Automatisering van productieprocessen: hoe pakt u dat aan?

Automatisering van productieprocessen is een van de belangrijkste pijlers van de moderne industrie. Het doel is de efficiëntie te verhogen, kosten te verlagen en de productkwaliteit te verbeteren. In het tijdperk van Industrie 4.0 is automatisering onmisbaar geworden voor bedrijven die concurrerend willen blijven. Dit artikel biedt een complete gids voor de automatisering van productieprocessen en belicht de belangrijkste stappen, uitdagingen en best practices op dit gebied.

Inleiding tot de automatisering van productieprocessen

Automatisering van productieprocessen is het integreren van verschillende systemen en technologieën om de productie efficiënter en productiever te maken. Daarvoor is inzicht nodig in zowel de geschiedenis als de actuele ontwikkelingen binnen de industriële automatisering.

Industriële automatisering omvat een breed scala aan technologieën en processen die het mogelijk maken productieactiviteiten te automatiseren. Van eenvoudige assemblagelijnen tot geavanceerde SCADA-systemen in de automatisering van productieprocessen en PLC-programmering: industriële automatisering heeft zich de afgelopen decennia sterk ontwikkeld en daarmee bijgedragen aan het ontstaan van het concept Industrie 4.0.

Wat kan worden geautomatiseerd?

Automatisering van productieprocessen is in de praktijk vrijwel overal mogelijk en in feite kan bijna alles worden geautomatiseerd, al is dat niet altijd rendabel. Hoewel de technologische mogelijkheden vandaag de dag zeer groot zijn, moet de beslissing om een bepaald proces te automatiseren rekening houden met zowel de potentiële voordelen als de kosten.

In onze tabel staan verschillende productieprocessen die kunnen worden geautomatiseerd. Assemblagebewerkingen kunnen bestaan uit de montage van eenvoudige componenten, weerstandslassen, solderen of het automatisch toevoeren van onderdelen. Op het gebied van kwaliteitscontrole kan automatisering onder meer visuele oppervlakte-inspectie, maatcontrole, controle van etiketten en functionele producttests omvatten.

Transport en logistiek bieden eveneens veel mogelijkheden voor automatisering, zoals intern transport met transportbanden, automatisch verpakken, etiketteren, sorteren en magazijnbeheer. Mechanische bewerking kan bestaan uit het snijden en vormen van plaatmateriaal, lassen, slijpen, polijsten en ook complexere bewerkingen zoals frezen en draaien.

Bij chemische processen kan automatisering worden toegepast voor schilderen, lakken, het aanbrengen van coatings, mengen en doseren van chemische stoffen. Material handling kan worden geautomatiseerd via laad- en losprocessen, palletiseren, depalletiseren, automatische dosering van materialen en het verplaatsen ervan tussen werkstations.

Hoewel technologie het mogelijk maakt om vrijwel elk aspect van de productie te automatiseren, blijft het essentieel om de rendabiliteit van zulke investeringen te beoordelen. Automatisering levert voordelen op in de vorm van hogere productiviteit, lagere kosten en betere kwaliteit, maar de kosten van implementatie, onderhoud en mogelijke technologische complicaties moeten zorgvuldig worden geanalyseerd. Daarom moet elke beslissing over automatisering worden voorafgegaan door een grondige haalbaarheidsanalyse en een afweging van kosten en baten.

Eerste stappen in de automatisering van productieprocessen

Om te beginnen met de automatisering van productieprocessen, moet een bedrijf eerst zijn behoeften en doelstellingen goed in kaart brengen. De eerste stap is het identificeren van de processen die geautomatiseerd moeten worden. Daarbij moet worden beoordeeld of er al technische oplossingen beschikbaar zijn die de invoering van automatisering kunnen versnellen, en of het betreffende proces momenteel handmatig wordt uitgevoerd.

Veel bedrijven staan voor de uitdaging om processen te automatiseren die voorheen te kostbaar waren om te automatiseren, door stijgende personeelskosten en een tekort aan arbeidskrachten. Het is ook belangrijk te benadrukken dat zelfs de automatisering van complexe processen steeds rendabeler wordt.

1. Automatisering van Productieprocessen: Haalbaarheidsanalyse en Opstellen van Projectuitgangspunten

Nadat de te automatiseren processen zijn geïdentificeerd, is de volgende stap het opstellen van de projectuitgangspunten. Een haalbaarheidsanalyse omvat de beoordeling van de technische mogelijkheden voor automatisering, evenals een raming van het budget. Samenwerking met externe bedrijven, zoals het onze, is vooral belangrijk wanneer een bedrijf nog weinig ervaring heeft met automatisering.

2. Het Automatiseringsproces vanuit het Perspectief van een Integrator van Industriële Automatisering

De integrator van industriële automatisering speelt een sleutelrol in het automatiseringsproces. Aan het begin van de samenwerking met de klant analyseert de integrator de eisen van het bedrijf en helpt hij bij het opstellen van een gedetailleerd automatiseringsplan. Een belangrijk onderdeel van dit proces is de samenwerking met een constructiebureau, dat zich bezighoudt met het voorontwerp en het opstellen van technische documentatie en bedieningsinstructies.

3. Het Automatiseringsproces vanuit het Perspectief van de Klant

Vanuit het perspectief van de klant omvat de voorbereiding van het bedrijf op automatisering enkele belangrijke stappen. Allereerst moet worden beoordeeld welke processen geautomatiseerd kunnen worden en welke voordelen dat oplevert. Vervolgens moet een geschikte automatiseringspartner worden gekozen. Outsourcing van ingenieurs kan een effectieve oplossing zijn, vooral voor bedrijven die intern niet over voldoende middelen beschikken.

4. Automatisering van Productieprocessen: Bouw van een Testopstelling en Procestests

Bij nieuwe processen is het zinvol om, na het uitwerken van de eerste concepten, een testopstelling te bouwen en tests uit te voeren. Zo kunnen de uitgangspunten worden geverifieerd en kan het proces worden geoptimaliseerd voordat wordt geïnvesteerd in de uiteindelijke machine of oplossing.

5. Planning en de Preprojectfase

Het opstellen van gedetailleerde automatiseringsplannen en het budgetteren zijn cruciale onderdelen van de preprojectfase. Het is belangrijk om te zorgen voor naleving van de geharmoniseerde normen en de Machinerichtlijn 2006/42/EC. De risicobeoordeling volgens NEN-EN-ISO ISO 12100 is een onmisbaar onderdeel van dit proces, omdat hiermee potentiële gevaren kunnen worden geïdentificeerd en beoordeeld.

Opstellen van Gedetailleerde Automatiseringsplannen

De eerste stap in de preprojectfase is het uitwerken van gedetailleerde automatiseringsplannen. Dit proces omvat enkele belangrijke fasen:

1. Opstellen van projectuitgangspunten:
   • Identificatie van de doelstellingen van automatisering: verbetering van de efficiëntie, kostenreductie, verhoging van de kwaliteit.
   • Vaststellen van de reikwijdte van de automatisering: welke processen worden geautomatiseerd en welke technologieën worden toegepast.
   • Voorlopige beoordeling van de technische mogelijkheden: analyse van beschikbare technologieën en hun toepasbaarheid in de context van de specifieke behoeften van het bedrijf.
2. Haalbaarheidsanalyse:
   • Technische beoordeling: nagaan of de geplande oplossingen technisch uitvoerbaar zijn.
   • Economische beoordeling: analyse van de kosten en de potentiële besparingen die automatisering oplevert.
   • Operationele beoordeling: beoordeling van de invloed van automatisering op bestaande processen en organisatiestructuren.
3. Samenwerking met externe bedrijven:
   • Selectie van samenwerkingspartners: ingenieursbureaus, technologieleveranciers, systeemintegratoren.
   • Technische consultaties: samenwerking met experts om optimale oplossingen uit te werken.
   • Opstellen van voorlopige projectplannen: uitwerking van projectdocumentatie die als basis dient voor verdere werkzaamheden.

Budgettering

De volgende belangrijke stap is de budgettering, die het volgende omvat:

1. Kostenraming:
   • Kosten van apparatuur: aankoop van machines, robots en besturingssystemen.
   • Installatiekosten: kosten die verband houden met de montage en integratie van systemen.
   • Operationele kosten: kosten voor onderhoud, energie en opleiding van personeel.
2. Opstellen van het projectbudget:
   • Opstellen van een gedetailleerd budget, waarin alle directe en indirecte kosten zijn opgenomen.
   • Rekening houden met financiële reserves voor onvoorziene uitgaven.
   • Beoordeling en goedkeuring van het budget door het management van het bedrijf.

Borging van naleving van normen en regelgeving

Het waarborgen van naleving van de geldende normen en regelgeving is cruciaal voor het slagen van een automatiseringsproject. Dit omvat:

1. Geharmoniseerde normen:
   • Waarborgen dat alle componenten en systemen voldoen aan de eisen van geharmoniseerde normen.
   • Werken volgens internationale normen om de compatibiliteit en veiligheid van systemen te waarborgen.
2. Machinerichtlijn 2006/42/EC:
   • Naleving van de eisen van de Machinerichtlijn, die de minimale veiligheidseisen voor machines vastlegt.
   • Waarborgen dat alle machines en installaties aan de eisen van de richtlijn voldoen voordat zij op de markt worden gebracht.

Risicoanalyse volgens NEN-EN-ISO ISO 12100

Een risicoanalyse is een onmisbaar onderdeel van de voorontwerpfase, omdat hiermee potentiële gevaren kunnen worden geïdentificeerd en beoordeeld. Dit proces omvat:

1. Identificatie van gevaren:
   • Analyse van elke fase van het productieproces om potentiële gevaren te identificeren.
   • Rekening houden met alle mogelijke gevarenbronnen, zoals mechanische, elektrische, thermische en chemische gevaren.
2. Risicobeoordeling:
   • Vaststellen van de waarschijnlijkheid dat gevaren optreden en van hun mogelijke gevolgen.
   • Classificatie van risico’s op basis van hun belang en de noodzaak om maatregelen te nemen.
3. Uitwerken van een risicobeheersstrategie:
   • Uitwerken en implementeren van maatregelen om risico’s te beperken, zoals extra beveiligingen, noodprocedures en training van personeel.
   • Regelmatige herziening en actualisering van de risicoanalyse volgens ISO 12100 om wijzigingen in productieprocessen en technologie mee te nemen.

Dankzij zorgvuldige planning en analyse legt de voorontwerpfase een solide basis voor de volgende stappen in de automatisering van productieprocessen, waarbij risico’s worden beperkt en efficiëntie en veiligheid worden gemaximaliseerd.

6. Automatisering van productieprocessen: machineontwerp en systeemintegratie

Het proces van machineontwerp omvat veel technische aspecten die essentieel zijn voor het creëren van een efficiënt en veilig productiesysteem. Binnen dit proces worden uiteenlopende analyses uitgevoerd en geavanceerde technologieën toegepast om te waarborgen dat de ontworpen machines functioneren volgens de eisen en specificaties.

Sterkteberekeningen (FEM) en structurele analyses

Sterkteberekeningen (FEM) en structurele analyses zijn onmisbare onderdelen van het machineontwerpproces. Zij maken het mogelijk om:

1. Belastingssimulaties:
   • Simulaties van statische en dynamische belastingen uit te voeren om te beoordelen hoe de machine onder verschillende bedrijfsomstandigheden reageert.
   • Spanningen, vervormingen en mogelijke faalpunten in de machineconstructie te analyseren.
2. Materiaaloptimalisatie:
   • Geschikte constructiematerialen te selecteren die de sterkte en duurzaamheid van de machine waarborgen.
   • Het gewicht van de machine te reduceren zonder concessies te doen aan veiligheid en functionaliteit.
3. Verificatie van naleving van normen:
   • Waarborgen dat het ontwerp voldoet aan alle geldende normen en voorschriften op het gebied van constructieve sterkte en veiligheid.

PLC-programmering en integratie met SCADA-systemen

PLC-programmering (Programmable Logic Controller) en integratie met SCADA-systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) zijn essentiële technische onderdelen die een efficiënt beheer van productieprocessen mogelijk maken. Dit proces omvat:

1. Ontwerp van besturingssystemen:
   • Opstellen van elektrische en logische schema’s voor besturingssystemen.
   • Programmeren van PLC-controllers voor het realtime aansturen van machinefuncties.
2. Integratie van SCADA-systemen:
   • Implementatie van SCADA-systemen voor het monitoren en beheren van productieprocessen.
   • Integratie van SCADA-systemen met PLC’s, waardoor productiegegevens kunnen worden verzameld, geanalyseerd en gevisualiseerd.
3. Testen en validatie:
   • Uitvoeren van tests van besturings- en monitoringsystemen om hun betrouwbaarheid en nauwkeurigheid te waarborgen.
   • Validatie van software en hardware om zeker te stellen dat deze werken volgens de ontwerpuitgangspunten.

Opstellen van technische documentatie

Het opstellen van technische documentatie is een cruciale stap in het ontwerpproces van machines. Deze documentatie omvat:

1. Technische specificaties:
   • Gedetailleerde beschrijvingen van alle componenten en systemen van de machine.
   • Instructies voor montage, inbedrijfstelling en onderhoud.
2. Schema’s en technische tekeningen:
   • Volledige elektrische, hydraulische en pneumatische schema’s.
   • CAD-tekeningen die de constructie van de machine weergeven.
3. Bedienings- en veiligheidsinstructies:
   • Handleidingen voor operators en technisch personeel.
   • Veiligheidsprocedures en noodprotocollen.

7. Automatisering van productieprocessen: geavanceerde analyses in het ontwerpproces

Tijdens het ontwerpen van machines worden diverse geavanceerde analyses uitgevoerd om systemen te optimaliseren en veilig te maken. Deze analyses maken het mogelijk om potentiële problemen in een vroeg stadium te identificeren en passende maatregelen te treffen.

FMEA Design: analyse van ontwerpfouten en hun gevolgen

FMEA Design (Failure Mode and Effects Analysis) is een analysemethode waarmee potentiële fouten in het machineontwerp worden geïdentificeerd en de invloed daarvan op de werking van het systeem wordt beoordeeld. Dit proces omvat:

1. Identificatie van potentiële fouten:
   • Analyse van componenten en systemen op mogelijke faalpunten.
   • Opstellen van een lijst met potentiële fouten op basis van ervaring en historische gegevens.
2. Risicobeoordeling:
   • Beoordeling van de kans dat elke fout optreedt en van de mogelijke invloed ervan op de werking van de machine.
   • Classificatie van fouten op basis van hun kriticiteit.
3. Planning van corrigerende maatregelen:
   • Uitwerken van strategieën om risico’s te beperken, zoals ontwerpwijzigingen, aanvullende tests of het aanbrengen van beveiligingen.
   • Monitoring en documentatie van de resultaten van de ingevoerde maatregelen.

FMEA Process: analyse van procesfouten en hun gevolgen

FMEA Process is vergelijkbaar met FMEA Design, maar richt zich op de analyse van productieprocessen. Dit omvat:

1. Analyse van het productieproces:
   • Identificatie van de belangrijkste fasen van het productieproces die gevoelig kunnen zijn voor storingen.
   • Beoordeling van de invloed van potentiële procesfouten op de kwaliteit en efficiëntie van de productie.
2. Beoordeling van procesrisico’s:
   • Analyse van de waarschijnlijkheid en de gevolgen van fouten in het productieproces.
   • Prioritering van risico’s en planning van preventieve maatregelen.
3. Implementatie en monitoring:
   • Invoering van corrigerende maatregelen in het productieproces.
   • Regelmatige monitoring en evaluatie van de effectiviteit van de doorgevoerde wijzigingen.

Design for Assembly en Design for Manufacturing

Design for Assembly (DfA) en Design for Manufacturing (DfM) zijn strategieën om ontwerpen te optimaliseren met het oog op eenvoudige montage en productie. Dit omvat:

1. Optimalisatie van de montage:
   • Componenten zo ontwerpen dat ze eenvoudiger te monteren zijn, waardoor de tijd en kosten van de productie afnemen.
   • Vereenvoudiging van de constructie, minimalisering van het aantal onderdelen en betere toegankelijkheid van cruciale elementen.
2. Optimalisatie van de productie:
   • Selectie van materialen en productietechnologieën die de efficiëntie verhogen en de kosten verlagen.
   • Ontwerpen met het oog op maakbaarheid en het beperken van complexe productiehandelingen.

Risicobeoordeling volgens NEN-EN-ISO ISO 12100

Risicobeoordeling volgens NEN-EN-ISO ISO 12100 is een essentieel onderdeel van machineontwerp, waarmee risico’s in elke fase van het ontwerpproces worden geïdentificeerd en beperkt. Dit omvat:

1. Identificatie van gevaren:
   • Analyse van elke fase van het productieproces om potentiële gevaren te identificeren.
   • Rekening houden met alle mogelijke gevarenbronnen, zoals mechanische, elektrische, thermische en chemische gevaren.
2. Risicobeoordeling:
   • Vaststellen van de kans op het optreden van gevaren en van de mogelijke gevolgen daarvan.
   • Classificatie van risico’s afhankelijk van hun belang en de noodzaak om maatregelen te nemen.
3. Uitwerken van een risicobeheersstrategie:
   • Ontwikkeling en invoering van maatregelen om risico’s te beperken, zoals extra beveiligingen, noodprocedures en training van personeel.
   • Regelmatige herziening en actualisering van de risicoanalyse volgens ISO 12100 om wijzigingen in productieprocessen en technologie mee te nemen.

Geavanceerde analyses in het ontwerpproces zijn onmisbaar om te waarborgen dat de ontworpen machines niet alleen efficiënt zijn, maar ook veilig en in overeenstemming met de geldende normen. Met deze analyses kunnen potentiële problemen al in een vroeg stadium worden opgespoord en weggenomen, wat bijdraagt aan het succes van het volledige automatiseringsproject.

8. Bouw en testen van prototypes

Na afronding van de ontwerpfase volgt de bouw van prototypes en het testen daarvan. Dit proces is cruciaal, omdat het mogelijk maakt theoretische uitgangspunten in de praktijk te verifiëren en eventuele problemen vroegtijdig op te sporen. In deze fase worden een veiligheidsaudit uitgevoerd, evenals tests zoals FAT (Factory Acceptance Test) en SAT (Site Acceptance Test).

Veiligheidsaudit

De veiligheidsaudit is de eerste stap bij het testen van prototypes. Het doel ervan is vast te stellen dat alle machinecomponenten en operationele processen voldoen aan de veiligheidseisen en industrienormen. Deze audit maakt het mogelijk potentiële gevaren te identificeren en weg te nemen voordat meer geavanceerde functionele tests worden uitgevoerd.

FAT (Factory Acceptance Test)

De Factory Acceptance Test wordt uitgevoerd in de fabriek van de fabrikant en heeft als doel te verifiëren of het prototype voldoet aan alle eisen uit de technische specificatie en de ontwerpuitgangspunten. De FAT-test omvat enkele belangrijke stappen:

1. Documentatiecontrole: Voordat de tests beginnen, controleert het projectteam de volledige technische documentatie zorgvuldig om zeker te stellen dat alle componenten volgens het ontwerp zijn geïnstalleerd.
2. Functionele tests: Uitvoering van functionele tests om na te gaan of het prototype werkt volgens de gestelde eisen. Deze tests kunnen zowel simulaties van normale bedrijfsomstandigheden als belastingstests omvatten.
3. Veiligheidstests: Controle of alle veiligheidssystemen correct functioneren, waaronder noodsystemen, vergrendelingen en afschermingen.
4. Rapportage van resultaten: Alle testresultaten worden gedocumenteerd en vergeleken met de ontwerpuitgangspunten. Eventuele afwijkingen worden geanalyseerd en, indien nodig, wordt het prototype aangepast.

SAT (Site Acceptance Test)

Na afronding van de FAT-tests wordt het prototype naar de eindlocatie vervoerd, waar de Site Acceptance Test wordt uitgevoerd. De SAT-test heeft als doel te verifiëren of het systeem correct functioneert onder werkelijke productieomstandigheden. Dit omvat:

1. Installatie op locatie: Het team van engineers installeert het prototype op locatie en integreert het met de bestaande productie-infrastructuur.
2. Functionele tests: Net als bij FAT worden functionele tests uitgevoerd, maar nu in de werkelijke werkomgeving. Daarbij worden alle machinefuncties gecontroleerd in de context van het volledige productieproces.
3. Prestatietests: Beoordeling van de prestaties van de machine onder reële productieomstandigheden, waaronder tests onder volledige belasting en over een langere gebruiksperiode.
4. Conformiteitstests: Verificatie of het prototype voldoet aan alle lokale voorschriften en normen, die kunnen afwijken van die welke in de fabriek van de fabrikant gelden.
5. Training van personeel: Het verzorgen van trainingen voor operators en technisch personeel, zodat alle gebruikers goed zijn opgeleid in het gebruik van het nieuwe systeem.

Rapportage en acceptatie

Na afronding van de SAT-tests worden alle resultaten gedocumenteerd en aan de klant gepresenteerd. Als de machine aan alle eisen voldoet en volgens verwachting functioneert, wordt zij formeel geaccepteerd. Als er problemen worden vastgesteld, voert het engineeringteam de noodzakelijke correcties door en worden de tests opnieuw uitgevoerd totdat overeenstemming met de ontwerpuitgangspunten is bereikt.

Het proces van het bouwen en testen van prototypes is cruciaal om te waarborgen dat het eindproduct betrouwbaar, veilig en efficiënt is. Dankzij grondige FAT- en SAT-tests kunnen bedrijven erop vertrouwen dat hun investering in automatisering de verwachte voordelen oplevert.

9. Implementatie en onderhoud van automatisering

De implementatie van automatiseringssystemen omvat de installatie en inbedrijfstelling, evenals de training van medewerkers in het gebruik van nieuwe apparatuur. De bedieningshandleiding is een essentieel document dat een correct en veilig gebruik van systemen waarborgt. Het op peil houden van de productie-efficiëntie vereist de invoering van strategieën zoals TPM en SMED.

10. Automatisering van productieprocessen: CE-certificering en naleving van regelgeving

Om machines legaal in de Europese Unie te mogen gebruiken, moeten zij het proces van CE-certificering doorlopen. Naleving van de Machinerichtlijn 2006/42/EC en het verkrijgen van de CE-markering zijn daarbij essentiële stappen. De afgifte van een EG-verklaring van overeenstemming bevestigt dat de machine aan alle wettelijke eisen voldoet.

De toekomst van de automatisering van productieprocessen

De overgang naar Industrie 4.0 betekent de invoering van nieuwe technologieën en innovatieve oplossingen die de efficiëntie en productiviteit van de productie verder verhogen. Voortdurende ontwikkeling en optimalisatie van processen zijn cruciaal om concurrerend te blijven in de markt.

Automatisering van productieprocessen is een complex, maar onmisbaar traject om de efficiëntie en het concurrentievermogen van productiebedrijven te vergroten. Vanaf een grondige analyse van behoeften en mogelijkheden, via het opstellen van ontwerpuitgangspunten en het testen, tot aan de implementatie en het onderhoud van automatiseringssystemen: elke fase vraagt om samenwerking en diepgaande technische kennis. Met de juiste aanpak en de juiste partners kan automatisering aanzienlijke voordelen opleveren, zowel op het gebied van kosten als van productiekwaliteit.