Low-code voor machinebesturing

In de hightech machinebouw is low-code softwareontwikkeling bezig aan een opmars. Additive Industries werkt met Cordis Suite, dat vanuit een grafisch model naast plc-code ook digitaliseringsstappen als dashboardanalyse, data-integratie, simulatie en augmented reality mogelijk maakt. Cordis Suite werkt naadloos samen met de hardware en software van Beckhoff.

Low-code is al tientallen jaren bekend in de IT: software ontwikkelen door in een grafische omgeving modellen op te stellen en configuraties te definiëren. Code wordt automatisch gegenereerd vanuit de modellen met inachtneming van die configuraties. Bekende low-code IT-ontwikkelomgevingen zijn Mendix, OutSystems en Microsoft Power Apps.

Modulaire systemen

In de OT (operationele technologie) is low-code nog veel minder gangbaar. Het Eindhovense Cordis is een voorloper met hun ontwikkelplatform Cordis Suite. Klant van het eerste uur is Additive Industries, eveneens uit Eindhoven, dat modulaire systemen bouwt voor 3D-metaalprinten op industriële schaal. Voor de besturing van zijn machines gebruikt Additive hardware (industriële pc’s, motion en i/o) en software (Twincat) van Beckhoff Automation. De applicatiesoftwarefunctionaliteit voor besturing en digitalisering wordt met Cordis Suite gegenereerd.

Bij Additive is software inmiddels gelijkwaardig aan hardware, vertelt Merlijn van Minderhout, teamleider software. ‘In het verleden waren we enablers; de machine moest draaien en daar was software voor nodig. Nu is het niet meer alleen een kostenpost, maar worden er aan klanten ook softwarefeatures verkocht. Van onze dertig mensen in r&d werkt de helft aan software.’

Een medewerker van Additive Industries bestuurt de machine met behulp van een Cordis-dashboard.
Naadloze interface

De combinatie Beckhoff-Cordis past bij Additive, verklaart Stijn de Bruin, locatieleider Eindhoven bij Beckhoff Automation. ‘Onze software is eenvoudig modulair op te bouwen en pc-gebaseerd. De gebruiker kan op een industriestandaard pc werken met een bekend operating systeem en vertrouwde interfaces naar zowel de machine als informatiesystemen. Onze software is dan de soft-plc, waarmee functies als hmi, motion controller en visionsysteem interfacen; daar zijn geen aparte devices meer voor nodig.’ Daarbij zorgt de ‘single button deployment’ van Cordis Suite voor een eenvoudige software-uitrol, waarbij applicaties met één druk op de knop naadloos in Twincat worden geïntegreerd.

Modelcentrisch

Cordis-coo Jan Peter Meeuwse legt uit: ‘Onze low-code ontwikkellaag, geïntegreerd met Beckhoffs omgeving, wordt versterkt door een generieke serverapplicatie die samenwerkt met de gegenereerde Twincat-applicaties. Deze fungeert als een brug tussen IT- en OT-systemen, vereenvoudigt het koppelen van IT-applicaties aan plc-software en faciliteert het loggen en opslaan van data in de database. Dit verbetert de beveiliging en de analyse-mogelijkheden. Onze modelcentrische benadering zorgt ervoor dat wijzigingen in het model, zoals nieuwe sensoren, direct worden doorgevoerd in alle systemen. Dat maakt een realtime, dynamische update mogelijk en draagt bij aan een efficiëntere workflow – essentieel voor Industrie 4.0.’

Smart sensor

Zoiets als data-integratie is belangrijk voor Additive, meldt Van Minderhout: ‘Klanten willen onze machines kunnen monitoren, bijvoorbeeld vanuit hun MES-systeem, vooral als ze serieproductie draaien. En gereguleerde sectoren als aerospace en automotive moeten data verzamelen voor certificering en traceerbaarheid van hun producten.’

Meeuwse: ‘Traditioneel gezien kun je met de software wel sensordata uit het proces halen, wat resulteert in bijvoorbeeld grafieken van de temperatuur. Maar met Cordis Suite gaan we een stap verder door niet alleen standaard sensordata te bieden, maar ook inzicht in het historische state-gedrag van alle componenten, ofwel uitgebreide executielogs die het runtimegedrag van de software vastleggen. Dat geeft een dieper inzicht in het interne functioneren van de software. Dit maakt de machine een ‘smart sensor’ die een rijkdom aan extra gegevens levert. Deze geavanceerde data, die meer context en duiding geven aan de sensorsignalen, markeren een significante vooruitgang in onze data-analyse en -interpretatie, maar dit vereist wel krachtige hardware, zoals die van Beckhoff.’

Assemblagehal bij Additive Industries in Eindhoven. Niet-software engineers hebben via een Cordis-dashboard toegang tot alle functies en variabelen in de machines.

Open

Low-code is in de OT veel later op gang gekomen dan in de IT, verklaart Meeuwse. ‘Dit komt doordat fabrikanten hun hardware lange tijd afschermden. Er zijn veel verschillende soorten plc’s en daarvan is Beckhoff een van onze favoriete platformen, vooral vanwege zijn open karakter en moderne, modulaire architectuur. Hoewel klanten theoretisch een met Cordis Suite ontwikkeld model naar andere platformen kunnen verhuizen, blijven ze in de praktijk bij Beckhoff vanwege de unieke voordelen, zoals de uitstekende prestaties.’ Naast Beckhoff kan Cordis Suite ook integreren met andere platformen, waaronder Weidmüller, Bosch Rexroth, Siemens en Codesys, maar ook met embedded controllers die draaien op C# Linux/Windows met Visual Studio.

Voordelen

Low-code biedt significante voordelen in zowel de ontwikkel- als de beheerfase, schetst Van Minderhout. ‘De totale omvang van onze code is ongeveer een miljoen regels, waarvan meer dan de helft gegenereerd is vanuit Cordis Suite. Deze plc-code onderhouden we met slechts twee à drie mensen, terwijl tien mensen voor de overige pc-code nodig zijn. Deze verhouding geeft de kracht van modelleren met Cordis Suite aan: het vermindert niet alleen de benodigde arbeidsinzet, maar verhoogt ook de kwaliteit en aanpasbaarheid van de code.’

Zeker zo belangrijk is dat de low-code modellen heel toegankelijk zijn, vult Meeuwse aan. ‘De kennis en het machinegedrag zit in de modellen, waardoor software-engineers heel snel weten waar ze moeten zijn als ze iets willen veranderen.’ Van Minderhout: ‘Sterker nog, we kunnen de modellen ook delen met niet-software-engineers, de mensen die kennis hebben van de functionaliteiten in de machine. Zij kunnen meekijken bij de softwareontwikkeling en het gedrag van de machine meespecificeren. Daar zitten geen ingewikkelde vertaalslagen tussen. Ze hoeven alleen te leren om toestandsmodellen te interpreteren. In principe zou iedereen die voldoende technische affiniteit heeft en weet hoe Cordis Suite werkt, softwareaanpassingen kunnen doen.’

De Bruin juicht die toegankelijkheid toe. ‘Bij klanten die niet met Cordis Suite werken, zien we vaak nog een scheiding tussen de software- en de mechanische engineers. Ze spreken gewoon een heel andere taal. Dan hoor je een mechanische man zeggen dat software iets heeft verzonnen dat mechanisch helemaal niet kan. Wij proberen de plc-code zo transparant mogelijk te maken voor onze klanten, maar Cordis Suite gaat daarin wel een stap verder. Met hun transparantie nemen zij een drempel weg voor bedrijven om voor ons platform te kiezen.’

Machinepanelen open, laptops opengeklapt

Over toegankelijkheid gesproken, als bij Additive een machine in onderhoud is en alle machinepanelen openstaan, ziet Meeuwse daar soms wel drie opengeklapte laptops met het Cordis-dashboard. ‘Niet-software-engineers kunnen daarmee hun eigen module afstellen. In het Cordis-dashboard heb je toegang tot alle functies en variabelen van de software. Alles wat in het model zit, van motor tot module tot hele machine, kun je benaderen en beïnvloeden; je kunt elke functie aanroepen en parameters wijzigen.’

Van Minderhout: ‘Ook hier kan iedereen meekijken, waardoor we heel multidisciplinair kunnen werken. En in de fase dat een machine in elkaar wordt gezet en de hmi nog niet beschikbaar is, kan men op de productievloer via het Cordis-dashboard toch in de modules kijken. Alleen als het echt lastig is, wordt wel een software-engineer ingeroepen en die gebruikt dan de Twincat-omgeving om bijvoorbeeld low-level i/o-problemen op te lossen. Dat zijn echter uitzonderingen, de meeste troubleshooting doen we via het Cordis-model of met simulaties.’

AI en verificatie

Nu low-code voor de OT volwassen wordt, is ai (kunstmatige intelligentie) dan de volgende stap in automatisering van de softwareproductie? Beckhoff speelt er alvast op in, meldt De Bruin, met de lancering van Twincat Chat voor ai-ondersteuning van softwareontwikkeling. Meeuwse van Cordis merkt op: ‘Hoewel ai, zoals ChatGPT, nuttig kan zijn voor het ondersteunen van kleine codesegmenten, ligt de ware kracht van ai in het ondersteunen en vormgeven van softwaremodellen. Ai heeft een significant potentieel voor het verbeteren van softwareontwerp, vooral in complexe systemen, en reikt verder dan alleen codeondersteuning. Natuurlijk vereist dit proces altijd nog een extra stap van verificatie.’

Sowieso staat formele verificatie hoog op de agenda bij Additive en Cordis. Van Minderhout: ‘Onze modellen genereren een foutloze code, maar de cruciale vraag blijft of deze code precies doet wat wij verwachten. Is het model formeel correct? Momenteel vereist dit verificatieproces nog menselijke inzet.’ Meeuwse vult aan: ‘We zijn al geruime tijd bezig met de ontwikkeling van formele verificatie. Dit wordt een cruciaal onderdeel van de Cordis Suite, vooral voor het waarborgen van de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid die ontwikkelaars in hun modellen aanbrengen.’

Van Minderhout: ‘Ook hier kan iedereen meekijken, waardoor we heel multidisciplinair kunnen werken. En in de fase dat een machine in elkaar wordt gezet en de hmi nog niet beschikbaar is, kan men op de productievloer via het Cordis-dashboard toch in de modules kijken. Alleen als het echt lastig is, wordt wel een software-engineer ingeroepen en die gebruikt dan de Twincat-omgeving om bijvoorbeeld low-level i/o-problemen op te lossen. Dat zijn echter uitzonderingen, de meeste troubleshooting doen we via het Cordis-model of met simulaties.’

Derde generatie

Additive werkt intussen aan de derde generatie van zijn machine, de Metalfabg3, vertelt Van Minderhout. ‘Er komt een nieuwe module in, waar ik helaas nog niets over kan vertellen. Dat vraagt weer een flink stuk plc-ontwikkeling, maar we kunnen heel veel hergebruiken van onze Cordis-modellen.’

Dit artikel kwam tot stand in nauwe samenwerking met Beckhoff Automation.

Bron: https://hightechsystems.nl/artikel/low-code-voor-machinebesturing/

Brainport Digital Factory Leden
Deze bedrijven staan klaar om je te helpen een winnaar te worden in Digital Factory

Door samen te werken met onderwijsinstellingen en het bedrijfsleven in combinatie met de technologie om de digitalisatie te versnellen, ontwikkelen wij kennis over “what, why, how” van de digitale fabriek samen met onze leden.

nl_NLDutch