Verpakking geeft RoboFill 4.0 afvulinstructies

‘Zolang het internet geen materie kan verplaatsen, zijn er afvul- en verpakkingssystemen nodig’, aldus Krones-bestuurslid Hans-Jürgen Thaus. Niettemin heeft de digitalisering van machines diverse brouw- en drankproductietechnieken sterk veranderd en dient zich een volgende industriële revolutie aan onder het sleutelwoord Industrie 4.0. De ontwikkelingen op dit gebied voor de drankenindustrie zijn te zien op de Drinktec 2017 in München (11 tot 15 september).

Het begrip Industrie 4.0 wekt de vraag op welke drie revoluties vooraf gingen? De eerste was de uitvinding van de stoommachine, die de aandrijving van mechanische apparatuur mogelijk maakte. Dit werd gevolgd door de tweede revolutie, elektrotechniek, die de massaproductie verder verhoogde. De microprocessor was de derde, die resulteerde in gedigitaliseerde controle- en procestechniek.
Het belangrijkste verschil van 4.0 tot deze derde fase is de toepassing van internettechnologieën voor de communicatie tussen mens, machines en producten, resulterend in een smart factory. Daarbij wordt in alle richtingen en over alle grenzen van de hiërarchische IT-piramide een kristalvormig, intelligent netwerk gecreëerd; vanaf het veldbusniveau, via het bedienings- en beheersniveau tot op operationeel en bedrijfsniveau.
In zo’n smart factory genereren machines en systemen onafhankelijke informatie over alle belangrijke proces- en systeemstadia. Ze communiceren tegelijkertijd met elkaar en corrigeren en optimaliseren productieprocessen,. Of eenvoudiger uitgedrukt: materie ‘weet’ wat het wil worden. De ‘weten’ wat ze kunnen doen en wanneer ze vrije capaciteit hebben en bieden hun diensten zelfstandig aan.
Uiteraard wordt alles gedaan in nauwe samenwerking met de vraagzijde, die vooraf wordt gepland met behulp van historische data, actuele trends en mogelijk zelfs met intelligente koelkasten en externe weermodellen.

Voordelen
De smart factory managet complexe fabrieksstappen, speelt in op downtimes en kan altijd flexibel reageren op veranderingen in het productieproces. De autonome productiecontrole elimineert fouten en downtimes, optimaliseert het gebruik van de machines en vermindert het energieverbruik. Een verminderde afvalproductie verlaagt de materiaalkosten.
‘Bij drinktec zijn oplossingen voor verdere digitalisering van de productie dus zeker een centraal onderwerp, juist omdat geoptimaliseerde productieprocessen en maximale efficiëntie in energie en grondstoffen centraal staan in Industry 4.0’, aldus Richard Clemens, directeur van de Duitse machinevereniging VDMA.

Praktijkvoorbeelden
Enkele ideeën van Industry 4.0 zijn al realiteit, bijvoorbeeld bij robotfabrikant Kuka, die vanuit Augsburg het autoframe van de Jeep Wrangler voor Chrysler in Amerika bouwt. Kuka Toledo Production Operations, afgekort KTPO, bouwt de frames in een eigen fabriek, met eigen robots en eigen werknemers. Autofabrikant Chrysler levert alleen de data.  
Het bedrijf bouwde deze fabriek in 2006. Voor die tijd werd een efficiënte massaproductie en een breed scala aan modellen en varianten op dezelfde productielijn als onmogelijk beschouwd.
KTPO koppelde 259 robots en 60.000 andere apparaten aan een krachtig back-end monitoring-systeem en een master datamanagementsysteem. Dit was in wezen de ontwikkeling van een ‘IoT in a Box’, die sindsdien dynamisch en continu is geëvolueerd. Wat begon met het koppelen van productieprocessen via een back-end monitoring-systeem, is inmiddels ontwikkeld tot een intelligent platform voor lifecycle management en een onderdeel van Industrie 4.0. Het volledig gedigitaliseerde systeem, gekoppeld aan productie, controleert en monitort de gehele keten real-time, van materialenontvangst naar de productieprocessen en goederenverzending. Het identificeert ook zwakke punten en optimaliseert de capaciteitsbenutting.

Heartbeat technology
De drank- en vloeibare levensmiddelenindustrie maakt ook gebruik van Industry 4.0 componenten, meent Holger Schmidt van procesautomatiseerder Endress + HauserMesstechnik. ‘Veel apparatuur ondersteunt onderhoudswerkzaamheden met zogenoemde heartbeat technology. Een techniek die zelf alle functies controleert en signaleert wanneer er onderhoud nodig is.’
Met teleservice is het mogelijk aanpassingen aan bijvoorbeeld een palletiser robot uit te voeren via een externe computersimulatie. Het uiteindelijke programma wordt vervolgens in het weekend geïnstalleerd via internet, zodat er alleen kleine aanpassing nodig zijn aan het begin van de productie op maandagmorgen.

Digitaal produceren
‘Een belangrijk aspect van Industry 4.0 is productie op maat’, zegt Richard Clemens. ‘Het doel is om te voldoen aan alle relevante klantenbehoeften tegen lage kosten. Dit sluit aan bij de drankindustrie, die onderhevig is aan snel veranderende trends. Flexibele productie kan een antwoord zijn op de steeds kortere levenscycli van het product. Er zijn echter nog veel ontwikkelingsstappen en bijbehorende investeringen nodig.’
Het RoboFill 4.0-project sluit hierop aan. Een projectconsortium, van onder andere Universiteit München, Fraunhofer, Weihenstephan, Beckhoff Automation, Krones, Siemens, Yaskawa Europe en de Zimmer Group, werkt aan een automatiseringsconcept voor het produceren en afvullen van customized flessen vanaf batchgrootte één. In de drukkerijwereld is dit dankzij digitaal printen al een gebruikelijke batchgrootte. Digitaal produceren is met de opkomst van 3D-printers binnen handbereik gekomen. Voor de drankindustrie staat de digitale revolutie nog in de kinderschoenen. Een goedkopen manier om meer flexibiliteit te creëren in de rigide, lineaire mechanische en IT-netwerkgestuurde machine kan alleen door de engineering van ‘slimme’ en modulaire machines, die onderling en met bovenliggende systemen communiceren via interne netwerken en de cloud.

RoboFill 4.0
Bij het RoboFill 4.0-project is het streven een zelf aanpassend, flexibel en opschaalbaar afvul- en distributieconcept te ontwikkelen. Een concept dat zelf de samenwerking tussen de verschillende modules coördineert. Daarvoor zijn de modules uitgerust met kunstmatige intelligentie. Het concept voorziet in de ontwikkeling van deze fabriekselementen als een soort cyber physical systeemcomponenten, die in staat zijn om doorlopend te communiceren met elkaar en met hogere systemen met behulp van het interne netwerk en cloud-technologieën.
Dit concept is in lijn met het Industrie 4.0-paradigma, dat een breed scala aan nieuwe diensten aanbiedt en machines in staat stelt om processen zelf te plannen en te optimaliseren. Klantvragen en productieorders zijn gesynchroniseerd en de productieplanning en controleprocessen worden uitgevoerd met behulp van een virtuele tweeling van de productieomgeving in de cloud.
Dit brengt met zich mee dat gedistribueerde intelligentie richting product/verpakkingscombinatie toegang heeft tot de status van de individuele systeemelementen (bijvoorbeeld de capaciteitsbenutting van een afvulmodule) en afhankelijk van de situatie de procesvolgorde afstemt. Slimme objecten (een verpakking/productcombinatie bijvoorbeeld), die in verbinding staan met het IT-netwerk, dragen de nodige productie- en logistieke informatie met zich mee, die machines inlezen en informeren over waar het object vandaan komt, waar het naar toe moet en hoe het moet worden geproduceerd. Dit creëert de mogelijkheid dat een product/verpakkingscombinatie zich onafhankelijk laat vervaardigen en zelf zijn eigen vulproces beheerst.
In contrast tot de rigide geconfigureerde en gecontroleerde vullijnen van de drankindustrie zorgt dit voor flexibele verwerkingsstations die worden aangestuurd door de product/verpakkingscombinatie, die is voorzien van een eigen intelligentie.

Meer tijd
‘RoboFill 4.0 zal vooral voor kleine en middelgrote bedrijven een doorslaggevend concurrentievoordeel kunnen bieden’, meent Gunter Walden, hoofd Food and Beverage bij Siemens. ‘Brouwers zullen dankzij dit soort automatisering merken dat ze plotseling tijd hebben om dingen te doen waar hun passie ligt: nieuwe recepten bedenken. In feite is dat niet een virtueel, maar een echt voordeel.’

www.drinktec.com

 

Wie meer wil lezen over Kuka en over het Robofill 4.0-project kan terecht op:

https://www.kuka.com/en-in/technologies/industrie-4-0/industrie-4-0-cases/industry-4-0-ktpo

https://www.siemens.com/press/pool/de/feature/2016/processindustries-drives/2016-04-reinheitsgebot/background-robofill-e.pdf