Eindverslag: Haalbaarheidsstudie Fabriek van de Toekomst “Mechatronica” Oprichting van een Technologiecentrum Industrie 4.0
Jos Pinte Sirris
Inhoudstafel
FvT Mechatronica – Beschrijving van de opdracht .................................................................... 1 1.
Eerste fase van de studie: 30-tal bezoeken en contacten.................................................. 2
2.
Vier initiële denkpistes ....................................................................................................... 3
3.
1.
Hub van de Mechatronica bestaande uit: ...................................................................... 3
2.
Transsectoraal Onderzoekscentrum: .............................................................................. 3
3.
Mechatronica-competentiecentrum: ............................................................................. 4
4.
Industrie 4.0 onderzoeks- en democentrum: ................................................................. 4 Keuze van belangrijkste pistes en verdere uitwerking ....................................................... 7
Thema 1 : CPS als bouwsteen voor de machinebouwers binnen Industrie 4.0 ..................... 7 Thema 2: Nieuwe businessmodellen en netwerken .............................................................. 8 Thema 3: Flexibel en slim automatiseren .............................................................................. 9 Thema 4: Augmented reality & connected intelligence met virtuele wereld ..................... 10 Thema 5: Slimme productieorganisatie, met accent op vereenvoudiging van logistiek ..... 10 Thema 6: Integrale productontwikkeling en productieaansturing ...................................... 11 4.
Overzicht van de belangrijkste elementen van het technologiecentrum ........................ 13
5.
Besluit en voorwaarden voor succes ................................................................................ 15
6.
Eerste schets van het expertisecentrum .......................................................................... 16
FvT Mechatronica – Beschrijving van de opdracht Het doel van deze studie is het onderzoek naar de haalbaarheid en de uniciteit van een interdisciplinair onderzoekscentrum mechatronica in West-Vlaanderen. Een belangrijke eerste stap in deze studie is de identificatie van de domeinen binnen dewelke een behoefte bestaat vanuit de leading West-Vlaamse bedrijven, op het grensvlak tussen Mechatronica en de West-Vlaamse FvT-domeinen, i.c. Materialen, (Agro-)Voeding & Blue Energy. Dit met het oog op de uitbouw van een sterk en representatief onderzoekscentrum in West-Vlaanderen, dat focust op het interdisciplinaire. De ontwikkeling van technologieën door afstemming tussen machinebouwers en de gebruikers van de machines staat centraal in het concept. In het onderzoekscentrum kan dan bv. geavanceerde apparatuur ter beschikking gesteld worden van de gebruikers. Bij de oefening wordt rekening gehouden met het potentieel van de lokale onderwijsinstellingen en moet de uitkomst complementair zijn aan wat reeds beschikbaar is in Vlaanderen (SOC Maakindustrie, Centexbel, Sirris, …). De interdisciplinaire aanpak zal de focus vormen van de nodenbevraging bij de industrie, voorwerp van een dienstenopdracht. Het uitgangspunt voor deze studie is een grondige bevraging naar de activiteiten en onderzoeks- en innovatienoden van de industrie (machinebouwers en bedrijven uit de andere Fabrieken van de Toekomst) en het in kaart brengen van de competenties en industriële dienstverlening van de bestaande onderzoeksinstellingen op gebied van mechatronica en productietechnologie in WestVlaanderen en in Vlaanderen. Gebaseerd op deze bevragingen zullen een aantal prioritaire domeinen voor onderzoek en technologieondersteuning worden gekozen en verder afgecheckt worden met de geïnteresseerde bedrijven. Als resultaat van deze haalbaarheidsstudie zal een concept van een mogelijk centrum worden uitgewerkt en zal een bijhorend businessplan voorgesteld worden.
1
1. Eerste fase van de studie: 30-tal bezoeken en contacten Tijdens de eerste fase van de studie werd een grondige studie gemaakt van de andere andere FvT van West-Vlaanderen en van het West-Vlaamse innovatielandschap De volgende kenniscentra werden bezocht en hun competenties werden in kaart gebracht: -
West-Vlaanderen: XiaK, VIVES, KU Leuven Campus Oostende, Howest Vlaanderen: Flanders Make, KU Leuven, UGent, Centexbel
Wat de bedrijven betreft werden de volgende Machinebouwers bezocht: Van de Wiele, Picanol, LVD, CNH, Handsaeme, Pattyn, Spicer, Vyncke, Barco, Packo. Ook een aantal andere productiebedrijven werden bezocht: Samsonite, Deceuninck, Anziplast, Bekaert, Bombardier, Televic. Tijdens deze bedrijfsbezoeken werd vooral gepeild naar de noden op korte en middellange termijn op gebied van mechatronica en productietechnologie. De belangrijkste vragen van de ondernemingen naar ondersteuning voor hun productie kan teruggebracht worden tot de volgende topics:
geavanceerde productieprocessen: innovatieve processen voor zowel bestaande als nieuwe materialen en producten;
adaptieve en slimme productiesystemen: innovatieve productiemachines op component en systeem niveau, inclusief mechatronica;
digitale, virtuele en resource-efficiënte fabrieken: fabrieksontwerp, data collectie en management, operations en planning, ….;
collaboratieve bedrijven: genetwerkte fabrieken en dynamische supply-chains;
mensgerichte productie: belangrijkere rol van de mens in de fabriek;
klantgerichte productie: het betrekken van de klant in de supply chain, design.
2
2. Vier initiële denkpistes Uit deze bezoeken werden in eerste instantie vier mogelijke pistes voor een technologie-initiatief in West-Vlaanderen naar voor geschoven. 1. Hub van de Mechatronica bestaande uit:
Een Technologie - Antenne Mechatronica: om alle Vlaamse kennis rond mechatronica (universiteiten, Sirris, Flanders’Make), maar ook internationaal relevante kennis naar de W-VL bedrijven en vooral ’kmo’s te transfereren.
Een Huis van de Mechatronica waar nieuwe technologieën gedemonstreerd worden, en waar de bedrijven zich deze technologieën kunnen eigen maken.
Een Ankerpunt voor Made Different activiteiten in West-Vlaanderen, een van de belangrijkste Vlaamse acties ter ondersteuning van de bedrijven bij hun transformatie naar Factory of the Future.
Eerste bedenkingen bij deze piste:
Dit is duidelijk een activiteit, dienauw aansluit bij de dienstverlening en technologietransfert van Sirris, het technologisch centrum van de technologische industrie. De aanwezigheid van 4-5 personen Sirris medewerkers in West-Vlaanderen moet een antwoord geven op de meeste vragen van de bedrijven i.v.m. technologische ondersteuning.
De denkpiste is voldoende horizontaal zelfs breder dan de huidige fabrieken.
Het is een efficiënte manier om ook de Made Different activiteiten (NIB) in WestVlaanderen te promoten.
Op zichzelf mist deze piste een onderzoekscomponent / excellentie en kan op zichzelf niet bestaan zonder vergezeld te zijn van een onderzoeks- en excellentiecentrum.
2. Transsectoraal Onderzoekscentrum: Hier wordt gedacht aan een centrum waar creatief nieuwe oplossingen worden uitgewerkt binnen een nauwe samenwerking tussen gebruikers en ontwikkelaars van machines vb. binnen de textiel (idee bestaat reeds), de voeding (idee ook geopperd tijdens bevraging) en de windenergie. Voorbeeld hier is een centrum waar textielmachinebouwers, de textielsector en de textielmarkt samen werken aan de ontwikkeling van textielmachines voor de textielproducten van de toekomst.
3
Een mogelijk bijkomende activiteit van zo een centrum is het testen van prototypes. Actueel is het immers moeilijk voor onze constructeurs om lead-users te vinden voor hun nieuwe producten. Eerste evaluatie:
Dit idee is belangrijk om de textiel- en voedingssector hier te verankeren en heeft een duidelijke link met deze deelsectoren binnen huidige FvT’s.
Er is een echter maar beperkte interesse van machinebouwers en leading users (textiel)
Ook de interesse vanuit de voedingssector is beperkt
Er is geen directe link met sommige FvT’s (kunststoffen)
Moest deze piste verder uitgewerkt worden dan is een voldoende afstemming met lopende projectaanvragen vanuit Sirris en Centexbel in dit gebied zeer belangrijk.
3. Mechatronica-competentiecentrum:
De opdracht van dit centrum is het zoeken van nieuwe creatieve toepassingen van mechatronica in producten (machines, producten). Hiervoor is een grondige kennis nodig van de nieuwe martontwikkelingen, de verschillende roadmapstudies en de visies van toekomstverkenners en dit gekoppeld met de kennis van de nieuwste technologische ontwikkelingen en hun mogelijke toepassingen in producten van de toekomst Eertse evaluatie
Het idee van een dergelmijk centrum is origineel
Het kan versterkend werken t.o.v. de SOC Flanders’Make
Maar er bestaat slechts een beperkte interesse vanuit bestaande bedrijven
4. Industrie 4.0 onderzoeks- en democentrum: In Duitsland werd in 2014 het idee van een nieuw model voor de industriële bedrijven gelanceerd “Industrie 4.0” dat aan de meerderheid van de door de bedrijven naar voorgebrachte noden een antwoord geeft. Aan de basis van dit model liggen de verschillende mogelijkheden die geboden worden door de nieuwste technologische ontwikkelingen en die deel uitmaken van de 4de Industriële revolutie: Micro-electronica,
4
intelligente sensoren, Internet of things, wereldwijd beschikbare netwerken en digitalisering.
De belangrijkste nieuwe topics die binnen Industrie 4.0 naar voor komen zijn:
“Cyber-Physical Systems” - de basisbouwsteen van Industrie 4.0 (de industrie van de toekomst) Machines en productiesystemen bestaan uit intelligente componenten met een bepaalde functie en uitgerust met sensoren en met duidelijke interfaces en geconnecteerd over het Internet, zodat de functies extern kunnen opgeroepen worden.
Horizontale integratie van bedrijven en hun deelprocessen (ontwerp, productieeenheden, ...) in waardenetwerken waarin deze processen “naadloos” gekoppeld worden in het bedrijf en tussen bedrijven, van toeleveranciers tot klanten. Dit gaat gepaard met nieuwe waardeketens en business modellen.
Verticale integratie (met genetwerkte productieaansturingssystemen) met connectie van ERP tot de sensors op de werkvloer en vice versa die “real time” informatie capteren en samenvoegen en waar de controle en besluitvorming op basis van “real time” informatie gebeurt.
End-to-end engineering waarbij gebaseerd op een virtueel model van product, productiemiddelen en productiesimulaties gebeuren vooraleer de producten daadwerkelijk ontwikkeld en geproduceerd en gebruikt worden. Deze piste omvat de oprichting van een centrum waar de belangrijkste toepassingen van Mechatronica en ICT in de productie / assemblage en de organisatie worden onderzocht en naar de bedrijven worden overgebracht.
Eerste evaluatie:
Dit topic wordt door experten uit de onderzoekswereld en de industrie aanzien als de belangrijkste aanpak voor een duurzame maakindustrie in onze omgeving met hoge loonkosten.
Dit topic is op dit ogenblik minder aanwezig in het Sirris portfolio en in het portfolio van de W-Vl universiteiten (wel een raakpunt bij Xiak)
Het ondersteunt de transformatie Digitale Fabriek in het Made Different project
Het heeft een waarde voor alle bedrijven uit de FvT’s, die ontwikkelen en produceren
Het is een goede manier om zich te positioneren t.o.v. van andere initiatieven
Dit zou op termijn een aanvulling kunnen zijn en eventueel de basis zijn voor een nieuwe Onderzoeksprioriteit binnen Flanders Make. 5
Aandachtspunt: Wel dient gezorgd te worden voor voldoende complementariteit t.o.v. onderzoeksprioriteit 8 van de Flanders Make en i-Minds.
6
3. Keuze van belangrijkste pistes en verdere uitwerking Uit een gemeenschappelijk vergadering met de belangrijkste machinebouwers werd beslist om te gaan voor een verdere uitwerking van de combinatie van denkpiste 1 & denkpiste 4 wel rekening houdend met de volgende randvoorwaarden
Goed afbakenen van het domein binnen Industrie 4.0, dat maximaal inspeelt op de noden van de West-Vlaamse bedrijven
Rekening houden met in West-Vlaanderen bestaande ondersteunende expertise (vb Gaming – Howest)
Internet of things dient zowel tussen de machines als tussen de componenten van een machine toegepast te worden.
Zeker zorgen voor complementariteit met en versterking van bestaande competenties (Sirris, Flanders Make, I-Minds)
Vertrekkende van deze besluiten werd vervolgens een grondige studie uitgevoerd van Industrie 4.0 concept en gerelateerde bibliografie en roadmaps en van buitenlandse initiatieven in dit domein: WZL- Aken, Catapult UK, .. In nauw overleg met enkele trekkende bedrijven werd het technologiedomein verder afgebakend en 6 prioritaire thema’s vastgelegd: 1. Cyber-Physical Systemen als bouwsteen voor de machinebouwers binnen Industrie 4.0 2. Nieuwe businessmodellen en netwerken 3. Flexibel en slim automatiseren 4. Augmented reality & connected intelligence met virtuele wereld 5. Slimme productieorganisatie, met accent op vereenvoudiging van logistiek 6. Integrale productontwikkeling en productieaansturing Deze thema’s werden verder uitgewerkt en tevens werd een aanpak voor de implementatie van ieder thema voorgesteld Thema 1 : CPS als bouwsteen voor de machinebouwers binnen Industrie 4.0 CPS-systemen zijn de toekomst voor de machinebouwers
Machines van de toekomst zullen opgebouwd worden uit CPS modules, verbonden over het Internet (“Internet of Things”)
Elke machine is zelf een CPS die met andere machines en omgeving kan communiceren 7
De belangrijkste onderzoekscomponenten die noodzakelijk zijn om tot hier te komen zijn:
Modulaire machines
Communicatie tussen modules
Integratie van sensoren
Mens-machine interactie
Machine-machine interactie
De belangrijkste doelgroep voor deze kennis zijn de machinebouwers. Belangrijkste activiteiten voor de implementatie zijn:
Expertiseopbouw door samenbrengen van ontwikkelingen van verschillende kenniscentra
Uitbouwen van een applicatielab en technologiewacht
Als benodigde capaciteit voorzien we een 2-tal medewerkers binnen het technologiecentrum die nauw samenwerken met volgende partners:
met Sirris-experten op gebied van Mechatronica 4.0
met Flanders Make (RP 2-4), waar het technologiecentrum zich kan concentreren op het vertaalonderzoek van de kennis die binnen de onderzoeksprioriteiten RP2 tot RP4 wordt opgebouwd
met KU Leuven (nieuwe leerstoel in Brugge/Gent), die de uitbouw van een aantal leerstoelen Mechatronica in Brugge voorziet
met VIVES en iMinds (Communicatiesystemen)
Binnen dit thema dient het centrum te beschikken over top CPS-infrastructuur voor zowel het onderzoek als de demonstratie van de onderzoeksresultaten voor de bedrijven.
Thema 2: Nieuwe business modellen en netwerken Een tweede veelgevraagd thema van de industrie is de ondersteuning bij het opzetten van nieuwe business modellen en samenwerkingsconcepten tussen bedrijven in waardeketens. De belangrijkste topics, die verder dienen bestudeerd te worden zijn:
Samenwerking en specialisatie als basisaanpak voor het vertsterken van het W-VL productie-ecosysteem
Businessmodellen en samenwerkingsconcepten tussen bedrijven in waardeketens 8
Samenwerking en specialisatie als basisaanpak voor het vertsterken van het W-VL productie-ecosysteem
Belangrijkste aandachtspunten voor de implementatie zijn:
Expertiseopbouw: opbouwen en implementeren van digitale servitisatietechnologie
Technologiewacht: toegang tot internationale state-of-the-art en voorbeelden vanuit voorlopende regio’s Opzetten van lerende netwerken, testprojecten
Als benodigde capaciteit voorzien we een 1 medewerker binnen het technologiecentrum met een grondige kennis van het West-Vlaamse industrieel netwerk, die nauw samenwerkt met de volgende partners:
met Sirris (Digitale Servitisatie & data analytics)
met UGent (Prof. Van Landeghem)
met andere innovatieactoren in West-Vlaanderen
Thema 3: Flexibel en slim automatiseren Een derde veelgevraagd thema is de automatisering en robotisering van productie en montage. Naast de productiebedrijven is deze topic ook interessant voor de integratoren die ook sterk aanwezig zijn in West-Vlaanderen. De belangrijkste topics, die verder dienen bestudeerd te worden zijn:
Goedkope, ondersteunende en samenwerkende robots met speciaal aandacht voor de interactie mens - robot , robot - machine en robot - robot.
Flexibele automatisatieconcepten waaronder (mechatronische) grijperconcepten en visiesystemen.
Rond dit thema wordt de uitbouw van een applicatie lab / demo-werkplaats voorgesteld voor het testen van nieuwe concepten en technologische dienstverlening aan de bedrijven vooral de kmo’s. Als benodigde capaciteit voorzien we een 2-tal medewerkers binnen het technologiecentrum die nauw samenwerken met volgende partners:
met Sirris
met Flanders Make (RP8, demo en transfert)
met KU Leuven – PMA
met XiaK 9
Wat de benodigde infrastructuur betreft, kan gestart worden van bestaande Sirrisinfrastructuur, die dan verder dient aangevuld te worden met nieuwe “state of the art” infrastructuur. Een nauwe samenwerking met leveranciers en ontwikkelaars van systemen (robots), kan ook resulteren in het ter beschikking stellen van bijkomende infrastructuur voor onderzoek- en demonstratiedoeleiden.
Thema 4: Augmented reality & connected intelligence met virtuele wereld Het vierde thema heeft vooral het ondersteunen de operatoren tot doel zowel bij de productie als bij de montage en bij de kwaliteitsborging. Het past onder het actuele thema “Human Centered Production”. De nadruk ligt hier vooral op
Mobiele en contextafhankelijke ondersteuning operator (over machines heen en mobiel vanop afstand)
Technieken voor kenniscaptatie vanop de werkvloer (o.a. sociale media)
Rond dit thema wordt vooral gedacht aan toepassingsgericht onderzoek waar het doel hoofdzakelijk de bepaling en het testen van de bruikbaarheid van best (internationale) practices en het exploreren van de grenzen voor de toepassingen van deze concepten. Als benodigde capaciteit voorzien we een 2-tal medewerkers binnen het technologiecentrum die nauw samenwerken volgende partners:
Sirris
Flanders Make (Onderzoeksprioriteit RP8)
Howest (rond Gaming)
iMinds
De benodigde Infrastructuur is nauw gekoppeld aan deze van thema 3.
Thema 5: Slimme productieorganisatie met accent op vereenvoudiging van logistiek Sterke vraag is er ook naar ondersteuning en de toepassing van nieuwe methodieken voor een betere organisatie van de productie en assemblage met een sterk accent op de vereenvoudiging van de logistiek. Belangrijkste topics zijn hier:
10
Best practices and beyond rond lean concepten, waaronder zelfsturende systemen (QRM) en systemen met gereduceerde nood aan planning en systemen en concepten voor logistieke vereenvoudiging
Evolutie naar “slim product” dat de productie en logistiek aanstuurt, waarbij concepten als “Tracking and tracing” van producten, gereedschappen, tooling, ... en de gepaste informatie opslag en behandeling.
Rond dit thema wordt vooral gedacht aan technologiewacht- en consultancyactiviteiten rond productieorganisatie en logistieke optimalisatie bestaande uit:
Het opvolgen en transfert van wereldwijde concepten en expertise
En het uitbouwen aan een (internationaal) lerend netwerk
Als benodigde capaciteit voorzien we een 2-tal medewerkers binnen het technologiecentrum die nauw samenwerken met volgende partners:
met Sirris (QRM-netwerk)
met UGent: Prof. Van Landeghem
Thema 6: Integrale productontwikkeling en productieaansturing Een laatste thema dat gevraagd wordt zijn “Geavanceerde engineering systemen”. Deze systemen
Laten de parallelle ontwikkeling van product, process en productiemodel toe
Ondersteunen de simulatie van product, productiemiddelen en processen
Laten een nauwkeurige productieaansturing door het koppelen van de reële en de virtuele wereld (aansturen van productie door opvolgen wat reëel op de werkvloer gebeurt, gesteund op simulaties op basis van het virtueel model)
De belangrijkste activiteiten binnen dit thema bestaan uit trendwatch, ervaringsuitwisseling en ondersteuning bij implementatie en dit gesteund op een
(internationaal) lerend netwerk
En de samenwerking met softwareleveranciers (bezoeken aan voorlopers)
Als benodigde capaciteit voorzien we een 1 medewerker binnen het technologiecentrum die nauw samenwerkt met volgende partners:
met Sirris
met Flanders Make 11
met KU Leuven (PMA)
12
4. Overzicht van de belangrijkste elementen van het technologiecentrum Onderstaande tabel geeft een overzicht van de verschillende gekozen thema’s en de aard van activiteit die nodig is om de West-Vlaamse bedrijven op korte en middellange termijn te ondersteunen. In de tabel geeft het aantal sterren de intensiteit van de industriële interesse aan (in aantal bedrijven en grootte van de indutriële nood). Waar de thema’s “Cyber Physical Systemen” en “Nieuwe Business Modellen” nog relatief veel kennisopbouw, onderzoek en kennisverzameling vragen, zien we voor de thema’s “Automatisering” en “Augmented Reality” meer nood aan toepassingsgericht onderzoek, om te komen tot een goede ondersteuning van de bedrijven (inzonderheid de kmo’s). Voor de thema’s “Organisatie” en “Integrale ontwikkeling” is een technologische consulting op korte termijn aangewezen.
Elementen van het Technologiecentrum Thema
Onderzoek
Applicatielab
Technwacht
TechnAdvies
Ind. Interessse
CPS
*
*
*
**
Busisness Modellen
*
*
**
Automatisering
*
*
***
Augmented reality
*
*
***
Organisatie
*
*
***
Integrale ontwikkeling
*
*
*
13
De volgende tabel geeft per thema een overzicht van de benodigde mankracht en infrastructuur. Ook worden hier per thema de belangrijkste partners aangegeven.
Thema
VTE
Infrastructuur
Partners
CPS
2
Machines, modules, componenten
Sirris, Flanders Make, KU Leuven (Gent, Brugge), VIVES, iMinds
Busisness Modellen
1
-
Sirris, UGent (Van Landeghem)
Automatisering
2
Demo-werkplaats Robots
Sirris, Flanders Make, KU Leuven, XiaK
Augmented reality
2
Hard & software
Sirris, Flanders Make, Howest (Gaming), iMinds
Organisatie
2
-
Sirris, UGent (Van Landeghem)
Integrale ontwikkeling
1
-
Sirris, Flanders Make
14
5. Besluit en voorwaarden voor succes De gekozen topic Industrie 4.0 draagt een brede industriële interesse en is een relevante visie voor de productiebedrijven van de toekomst. De zes gekozen thema’s werden door de bedrijven als prioritaire thema’s gekozen. De minimale kritische massa aan eigen personeel wordt geraamd op 10 medewerkers. De voorwaarde voor succes zijn:
Topkennis en - ervaring bij de medewerkers
Beschikbaarheid van topinfrastructuur voor onderzoek, applicatie gericht onderzoek en demonstratie aan bedrijven
Dit centrum zal enkel tot een topcentrum kunnen uitgroeien indien een duidelijke samenwerking wordt opgezet met de volgende partners
Sirris, Flanders Make
KU Leuven (Leuven, Gent/Brugge, iMinds labs)
UGent (Van Landeghem, XiaK, iMinds labs)
Howest (gaming), VIVES (communicatie)
15
6. Eerste schets van het expertisecentrum Hier volgt een eerste raming van de benodigde middelen voor de uitbouw van het technologiecentrum:
10 medewerkers (€ 1.000.000/j) – hier wordt gedacht aan een 50/50 inbreng van Sirris en van de POM
Investering in gebouw
Werkplaats: 400m2
Burelen 10 medewerkers (open space)
Vergaderzaal: 20 personen
Investering in infrastructuur ter waarde van € 500.000 naast bestaande Sirris-infrastructuur
Applicatielab en onderzoeksinfrastructuur
Demo & werkplaats - Nieuwe topinfrastructuur opgebied van
machines, robots, visie, …
Augmented Reality en CPS systemen
16
