26/07/2023
Door Ad Spijkers
Ook al staat bij Industrie 4.0 het netwerken van industriële installaties centraal, de individuele machine blijft het uitgangspunt voor optimalisatie.
In netwerken opgenomen processen zijn gebaseerd op data van individuele systemen. Machines en robots krijgen daarom steeds meer digitale functies. Maar netwerken vereisen interfaces die eerst op het individuele systeem moeten worden geïmplementeerd. Met behulp van elektrische aandrijftechniek worden ze flexibeler en kunnen ze sneller worden omgebouwd. Het Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlijn heeft in het kader van een trendrapport met experts de uitdagingen besproken waarmee werktuigbouwkundigen worden geconfronteerd bij het ontwikkelen van intelligente mechatronische systeemtechnologie.
De integratie van elektronica maakt het ook mogelijk om de toestand en het gedrag van systemen continu te bewaken en in digitale tweelingen in kaart te brengen. Aldus kunnen productie- en omgevingsinvloeden worden herkend en gecorrigeerd en kunnen aanpassingen vooraf worden gesimuleerd. Hierdoor kunnen processen efficiënter worden aangepast. Daarnaast is het mogelijk om vroegtijdig in te grijpen als een proces niet soepel loopt of er kans is op machineschade.
Sensortechnologie bewaakt
In de systemen geïntegreerde sensoren en netwerktechnologieën vormen de basis. Deze componenten worden steeds goedkoper, zeker in vergelijking met de mechanica. Het voordeel is de nauwkeurige bewaking van parameters zoals temperaturen, trillingen en energieverbruik. Machine learning en kunstmatige intelligentie algoritmen kunnen uit dergelijke gegevens leren, bijvoorbeeld hoe de 'normale toestand' van een machine eruitziet. Ze kunnen waarschuwen als er afwijkingen van het doel optreden of problematische trends ontstaan. Er kan voorspellend onderhoud onderhoud worden gepleegd voordat een machine uitvalt.
Maar ook het opzetten en optimaal laten verlopen van bewerkingsprocessen heeft baat bij intelligente data-analyse op basis van sensoren. Schaarse of dure hulpbronnen zoals energie kunnen zuiniger en efficiënter worden gebruikt dan voorheen. Een ander aspect is dat, als machines AI gebruiken om hun processen tot op zekere hoogte autonoom te optimaliseren, kwaliteit met een grotere consistentie wordt bereikt. Bovendien kan kennis eenvoudig en veilig worden overgedragen naar verschillende locaties als deze als een geautomatiseerd proces in een systeem is ingekapseld.
Duurzame hardware
Voorwaarde is een zorgvuldige selectie van de elektronische componenten. Het is een probleem voor machinebouwers dat de ontwikkelingscycli en beschikbaarheid in de elektronica steeds korter worden. Veel elektronische apparaten zijn ontworpen met het oog op massamarkten die snelle systeemwisselingen willen voor steeds betere prestaties en capaciteit. Werktuigbouwkunde heeft meer consistentie nodig. Sommige bedrijven worstelen nu met het vinden van componenten die slechts voor vijf jaar beschikbaar zijn. Het risico dat een dure machine stilvalt omdat een sensor van drie euro uitvalt of besturingssoftware niet meer kan worden geüpdatet, is reëel.
Dit stelt hoge eisen aan de flexibiliteit van de software en ontwikkeling. Vanuit het oogpunt van de systeemfabrikant moet het doel dus zijn om een goede balans te vinden tussen de toegevoegde waarde die kan worden bereikt door digitalisering en de bijbehorende inspanning. Tegen deze achtergrond is het denkbaar om elektronische componenten in machines uitwisselbaar te houden. Achteraf inbouwen is ook een haalbare optie."
Universeel maken
Als productieomgevingen zo moeten worden ingericht dat ze op elk moment flexibel aan nieuwe taken kunnen worden aangepast, wordt ook de installatietechniek buiten de klassieke gereedschapsmachine interessant. Robots hebben de afgelopen jaren veel 'geleerd'. Moderne krachtcontrole en nieuwe oplossingen voor samenwerking tussen mens en robot maken ze tot universele en zelfs mobiele verwerkings- en montagemachines.
Robots worden bijzonder flexibel als mensen er in een kleine ruimte veilig mee kunnen werken. Dan hoeft de baangeleiding niet tot op de millimeter nauwkeurig te worden geprogrammeerd. De mens kan de robot handmatig finetunen, ook met behulp van nieuwe programmeerconcepten zoals gebaren. De verdere ontwikkeling van intelligente mens-robot-interactie zal de toekomst vormgeven en zich richten op mensen en hun sterke punten.
Foto: PxHere / Zach Dischner