Thu Oct 17 2019

10 17

De slimste machine van de klas

18/11/2015

Door Bart Driessen

Al veel gehoord over Internet of Things (IoT), Industrie 4.0 of het tijdperk van de digitale machine? Hou er rekening mee dat er nog veel meer op ons afkomt. De makers moeten met PLM nog beter samenwerken, en veelzijdigheid en flexibiliteit tonen.


     

De trend is dat machines een geïntegreerd onderdeel worden van de productielijn. Online sensoren verzenden nu al realtime gegevens over de voortgang van de productie en de status van de machines. Zo kan een machine zijn eigen status analyseren op basis van variabelen zoals temperatuur, hydraulische prestaties en drukniveaus. Via industriële netwerken worden afwijkingen automatisch gemeld aan de ingenieurs, zodat problemen snel worden verholpen. De gegevens vanuit de machines maken nu deel uit van een groter datasysteem waarin de meest uiteenlopende gegevens uit actuatoren, sensoren, draadloze videocamera's en RFID-lezers worden verwerkt. Deze data zorgen voor een continu overzicht van de productielijn, waardoor mensen en machines betere beslissingen kunnen nemen.

Meer software

Hoewel fabrikanten deze ontwikkelingen toejuichen, zorgt het ook voor meer complexiteit. Om de machines te besturen is namelijk weer meer geavanceerde software nodig. En dat terwijl het aandeel software in machines tussen 1970 en 2010 al met 45 procent is toegenomen. Ook de eisen van fabrikanten zorgen voor meer complexiteit. In markten zoals auto's en consumptiegoederen willen consumenten op maat gemaakte producten. Deze producten vereisen aangepaste machines om ze te kunnen maken. De wereld van nu verandert snel; zo ook de vraag van de afnemer, dus moeten machines steeds sneller worden aangepast. De vraag daarentegen naar standaard machines met een lange levensduur zal daardoor flink afnemen. Daarnaast speelt het milieu een belangrijke rol in het maken van machines. Veranderende wetgeving zorgt voor strengere veiligheidsnormen, waardoor machineconfiguraties vaker veranderen om te kunnen voldoen aan de nieuwe eisen. Bovendien betekent de opkomst van machinemakers in economieën met lagere kosten dat de marges onder druk komen te staan.

Projectinformatie

Met deze problemen in gedachte moeten we manieren vinden om de zaken anders aan te pakken. Leren omgaan met de toenemende complexiteit van machines, efficiënter werken om kosten te besparen en flexibiliteit inbrengen in ontwerpen, ontwikkelen en engineering zijn nodig om snel en wendbaar te kunnen leveren. Kortom, het is tijd voor de volgende stap richting geavanceerde machinebouw. De basis daarvoor is een digitaal platform dat alle projectinformatie bevat, waarop teams kunnen samenwerken en dat al het werk opslaat en documenteert. Met een uniform systeem, speciaal ontworpen voor de lifecycle van het project, kunnen machinebouwers in drie stappen hun productieprocessen verbeteren.

Mechatronisch ontwerp

Met behulp van de uitgangspunten van system engineering kunnen de eisen en feedback van de klant worden getraceerd vanaf de eerste gesprekken tot aan het afgewerkte design. Door software wordt het mogelijk om geavanceerde functionele modellen te maken. Dat model biedt een kader waarbinnen mechanische, elektrische en automatiseringsdisciplines parallel kunnen samenwerken. Mechanische ontwerpers gebruiken conceptmodellen voor gedetailleerd design, de elektrische ontwerper gebruikt de modeldata om de beste sensoren en actuatoren voor de machines te selecteren en automatiseerders ontwikkelen software met behulp van nokken en operationele volgordegegevens.

Hergebruik

Door digitalisering van het projectmanagement is ook modulair ontwerp van nieuwe machines mogelijk. De software verdeelt de wensen van de klant in verschillende onderdelen, waar afzonderlijk aan wordt gewerkt. Zo ontstaan modules die vaak geschikt zijn voor hergebruik. En ze verminderen het aantal ontwerpcycli. Deze aanpak reduceert ook de kosten en tijdsproblemen die ontstaan wanneer klanten een aangepaste machine willen hebben.

Virtuele machines

De evolutie van het machineontwerp gaat nog verder: de 'virtuele machine'. Het gaat om digitale 3D-klonen van machines. Deze zijn volledig gedetailleerd zodat nieuwe producten ook weer virtueel kunnen worden ontworpen, getest en gebruikt. In deze wereld kunnen concepten snel worden gebouwd. Met software kan ook het effect van variabelen worden gesimuleerd, zoals zwaartekracht, wrijving. Hetzelfde geldt voor de effecten van elektrische systemen, hydrauliek en pneumatiek. Modellen kunnen ook worden aangesloten op controllers in de fysieke wereld, zodat de hardware een onderdeel wordt van het ontwerpproces. De software maakt verbinding met een breed scala van besturingen en regelaars van verschillende leveranciers en ondersteunt op die manier de simulatie van een PLC. Virtuele machines helpen dus de ontwikkelcyclus efficiënter te maken. Er kan worden getest voordat de machine echt is gebouwd. En het helpt om problemen in een vroeg stadium op te sporen, waardoor de kans op vertragingen verderop in het ontwikkelproces kleiner wordt.

Sneller

In de markt blijkt dat door de genoemde ontwikkelingen de ontwikkeltijd met ongeveer twintig tot dertig procent korter kan. Besparingen zijn vooral te danken aan hergebruik van IP en het gebruik van virtuele machines. Met een conceptueel ontwerp kan een team een PLC ontwerpen door meteen te programmeren en de werking van de software te simuleren. Fouten worden dan in de conceptuele ontwerpfase ontdekt. PLM-tools bieden ook een realtime en digitaal kader voor samenwerking. Teams kunnen van over de hele wereld en verschillende disciplines met elkaar samenwerken. PLM integreert naadloos het werk van verschillende groepen en geeft een waarschuwing wanneer een verandering in het ontwerp gevolgen heeft voor een ander gebied. Deze vorm van integratie bespaart veel tijd.

Autonome en aan elkaar gekoppelde machines zijn alleen te ontwikkelen met geavanceerde software. Deze software moet taakspecifiek kunnen werken en met intuïtieve tools op het gebied van samenwerking en interface zorgen dat machines sneller en goedkoper worden gemaakt. Een voorbeeld is Eisenmann Conveyor Systems. De engineers van Eisenmann gebruiken Siemens NX software voor het productontwerp en Teamcenter voor product lifecycle management (PLM). Het bedrijf gebruikt ook Plant Simulation uit het Tecnomatix Portfolio voor 3D-simulatie van fabrieksprocessen om de werking vooraf en virtueel te testen (‘virtual commissioning’).