Slimme productierobotica kans voor Nederland

Binnen het Smart Industry-initiatief zijn verschillende deelthema’s gedefinieerd. Een van deze zogeheten Fieldlabs richt zich op flexibele productie. De Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij is een clusterverkenning gestart om de ontwikkeling van de volgende generaties adaptieve en intelligente robots te stimuleren en te ondersteunen.

‘Robots zijn te dom, te onhandig en te duur.’ Een NRC-artikel van 22 november raakt de kern van de wat overspannen verwachtingen over robots. Verwachtingen die zijn gebaseerd op toekomstvisioenen en soms zelfs op angsten. Zoals met veel nieuwe technologieën dient echter eerst de hypecurve te worden doorlopen. Volgens marktonderzoeker Gartner zit ‘smart robotics’ nog niet op de piek, laat staan op het plateau van productiviteit. Maar het komt eraan. Nog een jaartje of vijf tot tien geduld a.u.b.

Dat de ontwikkelingen in robotica momenteel een vlucht nemen, valt niet te ontkennen. Awareness van de omgeving komt samen met betere vision, krachtigere processoren, betere besturingsalgoritmes en grotere data- en informatiestromen. Dat creëert de mogelijkheid voor nieuwe interactie en toepassingen. Het gaat daarbij vooralsnog niet om de griezelige sciencefiction van hyperintelligente robots die de macht en banen overnemen, maar om praktisch nut en effectiviteit in de fabriek.

Uit het ING-rapport ‘My industry’ blijkt dat ook toeleveranciers in Nederland de komende jaren in robots zullen investeren. Een nieuwe generatie robots is in opkomst. Robots die zich bewust zijn van de omgeving, hierop kunnen reageren, veilig kunnen samenwerken met mensen en zichzelf aanpassen aan veranderingen. In 2013 heeft IBM een onderzoek verricht naar toekomstige trends in de keten. Intelligente robotica vormt daarin een van de drie belangrijkste trends in ontwikkeling.

Beperkt

Al een aantal decennia is de eerste generatie robots in gebruik. Het zijn niet meer dan universele, vrij programmeerbare manipulatoren, gericht op flexibiliteit en repeteerbaarheid. Met trajectplanning voeren ze mechanisch en precies een gestandaardiseerde taak uit. De hoge investeringen van dit soort robots lonen zich met name bij kapitaalintensieve industrie in relatief grote series of volumes. Diverse leveranciers hebben allerlei configuraties ontwikkeld (6dof, scara, delta) voor verschillende afmetingen, snelheden, belastingen of toepassingen. Repeteerbaarheid in het proces en onbemande, continue productie leveren een oplossing voor constante kwaliteit en efficiency.

Er zijn veel voorbeelden zoals de lasrobot, palletiseerrobot, handlingrobot en ook de procesrobot die specifieke bewerkingen kunnen uitvoeren. Deze generatie robots is bij uitstek geschikt voor voorspelbare, repeterende taken waarbij specifieke automatisering te complex of te duur is. Machineveiligheid speelt een belangrijke rol bij de inzet en de interactie van robot met operator in fysieke zin is zeer beperkt. Al gauw is een engineer nodig om het geautomatiseerde proces in te regelen en te beheersen. Voor het mkb vormt dit al snel een beperking. Voor een goed geoutilleerd en bedreven automatiseringsbedrijf of engineeringsafdeling is toepassing van een robot trouwens ook lang niet altijd de optimale oplossing. Specifieke automatiseringsconcepten gebaseerd op open besturingsstandaarden en goedkoop verkrijgbare functionele modules zijn vaak een economisch en bedrijfsmatig alternatief.

Baxter

De tweede generatie robots – nu in opkomst – is tot meer in staat. Deze generatie wordt ook wel gelabeld als intelligent control. De robots houden rekening met hun omgeving. Het verschil met de eerste generatie is dat ze kunnen ‘waarnemen’ en in staat zijn hun acties aan te passen aan die omgeving. In die zin zijn ze dus smart. De toepassing van dit soort robots neemt een vlucht met geavanceerde 3D vision en motion zoals bijvoorbeeld Tech United op het voetbalveld demonstreert.

Nu is een voetbalrobot niet bijzonder productief, maar in productieomgevingen is de afgelopen jaren de introductie van dit soort servicerobots in opkomst. Goedkope, eenvoudig vrij programmeerbare manipulatoren vinden hun toepassing bij eenvoudige repeterende taken zoals pakken en plaatsen, in- en uitladen van bewerkingsmachines, en lijmdosering. Doorbraak hierbij zit in de veiligheid en daardoor inzetbaarheid in samenwerking met operators en de eenvoud van programmeren. Hierdoor kunnen kleinere series eenvoudig worden ondersteund. Door het lage investeringsniveau is de terugverdientijd acceptabel. Bovenal creëert dit de mogelijkheid tot doorlooptijdverkorting en dus snellere levering. Een interessant EU-onderzoeksproject op dit gebied is Factory in a Day met de TU Delft als penvoerder.

Er zijn in dit domein enkele nieuwe producten en fabrikanten op de markt verschenen, waaronder de Baxter van het Amerikaanse Rethink Robotics en de UR-robots van het Deense Universal Robotics. Importeur Gibas heeft in Nederland al honderdvijftig stuks UR’s geleverd voor het beladen van bewerkingsmachines. Ook bestaande fabrikanten en grote bedrijven als ABB, Kuka en Bosch doen onderzoek naar servicerobots in de fabriek, maar presenteren zich nog terughoudend zoals begin oktober bleek op de Motek in Stuttgart. De UR-robot was daarentegen op meerdere stands terug te vinden.

De derde ontwikkeling in robotica is human enhancement. De robot ondersteunt en verbetert de menselijke handeling en voorkomt domme acties. Deze robots kunnen situaties min of meer zien aankomen en handelen preventief in plaats van reactief. Onder deze groep robots vallen applicaties zoals de autonoom rijdende auto’s. Zover is het in productieomgevingen nog lang niet, maar dit is wel een mogelijk toekomstscenario.

Foutvrije assemblage

De ontwikkelingen op het gebied van robotica creëren nieuwe kansen in de westerse industrie. In productie gaat het tegenwoordig om het vermogen in ultrakorte levertijden kleine series samen te stellen en te fabriceren. Leversnelheid is een onderscheidende factor geworden. Quick response manufacturing is de laatste trend in productie. Bewerkingsmachines en -processen moeten 24/7 beschikbaar zijn. Met superslimme en eenvoudige automatisering wordt dit mogelijk.

Daarbij is het tevens noodzakelijk dat orderprocessen en technische informatiestromen worden gestroomlijnd en geautomatiseerd. Vlot de technische specificatiedata vertalen naar werkvoorbereidingen voor automatische bewerkingscellen. Stations automatisch en snel inrichten en omstellen zodat de producten de volgende dag klaar zijn. Veel reactie- en doorlooptijd gaat nu nog verloren in vertaling en transport van informatie (bestellen, werkvoorbereiding, logistiek, administratief). Dat levert allemaal veel vertragingen op en voldoet niet meer aan de verwachting van vandaag: klik en klaar, vandaag besteld is morgen geteld.

Dit is een interessante ontwikkeling waarbij automatisering met intelligente robotica een belangrijke rol speelt. Neem daarbij de automatisering die honderd procent foutvrije assemblage garandeert door montageprocessen en productiemiddelen te controleren (zijn de juiste schroefjes op de juiste plaats met het juiste aanhaalmoment aangebracht?) en er ontstaat een fascinerend nieuw automatiseringslandschap voor de toekomst.

Augmented reality

Deze thema’s vormen het onderwerp van een collectief onderzoek binnen Brainport Industries en zijn als Fieldlab-voorstel binnen het Smart Industry-programma onlangs op nationaal niveau gehonoreerd. Dat programma is een nationaal initiatief ter versterking van de Nederlandse industrie door maximaal gebruik te maken van de nieuwste informatie en technologische ontwikkelingen. Efficiënter, flexibeler, op maat en kwalitatief beter produceren is het doel. Het is duidelijk dat de marktvraag de afgelopen jaren is veranderend. Klanten vragen onvoorspelbaar met korte reactietijd de meest complexe en unieke producten. Productieketens moeten zich flexibel kunnen instellen op snelle leveringen en wisselende volumes. Producten met korte levenscycli in klantspecifieke varianten moeten honderd procent foutloos worden geleverd.

Interessante innovatie op dit gebied is de inzet van augmented reality, videoanimatie en camera- en toolsensorcontrole bij assemblageprocessen. Op de Motek werden dit jaar een paar interessante demonstraties gegeven. In de machinebouwassemblage met kleine series en enkelstuks zijn nog weinig tot geen voorbeelden van dit soort automatisering en procescontrole bekend. Wel ontstaan in productieprocessen hybride mens-machinesystemen. Hierin zit een interessante uitdaging in de ontwikkeling van interactie en integratie. Het Fieldlab ‘Flexibele manufacturing’ beoogt deze samenwerking tussen machine, ict en mens te onderzoeken en te optimaliseren. Hardware (tooling, robots), software (procescontrole, feedbacksystemen) en skills (operator) worden onderzocht en ontwikkeld voor optimale samenwerking en verdere innovatie van het gehele productiesysteem.

Daarnaast is de Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij (Bom) een clusterverkenning gestart om ondernemerschap op het gebied van tweede en derde generatie robots te stimuleren en te ondersteunen. Het doel is om het ecosysteem rondom robotica, belemmeringen en concrete kansen voor Zuid-Nederland in beeld te krijgen. Volgend jaar wil dit initiatief businessontwikkeling realiseren via de organisatie van een clusterevent tijdens High-Tech Systems 2015.

Schroevendraaier

Het goede nieuws is dat – hoewel robots voorlopig nog te dom, te onhandig en te duur zijn – we ondertussen hard kunnen werken aan het slimmer, handiger en goedkoper maken van de universele, vrij programmeerbare manipulatoren. Feitelijk gaat het om niks anders dan een hulpmiddel dat in het productieproces gewoon praktisch dient te zijn om spullen beter, goedkoper en sneller te maken. Daarbij dient dit hulpmiddel, net als ieder ander gereedschap, te voldoen aan gemaks- en geldwetmatigheden die in operationele omgevingen gewoon zijn. Een universele, vrij programmeerbare manipulator blijft daarmee onderdeel van de productieautomatisering.

Dat de introductie van een nieuwe generaties robots zou leiden tot werkgelegenheidsverlies is een merkwaardige gevolgtrekking. Alsof de introductie van de accuschroefboormachine leidt tot minder werk voor de schroevendraaier. Het tegendeel is juist het geval. Door productiviteitsverhoging ontstaat een hogere toegevoegde waarde met lagere kosten, en daarmee een sterkere concurrentiepositie en bedrijfsactiviteit. Daaruit vloeit de gewenste werkgelegenheidsgroei voort. Smart robotica maakt ons productiever en leidt tot meer welvaart en tot meer werk. Gelukkig hebben we in Nederland alle ingrediënten om in het wiel te springen van de gedemarreerde kopgroep. Even een sprintje trekken nu.

Marcel Grooten is zelfstandig consultant, project- en interimmanager op het gebied van hightech apparatuur en industrialisatie. Voor de Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij verricht hij een marktverkenning en crosssectoraal onderzoek naar kansen voor bedrijfsclustervorming op het gebied van robotica. Geïnteresseerden in het onderzoek en deelname aan het clusterevent zijn van harte uitgenodigd contact op de nemen via m.grooten@tom-pi.com of +31 6 53414186. In het onderzoek werkt Grooten samen met Bom-projectmanager Ruben Kolfschoten (rkolfschoten@bom.nl, +31 6 46996020).