Overslaan en naar de inhoud gaan
Home > Over ons > Nieuws > De bouwstenen van Industrie 4.0

De bouwstenen van Industrie 4.0

Digitale technologieën wijzigen fundamenteel de manier waarop ondernemingen werken. Ze helpen hen om zich aan te passen aan de stijgende vraag van klanten naar kleinere series en sterk gepersonaliseerde producten en om tegemoet te komen aan de behoefte aan automatisering. Digitalisering trekt een revolutie binnen de maakindustrie op gang die de productiviteit zal verhogen, economische groei zal faciliteren en – uiteindelijk – het concurrentievermogen van productiebedrijven zal versterken.

Voor kleinere ondernemingen is het echter niet altijd zo eenvoudig om in te schatten welke voordelen technologische innovaties hen kan bieden. Het potentieel om hun systemen te verbeteren en de kostenefficiënte invoering van deze technologieën zouden wel eens te ver kunnen afstaan van hun dagdagelijkse realiteit. Toch kunnen landen met een prominente KMO-cultuur zoals België[1] het zich niet veroorloven om de boot te missen.

Daarom hebben Sirris, Flanders Make en iMec de krachten gebundeld om KMO’s te ondersteunen bij de invoering van digitale technologieën en zo hun productieprocessen te optimaliseren. Vertrekkend vanuit heel concrete vragen willen de partners de kloof tussen de technologische behoeften van deze bedrijven en het bestaande technologische aanbod overbruggen. Dit heeft ondertussen al geleid tot de ontwikkeling van concrete, innovatieve oplossingen aan de juiste kostprijs.

Cyber-physical systems

Er wordt algemeen aangenomen dat de machines van de volgende generatie cyber-fysische systemen zullen zijn. Cyber-fysische systemen integreren de digitale en de werkelijke (of fysieke) wereld. Concreet werken een machine en haar digitale tweeling parallel ten opzichte van elkaar en wisselen ze informatie uit om de prestaties en servitisatie van de machine te verbeteren. Dit concept kan ook naar meerdere machines worden uitgebreid, die alle via een cloud informatie uitwisselen en op die manier een Industrieel Internet der Dingen (IIOT) creëren dat op exact dezelfde manier functioneert als een computernetwerk.

De basis voor het opstarten van deze digitalisering, die ook de overgang naar de 4de industriële revolutie (Industrie 4.0) zal faciliteren, is het opzetten van de juiste infrastructuur, bestaande uit:

  1. een flexibele (voordelige) sensorsysteemarchitectuur
  2. slimme en betrouwbare algoritmen om sensorgegevens in beslissingen om te zetten
  3. betrouwbare & snelle draadloze communicatie
  4. een robuust controlesysteem

In deze context zal het niet verwonderen dat Flanders Make en haar partners zich vooral richten op deze technische infrastructuuronderdelen als de belangrijkste faciliterende technologieën voor cyber-fysische systemen die bedrijven aansluiting doen vinden bij Industrie 4.0. Voor elk van deze bouwstenen zullen we hieronder een use case voorstellen.

[1] In 2016 was 99,3% van alle ondernemingen in België een KMO. Bron: FOD Economie, KMO, Middenstand en Energie (15/01/2018). 

Voordelige sensorarchitecturen: P-Laser maakt graag en goed schoon

P-Laser ontwikkelt en integreert reinigingssystemen op laserbasis. In tegenstelling tot andere reinigingsmethoden is laserreiniging een contactloos en niet-agressief proces. Het laat toe om oxide, verf of vet op een gecontroleerde wijze te verwijderen van een vast oppervlak. Dit kan worden uitgevoerd met een handapparaat of met een door een manipulator gehanteerde collimator. Een belangrijke vereiste om het laserreinigingsproces te verbeteren is betere feedback over de afstand tussen laser en object. Immers, als de laser te ver verwijderd is, zal hij onvoldoende reinigen maar als hij te dichtbij komt, kunnen zowel het materiaal als de lens beschadigd worden.

Om de gebruikerservaring voor operatoren te verbeteren dient dan weer feedback over de doeltreffendheid van het reinigingsproces beschikbaar te worden gesteld. Optimale reinigingstijden zijn niet alleen kostenefficiënt maar vermijden ook het risico op schade door oververhitting van het materiaal door de laser.

Voor beide zaken zocht P-Laser naar sensoren die enerzijds voldoende compact en licht zijn om in handapparaten te worden geïntegreerd en anderzijds ook voldoende nauwkeurig en niet te duur zijn.

Flanders Make hielp P-Laser bij het selecteren van de juiste sensortechnologie en bij het creëren van gegevensverwerkingsalgoritmen. Het onderzoek werd gevalideerd op een proof-of-concept labopstelling.

“We vroegen Flanders Make om bijstand voor de beoordeling van detectieoplossingen, inclusief de ontwikkeling van verwerkingsalgoritmen. We wilden daarbij een oplossing voor de korte én lange termijn”, aldus Thijs Peeters, R&D-ingenieur bij P-laser.

Camera- en lidarondersteunde methodes voor machinemonitoring: visueel inspectiesysteem voor een snellere productontwikkeling bij ABC

Anglo Belgian Corporation (ABC) heeft een uitstekende reputatie inzake de bouw van robuuste en eenvoudige motoren. Ze weten dan ook als geen ander dat de motor het hart is van eender welke machine. Machinedefecten moeten om veiligheids- en kostenefficiëntieredenen vermeden worden. Daarom is de opvolging van de motorstatus cruciaal. Het is echter niet altijd mogelijk om de klok rond fysiek aanwezig te zijn in de machinekamer. Hetzelfde geldt voor ABC bij het uittesten van nieuwe prototypes. Als deze dag en nacht zouden kunnen draaien, zouden de testen heel wat sneller kunnen verlopen.

Visuele inspectie biedt hier de oplossing. Digitale beeldvorming- en beeldverwerkingstechnieken maken een geautomatiseerd en gestroomlijnd proces mogelijk waarin de operator enkel nog ingrijpt wanneer dit om de een of andere reden nodig wordt. Wanneer er een alarm afgaat, kan hij of zij de machine veilig uitschakelen. Dit zou kunnen gebeuren wanneer er door een olie- of diesellek mist wordt gevormd in de machinekamer.

ABC zocht dus naar een robuust en betrouwbaar visueel inspectiesysteem. Flanders Make ondersteunde ABC bij de verkenning van camera- en lidartechnologie om de best mogelijke oplossing te verzekeren.

Het algoritme dat werd ontwikkeld, laat het systeem 15 beelden per seconde nemen. Deze beelden zijn voorverwerkt om het camerageluid te reduceren en overbelichting te voorkomen. Vervolgens worden deze beelden vergeleken met een model van de machine in normale bedrijfsomstandigheden. Zo kunnen zones met afwijkend gedrag geïdentificeerd worden. De nabewerking elimineert valse alarmmeldingen. Op deze wijze kan, bijvoorbeeld, de vorming van mist door een lek op een eenvoudige, robuuste en automatische manier gedetecteerd worden.

Het programma wordt momenteel nog aangepast voor real-time monitoringtoepassingen. Aangezien een visueel inspectiesysteem ook veel eerder een brand kan detecteren dan traditionele systemen, wordt ook de combinatie met een branddetectiesysteem onderzocht.

Draadloze detectie: nauwkeurige lokalisatie en communicatie bij LVD

De machines van LVD om metaalplaten te plooien worden bediend met een pedaal. In het licht van de almaar stijgende vraag naar een ergonomisch design en een grotere productie-efficiëntie, overwoog LVD ook om haar machines draadloos te maken. Een draadloos voetpedaal maakt komaf met het gedoe met kwetsbare kabels op de vloer en laat toe om een lichter ontwerp te creëren. Wanneer de plaatpersmachines in een tandemconfiguratie gebruikt worden, kunnen verschillende (kleinere) machines ook digitaal werken en zo de totale capaciteit verhogen.

Deze beslissing heeft echter ook zo haar uitdagingen. Eerst en vooral moet de draadloze ultrabreedbandtechnologie die nodig is voor de positionering van de pedaal ten opzichte van de machine voldoende nauwkeurig zijn voor indoortoepassingen. Andere vereisten zijn een lage latentie en een redundant ontwerp. Wanneer één pedaal voor meerdere machines gebruikt kan worden, wil je immers absoluut vermijden dat de pedaal de volgende plaatpersmachine onbedoeld zou activeren en zo een onveilige situatie zou creëren.

Flanders Make onderzocht verschillende ontwerpopties in een proof-of-concept. We selecteerden de hardware en de software en valideerden de opstelling in een demonstratie. Deze kennis wordt nu overgedragen aan LVD zodat zij de opstelling kunnen reproduceren, gebruiken en onderhouden. 

“De ontwikkeling en validering van een draadloos pedaalsysteem met behulp van de ultrabreedbandtechnologie zouden voor ons zonder onze samenwerking met Flanders Make onhaalbaar zijn geweest. We hebben nu een proof-of-concept opstelling die we niet alleen voor evaluatie- en demonstratiedoeleinden kunnen gebruiken maar ook voor toekomstige integraties zodat we niet alleen vandaag maar ook morgen nog aan de top van ons segment kunnen opereren”, zo licht Cedric Herreman, leidinggevend mechatronica-ingenieur bij LVD, toe.

Voordelige controllers voor geavanceerde controletechnieken: lerende controle licht de dag op voor EcoNation

EcoNation, een onderneming die daglichtoplossingen levert, nam contact op met Flanders Make voor de optimalisering van de LightCatcher, haar signatuurlichtkoepel. Het huidige systeem werkt volledig autonoom en wordt gevoed door een zonnecel en batterij. Toch was er nog marge om het controlealgoritme te verbeteren. Veranderlijke weersomstandigheden boden een paar uitdagingen omdat de afwezigheid van zon, onregelmatige wolkendekens en reflecterende objecten zoals vensters de spiegel soms verhinderden om zich correct uit te lijnen ten opzichte van de zon.
Flanders Make ontwikkelde een leeralgoritme om het bestaande controlealgoritme voor de spiegel aan te vullen. Het algoritme is heel robuust en werkt ook bij een bewolkte hemel wanneer de exacte positie van de zon niet gekend is. De spiegel herinnert zich het traject van de zon en is op elk moment optimaal uitgelijnd. Dit betekent ook dat hij minder roteert op zoek naar de zon, wat het stroomverbruik verlaagt en de efficiëntie verhoogt. Het systeem moet niet vooraf geijkt worden omdat het zijn positie ten opzichte van de zon autonoom zal leren.

“De LightCatcher verhoogde de helderheid altijd al met 50% dankzij haar roterende spiegel. Nu is hij niet alleen nog effectiever, het robuuste en autonome karakter van de LightCatcher vermindert bovendien aanzienlijk de installatie- en onderhoudskosten. Dit werd allemaal gerealiseerd met behulp van de huidige (beperkte) set sensoren zodat eventuele bijkomende kosten voor dure sensoren vermeden konden worden”, zegt Tom Denuwelaere, ingenieur bij EcoNation.

De ge-upgrade LightCatcher is reeds in productie en werd al bij een aantal klanten geïnstalleerd. De resultaten kunnen ook gebruikt worden voor andere toepassingen waarin de zon getraceerd moet worden, denk bijvoorbeeld aan actieve zonnepanelen, actieve zonverduisteraars en zonnewarmteconcentrators.

Elk van de hier voorgestelde bedrijven heeft cruciale stappen gezet in de richting van hun digitale transformatie. Door nieuwe technologieën te integreren, processen te automatiseren of producten te verbeteren, hebben ze hun concurrentiepositie aanzienlijk kunnen versterken. Ze zijn het levende bewijs dat, ongeacht hun omvang, productiebedrijven een toekomst hebben in Vlaanderen en West-Europa. Dat is de grote kracht van Industrie 4.0.

Bent u een KMO die klaar is om de eerste stappen te zetten op haar digitale reis? Staat u voor een specifieke technologische uitdaging? Neem dan vandaag nog contact op met Flanders Make.