Στα σημερινά έξυπνα εργοστάσια, κυβερνοφυσικά συστήματα (cyber physical systems) παρακολουθούν τις διαδικασίες, δημιουργούν εικονικές αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου και λαμβάνουν ακόμα και αποφάσεις. Η παραδοσιακή δομή της πυραμίδας των αυτοματισμών αλλάζει και η διάκριση μεταξύ της τεχνολογίας της πληροφορίας (IT) και της τεχνολογίας των επιχειρήσεων (OT) μοιάζει να καταργείται.

Στα σημερινά έξυπνα εργοστάσια, κυβερνοφυσικά συστήματα (cyber physical systems) παρακολουθούν τις διαδικασίες, δημιουργούν εικονικές αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου και λαμβάνουν ακόμα και αποφάσεις. Η παραδοσιακή δομή της πυραμίδας των αυτοματισμών αλλάζει και η διάκριση μεταξύ της τεχνολογίας της πληροφορίας (IT) και της τεχνολογίας των επιχειρήσεων (OT) μοιάζει να καταργείται. Τα κυβερνοφυσικά συστήματα εισάγουν νέα μέσα επικοινωνίας και συνεργασίας μεταξύ συσκευών, εξοπλισμού και πληροφοριακών συστημάτων, με οργανωμένο και αποκεντρωμένο τρόπο, σε πραγματικό χρόνο. Μέσω του Διαδικτύου των Υπηρεσιών, υπηρεσίες χρησιμοποιούνται σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας, τόσο εσωτερικά όσο και μεταξύ διαφορετικών οργανισμών.

Διάφορες χώρες και περιοχές έχουν σχεδιάσει τα δικά τους προγράμματα προκειμένου να επιτύχουν αυτήν την 4η βιομηχανική επανάσταση. Για παράδειγμα, η γερμανική κυβέρνηση και η Ευρωπαϊκή Ένωση προωθούν το πρόγραμμα Industry 4.0, ενώ στις ΗΠΑ το Smart Manufacturing Leadership Coalition (SMLC) αποτελεί την κύρια πρωτοβουλία σε αυτήν την κατεύθυνση. Άλλες χώρες, όπως η Ιαπωνία και η Κορέα έχουν επίσης θεσπίσει εθνικά προγράμματα γύρω από την έξυπνη βιομηχανική παραγωγή.

Το 2016, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή εισήγαγε την πρωτοβουλία Ψηφιοποίησης της Ευρωπαϊκής Βιομηχανίας (Digitizing European Industry Initiative, DEI) με στόχο την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας της ΕΕ στις ψηφιακές τεχνολογίες. Η στρατηγική της Ευρωπαϊκής Επιτροπής ορίζει τέσσερις πυλώνες: τους κόμβους ψηφιακής καινοτομίας, το νομοθετικό πλαίσιο, την ανάπτυξη δεξιοτήτων και τις ψηφιακές πλατφόρμες. Στο πρόγραμμα Ορίζοντας 2020, η ΕΕ εγκαινίασε μια σειρά από στρατηγικές για να προωθήσει τις ψηφιακές βιομηχανικές πλατφόρμες, όπως είναι οι DT-ICT-07 2018–2019 και 2019–2020, με προϋπολογισμό άνω των 100 εκατ. ευρώ.

Οι ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή παίζουν καίριο ρόλο στην αντιμετώπιση ανταγωνιστικών πιέσεων και την ενσωμάτωση νέων τεχνολογιών, εφαρμογών και υπηρεσιών. Η πρόκληση βρίσκεται στην πλήρη αξιοποίηση των νέων τεχνολογιών που επιτρέπουν στις βιομηχανίες, ιδίως στις μικρές και μικρομεσαίες επιχειρήσεις, να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των εξελισσόμενων αλυσίδων εφοδιασμού και αξίας. Πέρα από τις δράσεις καινοτομίας και έρευνας, υπάρχουν επίσης δραστηριότητες συντονισμού και υποστήριξης που ενισχύουν τη γόνιμη αλληλεπίδραση μεταξύ των κοινοτήτων που χτίζονται γύρω από τις βιομηχανικές πλατφόρμες, διευκολύνουν την πρακτική χρήση ψηφιακών τεχνολογιών προερχόμενων από τρέχοντα ή προηγούμενα ερευνητικά έργα και ενθαρρύνουν τη μεταφορά δεξιοτήτων και τεχνογνωσίας μεταξύ της βιομηχανίας και των πανεπιστημίων.
Το σενάριο της ψηφιακής πλατφόρμας για τη βιομηχανική παραγωγή είναι σύνθετο και αβέβαιο, καθώς οι βασικοί παράγοντες και ρόλοι βρίσκονται ακόμα υπό διαμόρφωση.

Πλατφόρμες διαδικτύου των πραγμάτων (ΙοΤ)
Οι πλατφόρμες Διαδικτύου των Πραγμάτων (ΙοΤ) αποτελούν το μεσολογισμικό μεταξύ των συσκευών ΙοΤ και των πυλών ΙοΤ από τη μία πλευρά και των εφαρμογών από την άλλη. Οι πλατφόρμες ΙοΤ επιτρέπουν την ανάπτυξη εφαρμογών. Οι βασικές δυνατότητες μιας πλατφόρμας ΙοΤ είναι η συνδεσιμότητα και η διαχείριση δικτύου και συσκευών, η συλλογή δεδομένων, η ασφάλεια, η επεξεργασία συμβάντων, η παρακολούθηση, η ανάλυση, η οπτικοποίηση, η ενοποίηση, η αποθήκευση και η ενεργοποίηση εφαρμογών.
Υπάρχουν διάφοροι προμηθευτές με διαφορετικές αρχιτεκτονικές, μεθόδους σύνδεσης και διαχείρισης των συσκευών ΙοΤ, μεθόδους διαχείρισης και ανάλυσης των δεδομένων, δυνατότητες ανάπτυξης εφαρμογών, καθώς και δυνατότητες ουσιαστικής αξιοποίησης του διαδικτύου των πραγμάτων σε πλήθος καταναλωτικών, εταιρικών ή βιομηχανικών εφαρμογών. Τελικά, το διαδίκτυο των πραγμάτων ανήκει στο πλαίσιο μιας ενοποιημένης προσέγγισης για την αξιοποίηση δεδομένων από συσκευές και παραγωγικό εξοπλισμό.

Ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή
Στα πρώτα στάδια ψηφιοποίησης της βιομηχανικής παραγωγής, οι κατασκευαστές του εξοπλισμού προσέφεραν συστήματα απομακρυσμένης παρακολούθησης των μηχανημάτων τους (remote machine monitoring systems, RMMS), δηλαδή λογισμικό σχεδιασμένο να επιτρέπει στους πελάτες να παρακολουθούν τη λειτουργία των μηχανημάτων τους στο χώρο της παραγωγής. Η ιαπωνική εταιρεία DMG Mori Seiki πρωτοπόρησε με το RMMS Mori Net, που έδινε στους πελάτες τη δυνατότητα παρακολούθησης όλων των εργαλειομηχανών DMG μέσω τοπικού δικτύου ή μέσω ίντερνετ. Για μηχανήματα άλλων κατασκευαστών, η εταιρεία ανέπτυξε ένα άλλο λογισμικό, το Messenger, βασισμένο στο πρότυπο MTConnect που αφορά την ανάκτηση δεδομένων από εργαλειομηχανές.
Η έλευση του βιομηχανικού ΙοΤ έδωσε ώθηση στην υιοθέτηση τεχνολογιών συλλογής πληροφοριών μέσω αισθητήρων, με στόχο τη μείωση του χρόνου μη διαθεσιμότητας των μηχανημάτων (downtime) καθώς και των καθυστερήσεων στην παραγωγή.

Ως αποτέλεσμα η παρακολούθηση των μηχανημάτων εξελίχθηκε στην παρακολούθηση της λειτουργίας (condition monitoring). Έτσι, χρησιμοποιούνται συστήματα λήψης δεδομένων και καταγραφείς δεδομένων προκειμένου να επιτυγχάνεται η παρακολούθηση κάθε είδους βιομηχανικού εξοπλισμού και συσκευής.
Πέρα από την παρακολούθηση της λειτουργίας, εισήχθησαν και άλλα είδη υπηρεσιών και απαιτήσεων, όπως η προγνωστική συντήρηση, η μέτρηση του χρόνου λειτουργίας και παραγωγής, η παρακολούθηση της κατανάλωσης ενέργειας καθώς και η παρακολούθηση της απόδοσης. Τελικά, οι ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή επεκτείνονται ως προς το αντικείμενο και τη χρήση τους.

Η European Factories of the Future Research Association (EFFRA) αποτελεί μη κερδοσκοπική ένωση που επιτελεί σημαντικό ρόλο στην ψηφιοποίηση της βιομηχανικής παραγωγής προωθώντας της ψηφιακές πλατφόρμες. Για παράδειγμα, το έργο Connected Factories (Συνδεδεμένα Εργοστάσια) παρουσιάζει μια δομημένη επισκόπηση των διαθέσιμων και επερχόμενων τεχνολογικών προσεγγίσεων και των βέλτιστων πρακτικών. Στο πλαίσιο του έργου εντοπίζονται οι τρέχουσες και οι μελλοντικές ανάγκες της βιομηχανίας, καθώς και οι προκλήσεις που αντιμετωπίζει. Το Connected Factories διερευνά τις οδούς προς την ψηφιακή ενοποίηση και τη διαλειτουργικότητα των βιομηχανικών συστημάτων και διαδικασιών παραγωγής, καθώς και τα σχετικά οφέλη τους. Το έργο προορίζεται να καταστήσει πιο γνωστές τις ψηφιακές τεχνολογίες στη βιομηχανική παραγωγή, αλλά και να προσφέρει ειδικές γνώσεις με στόχο τη λήψη εμπεριστατωμένων αποφάσεων ως προς τα τεχνολογικά και επιχειρηματικά μοντέλα.

Οι ψηφιακές πλατφόρμες βιομηχανικής παραγωγής καθιστούν δυνατή την παροχή υπηρεσιών που αφορούν τη βιομηχανική παραγωγή με πιο ευρεία έννοια. Παρέχουν υπηρεσίες που μπορούν να αξιοποιηθούν για τη συλλογή, την αποθήκευση, την επεξεργασία και τη μεταφορά δεδομένων. Τα δεδομένα αυτά περιγράφουν ολόκληρο το πλαίσιο, το οποίο περιλαμβάνει το παραγόμενο προϊόν, τις διεργασίες, τον παραγωγικό εξοπλισμό, τους εργαζόμενους και το δίκτυο αξίας στο σύνολό του. Μια ψηφιακή πλατφόρμα στη βιομηχανική παραγωγή μπορεί επίσης να προσφέρει την ψηφιακή επέκταση της λειτουργικότητας των μηχανημάτων, μέσω της υιοθέτησης τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνίας. Όλες οι υπηρεσίες έχουν ως στόχο τη βελτιστοποίηση της παραγωγής από διαφορετικές σκοπιές, όπως η απόδοση, η διαθεσιμότητα, η ποιότητα και η ευελιξία.

Ένα προαπαιτούμενο για την ευρεία υιοθέτησή των ψηφιακών πλατφορμών στο περιβάλλον της παραγωγής είναι η συμφωνία ως προς τις διεπαφές και τα πρωτόκολλα βιομηχανικής επικοινωνίας, τα κοινά μοντέλα δεδομένων, και τα σημασιολογικά μοντέλα. Εξίσου σημαντική είναι και η διαλειτουργικότητα των δεδομένων.
Το RAMI 4.0 είναι ένα πλαίσιο που μπορεί να καλύψει αυτήν την ανάγκη. Αποτελεί ένα τρισδιάστατο στρωματικό μοντέλο που συγκρίνει τον κύκλο ζωής προϊόντων, εργοστασίων, μηχανημάτων ή παραγγελιών με τα ιεραρχικά επίπεδα της Βιομηχανίας 4.0. Το μοντέλο χωρίζει τα υπάρχοντα πρότυπα σε διαχειρίσιμα τμήματα, ενσωματώνει διαφορετικές οπτικές χρήστη και προσφέρει μια κοινή κατανόηση των τεχνολογιών, των προτύπων και των χρήσεων της Βιομηχανίας 4.0

Οι ψηφιακές πλατφόρμες ως οικοσυστήματα
Οι ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή αποτελούν τμήμα μιας πολυστρωματικής αρχιτεκτονικής, η οποία ενσωματώνει ένα σύνολο λειτουργιών ή υπηρεσιών λογισμικού που εφαρμόζονται μέσω διαφορετικών τεχνολογιών, ώστε τελικά τα δεδομένα να διατίθενται προς αξιοποίηση από εφαρμογές τρίτων μερών.
Οι πλατφόρμες μπορούν να γίνουν αντιληπτές ως λειτουργικά συστήματα που προσφέρουν ένα σύνολο εφαρμογών ως υπηρεσίες. Οι υπηρεσίες αυτές δίνουν πρόσβαση σε δεδομένα από τον χώρο της παραγωγής (από μηχανήματα, προϊόντα και χειριστές) σε άλλες εφαρμογές λογισμικού, που αφορούν, για παράδειγμα, τον σχεδιασμό της παραγωγής, τη διαχείριση της ποιότητας, τη συντήρηση, την αντιμετώπιση προβλημάτων και τη διαχείριση της ενέργειας.

Οι υπηρεσίες προσφέροντα με τη βοήθεια τεχνολογιών πληροφορίας ανοιχτού προτύπου, όπως το API Rest ή προτύπων διαλειτουργικότητας, όπως το OPC-UA.
Οι ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή έχουν τρία χαρακτηριστικά στοιχεία. Πρώτον, το στοιχείο της κοινότητας, που αποτυπώνεται σε ένα οικοσύστημα χρηστών συνδεδεμένων μέσω κοινωνικού δικτύου. Ορισμένοι χρήστες είναι πάροχοι υπηρεσιών. Οι πρώτες ύλες τους είναι τα δεδομένα, ενώ τα προϊόντα τους είναι συνήθως εφαρμογές λογισμικού για υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας που καθοδηγούνται από τα δεδομένα (data driven).

Το δεύτερο στοιχείο είναι οι υποδομές, που δίνουν τη δυνατότητα σε χρήστες και συνεργάτες να αναπτύσσουν εφαρμογές και να δημιουργούν υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας καθοδηγούμενες από τα δεδομένα. Η δυνατότητα της ανάπτυξης και χρήσης εφαρμογών λογισμικού στις πλατφόρμες είναι καίρια για την καλλιέργεια ενός οικοσυστήματος από καταναλωτές και παραγωγούς data driven υπηρεσιών. Ως αποτέλεσμα, οι υποδομές πρέπει να είναι ανοιχτού τύπου, για να ενσωματώνουν και να ξεκλειδώνουν τεχνολογίες και συστήματα.
Το τελευταίο στοιχείο είναι ο ρόλος των δεδομένων. Τα δεδομένα αποτελούν την πρώτη ύλη για τις ψηφιακές πλατφόρμες και προέρχονται από συστήματα διαχείρισης, βιομηχανικό εξοπλισμό, συσκευές και αισθητήρες. Η ανταλλαγή τους, η πρόσβαση σε αυτά και η επεξεργασία τους πρέπει να πραγματοποιείται με τον σωστό τρόπο.

Τα δεδομένα αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία
Τέσσερις τύποι «παικτών» συνθέτουν το οικοσύστημα των ψηφιακών πλατφορμών. Πρόκειται για τους ιδιοκτήτες των πλατφορμών, που είναι υπεύθυνοι για τη διακυβέρνησή τους, τους παρόχους, που αποτελούν τη διεπαφή με τους χρήστες, τους παραγωγούς, που δημιουργούν το προσφερόμενο περιεχόμενο, και τους καταναλωτές.
Τα δεδομένα αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία για την παγκόσμια δημιουργία αξίας. Έτσι, ο οργανισμός IDS (International Data Spaces Association) έχει ως πρωταρχικό στόχο τη δημιουργία μίας βάσης για τα οικοσυστήματα των δεδομένων και τις αγορές, πάνω στις αρχές της εμπιστοσύνης και της κυριαρχίας των δεδομένων (data sovereignty). Οι δημιουργοί των δεδομένων πρέπει να μπορούν να ελέγχουν ποιος χρησιμοποιεί τα δεδομένα τους, για ποιο χρονικό διάστημα, για ποια εφαρμογή, πόσες φορές και βάσει ποιων όρων και προϋποθέσεων.

Οδικός χάρτης προς τον ψηφιακό μετασχηματισμό
Οι ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή βρίσκονται ακόμα σε αρχικό στάδιο, αλλά αναπτύσσονται πάνω στο ώριμο έδαφος του διαδικτύου των πραγμάτων. Χάρις στο ευρύ πεδίο εφαρμογής τους, γεννήθηκε η ανάγκη ορισμού και ανάπτυξης ενός πλαισίου αναφοράς, του μοντέλου RAMI 4.0. Στο παρόν πλαίσιο ανάπτυξης, όσοι υιοθετούν τις πλατφόρμες δεν θα πρέπει να υποχρεωθούν να κάνουν επιλογές, αλλά μάλλον να σχεδιάσουν έναν οδικό χάρτη προς τον ψηφιακό μετασχηματισμό. Υπό αυτήν την έννοια, η τεχνολογική αρχιτεκτονική πρέπει υποχρεωτικά να είναι ανοιχτή, με τις τελευταίες τεχνολογίες ΙοΤ, τεχνητής νοημοσύνης, ρομποτικής, cloud ή Big Data να μπορούν να ξαναχρησιμοποιούνται και να ενσωματώνονται μέσω διεπαφών που ορίζονται από ανοιχτές προδιαγραφές. .

Παρά την πρόοδο που έχει συντελεστεί ως τώρα, απομένουν ακόμα πολλά να γίνουν ώστε να υπάρξει σύνδεση με επιπλέον υπηρεσίες, με άμεσο και εύχρηστο τρόπο (plug-and-play). Τελικά οι σχεδιαστές των λογισμικών πρέπει να αναλογιστούν τα εξής:
• Το πολύπλευρο οικοσύστημα των παρόχων υπηρεσιών, των βιομηχανιών καθώς και των παρόχων των πλατφορμών.
• Τους μηχανισμούς για την εμπορική διάθεση ή παροχή ανοιχτής πηγής των ψηφιακών υπηρεσιών μέσω κατάλληλων αγορών.
• Το σπονδυλωτό σχεδιασμό (modularity) των υφιστάμενων ή υπό σχεδίαση πλατφορμών, ώστε να καλύπτονται διαφορετικές περιοχές του πλαισίου RAMI.
• Τη δυνατότητα ενοποίησης πεπαλαιωμένων συστημάτων (legacy system integration).
• Τα σημασιολογικά εμπόδια.
• Τις απαιτήσεις των επιμέρους βιομηχανικών τομέων.

Τα οφέλη της 4ης Βιομηχανικής επανάστασης θα πρέπει να μεταφράζονται σε οικονομικά οφέλη για τις εταιρείες, στον βαθμό που η τεχνολογική πρόοδος γίνεται πραγματικότητα.
Ο ορισμός και η υποστήριξη νέων επιχειρηματικών μοντέλων βασισμένων στα δεδομένα θα αποτελέσει την επόμενη μεγάλη πρόκληση σε σχέση με τις ψηφιακές πλατφόρμες. Όλα αυτά σκιαγραφούν τη δουλειά που πρέπει να γίνει από δω και μπρος όσον αφορά τις ψηφιακές πλατφόρμες στη βιομηχανική παραγωγή.