artikel

Op weg naar de autonome foodfabriek door beschikbare data te combineren

Algemeen

Op weg naar de autonome foodfabriek door beschikbare data te combineren

Een fabriek die haar productieplanning zelf en automatisch aanpast aan de productieketen? De weg naar een autonome voedingsmiddelenfabriek is misschien nog lang, maar de eerste stappen zijn gezet. Dit artikel is verschenen in VMT 10 van 14 september 2018.

Industrie 4.0 verbindt alles aan alles. Sleutelbegrippen zijn data, informatie, gemak. Massale en slimme toepassing van informatie heeft al veel veranderd en zal nog meer veranderen. Er zijn al zelfrijdende auto’s en zelfdenkende en lerende informatiesystemen. Ook in de voedingsmiddelenindustrie wordt het hebben van data steeds belangrijker. Hoe ziet de toekomst van deze industrie eruit? En wanneer beleven we de eerste autonome fabriek?

Flexibel zijn

In verschillende industriële sectoren, ook in de voedingsmiddelenindustrie, zijn er veel ontwikkelingen rondom digitalisering. Thema’s als datasecurity, sensoring in fabrieken, machine learning en big data zijn inmiddels gemeengoed. Data en inzicht vormen de basis voor ontwikkeling naar autonomie.

In de chemie en de olie- en gasindustrie gaan deze ontwikkelingen snel: hier zijn autonoom werkende fabrieken al bijna realiseerbaar. Data security is in deze sectoren nog een issue, daarnaast vormen de capaciteit en competenties voor deep machine learning nog een beperkende factor. De processen in de chemie, olie-en gasindustrie zijn vooral gericht op repetitie, 24/7. Zo snel en zo veel mogelijk produceren, met een hoog rendement op investeringen.

De voedingsmiddelenindustrie zit toch anders in elkaar. Hoewel ook daar capaciteitsverhoging, rendement en efficiency belangrijk zijn, moet deze industrie – door de meer batchgewijze productie – ook flexibel zijn. Snel schakelen tussen producten is noodzakelijk. Daarbij komt dat hygiëne-eisen steeds verder verscherpen en in een fabriek soms vele verschillende productieprocessen naast elkaar bestaan.

Een digitale fabriek? Beginnen kan in 5 stappen

1. Weet welke data aanwezig zijn in de organisatie.
2. Formuleer een punt op de horizon waar je uit wilt komen, maar realiseer het stap voor stap.
3. Creëer draagvlak in de gehele organisatie.
4. Start met kleine stappen, bijvoorbeeld met een 3D-fotoscan van de fabriek.
5. Breid daarna uit met beschikbare data in het 3D-model.

Data combineren

De eerste stappen naar de digitale fabriek beginnen bij weten wat je hebt. Anno 2018 produceren heel veel sensoren – die steeds goedkoper worden – grote hoeveelheden data. Deze data kun je gebruiken om bestaande processen te verbeteren, maar ook om het hele ontwerp van de fabriek tegen het licht te houden. Bijvoorbeeld door de data te combineren met andere data zoals weersgegevens (een hoge luchtvochtigheid kan invloed hebben op sommige producten).

Zo maakte Bilfinger Tebodin door het toepassen van bestaande datastromen in een fabriek het vervangen van specifieke filters voorspelbaar. Het bedrijf combineerde operationele data uit DCS-systemen (in dit specifieke geval was dat onder andere drukverschil, temperatuur, debiet) en onderhoudsdata (storingsdata filter, orders voor vervanging filter) uit CMMS-systemen. Dat betekent dat de filters niet langer worden vervangen op basis van een arbitrair tijdsinterval, maar door voorspelling op basis van actuele productievolumes, luchtdoorzet, drukval en andere parameters.

Dergelijk voorspelbaar onderhoud (predictive maintenance) reduceert onderhoudskosten en stilstand van productieprocessen. Een ander voorbeeld is het samenvoegen van engineeringpakketten die nu nog los van elkaar staan, bijvoorbeeld pakketten op civiel gebied en pakketten voor HVAC, procesapparatuur en architectuur. De combinatie geeft een integraal beeld van het gehele ontwerp van de fabriek. Doel is om de data te verbinden en naar één master te brengen. Dit totale beeld geeft heel veel mogelijkheden.

Data en 3D-inzicht

Het beschikbaar hebben van data is de eerste stap. De tweede stap is het inzichtelijk maken. Bestaande fabrieken zijn met behulp van een 3D-fotocamera in beeld te brengen, waardoor een soort Google Streetview ontstaat. Papieren processen en instrumentatiediagrammen zijn te digitaliseren en om te zetten in 3D. Nieuwe fabrieken kunnen volledig in 3D worden ontworpen, waarbij de engineeringpakketten naar één master worden gebracht.

Door middel van visualiseren met virtual reality (VR) zijn de stakeholders te informeren, maar kunnen ook gedetailleerde design reviews worden gehouden met onder andere het operationele team van een fabriek. Met 3D-animatie en VR kun je virtueel door de fabriek lopen, zonder bijvoorbeeld daadwerkelijk de high- care zone te betreden. Door het toevoegen van digitale labels (tags) aan bijvoorbeeld pompen of andere procesonderdelen en dit te koppelen met plantmaintenanceprogramma’s, zijn veel voordelen te behalen.

Zo hoeven er voor aanpassingen in het ontwerp geen mensen fysiek in de fabriek te zijn. Bestaande processen worden niet verstoord en veel ontwerpfouten worden in een vroeg stadium gespot en hersteld. Dit scheelt aanzienlijk in de ontwerpkosten. Daarnaast geeft het direct inzicht in onderhoud en service, waardoor deze beter te plannen zijn.

Waarde en geloof

In de voedingsmiddelenindustrie past een toenemend aantal bedrijven visualisatie toe in het ontwerpproces. Sommige bedrijven zijn met deze toepassing al heel ver, terwijl andere er nog geen gebruik van maken. In andere industriële sectoren, bijvoorbeeld de chemische, is de overall equipment efficiency met 7 tot 15% verhoogd als gevolg van de verhoogde doorzet, verminderde downtime en verbeterde kwaliteit, al dan niet in VR.

Dergelijke efficiencywinsten zijn zeker ook in de voedingsmiddelenindustrie haalbaar. De echte waarde zit in het beheersen en optimaal managen van alle ontwerpprocessen ten behoeve van het rendement van de hele fabriek. Dat vergt overigens wel geloof bij de plantmanagers: zij moeten geloven in de integrale toepassing van data en het werken met virtuele omgevingen.

Autonome fabriek

De weg naar een autonome voedingsmiddelenfabriek is misschien nog lang. Maar die weg is inmiddels wel ingeslagen. Ontwerpen gebeurt inmiddels zoveel mogelijk digitaal in een virtuele omgeving, waarbij de kracht zit in het combineren van alle beschikbare data. Het steeds goedkoper worden van rekenkracht zal bijdragen aan de toegankelijkheid van de toepassing van deze digitalisering.

De autonome voedingsmiddelenfabriek van de toekomst is een fabriek die haar productieplanning zelf en automatisch aanpast aan de productieketen, aan supply and demand, vergelijkbaar met de zelfrijdende auto. Een volgende stap is een fabriek die zich nagenoeg zelfstandig weet aan te passen aan steeds nieuwe producten en kwaliteiten. Het duurt nog wel even voordat een dergelijke fabriek er is, maar de eerste stappen zijn gezet.

Pilot 3D-scan bij FrieslandCampina


Bij FrieslandCampina in Workum loopt een pilot waarbij de huidige installatie met een 3D-fotocamera wordt gescand. Voor de nieuwe sproeitoren leveren de leveranciers de 3D-engineeringpakketten aan. Bilfinger Tebodin integreert deze daarna tot één masterfile. Vervolgens wordt deze masterfile – gecombineerd met de 3D-fotoscan – omgezet in een VR-model. In dit model kan virtueel worden gelopen waarbij telkens de oude en nieuwe situatie te bekijken en te vergelijken zijn.

Door het samenvoegen van de 3D-pakketten van de verschillende leveranciers ontstaat niet alleen de masterfile die wordt gebruikt in het VR-model, tijdens het proces zijn ook de conflicten tussen de verschillende 3D-pakketten al aan te pakken. Bij deze pilot wordt ook gewerkt met 4D-engineering. Dit betekent dat op basis van de constructieplanning en de masterfile een 4D-animatie wordt gemaakt. Zo zijn verschuivingen in de planning ook direct te zien in het 3D-model.

Reageer op dit artikel