Het ontwikkelwerk aan de architectuur, dat vorig jaar voorjaar gestart is, moet resulteren in een autonome pilotlijn. Die moet model staan voor toekomstige automatiseringsprojecten binnen de maakindustrie en oplossingen bieden voor use cases bij Philips en Dopple. De projectgroep maakt deel uit van een consortium van 25 bedrijven en kennisinstellingen uit Noord-Nederland. Dat richt zich op de ontwikkeling van hightech equipment van de toekomst, onder de noemer Smart Industry Autonomous Factory binnen het NXTGEN Hightech-programma.
Het Reference Architectural Model Industrie 4.0 (RAMI 4.0) waarop de architectuur van de nieuwe fabriek wordt gebaseerd. Illustratie: Platform Industrie 4.0 and ZVEI
NXTGEN Hightech-project aan de slag met zelfstandige, lerende fabriek die nooit stilvalt
Stel je voor: een volledig zelfstandig draaiende fabriek die zonder menselijk ingrijpen producten produceert. Die zich aanpast aan veranderingen in de marktvraag of in het aanbod van materialen vanuit de keten. Een fabriek ook die eenvoudig schaalbaar is en absoluut cybersecure. In die fabriek zijn de – gepersonaliseerde – producten die er worden gemaakt en de componenten die ervoor nodig zijn niet langer passief, maar sturen ze zelf actief de productie aan. Met financiële steun vanuit het Nationaal Groeifonds-programma NXTGEN Hightech gaat een projectgroep van Noord-Nederlandse kennisinstellingen en bedrijven zo’n fabriek ontwerpen en – in pilotvorm – bouwen om die uiterlijk in 2030 te demonstreren.
Aldus schetst Kor de Vries de grote lijnen van dit project. Hij is manager van de engineeringafdeling van Batenburg Beenen, een systeemintegrator die integrale industriële automatiseringsoplossingen ontwerpt en bouwt, en een van de bedrijven binnen de projectgroep die dit voorjaar van start is gegaan.
Actieve producten
Centraal in de gekozen oplossingsrichting staat de asset administration shell (AAS), vertelt De Vries. ‘Deze dataschil wordt toegevoegd aan elk product, aan elke component waaruit het wordt opgebouwd, maar ook aan elke transport-, bewerkings-, opslag- of inspectie-unit die voor de productie nodig is. Elke dataschil is in feite een digitale representatie van de component of unit en bevat alle denkbare informatie erover, in elke levensfase. Hiermee zijn fysieke componenten op een standaard manier geïntegreerd in alle bijbehorende data en modellen. Als vervolgens het gedrag wordt toegevoegd aan deze cyber physical systems, ontstaan digital twins. Daarmee kunnen processen worden gesimuleerd, geanalyseerd en geoptimaliseerd.’
De asset administration shell vervult een centrale rol
Juist deze AAS-dataschillen maken het mogelijk dat een gepersonaliseerd product zich actief en zo kostenefficiënt mogelijk laat produceren door een volledig zelfstandig draaiende fabriek, vervolgt de manager Engineering van de automatiseerder uit Heerenveen. ‘In die AAS is ook opgenomen wat er precies met een component moet gebeuren. Waar die in de fabriek naartoe moet en welke bewerkingen de component daar moet ondergaan. En doet zich ergens in de productie een storing voor, dan wordt volautomatisch een andere route gekozen. Hetzelfde geldt voor de volledig digitaal geïntegreerde supplychain: heeft een leverancier te kampen met een probleem, dan wordt vanzelf een andere toeleverancier ingeschakeld, zodat de productie niet stilvalt.’
Productpaspoort
De AAS-data zijn niet statisch, maar veranderen gedurende de life cycle. ‘In het beginstadium bevat de datashell alleen de informatie over het klantspecifieke ontwerp en de benodigde bewerkingen om tot het gepersonaliseerde product te komen. Tijdens de productie worden daar productiedata aan toegevoegd. En eenmaal in gebruik worden gebruiksdata verzameld en geanalyseerd. Met die informatie kan het product gericht worden onderhouden en aan het einde van de levenscyclus duurzaam worden gerecycled. De AAS dient dus ook als digitaal productpaspoort.’
Veel uitdagingen
Al die AAS-data zijn vanzelfsprekend niet aanwezig op de component of unit zelf. Wel heeft die een ID-code die correspondeert met bijbehorende data in een centraal datawarehouse. ‘Die ID-code kan de vorm krijgen van een QR-code, maar bij heel kleine componenten zijn ook andere oplossingen nodig. Dit is een van de vele uitdagingen waar we voor staan’, aldus De Vries.
Link magazine december/januari 2023/2024: Vertrouwen in de keten, niet alleen voor relaties tussen bedrijven; ook tussen afdelingen binnen een organisaties. Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
Een andere puzzel is te zorgen dat de data een standaard krijgen, zowel qua taal als qua structuur. ‘Die standaardisering is vereist om de diverse componenten en units met elkaar te laten communiceren, in één taal en via één protocol, bijvoorbeeld OPC UA of MQTT.’ Ook is die standaardisatie nodig voor de genoemde schaalbaarheid van de autonome fabriek. ‘Daartoe wordt de fabriek helemaal modulair opgebouwd. Een unit vervangen of de productie opschalen? Bij het nieuwe concept is dat eenvoudig – plug and produce – toe te voegen.’
Pilotlijn
In 2030 ligt de eindstreep en moet een complete pilotlijn operationeel zijn die zelfstandig en hoognauwkeurig grote volumes kan draaien, met minimale wachttijden en zo min mogelijk energie- en materiaalverbruik. ‘Het zal ook een lerende fabriek zijn die voortdurend data verzamelt en analyseert, en zo zichzelf steeds verder optimaliseert. De fabriek wordt daartoe onder meer voorzien van machine learning, smart vision en robotica’, verklaart De Vries.
De ontwikkelde oplossing is niet alleen een noodzakelijke stap vooruit voor de twee eindgebruikers die deel uitmaken van de projectgroep: Philips Drachten (fabrikant van scheerapparaten) en Dopple (producent van bluetooth-headsets). De opgedane kennis helpt ook andere domeinen binnen NXTGEN Hightech om de Nederlandse industrie toekomstbestendig te maken.
Zes domeinen, 1 miljard
De projectgroep bestaat naast Batenburg Beenen, Philips en Dopple uit de FMI ImProvia-vestiging in Drachten en de kennisinstellingen Rijksuniversiteit Groningen, NHL Stenden en de Hanzehogeschool. TNO staat het consortium bij. De groep is afgelopen voorjaar dus van start gegaan, in eerste instantie met de architectuur van die autonome fabriek, op basis van het Reference Architectural Model Industrie 4.0 (RAMI 4.0). Batenburg Beenen draagt niet alleen bij aan de benodigde architectuur, standaarden en modellen, maar zorgt ook voor de integratie, communicatie (interoperabiliteit), de beveiliging (cybersecurity) en de bouw. De afdeling Engineering van De Vries beschikt daartoe over honderd engineers, gespecialiseerd in onder meer E&I-, plc-, DCS-, SCADA- en MES-engineering.
De ontwikkeling is een van de NXTGEN Hightech-projecten die vallen onder het thema Smart Industry. Voorts maakt het deel uit van de zes domeinen en de twee domeinoverschrijdende thema’s waarin vanuit het NXTGEN Hightech-programma tot 2030 1 miljard euro wordt geïnvesteerd, geld van de 330 partners en uit het Nationaal Groeifonds. Het programma wil ‘een significante bijdrage’ leveren aan de structurele en duurzame economische groei in Nederland én oplossingen bieden voor de grote maatschappelijke uitdagingen op het gebied van de energietransitie, gezondheid, veiligheid en voeding.
