Met productielocaties in meer dan 70 landen is Heineken een van de grootste bierproducenten ter wereld. Van kleine brouwerijen tot mega-breweries: overal worden de logistieke en productieprocessen complexer en de machines geavanceerder. ‘We worden steeds meer een hightechbedrijf en trekken veel technische arbeidskrachten aan’, zegt Dennis van der Plas, Global Lead Packaging Lines bij Heineken. ‘Die houd je niet tevreden met repeterend werk, zoals omgevallen flesjes van de lopende band rapen.’ De biermultinational zoekt daarom naar robotica-oplossingen om het werk in de brouwerijen aantrekkelijker en veiliger te maken en bovendien de flexibiliteit van de organisatie te vergroten. Binnen innovatieprogramma SMITZH ontwikkelen Heineken en fieldlab RoboHouse, met ondersteuning van TNO, zo’n oplossing op basis van flexible manufacturing: geautomatiseerd omgaan met onverwachte situaties.

Shobhit Yadav van TNO vindt flexible manufacturing een van de belangrijkste ontwikkelingen binnen de smart industry. ‘Maakbedrijven leveren tegenwoordig voornamelijk gespecialiseerde producten, omdat de klant daarom vraagt. Als fabrikant moet je dus veel verschillende producten kunnen maken. Dat kan óf met een groot aantal productielijnen, óf met een klein aantal productielijnen die flexibel genoeg zijn om aan te passen.’ De vraag van Heineken ligt in het verlengde daarvan: een robot die verschillende soorten omgevallen bierflesjes op de lopende band herkent en ze oppakt terwijl de band blijft bewegen. Shobhit: ‘De omgeving verandert constant en daar moet de robot meteen op reageren. Een typisch voorbeeld van een flexibele productielijn, die zich automatisch aanpast aan de situatie.’

 

Robotica voor een prettige en veilige werkomgeving

Robots zijn natuurlijk niets nieuws. Dennis: ‘De automotive-industrie werkt met robots die hele auto’s in elkaar lassen en onze industrie met robots voor palletizing, waarbij producten automatisch op een pallet worden gestapeld. Maar bij dit project benaderen we het thema vanuit een andere invalshoek: niet vanuit de vraag welke robots er op de markt zijn en hoe je die kunt inzetten, maar vanuit de wensen en behoeften van de mensen in de brouwerijen, de operators die de machines bedienen en onderhouden. En hoe robots hen kunnen ondersteunen in hun werk.’

De oplossing moet namelijk niet alleen zorgen voor procesoptimalisatie, maar vooral voor meer veiligheid en voldoening op de werkvloer. En dus voor goed werkgeverschap. Dennis en zijn collega Wessel Reurslag, Global Lead Packaging Engineering & Robotics, vroegen daarom aan de operators wat zij nodig hebben om hun werk uitdagender en veiliger te maken. Een van de usecases die daaruit naar voren kwam, was het oprapen van omgevallen bierflesjes op de lopende band: repeterend, maar ook onveilig werk, aangezien het glas nog weleens breekt.

”Het lab is dé place to meet voor iedereen die bezig is met robotica. En bovendien gelinkt aan SMITZH en dus aan TNO.”

– Wessel Reurslag

Global Lead Packaging Engineering & Robotics, Heineken

Experimenteren zonder businesscase

Via een sponsortraject tussen Heineken en X!Delft, aanjager van innovaties en de schakel tussen het bedrijfsleven en de TU Delft, kwam het biermerk in contact met fieldlab RoboHouse. Wessel: ‘Het lab is dé place to meet voor iedereen die bezig is met robotica. En bovendien gelinkt aan SMITZH en dus aan TNO.’ Al snel bleek dat de ambities van de partijen overlapten: Heineken wilde een onafhankelijk advies, TNO en RoboHouse een praktijkstudie die vroeg om een oplossing in flexible manufacturing. ‘Het ontstaan van zo’n samenwerkingsverband is voor alle partijen heel waardevol’, zegt Shobhit. ‘Dankzij SMITZH werken we bij TNO met actuele uitdagingen binnen de industrie en doen we waardevolle contacten op. Daardoor krijgen onze onderzoeken meer relevantie. Andersom hebben maakbedrijven een plek waar ze heen kunnen met vragen en problemen op het gebied van slimme technologieën.’

De mannen van Heineken roemen de vernieuwende manier van werken met TNO en een fieldlab. Dennis: ‘Het mooie is dat alle partners binnen het project meedoen om er iets van te leren. Bij RoboHouse hebben we de beschikking over de expertise van robotengineers en over state-of-the-arttechnologieën zoals robotarmen. We hebben zelf de transportband geleverd. TNO brengt daar een stuk kennis bij en dat samen zorgt voor een laagdrempelige manier van onderzoeken en experimenteren. Met een businesscase zou je dat nooit zo makkelijk kunnen doen, want dan moet er gelijk een operationeel voordeel zijn.’

Product van TNO en RoboHouse samen

Uit de usecases die Heineken aandroeg destilleerden RoboHouse en TNO twee onderzoeksdoelen: het mogelijk maken van realtime controle over robots en het gebruik van visiontechnologie om de robots aan te sturen met camera’s. Met als overkoepelende vraag of dat haalbaar is op de hoge snelheid van Heinekens verpakkingslijnen. TNO nam de aansturing en bewegingen van de robot op zich, RoboHouse het visiongedeelte: het herkennen van de omgevallen fles, de softwarematige aansturing van het systeem en het bouwen van de gripper die het gevallen flesje oppakt. ‘De communicatie tussen de robot en computer is van groot belang’, vertelt Bas van Mil, Mechanical Engineer bij RoboHouse. ‘Ons werk en dat van TNO vult elkaar dus echt aan. Shobhits kennis van controletechniek hadden we bijvoorbeeld niet in huis en die was onmisbaar voor de aansturing van de robot. Die nauwe samenwerking maakt het echt een product van ons tweeën.’

 

Iedere milliseconde telt

Dat gevallen exemplaren geen moment stilliggen vormde de grootste uitdaging voor het detecteren en tracken van bierflesjes. Bas: ‘Ze bewegen niet alleen in de richting van de lopende band, maar ook op de band zelf, als ze bijvoorbeeld gaan rollen. Bij veel bestaande robotsystemen maakt de camera een enkele foto, waar vervolgens de robotbewegingen op worden gebaseerd. De robot doet dan een blind pick en heeft geen idee of er in de tussentijd iets is veranderd. Dat werkt alleen als de omgeving constant blijft, dus niet in dit geval.’

De oplossing was een systeem waarbij de camera en de bewegingen van de robot voortdurend met elkaar in verbinding staan. ‘Daarbij telt iedere milliseconde, anders verdwijnt het flesje uit beeld en grijpt de robot alsnog naar de plek waar de fles een halve seconde geleden was.’ Een programmeur van RoboHouse maakte de camerasoftware zo snel en efficiënt mogelijk en het fieldlab schafte speciaal voor dit project een krachtige pc aan waar een geavanceerde vorm van AI op draait.

Vervolgens schreven TNO en RoboHouse samen een programma dat de snelheid bepaalt vanaf het moment dat de fles wordt gedetecteerd, waardoor de robot direct meebeweegt. Hij trekt een soort sprintje op basis van de berekende snelheid. En dat maakt deze robot heel anders dan bestaande systemen. Shobhit: ‘Hij reageert onmiddellijk op veranderingen. Daardoor is de robot nu zelfs 30 procent sneller dan de huidige topsnelheid van Heinekens lopende banden. Dat maakt de robot dus breder inzetbaar: hij kan nu ook worden ingezet in een andere omgeving, met andere productiesnelheden.’

Slimmer dankzij onafhankelijke partners

Naast de succesvolle innovatie is ook het onafhankelijke karakter van TNO en RoboHouse voor Heineken waardevol. Dennis: ‘Daardoor weten we nu veel beter wat er technisch mogelijk is, wat de moeilijkheden zijn en in hoeverre een vraag aan onze technische leveranciers realistisch is. Dankzij dit project kunnen we tegenover onze leveranciers dan ook veel meer optreden als smart buyer en slimmer eisen stellen. Zeker omdat we opereren in zo’n innovatief vakgebied, waar je de onderdelen niet kant-en-klaar van de plank koopt, is het relevant om over die informatie te beschikken. Want vraag ik te weinig, dan haal ik niet het beste uit m’n project. Vraag ik te veel, dan komt dat de relatie met de leverancier niet ten goede.’

Bovendien zorgt het project voor inspiratie bij collega’s wereldwijd. ‘We delen filmpjes en rapporten vanuit SMITZH op het intranet en bouwen daarmee een soort community binnen Heineken op. Zo ontvangen we feedback, maar ook aanvragen voor de nieuwe robotsystemen van brouwerijen over de hele wereld.’ Om aan die vraag te beantwoorden, willen Dennis en Wessel de robotica-oplossingen kant-en-klaar aan brouwerijen gaan leveren. ‘Daarvoor zijn we nu op zoek naar partijen die de technologie beschikbaar kunnen maken en ondersteunende service kunnen bieden.’

De vervolgstappen van RoboHouse en TNO zijn gericht op het optimaliseren van de robot. ‘Dit is pas de pilotversie’, zegt Bas. ‘Er zijn zeker nog stappen te maken op het gebied van flexibiliteit, bijvoorbeeld door er een andere visionmodule in te plaatsen. Dat maakt de technologie nog breder inzetbaar.’ De organisaties zoeken daarom naar usecases waarin ze dezelfde techniek kunnen inzetten om andere problemen op te lossen. ‘Dat is het bredere plaatje waar we naar kijken’, zegt Shobhit. ‘Dit project staat dan model voor soortgelijke uitdagingen in andere industrieën.’

‘‘Voor maakbedrijven bestaan er bijna geen plekken als SMITZH waar ze naartoe kunnen met zulke vraagstukken’’

– Shobhit Yadav

Mechatronics Engineer Smart Industries and Robotics presso, TNO

Platform voor connecties

Alle partijen benadrukken het nut van samenwerking en kennisdeling om tot een succesvolle en relevante innovatie te komen. ‘Voor maakbedrijven bestaan er bijna geen plekken als SMITZH waar ze naartoe kunnen met zulke vraagstukken’, zegt Shobhit. ‘SMITZH is daarin vrij uniek en van groot belang: het programma biedt een specifiek platform voor de juiste connecties.’ Wessel beaamt de waarde van die connecties: ‘Producenten als Heineken, technologiebedrijven en kennisinstituten zouden veel intensiever met elkaar moeten samenwerken om dit soort projecten handen en voeten te geven. Dat heeft dit project wel onderstreept. De oplossing komt niet uit een pdf of presentatie, iets heeft pas echt effect als je het laat zien en het in de praktijk brengt.’

SMITZH en fieldlab RoboHouse

SMITZH staat voor Smart Manufacturing Industriële Toepassingen in Zuid-Holland. Het innovatieprogramma brengt vraag en aanbod op het gebied van slimme maaktechnologieën bij elkaar, om de toepassing daarvan te stimuleren en bedrijven in de regio te helpen innoveren.

Ieder SMITZH-project bestaat uit minimaal een maakbedrijf en een fieldlab. In dit project vervulde RoboHouse de rol van fieldlab. RoboHouse is gerelateerd aan de TU Delft en fungeert als industriële test-, ontwikkel- en ontmoetingsplek voor iedereen die zich bezighoudt met innovaties op het gebied van robotica.

Heb je een soortgelijke usecase en ben je net als Heineken op zoek naar een praktijkgerichte oplossing? Of wil je eerst meer weten over SMITZH of dit specifieke project? Mail naar info@smitzh.nl voor vragen over het samenwerkingsprogramma, of neem contact op met Shobhit Yadav van TNO of Bas van Mil van RoboHouse voor inhoudelijke vragen.

Hoewel ze in uiteenlopende markten opereren, kampen veel maakbedrijven met dezelfde problemen. Een daarvan hoorde Jeroen Broekhuijsen van TNO opvallend vaak en uit verschillende hoeken: de vraag hoe je data uit machines, sensoren, apparaten en andere hardware haalt en die vervolgens opslaat, interpreteert én toepast. Voor het mkb is daarvoor nog geen flexibele, gebruiksvriendelijke én betaalbare tool op de markt. Met ondersteuning vanuit het innovatieprogramma SMITZH, gingen TNO en fieldlab DFC samen aan de slag op zoek naar een oplossing.

Drie maakbedrijven op zoek naar dataplatform voor mkb

Op het moment dat Jeroen de eerste plannen maakte voor een onderzoek naar een dataplatform, klopten er drie Zuid-Hollandse maakbedrijven aan bij SMITZH met precies dezelfde vraag. ‘Dat kon geen toeval zijn’, zegt Jeroen, die vanuit TNO als expertisepartner is aangesloten bij SMITZH. Dus bracht het innovatieprogramma hem en de bedrijven met elkaar in contact en vormden zij samen met fieldlab DFC een consortium.

‘Met data uit hardware kun je ontzettend veel. Bijvoorbeeld bedrijfsprocessen efficiënter inrichten of de kwaliteit van producten verbeteren. Maar dan moet je eerst weten hoe je aan die data komt en wat je ermee kunt.’

– Jeroen Broekhuijsen, TNO

Airborne: productiviteit verhogen

Airborne automatiseert en digitaliseert de productie van composietmaterialen voor klanten in de ruimtevaart-, luchtvaart- en maritieme industrie. Het maakbedrijf wilde de productiviteit van hun machines meten en inzicht krijgen in factoren die van invloed zijn op de kwaliteit van het eindproduct. 

‘Met zulke informatie kun je de machine efficiënter inzetten en bedrijfsprocessen optimaliseren’, zegt Sarah de Smet, projectmanager bij Airborne. Ze heeft in dit project twee petten op, aangezien Airborne als een van de deelnemers verbonden is aan fieldlab DFC.

Focus-On: inzicht in machines bij klant

Het Dordrechtse Focus-On ontwikkelt zelfsturende regelapparatuur voor de procesindustrie. Denk aan een slim ventiel dat onder meer de temperatuur en druk meet en de instellingen op basis daarvan corrigeert. ‘Het is voor ons van belang om bij te houden welk apparaat naar welke klant is gegaan, met welke instellingen, manier van kalibratie en andere relevantie informatie’, zegt Eelco van Harten, business innovation manager bij Focus-On. ‘Onze productmanager wil ook weten waar een specifiek product goed wordt verkocht, waarom de sales op bepaalde locaties meer of minder succesvol zijn, welke configuratie het best verkoopt en in welke applicatie.’

Krohne: innovatiekracht vergroten

Focus-On is een joint-venture van twee grote metaalbedrijven, Samson en Krohne. Die laatste specialiseert zich in meetoplossingen voor industriële procesinstrumentatie en is het derde maakbedrijf in dit SMITZH-project. ‘Doordat de moederbedrijven zo groot zijn, werken ze daar nog aan de hand van uitgebreide, vaak ouderwetse procedures’, zegt Eelco. ‘De kwaliteit blijft daardoor constant, maar het zorgt voor een gebrek aan innovatiekracht. Terwijl die juist zo hard nodig is nu de technologie zich razendsnel ontwikkelt en het tekort aan technisch specialisten groeit.’

Interconnectiviteit

‘Om je product of processen te blijven ontwikkelen en optimaliseren, heb je eerst inzicht in alle beschikbare data(bronnen) nodig’, legt Eelco uit. ‘Daarbij gaat het niet alleen om data uit productiemachines, maar ook om de gegevens uit software, zoals systemen voor facturatie, projectplanning, CRM en externe data.

‘Lang niet uit alle machines kun je zomaar data halen’, voegt Jeroen toe. ‘Denk aan een boormachine die alleen aan en uit kan. Dan moet je een interface ontwerpen waardoor je toch relevante informatie over de productiviteit uit zo’n apparaat in de database krijgt. Vervolgens vraag je je af hoe zo’n database eruitziet: hoe geef je de verschillende soorten data weer zodat het iets betekent en je er wat mee kunt?’

Als je al die data toegankelijk hebt gemaakt en met elkaar in verband brengt middels een dataplatform, spreek je van interconnectiviteit. En dat betekent: meer inzicht en een heldere visualisatie van je KPI’s.’

In jouw bedrijf zijn waarschijnlijk verschillende databronnen die je met wat aanpassingen kunt aansluiten op een dataplatform om toepassingen mee te bedenken. De gewenste toepassingen kunnen weer leiden tot aanpassingen aan het platform. Omdat zowel de type databronnen als toepassingen in de mkb maakindustrie vaak voor 80% hetzelfde zijn, wordt nu vanuit SMITZH gewerkt aan een gezamenlijk opensource dataplatform voor het mkb.

Het probleem: bestaande oplossingen passen niet bij mkb

Bij veel bedrijven functioneren alle tools, apparatuur en onderdelen nu nog als losse eilandjes: ze zijn slecht samen te voegen. Interconnectiviteit is een grote wens van veel bedrijven.

’Maakbedrijven werken met veel verschillende soorten softwarepakketten voor diverse processen. Maar hoe verbind je een engineeringstool aan een CRM-pakket zonder daar grote investeringen in te hoeven doen? Daarom zijn er gereedschappen nodig die het mogelijk maken om een grote hoeveelheid data van verschillende bronnen in te laden en te verbinden.’

– Eelco van Harten, Focus-On

Eén dataplatform voor alle productiemachines, sensoren en andere hardware bij klanten dus. Voor grotere bedrijven is dit er al wel, bijvoorbeeld het opencloudplatform MindSphere van Siemens. Maar zulke oplossingen zijn veel te omvangrijk voor het mkb.

‘Je kunt wel naar een grote softwareleverancier à la SAP of Siemens stappen, maar dat is voor het mkb niet te betalen en te weinig flexibel. Je kunt dan bijvoorbeeld niet switchen als je een andere planningstool wil gebruiken, omdat het platform die tool niet ondersteunt. En als je die tool wil laten integreren, zit je vast aan hoge consultantkosten.’

– Eelco van Harten, Focus-On

Eelco: ‘Huidige leveranciers van data-oplossingen zijn soms onze concurrenten. Dan verzamel je gegevens met hun tools, wat natuurlijk niet handig is omdat zij dan over jouw data beschikken. Bovendien zijn er zoveel aanbieders dat het risico groot is dat je de verkeerde kiest. Ten derde zijn veel van de platforms nog erg beperkt en alleen te gebruiken door techneuten. Niet gebruiksvriendelijk dus.’

De oplossing: basis dataplatform met maatwerk

In eerste instantie zouden de partijen binnen het project een standaard softwareplatform ontwikkelen dat het mogelijk maakt om die data aan de tools en machines te onttrekken en aan elkaar te koppelen. ’We wilden een kant-en-klaar platform op de markt aanbieden, zodat je niet meer zelf de links tussen de verschillende systemen hoeft te leggen’, zegt Sarah.

‘Tijdens het testen kwamen we tot het inzicht dat het toch nodig is om de toepassing af te stemmen op het individuele bedrijf. De manier waarop je de data toepast, hangt namelijk af van je doelstellingen. De ene organisatie wil processen optimaliseren, de andere bijvoorbeeld de productkwaliteit verbeteren. We hebben daarom wel de code geschreven, maar gekozen voor een opensourcestructuur.’

– Sarah de Smet, DFC en Airborne

Met de opensource-oplossing krijgen bedrijven vrij toegang tot een bepaalde basis, vervolgens kiezen zij zelf hoe zij de software inzetten en maken zij de koppelingen. Met die oplossing kan ieder bedrijf een platform op maat ontwikkelen. 

‘Ieder bedrijf heeft een unieke behoefte en zoekt daarom een unieke oplossing. In ons onderzoek merkten we dat de typen databronnen en toepassingen voor 80% overeenkomen met die van andere bedrijven. Het is daarom interessant om via best practices aan een gezamenlijk basis voor een platform te bouwen. Dat is wat we nu doen.’

– Jeroen Broekhuijsen, TNO

Doordat Krohne, Airborne en Focus-On samen een basisinfrastructuur creëren die zij alle kunnen gebruiken, blijft de software betaalbaar.

Vervolgstappen

Uit analyses van Airborne en Focus-On bleek de opzet van een aanpasbaar opensource-dataplatform voor beide bedrijven goed toe te passen in hun dagelijkse praktijk. Eelco: ‘Als vervolgfase zijn we nu KPI-dashboards aan het maken en meer koppeltools aan het invoegen. Hiermee wordt het platform nog breder inzetbaar en werkt het met nog meer verschillende systemen.’

In de toekomst wil Sarah ook mogelijkheden onderzoeken voor automatische dataverwerking en directe procesaansturing op basis van die data. ‘Zodat bijvoorbeeld grondstoffen automatisch en precies op tijd worden bijgevuld, of dat de machine-instellingen automatisch worden aangepast op basis van de gemeten kwaliteitsparameters. Daarmee win je veel tijd en kun je de kwaliteit van het eindproduct optimaliseren.’

Verder werkt het consortium aan workshops en een demo-opstelling in fieldlab DFC. ‘Daarmee willen we nog meer samenwerkingsverbanden aanjagen en mensen in het echt laten ervaren hoe je met verschillende apparaten eenvoudig data verzamelt’, zegt Sarah. ‘In je eentje kom je daar echt niet uit.’

SMITZH en fieldlab DFC

SMITZH staat voor Smart Manufacturing Industriële Toepassingen in Zuid-Holland. Het innovatieprogramma brengt vraag en aanbod op het gebied van slimme maaktechnologieën bij elkaar, om de toepassing daarvan te stimuleren en bedrijven in de regio te helpen innoveren.

In ieder SMITZH-project doen minimaal een maakbedrijf en een fieldlab mee. The Digital Factory for Composites (DFC) is aanjager van samenwerkingsverbanden op het gebied van digitale productie en vervulde in dit project de rol van fieldlab. Sarah de Smet van DFC en Airborne: ‘In het fieldlab krijg je een goed beeld van de technologie: met de specialistische machines en computers die hier staan en onze uitleg, zie je live hoe data wordt verzameld en in het dashboard verschijnt.’

Werkzaam als mkb’er in de maakindustrie en werk je aan een soortgelijk vraagstuk? Of heb je net als Airborne, Krohne en Focus-On een businesscase om als basis uit te werken voor het dataplatform? Neem dan contact op met Jeroen Broekhuijsen van TNO. Zodra deelname aan workshops en demonstraties van het platform mogelijk zijn, zal SMITZH dit communiceren via haar kanalen.