Introducing the Sectoral Enterprise Architecture Framework (SEAF)

Multiple enterprise architecture (EA) frameworks have been proposed to guide the alignment of business and information technologies. However, existing EA approaches were not yet tested to represent (as-is) and steer (to-be) the digital transformation of an entire industry sector. This research-in-progress aims to create a Sectoral Enterprise Architecture Framework (SEAF) to support the ongoing digital transformation in industry. SEAF emerges from a design science research project in cooperation with a national refrigeration and air conditioning association. The initial results include the design of SEAF structure and its deployment in a vital industry sector interested in revealing data and digital technologies’ role in ensuring sustainability for the coming years. A sectoral EA framework can be helpful to the mission of industry associations, guiding companies in planning, implementing, and migrating new technologies suitable to their supply chain

A reference model for SMEs understanding of industry 4.0

Industry 4.0 is the largely debated fourth industrial revolution. However, a gap still existing in disseminating its principles in SMEs environment. Reference systems, namely Reference Architecture and Reference Model, seem to foster the actual implementation of system compliant with principles of Industry 4.0. Hence, a Reference Model is presented to cope with the need for a reference system that can be easily understood by SME managers, and can vouch for realization of Smart Factories of Industry 4.0

Reference Models for Digital Manufacturing Platforms

[EN] This paper presents an integrated reference model for digital manufacturing platforms, based on cutting edge reference models for the Industrial Internet of Things (IIoT) systems. Digital manufacturing platforms use IIoT systems in combination with other added-value services to support manufacturing processes at different levels (e.g., design, engineering, operations planning, and execution). Digital manufacturing platforms form complex multi-sided ecosystems, involving different stakeholders ranging from supply chain collaborators to Information Technology (IT) providers. This research analyses prominent reference models for IIoT systems to align the definitions they contain and determine to what extent they are complementary and applicable to digital manufacturing platforms. Based on this analysis, the Industrial Internet Integrated Reference Model (I3RM) for digital manufacturing platforms is presented, together with general recommendations that can be applied to the architectural definition of any digital manufacturing platform.This work has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 825631 and from the Operational Program of the European Regional Development Fund (ERDF) of the Valencian Community 2014-2020 IDIFEDER/2018/025.Fraile Gil, F.; Sanchis, R.; Poler, R.; Ortiz Bas, Á. (2019). Reference Models for Digital Manufacturing Platforms. Applied Sciences. 9(20):1-25. https://doi.org/10.3390/app9204433S125920Pedone, G., & Mezgár, I. (2018). Model similarity evidence and interoperability affinity in cloud-ready Industry 4.0 technologies. Computers in Industry, 100, 278-286. doi:10.1016/j.compind.2018.05.003Mehrpouya, M., Dehghanghadikolaei, A., Fotovvati, B., Vosooghnia, A., Emamian, S. S., & Gisario, A. (2019). The Potential of Additive Manufacturing in the Smart Factory Industrial 4.0: A Review. Applied Sciences, 9(18), 3865. doi:10.3390/app9183865Tran, Park, Nguyen, & Hoang. (2019). Development of a Smart Cyber-Physical Manufacturing System in the Industry 4.0 Context. Applied Sciences, 9(16), 3325. doi:10.3390/app9163325Fernandez-Carames, T. M., & Fraga-Lamas, P. (2019). A Review on the Application of Blockchain to the Next Generation of Cybersecure Industry 4.0 Smart Factories. IEEE Access, 7, 45201-45218. doi:10.1109/access.2019.2908780Moghaddam, M., Cadavid, M. N., Kenley, C. R., & Deshmukh, A. V. (2018). Reference architectures for smart manufacturing: A critical review. Journal of Manufacturing Systems, 49, 215-225. doi:10.1016/j.jmsy.2018.10.006Sutherland, W., & Jarrahi, M. H. (2018). The sharing economy and digital platforms: A review and research agenda. International Journal of Information Management, 43, 328-341. doi:10.1016/j.ijinfomgt.2018.07.004Corradi, A., Foschini, L., Giannelli, C., Lazzarini, R., Stefanelli, C., Tortonesi, M., & Virgilli, G. (2019). Smart Appliances and RAMI 4.0: Management and Servitization of Ice Cream Machines. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15(2), 1007-1016. doi:10.1109/tii.2018.2867643Gerrikagoitia, J. K., Unamuno, G., Urkia, E., & Serna, A. (2019). Digital Manufacturing Platforms in the Industry 4.0 from Private and Public Perspectives. Applied Sciences, 9(14), 2934. doi:10.3390/app9142934Digital Manufacturing Platforms, Factories 4.0 and beyondhttps://www.effra.eu/digital-manufacturing-platformsZero Defect Manufacturing Platform Project 2019https://www.zdmp.eu/Zezulka, F., Marcon, P., Vesely, I., & Sajdl, O. (2016). Industry 4.0 – An Introduction in the phenomenon. IFAC-PapersOnLine, 49(25), 8-12. doi:10.1016/j.ifacol.2016.12.002Announcing the IoT Industrie 4.0 Reference Architecturehttps://www.ibm.com/cloud/blog/announcements/iot-industrie-40-reference-architectureVelásquez, N., Estevez, E., & Pesado, P. (2018). Cloud Computing, Big Data and the Industry 4.0 Reference Architectures. Journal of Computer Science and Technology, 18(03), e29. doi:10.24215/16666038.18.e29Pisching, M. A., Pessoa, M. A. O., Junqueira, F., dos Santos Filho, D. J., & Miyagi, P. E. (2018). An architecture based on RAMI 4.0 to discover equipment to process operations required by products. Computers & Industrial Engineering, 125, 574-591. doi:10.1016/j.cie.2017.12.029Calvin, T. (1983). Quality Control Techniques for «Zero Defects». IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, 6(3), 323-328. doi:10.1109/tchmt.1983.113617

Integration of sensor and actuator networks and the SCADA System to promote the migration of the legacy flexible manufacturing system towards the industry 4.0 concept

Se implementan redes de sensores y actuadores en los procesos de fabricación automatizados utilizando buses de campo industriales, donde las unidades de automatización y los sistemas de supervisión también están conectados a intercambiar información operacional. En el contexto de la cuarta revolución industrial entrante, llamada Industria 4.0, la gestión de las instalaciones de legado es una cuestión primordial a tratar. Este documento presenta una solución para mejorar la conectividad de un sistema de fabricación flexible heredado, que constituye el primer paso en la adopción del concepto de Industria 4.0. Tal sistema incluye el PROCESO de bus de campo FIELD BUS (PROFIBUS) alrededor del cual se interconectan los sensores, actuadores y controladores. En orden para establecer una comunicación efectiva entre la red de sensores y actuadores y una red de supervision se implementa un enfoque de hardware y software que incluye la conectividad Ethernet. Este se prevé que la labor contribuya a la migración de los sistemas heredados hacia la desafiante industria 4.0 marco. Los resultados experimentales prueban el correcto funcionamiento del FMS y la viabilidad de la propuesta.Networks of sensors and actuators in automated manufacturing processes are implemented using industrial fieldbuses, where automation units and supervisory systems are also connected to exchange operational information. In the context of the incoming fourth industrial revolution, called Industry 4.0, the management of legacy facilities is a paramount issue to deal with. This paper presents a solution to enhance the connectivity of a legacy Flexible Manufacturing System, which constitutes the first step in the adoption of the Industry 4.0 concept. Such a system includes the fieldbus PROcess FIeld BUS (PROFIBUS) around which sensors, actuators, and controllers are interconnected. In order to establish effective communication between the sensors and actuators network and a supervisory system, a hardware and software approach including Ethernet connectivity is implemented. This work is envisioned to contribute to the migration of legacy systems towards the challenging Industry 4.0 framework. The experimental results prove the proper operation of the FMS and the feasibility of the proposal.peerReviewe

Industrial agents for resilient manufacturing systems. AN I4.0 plantform for the manufacturing domain.

179 p.Este trabajo propone una plataforma para la gestión de sistemas de fabricación contextualizada en el marco de la Industria 4.0. Para ello, esta plataforma hace uso de los conceptos y normas recogidos en la Reference Architectural Model for Industrie 4.0 (RAMI 4.0), considerada la arquitectura de referencia a nivel europeo y global. Sobre esta base, la Plataforma I4.0 proporciona soporte tecnológico y metodológico para facilitar tareas como la caracterización e integración de activos a través del desarrollo del Asset Administration Shell (AAS), la entidad propuesta en RAMI 4.0 para proporcionar interoperabilidad y gestión de servicios. Además, el núcleo de la Plataforma I4.0 implementa los Infrastructure Services contemplados por RAMI 4.0 para la creación, registro y exposición de AASs en el sistema, y los extiende con funcionalidades adicionales para garantizar el estado operativo de la fábrica ante incidencias en el proceso o eventos no planificados.Esta Plataforma I4.0 ha sido diseñada para agentes industriales compatibles con el estándar FIPA. Los agentes industriales tienen una capacidad inherente para tomar decisiones de forma autónoma, lo que les permite decidir competir y/o colaborar entre sí para alcanzar sus objetivos. Además, el protocolo de comunicación Agent Communication Language (ACL) promovido por FIPA incorpora mecanismos como el uso de ontologías y performativos que facilitan la contextualización de las comunicaciones. La combinación de estas características hace que los agentes industriales sean ideales para la implementación de soluciones de Industria 4.0.Esta Plataforma I4.0 ha sido probada mediante tres escenarios de prueba definidos para evaluar su funcionamiento en condiciones normales y su respuesta en caso de fallos que afecten a los activos físicos y lógicos. Estos escenarios se han diseñado desde un enfoque genérico y posteriormente han sido particularizados para el demostrador utilizado, que recrea un entorno de fabricación mediante el uso de equipamiento industrial

A Semantic Interoperability Model Based on the IEEE 1451 Family of Standards Applied to the Industry 4.0

The Internet of Things (IoT) has been growing recently. It is a concept for connecting billions of smart devices through the Internet in different scenarios. One area being developed inside the IoT in industrial automation, which covers Machine-to-Machine (M2M) and industrial communications with an automatic process, emerging the Industrial Internet of Things (IIoT) concept. Inside the IIoT is developing the concept of Industry 4.0 (I4.0). That represents the fourth industrial revolution and addresses the use of Internet technologies to improve the production efficiency of intelligent services in smart factories. I4.0 is composed of a combination of objects from the physical world and the digital world that offers dedicated functionality and flexibility inside and outside of an I4.0 network. The I4.0 is composed mainly of Cyber-Physical Systems (CPS). The CPS is the integration of the physical world and its digital world, i.e., the Digital Twin (DT). It is responsible for realising the intelligent cross-link application, which operates in a self-organised and decentralised manner, used by smart factories for value creation. An area where the CPS can be implemented in manufacturing production is developing the Cyber-Physical Production System (CPPS) concept. CPPS is the implementation of Industry 4.0 and CPS in manufacturing and production, crossing all levels of production between the autonomous and cooperative elements and sub-systems. It is responsible for connecting the virtual space with the physical world, allowing the smart factories to be more intelligent, resulting in better and smart production conditions, increasing productivity, production efficiency, and product quality. The big issue is connecting smart devices with different standards and protocols. About 40% of the benefits of the IoT cannot be achieved without interoperability. This thesis is focused on promoting the interoperability of smart devices (sensors and actuators) inside the IIoT under the I4.0 context. The IEEE 1451 is a family of standards developed to manage transducers. This standard reaches the syntactic level of interoperability inside Industry 4.0. However, Industry 4.0 requires a semantic level of communication not to exchange data ambiguously. A new semantic layer is proposed in this thesis allowing the IEEE 1451 standard to be a complete framework for communication inside the Industry 4.0 to provide an interoperable network interface with users and applications to collect and share the data from the industry field.A Internet das Coisas tem vindo a crescer recentemente. É um conceito que permite conectar bilhões de dispositivos inteligentes através da Internet em diferentes cenários. Uma área que está sendo desenvolvida dentro da Internet das Coisas é a automação industrial, que abrange a comunicação máquina com máquina no processo industrial de forma automática. Essa interligação, representa o conceito da Internet das Coisas Industrial. Dentro da Internet das Coisas Industrial está a desenvolver o conceito de Indústria 4.0 (I4.0). Isso representa a quarta revolução industrial que aborda o uso de tecnologias utilizadas na Internet para melhorar a eficiência da produção de serviços em fábricas inteligentes. A Indústria 4.0 é composta por uma combinação de objetos do mundo físico e do mundo da digital que oferece funcionalidade dedicada e flexibilidade dentro e fora de uma rede da Indústria 4.0. O I4.0 é composto principalmente por Sistemas Ciberfísicos. Os Sistemas Ciberfísicos permitem a integração do mundo físico com seu representante no mundo digital, por meio do Gémeo Digital. Sistemas Ciberfísicos são responsáveis por realizar a aplicação inteligente da ligação cruzada, que opera de forma auto-organizada e descentralizada, utilizada por fábricas inteligentes para criação de valor. Uma área em que o Sistema Ciberfísicos pode ser implementado na produção manufatureira, isso representa o desenvolvimento do conceito Sistemas de Produção Ciberfísicos. Esse sistema é a implementação da Indústria 4.0 e Sistema Ciberfísicos na fabricação e produção. A cruzar todos os níveis desde a produção entre os elementos e subsistemas autónomos e cooperativos. Ele é responsável por conectar o espaço virtual com o mundo físico, permitindo que as fábricas inteligentes sejam mais inteligentes, resultando em condições de produção melhores e inteligentes, aumentando a produtividade, a eficiência da produção e a qualidade do produto. A grande questão é como conectar dispositivos inteligentes com diferentes normas e protocolos. Cerca de 40% dos benefícios da Internet das Coisas não podem ser alcançados sem interoperabilidade. Esta tese está focada em promover a interoperabilidade de dispositivos inteligentes (sensores e atuadores) dentro da Internet das Coisas Industrial no contexto da Indústria 4.0. O IEEE 1451 é uma família de normas desenvolvidos para gerenciar transdutores. Esta norma alcança o nível sintático de interoperabilidade dentro de uma indústria 4.0. No entanto, a Indústria 4.0 requer um nível semântico de comunicação para não haver a trocar dados de forma ambígua. Uma nova camada semântica é proposta nesta tese permitindo que a família de normas IEEE 1451 seja um framework completo para comunicação dentro da Indústria 4.0. Permitindo fornecer uma interface de rede interoperável com utilizadores e aplicações para recolher e compartilhar os dados dentro de um ambiente industrial.This thesis was developed at the Measurement and Instrumentation Laboratory (IML) in the University of Beira Interior and supported by the portuguese project INDTECH 4.0 – Novas tecnologias para fabricação, que tem como objetivo geral a conceção e desenvolvimento de tecnologias inovadoras no contexto da Indústria 4.0/Factories of the Future (FoF), under the number POCI-01-0247-FEDER-026653

A journey towards Industry 4.0 : the supporting role of socio-technical systems

Companies seek to improve their competitiveness and productivity through innovation in processes, products, and equipment. This innovation can be achieved via technologies that bring greater quality, flexibility, efficiency, control, and monitoring to their production. In this sense, the concept of a more intelligent, automated, and digital industry gained interest and culminated in Industry 4.0. Many companies view this industry evolution as capable of delivering immediate improvements and lowering production costs. However, only crediting the technology with gains in productivity, quality, and flexibility has brought frustrations, complexity, and reduced production in company processes. This is due to, among other things, the way Industry 4.0 technologies are understood, implemented, communicated, and used. Literature and empirical studies have shown that companies still lack the technological, cultural, and process maturity necessaries to obtain substantial gains with Industry 4.0, especially small and medium-sized companies. Focusing on this technology implementation process, this thesis aims to investigate how the socio-technical theory can bring improvements and gains in relation to the environment in which technologies such as IoT, big data, analytics, collaborative robots, and 3D printing are implemented. For that, this thesis aims to identify how the socio-technical aspects impact the implementation of Industry 4.0 and its contribution to improving the results with its implementation. The results demonstrate that socio-technical aspects are associated with higher levels of Industry 4.0 implementation as they serve as the basis for technologies to operate in a more organized environment, with workers trained and engaged in their use and with a clear and delimited strategy. Strategic aspects are the most impacting aspects of Industry 4.0 implementation and should be considered fundamental for companies adopting its technologies. The qualitative results highlight such importance and demonstrate how companies have made such a transition both through Industry 4.0 ecosystems, as well as seeking capabilities and knowledge through suppliers, consultancies, associations, and startups. Still, the results showed the importance of collecting, storing, and having the ability to use data for continuous improvement. Well-established lean maturity and the definition of a strategic and technological roadmap that guides the technology implementation process were also essential for the company to focus on a broader context of technologies to the detriment of ad-hoc implementations. Finally, the results also showed that although aspects of strategic definition bring important gains for implementing Industry 4.0, improvements related to workers, such as engagement, qualification, and training, can also bring productivity improvements. In this way, this thesis brings theoretical and empirical gains to a field of growing interest for the industry that demands high investments, impacting not only workers but various organizational, social, and technical aspects of the company. The results discussed here provide empirical evidence of the importance of a socio-technical vision based on more organized processes, a well-defined strategy, and trained, engaged, and participative workers in the transition to Industry 4.0, in contrast to the technocentric vision generally adopted by companies.Empresas buscam melhorar sua competitividade e produtividade através de inovações em processos, produtos e equipamentos. Tais inovações podem ser feitas através de tecnologias que tragam maior qualidade, flexibilidade, eficiência, controle e monitoramento a sua produção. Nesse sentido, o conceito de uma indústria mais inteligente, automatizada e digital ganhou força e culminou no que se denomina de Indústria 4.0. Muitas empresas visualizam essa evolução da indústria como capaz de entregar melhorias imediatas e diminuir custos de produção. No entanto, creditar somente à tecnologia ganhos de produtividade, qualidade e flexibilidade tem trazido frustrações, diminuição na produção e complexidade aos processos das empresas. Isso se deve, entre outras coisas, à forma como as tecnologias da Indústria 4.0 são entendidas, implementadas, comunicadas e usadas. Estudos empíricos têm demonstrado que as empresas ainda não possuem maturidade tecnológica, cultural e de processos para obter ganhos substanciais com a Indústria 4.0. Com foco nesse processo de implementação de tecnologia, esta tese visa estudar como a abordagem sistêmica e holística proposta pela teoria socio-técnica pode trazer melhorias e ganhos em relação ao ambiente em que as tecnologias como IoT, big data, analytics, robôs colaborativos e impressão 3D são implementadas. Para isso, essa tese tem como objetivo geral identificar como os aspectos socio-técnicos impactam a implementação da Indústria 4.0 e sua contribuição para melhorar os resultados com a sua implementação. Os resultados demonstram que os aspectos socio-técnicos estão associados a níveis mais altos de Indústria 4.0 uma vez que servem de base para que as tecnologias possam operar em um ambiente preparado, com trabalhadores treinados e engajados em seu uso e com uma estratégia clara e delimitada. Os aspectos estratégicos são os que mais impactam no nível de adoção de Indústria 4.0 e são fundamentais para a adoção das tecnologias. Os resultados qualitativos ressaltam tal necessidade e demonstram como as empresas têm feito tal transição tanto através de treinamentos, parcerias com startups e organizações governamentais, assim como buscando capabilidades e conhecimento através de fornecedores, universidades e consultorias. Ainda, os resultados evidenciaram a importância de coletar, armazenaram e possuir capacidade de utilizar dados para melhorias contínuas. Maturidade lean bem estabelecida e a definição de um roadmap estratégico e tecnológico que guie o processo de implementação das tecnologias também foi demonstrado como essencial para que a empresa foque num contexto mais amplo de tecnologias em detrimento de implementações pontuais e usos ad hoc. Finalmente, os resultados também demonstraram que apesar de aspectos de definição estratégica trazerem ganhos importantes para a implementação de Indústria 4.0, melhorias relacionadas a trabalhadores, como engajamento, qualificação e treinamento também são capazes de trazer melhorias na produtividade. Dessa forma, essa tese traz ganhos teóricos para um campo crescente e de interesse da indústria e que demandam investimentos altos, impactando não somente os trabalhadores, mas diversos aspectos organizacionais, sociais e técnicos da empresa. Os resultados discutidos aqui trazem evidências empíricas da importância de uma visão socio-técnica pautada em processos mais organizados, estratégia bem definida e trabalhadores treinados, engajados e participativos na transição para a Indústria 4.0 em contraste a visão tecnocentrista geralmente adotada pelas empresas

O desenvolvimento da indústria 4.0 no Brasil e na República Popular da China e suas principais contribuições aos ODS da ONU : perspectiva governo

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia de Produção, 2019.Como um motor para o avanço de sistemas industriais de produção e a convergência de tecnologias digitais, a aplicação efetiva do conjunto de inovações tecnológicas atreladas ao conceito de Indústria 4.0 representa atualmente uma grande oportunidade para países em desenvolvimento como o Brasil e a China. Através de um conjunto de análises quantitativas e qualitativas baseadas no modelo hélice tríplice de inovação e empreendedorismo (indústria-governo-academia), este projeto busca compreender como o fenômeno da Indústria 4.0 está se desenvolvendo nos dois países, e como este crescimento a partir destas três esferas institucionais está contribuindo para o alcance dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas.As an engine for the advancement of industrial production systems and the convergence of digital technologies, the effective application from the set of technological innovations tied to the concept of Industry 4.0 represents today a great opportunity for developing countries such as Brazil and China. Through a set of quantitative and qualitative analyzes based on the triple helix model of innovation and entrepreneurship (industry-government-academia), this project seeks to understand how the phenomenon of Industry 4.0 is developing in both countries, and how the growth from these three institutional spheres is contributing to the achievement of the United Nations Sustainable Development Goals