikbaar zijn in het hele netwerk. Door deze lokale gebeurtenissen te koppelen aan de bijbehorende informatie die is opgeslagen in de edge database over de gehele levenscyclus van de productie, wordt de basis gelegd voor de digital twin. Dit is zelfs mogelijk binnen een toeleveringsketen met verschillende leveranciers en fabrieken door de edge server uit te breiden met een API en cloudverbinding. Hierdoor kan de logistiek efficiënter werken, is het handmatig verzamelen van gegevens overbodig en worden complexe systeemovergangen in bedrijfssoftware (ERP) vermeden.

Maatregelen voor veilige communicatie zijn een essentiële voorwaarde voor een probleemloos, soepel gebruik van netwerksystemen. Hier biedt de SmartID Edge-oplossing verschillende geïntegreerde beveiligingsmechanismen. Moderne automatiseringscomponenten en identificatiesystemen met communicatie via op Ethernet gebaseerde interfaces of veldbussen zoals ProfiNet, Ethernet/IP of EtherCAT hebben geïntegreerde webservers. De webservers bieden gemakkelijke toegang tot de apparaten in het lokale netwerk. Om aan de hoge eisen voor aanpasbaarheid, precisie en prestaties te voldoen, moeten noodzakelijke updates van de apparaatfirmware snel, betrouwbaar en veilig worden uitgevoerd. Zo kunnen erkende functionele verbeteringen worden doorgevoerd zonder dat het apparaat vervangen hoeft te worden en kunnen nieuwe functies automatisch worden geïmplementeerd. Tegelijkertijd moet ervoor gezorgd worden dat alleen geautoriseerde firmware in het apparaat geladen wordt en dat de gegevensoverdracht niet gemanipuleerd kan worden. Deze vereisten voor veilige gegevensoverdracht worden fundamentele hoekstenen van moderne automatiseringssystemen die lokaal in netwerken en via cloudsystemen communiceren, niet in de laatste plaats vanwege de Cyber Resilience Act van de EU. 

OPC UA biedt een interoperabel, op Ethernet gebaseerd communicatieplatform dat wordt gekenmerkt door geïntegreerde end-to-end encryptie. Bovendien definieert de OPC UA Device Interface Specification Part 100 een fabrikantonafhankelijke procedure voor het uitvoeren en beheren van software-updates. De directe laadmethode wordt aanbevolen voor apparaten met beperkte hardwarebronnen. De nieuwe software wordt overgebracht als een bestandsarchief, waarbij na controle van de specifieke header elk bestand onmiddellijk na het uitpakken wordt geïnstalleerd Na een laatste controle wordt het apparaat opnieuw opgestart. Alle communicatie via OPC UA, inclusief het downloaden van de software, wordt beveiligd door het uitwisselen van certificaten tussen de client en de server. Een geautomatiseerde certificaatuitwisseling via een externe Global Discovery Server (GDS) zorgt voor het gecentraliseerde beheer van toepassingen en certificaten in het hele OPC UA-netwerk. De communicatie tussen de netwerkdeelnemers voldoet daarom aan de hoogste beveiligingseisen: Gegevens kunnen niet gemanipuleerd worden. Er wordt voor gezorgd dat elk apparaat altijd met de nieuwste en vooral alleen de originele firmware werkt.

SmartID-Edge biedt een krachtig platform voor het netwerken van identificatiesystemen op veldniveau. Het speciale concept van gegevensverwerking met behulp van edge servers en virtuele gegevensdragers biedt maximale transparantie in track-and-trace-toepassingen, efficiënte toegang tot object- en procesgegevens op elk punt in de toeleveringsketen in realtime. Het voldoet ook aan de hoge eisen voor cyberbestendigheid dankzij geïntegreerde beveiligingsmechanismen.