Hoe zet je binnen een dag een hoogwaardige woning in elkaar waar een architect trots op kan zijn? Bouwbedrijf Van Wijnen industrialiseerde bijna het hele proces in een fabriek in Heerenveen, waardoor monteurs op de bouwplaats vloeren, gevels en daken als kant-en-klare elementen in elkaar kunnen schroeven. Hilbrand Katsma zette als algemeen directeur Van Wijnen Components zijn visie in tien jaar om tot een geoliede machine, die de woningbouw sneller, goedkoper en duurzamer maakt.
- Van Wijnen Components bouwt woningen industrieel: vloeren, gevels en daken komen als kant-en-klare elementen uit de fabriek.
- Architecten hebben veel ontwerpvrijheid via een configurator, met een breed portfolio aan opties.
- Een digital twin stuurt planning, inkoop en robots aan; mensen doen nog taken die lastig te automatiseren zijn.
- Resultaat: sneller bouwen met minder materiaal- en personeelsinzet, en potentieel snellere vergunningtrajecten via certificering.
‘Wat wij hier doen, behoort echt tot de maakindustrie’
Bij geïndustrialiseerde woningbouw denken mensen al snel aan eenvormige, vaak kwalitatief matige rijtjeswoningen. Volstrekt onterecht, vindt Hilbrand Katsma. Hij ontwikkelde tijdens de financiële crisis een visie op bouwen, die hij later samen met Peter Hutten, ceo van bouwbedrijf Van Wijnen, heeft uitgewerkt. Architecten kunnen kiezen uit een rijkgevuld portfolio aan opties om met hun eigen creativiteit een mooie en gevarieerde woonwijk te creëren. Het grote verschil zit in de manier waarop de individuele huizen tot stand komen. ‘De traditionele bouwplaats is eigenlijk een openluchtfabriek, waarbij je in weer en wind met een groot team aan het werk bent om een eenmalig project te realiseren’, schetst Katsma het uitgangspunt van zijn visie. ‘Het omslagpunt in het denken is dat je niet één woning maakt, maar honderdduizend. Dan ga je anders kijken naar het ontwerp en de materialisatie.’
Het idee om bouwen anders aan te pakken ontstond bij Katsma doordat in de crisis van 2008 de financiering in de bouw onder druk stond en vakmensen steeds lastiger te vinden waren. Tegelijk nam de behoefte aan woningen in het lage en middensegment toe. Katsma heeft samen met het team bij de ontwikkeling van de talloze ideeën goed gekeken naar de auto-industrie. VW, Audi, Skoda en Seat bouwen bijvoorbeeld heel verschillende typen, maar allemaal op één onderstel en op basis van één geautomatiseerd platform. Het zijn sterk gerobotiseerde fabrieken, waarbij de toeleveringsketen van de zeer vele opties extreem goed op orde moet zijn. Tegelijk zag hij verschillen. ‘In de kern is een autofabriek een assemblagefabriek. Wat wij hier doen, behoort echt tot de maakindustrie, met discrete producten waarvoor machines steeds opnieuw worden ingesteld en er kwaliteitscontrole op moet plaatsvinden.’
Zonder ervaring naar Industrie 4.0
Katsma beaamt dat het project een zeer grote en risicovolle investering was voor Van Wijnen. ‘In de basis zijn we een bouwbedrijf zonder veel ervaring in de industrie. Met deze aanpak maakten we in één keer de stap naar Industrie 4.0. En dan gaat het niet om een paar robots aanschaffen, maar we wilden het hele proces van ontwerp tot oplevering digitaal aansturen.’ Zo’n disruptieve aanpak heeft het voordeel dat er geen rekening met legacy-systemen hoeft te worden gehouden. Hij maakt de vergelijking met Tesla, dat met de laatste stand van de techniek een nieuwe manier van auto’s bouwen kon opzetten. Het nadeel is dat er geen voorbeelden zijn en alle onderdelen moeten worden uitgedacht. ‘Als je nu door de fabriek loopt en ik laat alle ellende weg, dan denk je: “Het is een prachtig jongensboek.” Maar er zijn talloze momenten geweest waarop we ons echt afvroegen hoe we de problemen in hemelsnaam moesten oplossen. We liepen soms tegen zoveel barrières op dat we ons echt afvroegen of we wel verder moesten gaan.’ Hij noemt als voorbeeld het metselwerk dat met alle variaties zo complex is dat het automatiseren ervan bijna ondoenlijk leek. Maar ook het samenwerken van verschillende systemen wilde soms maar niet lukken.
‘De traditionele bouwplaats is eigenlijk een openluchtfabriek’
De automatisering van het proces was dan ook een enorme klus waar 120 mensen zo’n vijf jaar aan hebben gewerkt. Nu staat er een systeem waarbij de projectontwikkelaar samen met een architect de woningen vorm kan geven met behulp van een configurator. Op basis van die data maakt het systeem een planning, bestelt de artikelen in de toeleveringsketen en configureert de robots. Van de complete fabriek is een digital twin gemaakt. Die helpt bijvoorbeeld de fabriek planbaar en bestuurbaar te maken ondanks de eindeloze hoeveelheid variaties. ‘Met een tablet kun je in de fabriek elementen met drag-and-drop handmatig naar een volgende stap sturen. In het begin werd dat nog veel gedaan als het erop leek dat het systeem een element niet zelf verder in het proces stuurde. Nadat de digital twin helemaal klaar was, moesten we leren van die handmatige ingrepen af te blijven. Het algoritme in het systeem doet miljoenen berekeningen om honderden posities in het proces optimaal te plannen. Dat overzicht heeft een mens gewoon niet en hij creëert daardoor met handmatig ingrijpen deadlocks verderop in het proces.’
Minimaal snijverlies en afval
Voordat de fabriek kon worden gebouwd, zijn er eerst proefprojecten gedraaid in een lege fabriek in Gorredijk. Daar werden de elementen met de hand gemaakt om de principes te testen. Zo zijn de vloeren en wanden als ze op de bouwplaats komen al voorzien van elektradraden en buizen voor water en vloerverwarming. Op de bouwplaats worden die met standaardkoppelingen met elkaar verbonden. Dat vereist dat de elementen met een nauwkeurigheid van millimeters op elkaar aansluiten waarbij rubbers zorgen voor een lucht- en waterdichte afsluiting. De elementen zijn daardoor ook weer los te maken en geschikt voor hergebruik.
Hoewel veel is geautomatiseerd, werken er in de fabriek tussen vijftig en honderd mensen aan handelingen die niet goed door machines kunnen worden uitgevoerd, bijvoorbeeld het voegen van metselwerk. ‘Omdat een steen een keramisch product is, vertoont het variaties in maat en door krimp. Wil je de voeg in hoog tempo netjes op de gevel krijgen, dan vraagt dat in de praktijk om bijsturing op gevoel. Dat kun je niet eenvoudig automatiseren.’ Met dat aantal medewerkers en de robots wordt werk verricht waarvoor in de traditionele bouw wel 1.350 mensen nodig zijn.
‘Net als bij Philips draait het werk om hoge precisie en hele kleine toleranties’
Zo bespaart Van Wijnen met de industriële aanpak niet alleen op personeelskosten, maar ook op materiaalkosten. In de traditionele bouw wordt de betonbewapening als standaardnetten naar de bouwplaats gebracht waarna ze op maat worden gemaakt. Dat levert veel snijverlies op. In de fabriek staat een robot die uit grote rollen staaldraad de bewapening voor elk element exact op maat knipt en last, waardoor snijverlies uitblijft. Zo kan op veel meer punten op materiaal worden bespaard. Katsma: ‘Al het afval van een huis past bij ons in een kliko, terwijl er bij traditionele bouw wel drie afvalcontainers van zes kuub nodig zijn.’
Continuous improvement in de fabriek
In de fabriek zijn drie productiestraten waarin de elementen met al hun variaties parallel worden opgebouwd, met wissels ertussen zodat bij een storing in een straat er toch omheen gewerkt kan worden. Het systeem zorgt ervoor dat op elk station automatisch de benodigde materialen in de juiste hoeveelheden klaarstaan voor de handelingen die nog handmatig gebeuren. Het systeem stuurt ook de lasers aan om exact de plekken aan te geven waar de medewerkers bewerkingen moeten uitvoeren.
Nu de fabriek inmiddels volop in bedrijf is, komen er nog voortdurend verbeterpunten naar voren. Om de efficiëntie verder te verhogen is eind vorig jaar Binne Visser aangetrokken. Hij heeft enorm veel ervaring in het robotiseren van productieprocessen bij de fabrieken in Drachten waar Philips huishoudelijke apparatuur en scheerapparaten maakt. ‘Wat hier staat is gewoon uniek’, motiveert Visser zijn overstap. ‘Het gaat hier echt om het realiseren van operational excellence. Net als bij Philips draait het werk om hoge precisie en hele kleine toleranties.’ Er valt nog veel te verbeteren, volgens Visser, maar hij ziet enorme kansen. ‘Ik vind dat een prachtige uitdaging. Je staat in mijn wereld nu in de kelder en je gaat naar zolder toe.’ Hij werkt aan continuous improvement op basis van feedback vanuit de fabriek en van de bouwplaats. ‘Die wordt verwerkt in een volgende release van het platform en in de productielijn, nadat de wijzigingen eerst uitvoerig zijn gevalideerd.’
De vergaande standaardisering van het bouwproces heeft nog een voordeel. Katsma heeft een certificeringsproces in gang gezet waardoor het proces van vergunningen en keuringen sterk kan worden ingekort. In het reguliere proces is er een periode van veertien weken waarin de gemeente acht weken krijgt voor de beoordeling van een bouwproject en er vervolgens zes weken zijn voor inspraak van omwonenden. Het komt regelmatig voor dat een gemeente als gevolg van capaciteitstekort het voorbereiden van de vergunning niet rond krijgt in de tijd die daarvoor staat. Met het gecertificeerde bouwproces en de typegoedkeuring hoeft een gemeente de meeste beoordelingen niet meer te doen en kan het inspraakproces al na een week beginnen. ‘We willen met onze opzet bereiken dat we in minimaal 80 procent van de gevallen direct een bouwvergunning krijgen.’
De fabriek in Heerenveen werkt nu met één shift per dag waarin tachtig elementen worden geproduceerd. Daarmee lukt het om circa duizend woningen per jaar te bouwen. Wanneer de vraag stijgt kan Katsma een tweede shift inlassen, waardoor met minimale investeringen de productiecapaciteit verdubbelt. Hij is er trots op dat met deze ontwikkeling in Nederland nieuwe maakindustrie ontstaat. ‘Je hebt er wel mensen voor nodig die hart voor de zaak hebben en verder kunnen kijken dan hun eigen afdeling. Anders dan in de procesindustrie moet je een passie hebben voor het maken van fysieke dingen, samen met robots en menselijke collega’s.’
