© LAC juni 2017
Alle rechten zijn voorbehouden. Niets van deze publicatie mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd
gegevensbestand en/of openbaar worden gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder uitdrukkelijke voorafgaande schriftelijke toestemming van LAC.
Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en, waar nodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen de bij de totstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alle aansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/of onvolkomenheden in deze publicatie van de hand.
De toekomst van het
robotlassen.
Smart Welding Factory: onze toekomstvisie.
“Kennis en begripsvorming van de veranderingen die nodig zijn om de uitdagingen aan te kunnen van de 4e Industriële Revolutie, worden door experts van essentieel belang gezien voor producerende bedrijven”.
Inleiding:
In publicaties over de 4e industriële revolutie worden vaak begrippen als “Smart Industry”,
“Industrial Internet of Things”, “Digital Twins” en “Artificial Intelligence” gebruikt. Het zijn abstracte begrippen rond het thema digitalisering in de industrie. Abstract? Misschien, maar waar deze ontwikkelingen uiteindelijk toe leiden is al wel duidelijk: de toekomstige digitalisering gaat veel waardevolle data opleveren.
Helaas is de waarde van deze data voor de lassende bedrijven die hier individueel aan werken zeer beperkt en zal het niet snel tot een hogere productiviteit leiden. Echter: als de lassende bedrijven gaan samenwerken op basis van kennisuitwisseling, kunnen ontwikkelaars deze kennis gebruiken om nieuwe technologie te ontwikkelen. Met deze nieuwe technologie kan wel een hogere productiviteit en waarde bereikt worden. In het delen van data en kennis zit voor de lassende bedrijven de kracht van innovatie en bestaansrecht in de toekomst.
In het Fieldlab Smart Welding Factory is het delen van data en kennis met ontwikkelaars,
wetenschappers en zelfs uw collega-bedrijf het nieuwe vermenigvuldigen, want gedeelde Smart is halve Smart. Om dit mogelijk te maken, is het noodzakelijk dat het bedrijf de lasrobot(s) en organisatie uitrust met moderne softwaretools en informatie- en communicatietechnologieën.
Hiermee kan de verbinding van de lasrobot en software met het internet concreet gemaakt worden en kan het uitwisselen van data in een cloud omgeving mogelijk gemaakt worden.
Het Fieldlab Smart Welding Factory richt haar kennis, onderzoek en ontwikkelingen op de behoeftes van de huidige industriële revolutie en de transitie naar de 4e Industriële Revolutie. Het ultieme doel van de ontwikkelingen in het Fieldlab Smart Welding Factory zijn autonoom werkende slimme lasfabrieken waar op basis van enkel stuks productie zonder afkeur geproduceerd wordt. Alle benodigde proces-informatie is beschikbaar in de cloud, intelligente softwaretools programmeren automatisch de lasrobots, besturen het lasproces, monitoren en sturen de kwaliteit, beheren de certificering of worden basis van enkel stuks productie geproduceerd door 3d WAAM printen (Wire Arc Additive Manufacturing).
Deze ontwikkelingen hebben invloed op nieuw te ontwikkelen businessmodellen, de wijze van produceren, de ontwikkeling van software, lasrobots, lasprocessen en lasapparatuur. Het niveau aan complexiteit in software, integratie en operations management zal met een factor 2 of meer
toenemen. Ook zijn er grote uitdagingen zoals de ontwikkeling van strategieën voor het beveiligen van privacygevoelige gegevens en internetbeveiliging. Kortom ICT zal in de toekomst van de lastechnologie de sleutelrol gaan spelen.
SMART WELDING FACTORY & INDUSTRIAL INTERNET OF THINGS
Algemeen:
De begrippen: "Smart Industry", “Industrial Internet of Things”, “Digital Twins” en “Artificial Intelligence” worden vaak gebruikt in publicaties die betrekking hebben op de 4e industriële revolutie. Daarbij worden deze termen gebruikt als synoniemen voor de wereldwijde industriële ontwikkelingen die in de komende jaren gerealiseerd gaan worden.
Tijdens de 3e Industriële Revolutie werden er digitale automatiseringssystemen geïmplementeerd, zoals Programmable Logic Controllers (PLC’s) en Distributed Control Systems (DCS), maar ook toezichthoudende controle, dataverzameling en robots.
De 4e Industriële Revolutie van Cyber Physical Systems en Self-Organising Factories (autonome fabrieken) vraagt om virtuele productie voordat er een fysiek product geproduceerd wordt.
Door alle denkbare informatie tijdens het lassen (zelfs de weersomstandigheden tijdens het lassen zijn denkbaar) te verzamelen, om te zetten in digitale gegevens en deze enorme hoeveelheid gegevens in een digitale community te delen, is er een enorm potentieel voor optimaliseren van het robotlassen mogelijk. Door deze "big data" te gebruiken, voor analyses en het maken van
berekeningen kunnen hoge percentages van efficiëntie worden gerealiseerd op het gebied van maakbaarheid, snel opstarten van productie en reduceren van re-work. Hierdoor ontstaan er nieuwe
"business ecosystemen" tussen klanten, leverancier en concurrenten op bijvoorbeeld het gebied van productie, logistiek, en kwaliteitsmanagement. Door de ontwikkelingen, trends en visies van vandaag te analyseren wordt duidelijk dat de toekomstige technologie: het digitaal netwerken van lasrobots, real time plaats gaat vinden. De snelheid die nodig is om digitale informatie in real-time
communicatie te verwerken wordt daarom als één van de essentiële voorwaarden gezien.
Roadmap ontwikkelingen:
De vertaling van componenten en data, zoals lasmallen, lasrobotinstallaties, procesparameters en certificering in relatie tot gelaste constructies naar een digital twin en virtuele off-line programmeer omgeving om tot zogenaamd Model Based Production te komen, wordt bij het robotlassen op dit moment gezien als de eerste belangrijke innovatie. Er is daarom door het Fieldlab een roadmap ontwikkeld met daarin vier thema’s:
• Model Based Production: produceren op basis van 3D modellen voorzien van lasdata, het automatiseren van werkvoorbereiding en robotprogrammering waardoor een hogere efficiëntie behaald wordt.
• Gebruik van cyber-fysieke systemen op het internet om een industrieel samenwerkend netwerk van lasrobots en processen mogelijk te maken.
• Het IIoT gebruiken voor het delen van Welding Procedure Systems (procesparameters), normen en certificering.
• Gegevens beveiliging: Omgaan met open netwerken, gestandaardiseerde interfaces, gegevensoverdracht en opslag vereisen nieuwe veiligheidsconcepten.
• Het gebruik van IIoT voor nieuwe businessmodellen: bedrijven worden behalve producent van laswerken ook leverancier van procesparameters en certificering (een dienst die waarde vertegenwoordigd).
• Analyse en ontwikkeling van "Big Data" om door middel van deep/machine learning, neuronetwerken of big cloud technologie tot voorspellingsmodellen voor optimalisatie en kwaliteitscontrolesystemen in het lasproces te komen.
Digital twin omgeving BOZ Group
De realiteit van vandaag:
De realiteit van vandaag is dat er een enorm verschil is tussen de werkelijke- en een virtuele
omgeving, zoals bijvoorbeeld een 3D CAD model of digital twin van de robotprogrammeer omgeving.
Eigenschappen, zoals toleranties van halffabricaten, deformatie en delocatie door heat input tijdens het lassen of procesvariabelen, zoals interval temperatuur tijdens het lassen, kunnen nu (nog) moeilijk omgezet of verrekend worden in een virtuele omgeving.
Het doel van de Smart Welding Factory community is dat de gebruikers informatie over bovenstaande "things/eigenschappen" tijdens het produceren verzamelen en vervolgens
gedigitaliseerd aanbiedt. Via de community kan deze informatie, de 'big-data', worden gebruikt om nieuwe kennis, diensten en technologie te ontwikkelen die wordt gegenereerd door op maat gemaakte softwaretools, waardoor uiteindelijk model based production mogelijk wordt.
Dit betekent ook dat de technische ontwikkeling, het gebruik en de kwaliteit van software in de toekomst in relatie tot klantrelaties en marktpositionering een sleutelrol gaat spelen. De voordelen die nu aan bestaande maar niet gedigitaliseerde hard- en softwarecomponenten worden ontleend zoals bijvoorbeeld: een ‘’gedateerde’’ lasrobot, conventionele tekening (bijvoorbeeld de welbekende tekening op de achterkant van een sigarendoos) en de “snelle werkbank lasmal’’ zullen uiteindelijk verdwijnen, omdat het niet of nauwelijks meer door de gebruiker voor model based production kan worden benut. De digitalisering in de keten is hierdoor een belangrijke vereiste om te komen tot het gewenste resultaat.
Het gebruik van IIoT heeft tot doel het verzamelen en de verwerking van vele vormen van digitale kennis en informatie die door lasrobotinstallaties gegenereerd wordt. Er wordt gebruik gemaakt van commercieel verkrijgbare scan-, meet- en camera systemen en sensoren voor procesmetingen, welke worden ge-connect met in het Fieldlab ontwikkelde merkonafhankelijke software, API’s en
translaters op basis van een voor de community passende systeem architectuur.
Data, zoals lasparameters, kwaliteit van diverse soorten producten worden gemonitoord en na validatie uitgewisseld in de community. Aangezien dit zeer veel gegevens zal genereren, is een bijzonder grote digitale archiefopslag vereist. Op basis van een de-centraal schaalbaar netwerk van computers dat vrijwel onbeperkte capaciteit biedt, heeft de community de mogelijkheid sterk te kunnen expanderen.
Vertrouwelijke gegevens:
Naast de ethische verplichting van de community door het bewaken van gevoelige en vertrouwelijke IIoT-gegevens die de gebruikers kunnen karakteriseren, moeten enkele essentiële technische aspecten worden overwonnen voor het IIoT daadwerkelijk te kunnen gebruiken. Omdat lasrobots gegevens naar de community in de cloud gaan overbrengen, is een standaardisatie in up- en downloaden, opslaan en verwerken van gegevens noodzakelijk. Alle lasrobots moeten een open source en gemeenschappelijke, eenvoudige en veilige verbinding met het internet hebben.
Bovendien moeten de kosten voor het invoeren van het IIoT laag zijn en moeten goedkope
softwaretools beschikbaar zijn die tijdrovende activiteiten van de gebruiker overnemen; automatisch of zelfs autonoom.
Met de behoefte aan standaardisatie, normering en certificering van datastromen krijgt een ander onderwerp steeds meer aandacht: gegevensbeveiliging. De gegenereerde gegevens zijn zeer
gevoelig, omdat de community informatie verzamelt en deelt over alles wat er fysiek komt kijken bij de uitvoer van het robotlassen zoals: productieomstandigheden, kwaliteitsdocumenten,
doorlooptijden, aantal geproduceerde hoeveelheden, betrokken bedrijven en uitvoerenden op de werkvloer. Dit zijn gegevens, die ook interessant kunnen zijn voor 3e partijen die uit deze data voor hen belangrijke informatie kunnen genereren.
Omgaan met open netwerken, gestandaardiseerde interfaces, immense gegevensoverdracht en opslag in industriële toepassingen vereist ook nieuwe en verbeterde veiligheidsconcepten. Dit is een grote uitdaging voor de conventioneel denkende leverancier van lasrobots en bijbehorende
software.
VAN ‘’EEN LASBEDRIJF’’ NAAR EEN SMART WELDING FACTORY
Het transformeren van een lasbedrijf naar een "Smart Welding Factory" zal behoorlijke
consequenties met zich meebrengen. Het industrial internet of things met haar machine tot machine communicatie en de individualisatie van massaproductie zal veranderen, hoe alles gemaakt wordt.
Om een Smart Welding Factory autonoom te laten functioneren, moet aan een paar criteria worden voldaan: ten eerste moeten: de laskennis van de lasingenieur, lasnaadconfiguratie uit CAD modellen, lasnormen en lascertificering (WPS´n) worden gedigitaliseerd. Dit dient op een zodanige wijze te gebeuren dat virtuele off-line programmeer software automatisch lasparameters kan up-loaden uit de cloud en daarmee automatisch kwalitatieve robotprogramma’s kan genereren. Vervolgens moeten lasrobotinstallaties en lasapparatuur worden uitgerust met componenten die data van verschillende soorten sensoren vertalen naar digitale gegevens. De noodzakelijke snelheid die vereist is voor real-time gegevensverwerking vereist een speciale focus op datacommunicatie. De
bijbehorende opslag van grote hoeveelheden gegevens vraagt om een technologie die voldoende geheugen, gegevensbeveiliging en internet beveiliging biedt.
Het is duidelijk dat niet alleen de focus en mindset van lassende bedrijven zal moeten veranderen, maar ook die van leveranciers van lasrobotinstallaties moet veranderen, want:
• Vorige week was een beheerst lasproces en een door een programmeur efficiënt manueel geprogrammeerde lasrobot de sleutel tot succes.
• Vandaag is een hogere graad van automatiseren vanuit een digital twin en het connecten van diverse digitale systemen onoverkomelijk om marktpositie te houden.
• Morgen zijn model based production, automatisch off-line programmeren (AOLP), data communicatie, het uitwisselen van certificering, lasparameters, real-time lasgegevens, big data-opslag, cyberbeveiliging en intelligente mens / machine-interfaces de innovatie motoren.
Zolang het volledige model based production en automatisch off-line programmeren bij het robotlassen nog niet is voltooid, blijven de huidige generatie teachbox en conventionele off-line lasrobotprogrammeurs in het lasbedrijf de hoofdrol spelen.
De technische ontwikkelingen gaan anno 2020 zeer snel en worden te complex voor het individuele lasbedrijf. Samenwerken in innoveren is dus essentieel. Bedrijven die de stap tot digitaal
samenwerken niet kunnen of willen maken blijven waarschijnlijk steken op het punt van de hedendaagse technologie. Het is om deze reden beter om vandaag te beginnen met innoveren en samenwerken in plaats van volgende week te starten met een achterstand.
Wordt ook een Smart Welding Factory:
Om een “Smart Welding Factory” te worden zullen verschillen stappen doorlopen moeten worden.
Hierbij een duidelijke “call to action” om aan te sluiten bij de ontwikkelingen die we reeds in gang hebben gezet. Samen zijn we sterker dan het individu. Niet ieder bedrijf is morgen een “Smart Welding Factory” maar dit hoeft ook niet, door de keuze te maken om in te zetten op digitalisering is een belangrijke stap gezet. We helpen u graag verder om deze wedstrijd te winnen.
Meer informatie?
Contact: Ard Hofmeijer Mail : hofmeijer@lac.nl Telefoon: 074-8525389
