Digitalisering cruciaal voor circulaire industrie

Nederland, anno 2050. De transitie naar een duurzame samenleving en een circulaire, CO₂-neutrale economie is goed op dreef. Het verkeer over de weg demonstreert dat al aardig: onze auto’s zijn uitsluitend elektrisch. Wagenbezit bestaat niet meer. Ook de klassieke autodealers en -garages zijn verdwenen. Er is namelijk een nieuwe keten van productie en gebruik ontstaan.

De fabrikant bouwt auto’s op een duurzame manier. En als autorijder sluit je een gebruikscontract met de producent. De auto zit vol sensoren die de fabrikant in realtime data sturen over de status van elk onderdeel en over het gebruik. Op basis van die informatie komt er zo nu en dan een regionale vestiging van de autoproducent bij je thuis voor het vervangen van kleine onderdelen die minder goed functioneren. Deze worden on-demand gemaakt door een gespecialiseerde 3D-printshop. Voor het vervangen of aanpassen van grotere onderdelen krijg je een oproep van een refurbishment-vestiging in je regio. Als te veel onderdelen van je auto het eind van hun levensduur hebben bereikt, levert de fabrikant een nieuwe wagen bij je af. Je oude wordt daarna volledig gerecycled in de fabriek.

Terugblik op de jaren 20

Deze werkwijze heeft zijn oorsprong in de vroege jaren twintig van deze eeuw. De destijds verwachte schaarste aan materialen en de onafwendbare klimaatverandering dwongen tot actie. Ze konden niet anders dan werken aan het maximale hergebruik van materialen, volledig terugdringen van verspilling, CO2-neutraal produceren en het duurzaam opwekken van energie. De coronacrisis van 2020-2022 maakte plots duidelijk hoe belangrijk grondstoffen en productieketens eigenlijk zijn. Ook bleek dat de Verenigde Staten en China oppermachtig waren geworden op het gebied van dienstenplatforms en sociale media. Europa bezat dan wel een sterke industrie; onderling waren de landen te weinig verbonden om écht tegenwicht te bieden. Een gezamenlijk gedeelde, op Europese waarden gestoelde digitale platformindustie was absoluut noodzakelijk. Europa stond dus voor een grote digitaliseringsuitdaging.

Hergebruik van materialen, zo realiseerden ze zich toentertijd, is eigenlijk een digitaliseringsuitdaging. Dat gold ook voor plastics, al was toen nog niet duidelijk hoe dat probleem moest worden opgelost. ‘Zero’ en ‘re-x’ waren de sleutelwoorden van de dag. ‘Zero’ stond voor een reeks ontwikkelingen om te komen tot een duurzaam productieproces: ontwerpen, ontwikkelen en werken gebeurden nu in een voornamelijk digitale omgeving. Door volledig geautomatiseerde kwaliteitscontroles tijdens elke stap van het fabricageproces gingen fouten tot het verleden behoren. Zelflerende robots maakten een einde aan ad hoc programmeren; incidenteel ontwikkeld en 3D-geprint gereedschap was niet meer nodig. Door slimme bestelprocedures en gebruikersmonitoring behoorden leveringsvertragingen en voorraden tot het verleden. Preventief onderhoud zou onverwachte storingen in producten gaan uitsluiten. Maximaal recyclen en duurzaam energiegebruik konden afvalstromen tot nul reduceren. Ten slotte zou door een systeem van levenslang leren personeel niet meer uit hoeven vallen.

Re-x

‘Re-x’ stond voor alles dat met reductie, hergebruik of herwinning te maken had: van repareren en recyclen tot herproduceren en herleveren. Daarvoor zouden ze elke stap in de volledige levensloop van een product – van ontwerp, inkoop en fabricage tot sloop en hergebruik – tot in detail moeten digitaliseren. Een manufacturing data space maakte het fabricageproces voor alle betrokkenen op een volledig transparante manier toegankelijk. Op die manier wist je op elk moment in de productie waar je materialen of onderdelen zich bevonden en waar ze waren gemaakt. En had je als maker tijdens het ontwerpen al demontage en hergebruik in het achterhoofd. Je kon geautomatiseerde kwaliteitscontroles tijdens de productie inbouwen en sensoren aanbrengen voor monitoring tijdens het gebruik van het product. Op basis van al deze data kon je robots voeden, werkstations automatiseren en flexibel produceren. Dit werd de basis van wat de ‘digitale fabriek’ is gaan heten.

 advertorial 

Test less, verify Moore

At the Bits&Chips Event 2023 on 12 October 2023, Phillipa Hopcroft from Cocotec and Ivo ter Horst from ASML will kick off with a keynote speech on transforming how lithography machine software is built. Make sure to keep an eye on the website for program updates and save the date!

Maar daarmee was het einddoel nog niet bereikt. Elke fabriek is onderdeel van een waardeketen. Het heeft geen zin om zelf digitaal te opereren als je partner in de keten dat niet doet. Daarom moesten ook contacten met leveranciers, aannemers, onderaannemers én afnemers worden gedigitaliseerd. Dit proces had vooral betrekking op organisatie, administratie en financiën, zowel intern als extern. En het zou leiden tot duidelijke afspraken en gemeenschappelijke werkwijzen voor alle bedrijven in het industriële ecosysteem. Al deze ketendeelnemers moesten absoluut veilig informatie kunnen uitwisselen: van ontwerpen tot verkopen tot leveren en factureren. Met het onderbrengen van al deze gegevens in klantportals was de ‘digitale keten’ geboren.

De slimme fabriek

De volgende fase was de stap naar de ‘slimme fabriek’ en de ‘slimme keten’. Fabrikanten verzamelden online data en kregen zo inzicht in het functioneren van geleverde apparaten en gebruikersgedrag. Dit leidde tot gedetailleerd inzicht in te verwachten reparaties en leveringen, maar ook tot nieuwe ideeën voor producten of varianten op bestaande apparaten. Zo ontstonden product data spaces. In de keten maakte dit realtime plannen en beheer mogelijk. Het vereiste wel privacyvriendelijke en volkomen robuuste databenutting. Het delen en analyseren van data is daarbij van essentieel belang, maar er waren grote vragen op het terrein van de privacygevoeligheid van data en de juridische bescherming van deze gegevens. Dat laatste werd treffend verwoord in de vraag wie eigenaar en verantwoordelijke is in een wereld waarin niet alleen mensen, maar ook dingen data genereren.

Door deze ontwikkeling kwamen fabriek en keten uiteindelijk samen in een duurzaam ecosysteem. Fabrieken konden door de gedetailleerde en altijd actuele informatie van zowel leveranciers als afnemers flexibel en geautomatiseerd produceren. Herontwerpen op basis van gerecycled materiaal leverde nieuwe producten op. Uiteindelijk ontstond zo een nieuw businessmodel dat equipment solution service provider ging heten. Het gefabriceerde product of apparaat werd daarmee onderdeel van een heel servicepakket voor de klant. Fabrikanten bleven eigenaar, maar leverden de klant alle ondersteuning voor het optimaal en duurzaam functioneren van een product. Daar hoorden dus ook bij: preventief onderhoud, updates, reparaties, terugnemen na gebruik en waar mogelijk herlevering.

Tijdpad

In het begin van de jaren twintig publiceerde TNO een whitepaper over stappen die Nederland zou moeten nemen om dé leverancier van geautomatiseerd functionerende apparaten voor hightech fabrieken in de wereld te worden. Het doel was om hen duurzaam te kunnen laten werken. Er werd geconstateerd dat Nederland een aantal zeer sterke regionale technologische ecosystemen bezat, met name rond chiptechnologie, scheepsbouw en agro en food. Daar bevonden zich netwerken van soms wel tienduizend aannemers en onderaannemers: een prima voedingsbodem voor de ontwikkeling naar digitale fabrieken en ketens. Daarin zagen ze een grote rol weggelegd voor 3D-printing. Voorzien werd ook het ontstaan van flexibel werkende bedrijven die dicht bij de consument staan. Deze aantrekkelijke vooruitzichten maakten dat veel bedrijven zich bij deze ondernemersnetwerken gingen aansluiten en samen de digitalisering ter hand namen. In het whitepaper werd hiervoor een tijdpad geschetst dat Nederland uiteindelijk met succes heeft doorlopen.

In 2025 hadden we in Nederland de meest flexibele en digitaal best verbonden toeleverketen voor het fabriceren van technologische goederen (componenten, producten, apparaten) gerealiseerd. Alle processtappen binnen fabrieken waren gedigitaliseerd en een aantal werkstations draaide al autonoom.

In 2030 was 80 procent van de waardeketens voor technologische goederen geheel gedigitaliseerd, autonome flexibele productielijnen waren gewoon geworden en de CO2-emissies van fabrieken was met 50 procent verminderd ten opzichte van de referentiewaarde uit 1999. Dat betekende dat niet alleen binnen de fabrieken, maar ook tussen fabrieken onderling alle data over ontwerp, opdrachten, het fabricageproces en het realtime volgen van onderdelen en kwaliteit digitaal konden worden uitgewisseld. Autonome, flexibele productielijnen waren daarnaast voorzien van machine learning- en AI-technologie.

In 2035 kon 80 procent van alle producten digitaal worden gevolgd van fabricage, via gebruik, terug naar de fabriek. Ook werd minstens 50 procent van alle na gebruik geretourneerde goederen circulair verwerkt: de re-x-ambitie werd zo steeds meer werkelijkheid. Daarbij was de CO2-uitstoot met tenminste 50 procent teruggedrongen. Het uiteindelijke doel was om het productieproces geheel CO2-neutraal te laten verlopen en bij gebruik 95 procent reductie te behalen. Re-x-leveranciers namen product data platforms en extreem autonome, flexibele systemen voor demontage in gebruik.

Een geslaagde transitie

Deze transitie naar een duurzaam ecosysteem van slimme fabrieken en slimme ketens werd een succes omdat alle betrokken partijen hadden voldaan aan enkele belangrijke voorwaarden die het whitepaper had gesteld. Zo was iedereen in de keten meteen na 2020 met de transitie begonnen. Daarnaast onderschreven alle partijen de voorwaarde dat er meer kennis en daarvoor ook intensiever toegepast onderzoek nodig was. De wens was om met name meer te leren over geïntegreerde systemen, geavanceerde digitale technieken, kunstmatige intelligentie en machine learning. Ook niet-technische aspecten als een andere manier van zakendoen, op de mens afgestemde apparatuur en de maatschappelijke impact van de ‘slimme’ revolutie hadden alle noodzakelijke aandacht gekregen. Kortom: de weg naar duurzaamheid was bewandeld met een transdisciplinaire benadering van het hele ecosysteem van technieken, gebruikers, businessmodellen, consumentengedrag, regelgeving, waarden en ethiek.

De technisch geschoolde sciencefictionschrijver Arthur C. Clarke merkte een eeuw geleden op dat elke ver genoeg gevorderde technologie niet meer te onderscheiden is van magie. Voor de gewone burger zit daar wel wat in. De spreekwoordelijke blik onder de motorkap van de (elektrische) auto geeft geen idee van wat er daar aan slimme en verantwoorde techniek te vinden is. Je merkt alleen dat alles schoner, zuiniger, flexibeler en – als het goed is – gebruikersvriendelijker is dan vroeger. En daar draait het tenslotte allemaal om.

Christa Hooijer is wetenschappelijk directeur bij TNO Industrie.