Dataverwerking

De LiDAR sensor levert de scandata in de vorm van poolcoördinaten. Dit wil zeggen dat het gemeten punt P voorgesteld wordt door een afstand R en een hoek θ zoals gevisualiseerd in Figuur 5-9. Hierbij stelt R de gemeten afstand voor van de sensor tot het punt P. De hoek θ stelt de hoek voor waaronder de afstand R gemeten werd ten opzichte van de eigen x-as. De grijplocatie die aangeboden zal moeten worden aan de portaalkraan wordt verwacht in 3D cartesische coördinaten. Hier wordt het punt P gedefinieerd door de 3 coördinaten x, y en z.

Figuur 5-9 Pool -en cartesische coördinaten

Figuur 5-10 geeft een duidelijker beeld van de 2 verschillende aanwezige assenstelsels en hun positie. Het eerste polaire assenstelsel is dus gelegen in het center L van de LiDAR sensor waaruit de metingen uitgevoerd zullen worden. Het referentiepunt van het cartesische assenstelsel is te vinden in het bunkernulpunt O. Een duidelijk voorbeeld van welke punten er gemeten worden tijdens één scan zoals gedefinieerd in subsectie 5.2.2 is ook te zien op de figuur.

Figuur 5-10 Scanmethodiek vooraanzicht

Bij een scan zal het punt P telkens omgerekend worden naar een cartesische presentatie ten opzichte van het bunker nulpunt O. Dit is enkel in een 2D vlak namelijk de X -en Z-coördinaat. Om de derde richting Y te verkrijgen wordt gekeken naar de positie van de LiDAR sensor in Y richting ten opzichte van het bunker nulpunt op het moment van de scan.

20 Er zullen dus enkele goniometrische omvormingen moeten gebeuren. Vergelijking 1 bevat de wiskundige berekening die gemaakt wordt tussen de assenstelsels. De linkerzijde van de vergelijking bevat de 3D cartesische coördinaten ten opzichte van het bunkernulpunt en de rechterzijde de omvormingen vanuit het polaire assenstelsel.

[1]

Figuur 5-11 verduidelijkt de goniometrische bewerkingen die uitgevoerd werden. In het bovenaanzicht zijn vijf meetpunten te zien die genomen werden tijdens één scan met telkens dezelfde tussenhoek. De stippellijnen richting het vooraanzicht tonen waar deze punten zich bevinden op het reliëf. Er is duidelijk te zien dat een gelijke tussenhoek in het polaire assenstelsel niet altijd resulteert in een gelijke tussenafstand tussen de cartesische coördinaten. Dit is een belangrijk aspect die in de latere verwerking van de gegevens invloed zal hebben.

Figuur 5-11 Boven -en vooraanzicht reliëfmeting

Als de lijnscan nu meermaals herhaald wordt, volgens de techniek besproken in subsectie 5.2.2 dan wordt een hele dataset van 3D cartesische coördinaten verkregen. Vervolgens kan een 3D point cloud gevormd worden van de meetdata. Een point cloud is een set van discrete punten in een 3D omgeving waarin elk punt voorgesteld wordt door zijn cartesische coördinaten. Visueel voorgesteld zal dit een resultaat geven zoals te zien in Figuur 5-12.

21 Figuur 5-12 3D point cloud [10]

Deze verzameling van punten kunnen nu geanalyseerd worden om een grijplocatie te bepalen. De belangrijkste criteria om een geschikte locatie te selecteren zijn de helling van het oppervlak en de hoogte ervan. Als de hellingsgraad te groot is dan zal de grijper namelijk wegschuiven en/of kantelen bij het neerkomen. Dit zorgt ervoor dat de grijper niet op de gewenste manier in het materiaal zal belanden. Zo wordt er een onvoorspelbare situatie gecreëerd waarbij er blind te werk wordt gegaan. Nog een ander scenario bij het grijpen op een steile helling is wanneer de grijper zich vastzet aan een zijde maar de andere blijft dalen. Dit zorgt voor een kanteling van de grijper wat kan leiden tot het verstrikken van de stalen kabels. Zo een scenario moet ten allen tijde voorkomen worden. De implementatie van een gyroscoop op de grijper zal de maximale hellingsgraad van de grijper bewaken.

Als deze zaken vermeden worden dan kan een geschikte grijplocatie gekozen worden. De meest logische locaties om te selecteren zijn natuurlijk de hoogstgelegen punten. Deze zullen namelijk resulteren in een eenvoudige grijpactie waardoor de grijper horizontaal neergezet kan worden op een top. Verder wordt op deze manier de zone evenredig geledigd.

Een belangrijke opmerking is dat het scannen van de bunker niet na elke greep opnieuw hoeft uitgevoerd te worden. Enkel de plaats waar gegrepen werd is in theorie veranderd ten opzichte van het digitale model. Delen naast de eerste grijppositie kunnen natuurlijk ingevallen of verschoven zijn. Maar de verschillende grepen die in een routine uitgevoerd worden, kunnen ver genoeg verspreid liggen van elkaar. Dit zal het aantal scansequenties verminderen, wat de totale efficiëntie van het systeem verhoogt.

22

6 Feasibility study

6.1 Inversteringsanalyse

6.1.1 Return on investment

De voordelen van een investering in nieuwe technologie dienen voor een bedrijf sufficiënt te zijn om de kost ervan te verantwoorden. Anders zal deze veelal niet uitgevoerd worden. Een van de belangrijke factoren voor een investering is de terugverdientijd ervan. Dit omdat investeringen gelijk staan aan risico’s omwille van de gemaakte kosten.

Om de investering te kunnen verantwoorden dienen de kosten ervan vergeleken te worden met de huidige kosten. De huidige bezetting van de portaalkraan is te zien in Tabel 6-1. Er zijn per dag 2 shiften voorzien waar telkens een kraanbestuurder enkele uren de kraan opereert.

Tabel 6-1 Uur bezetting kraanoperators

Uur bezetting per dag

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Kraanoperator 1 Kraanoperator 2

De jaarlijkse gemiddelde kost van deze twee arbeiders bedraagt samen ongeveer €120.000 volgens de huidige boekhouding. Met dit getal indachtig kan de terugverdientijd van de investering verder onderzocht worden.

6.1.2 Productieonderbreking

Een tweede aspect die in rekening dient gebracht te worden is de kosten die gepaard gaan met het stilleggen van de portaalkraan terwijl de aanpassingen uitgevoerd worden. Bij stilstand kan de fabriekshal niet voorzien worden van nieuwe productiegrondstoffen. Er is wel enige buffer als de productiesilo’s op voorhand volledig gevuld worden. Desondanks is dit een tijdelijke oplossing.

Het effect van het niet operationeel zijn van de portaalkraan zal van enkele punten afhankelijk zijn:  Kan de stilstand opgevangen worden met de voorraad in de opslagbunkers?

Gemiddeld gezien kunnen de silo’s de productie een 5-tal uur bevoorraden. Dit is echter sterk afhankelijk van welk producttype er op dat moment geproduceerd word. Bij sommige producten kan een silo van een hoofdingrediënt al na amper 2 uren volledig geledigd worden.

 Bestaat de mogelijkheid om nog één van de twee shiften te laten doorgaan terwijl de implementatie gebeurt op een ander tijdsframe in de dag?

Als de veiligheidsvoorschriften dit toestaan en de installatie deels in operatie kan blijven dan kunnen vrije uren in het dagschema ingevuld worden met de integratie van het nieuwe systeem. In de latere fase van de implementatie zal dit echter niet steeds mogelijk zijn door werken en onderbrekingen in de elektrische installatie.

 Hoeveel kosten gaan gepaard met productiestilstand?

De kost per uur stilstand bedraagt gemiddeld €1000. Hierbij komen nog extra kwaliteits-uitvalkosten van ongeveer €500 telkens een silo leeg valt.

23

6.1.3 Hardwarekost en implementatiekost

Het laatste en niet onbelangrijke aspect van deze investering is de aankoopkost en implementatiekost van dit project. Deze kosten kunnen ingeschat worden op basis van gesprekken met verkopers en door het aanvragen van offertes. Uit dit deel van het onderzoek kunnen ook de verdere kosten in verband met stilstand in kaart gebracht worden.

Hard warekost:

Om een idee te krijgen van de kost van de sensoren voor dit project werd contact opgenomen Pepperl+Fuchs. Een verkoper van Pepperl+Fuchs werd vervolgens uitgenodigd voor een gesprek. Rekening houdende met de verschillende eisen voor de sensoren werd een lijst met benodigdheden opgesteld. Een offerte voor deze lijst werd aangevraagd en leverde de onderstaande prijslijst op.

Tabel 6-2 Offerte Pepperl+Fuchs

De offerte werd verkregen op 4/03/2020, deze prijzen kunnen wijzigen maar zullen gedurende een lange tijd dezelfde grootteorde kennen. De prijzen voor de extra benodigdheden zullen variëren afhankelijk van de werkelijke lengtes in de implementatie. Ook kunnen er nog extra toebehoren toegevoegd worden zoals een afscherming tegen weersomstandigheden voor de LiDAR sensor of andere.

Implemen tatiekost:

Voor de implementatie van het project zal een integrator aangesteld moeten worden. Dit om de fysieke en systeemtechnische aspecten van het project uit te voeren. De integrator die bij Marlux de vorige retro-fit van de portaalkraan uitgevoerd heeft is Actemium. Daarom zou Actemium als eerste optie gecontacteerd worden voor het uitvoeren van dit project. Uit contacten die gemaakt werden met sensor fabrikant Sick volgden ook enkele coördinaten van partners die een geavanceerdere kennis hebben in computervisie.

6.1.4 Conclusie

De loonkosten van ongeveer €120.000 per jaar geven aardig wat ruimte om te investeren. De bezetting van de kraan is momenteel maximaal 17u per dag. Als de kraan autonoom zou opereren dan zal een hogere bezettingsgraad verwacht

24 worden op de portaalkraan door de veilige en gecontroleerde werksnelheid. De snelheid van het automatische proces tegenover de snelheid en gedrevenheid van de kraanoperators zal de mate van verhoging in operatietijden bepalen. De hogere kost om de installatie te voorzien van stroom en de extra onderhoudskosten zullen niet opwegen tegen de loonkosten van de kraanbestuurders op lange termijn.

Na afloop van deze masterproef zullen verdere gesprekken gevoerd worden met verkopers en implementeerders over de exacte kosten van aankoop en de implementatie. Daarna kan de finale vergelijking gemaakt worden met de huidige loonkosten.

De implementatiekost zal in dit project een zeer belangrijke rol spelen. De installatiekosten samen met de loonkosten om de software te programmeren en kalibreren zullen een grote impact hebben op de totale kostprijs van dit automatiseringsproject. De LiDAR sensor met toebehoren is daarnaast relatief gezien een kleine kost.