Digitalisering maakt de industrie meer en meer datagedreven. Bedrijven in Oost-Nederland die hierin stappen willen zetten, kunnen nu hulp krijgen van de SPRONG-groep voor Digital Driven Manufacturing. Deze groep bestaat uit twee onderzoeksgroepen van Saxion, één onderzoeksgroep van Windesheim en een zestal bedrijven, en wordt ondersteund door TechForFuture. Eind vorig jaar startte de groep met subsidie vanuit het landelijke programma SPRONG (Stimuleren van PRaktijkgerichte OnderzoeksGroepen). Data staan centraal, maar slimme hardware is nodig om die data te verzamelen en er effectief gebruik van te maken. “Data-driven is niet het enige aspect van de toekomst van productie”, zegt Abeje Mersha, lector Unmanned Robotic Systems bij het Saxion-lectoraat Mechatronica. “Voor alle fabricage-, assemblage- en logistieke processen heb je ook slimme apparaten en machines nodig. Onze focus ligt op de robotica en mechatronica.”
SPRONG heeft tot doel de onderzoekssamenwerking tussen hogescholen te bevorderen. Het subsidieprogramma van het landelijke Regieorgaan SIA investeert in de infrastructuur voor praktijkgericht onderzoek, met één miljoen euro over een periode van vier jaar voor elke SPRONG-onderzoeksgroep. De Researchgroup for Digital Driven Manufacturing is zo’n groep. Hierin werken de hogescholen Saxion en Windesheim, ondersteund door TechForFuture, samen met een zestal bedrijven als kernpartners. Hun gezamenlijke doel is ondernemingen te helpen bij het aangaan van de digitaliseringsuitdaging. De lectoraten Ambient Intelligence en Mechatronica van Saxion en Industriële Automatisering & Robotica van Windesheim ontwikkelen daarvoor de benodigde kennis. Die versterken ze met cross-overs op de grensvlakken van sleuteltechnologie en praktijk. Vervolgens zorgen ze voor verbreding door deze kennis in te brengen in meerdere bachelor- en masteropleidingen van de hogescholen en in een viertal (smart industry) fieldlabs.
Mechatronica
Productie wordt steeds meer datagestuurd, luidt het uitgangspunt van de SPRONG-groep voor Digital Driven Manufacturing. Producten krijgen nieuwe, datagebaseerde functies, productieprocessen worden meer en meer digitaal aangestuurd en businessmodellen gaan online. Dat vergt uitgebreide kennis van het verkrijgen, verwerken, toepassen en analyseren van data. Ook zijn er geavanceerde gereedschappen nodig: gevoelige sensoren, krachtige analysesoftware, robuuste processing-informatica, slimme algoritmes, handige robots en hightech mechatronica. Daar ligt de SPRONG- focus van het lectoraat Mechatronica, met als trekker Abeje Mersha, lector Unmanned Robotic Systems. Het lectoraat doet al jaren onderzoek naar de inzet van robots en drones in allerlei uitvoeringen en met verschillende gradaties van autonomie.
Koploper
De toepassingen van de robots en drones zijn heel uiteenlopend, van industrie (geautomatiseerde productie en logistiek) en landbouw (zoals een robot voor onkruidverwijdering, een drone voor gewasmonitoring en een moestuinrobot) tot safety & security (een blusrobot, een blusdrone en een verkenningsrobot voor rampenbestrijding). In totaal lopen er op dit gebied ruim twintig projecten, meldt Mersha. “Wat betreft aantal projecten, onderzoekers en studenten zijn wij binnen Saxion het grootste lectoraat en landelijk een van de grootste. Met ons onderzoek naar toepassingen van drones zijn wij een koploper”, durft Mersha te stellen. “We halen er veel de publiciteit mee, want een drone is natuurlijk een eyecatcher waar veel innovatie mee mogelijk is. Maar ook in ons overige robotonderzoek lopen we met een aantal technieken voorop.” Het onderzoek is ingedeeld volgens twee verticale integratielijnen (Smart Industrial Robotics en Unmanned Robotic Systems) en drie horizontale specialisatielijnen. Dat zijn de drie inhoudelijke thema’s die in de twee verticale lijnen, afhankelijk van de specifieke toepassing, telkens op een of andere manier terugkomen. Het gaat om Sensing & Perception, Vision & Manipulation en Cognition & AI. Mersha: “Daar ligt voor ons de synergie tussen mechatronica/robotica en kunstmatige intelligentie, AI.”
“Digital Driven Manufacturing is voor veel mkb’ers niet gemakkelijk te bevatten en blijft voor veel bedrijven nog abstract. We laten de mogelijkheden zien met demonstrators die we hier bouwen.”
Slim en robuust
De focus van het lectoraat, ook voor SPRONG, ligt op het slimmer en robuuster maken van geautomatiseerde industriële processen en andere robottoepassingen. Denk aan het manipuleren van producten door vaste robots en het navigeren in veranderlijke omgevingen door mobiele robots. AI, vooral in de vorm van Machine Learning, kan daar een belangrijke bijdrage aan leveren. Bijvoorbeeld door het detecteren, classificeren en identificeren van producten met behulp van vision betrouwbaarder te maken en het lokaliseren nauwkeuriger. Dan kan het pad van een robotarm efficiënt worden gepland voor het foutloos en zorgvuldig oppakken en manipuleren van de juiste producten. Een grote uitdaging is de flexibele inzetbaarheid van robots vergroten door ze te laten samenwerken met operators. Dan hoeven ze niet meer achter een hek te staan en strikt positiegestuurd te bewegen. Een robot moet dan obstakels kunnen detecteren, de positie van een mens met sensoren en diens intentie met hulp van AI bepalen, om uiteindelijk op basis van ‘zachte’ aanrakingen interactiegestuurd te kunnen bewegen. Ook hier kan AI de betrouwbaarheid en veiligheid vergroten, zegt Mersha: “AI is een enabler voor robuustheid en performance.”
Standaardisatie en modularisatie
Flexibele inzetbaarheid van robots, voor uiteenlopende (productie)taken, is ook mogelijk met standaardisatie en modularisatie. Daartoe worden componenten en modules, in zowel hardware als software, zoveel mogelijk gestandaardiseerd en eventueel in verschillende standaardvarianten uitgewerkt. Complete robots kunnen daarmee voor uiteenlopende toepassingen snel worden opgebouwd uit standaardmodules, elk in een passende variant – productie-automatiseerders hoeven niet meer telkens opnieuw het wiel uit te vinden. Voor de besturing van robots werkt het Saxion-lectoraat veel met ROS (Robot Operating System) in de Industrial-versie. Mersha: “In Nederland zijn er twee academies die op het hoogste niveau trainingen in ROS Industrial kunnen verzorgen. Dat zijn de TU Delft en Saxion. ROS Industrial faciliteert het ontwikkelen en integreren van verschillende technologieën in een robot of drone. Het maakt ons onafhankelijk van specifieke leveranciers van bijvoorbeeld visionsystemen of grippers. Daarnaast kijken we binnen SPRONG samen met partners als Demcon en Riwo ook naar andere industriële standaarden, zoals S88.” ANSI/ISA-88, kortweg S88, is een internationale standaard met modellen en termen die helpen om een productieproces logisch in te delen en de besturing te regelen. S88 ondersteunt bedrijven bij het flexibel en efficiënt inrichten van hun productie en dat past goed bij SPRONG.
300 studenten
Een belangrijke rol is in het lectoraat Mechatronica, ook rond SPRONG, weggelegd voor studenten. Over alle projecten van het lectoraat gerekend zijn er per jaar 300 studenten betrokken bij het onderzoek, aldus Mersha. “Dat zijn vooral studenten vanuit de technische hoek, van mechatronica en industrieel ontwerp tot toegepaste natuurkunde en technische informatica. Ze doen hier opdrachten in het kader van hun stage, minor of 3S-project (het smart solutions semester van Saxion), of studeren hier af voor hun bachelor of master – sinds kort hebben we een master Robotic Systems Engineering. Het primaire doel is natuurlijk opleiden, maar tegelijkertijd maken onze studenten ook kennis met het bedrijfsleven: de uitdagingen, de werkwijze, de protocollen en de state-of-the-art techniek. Ze zitten meestal hier, zodat wij ze goed kunnen begeleiden, maar gaan ook regelmatig naar de bedrijven, waar ze een nog beter praktijkinzicht krijgen. Omgekeerd leren de bedrijven hun mogelijk toekomstige medewerkers alvast goed kennen. Zo is het altijd win-win, omdat de studenten en het bedrijfsleven al bij elkaar zijn betrokken.” Als opdrachten van studenten ook inhoudelijk iets bruikbaars voor de bedrijven opleveren, is dat mooi meegenomen, stelt Mersha. “Voor onze onderzoekers ligt dat natuurlijk anders, zij moeten opleveren wat we over ons toepassingsgericht onderzoek hebben beloofd aan de bedrijven. Die willen producten of processen vernieuwen, samen met onze onderzoekers nieuwe kennis opdoen, nieuwe concepten ontwikkelen en naar de praktijk brengen.”
Abeje Mersha: “voor alle fabricage-, assemblage en logistieke processen heb je slimme apparaten en machines nodig”
“Faciliterende lijm”
De SPRONG-groep wordt ondersteund door TechForFuture (TFF). Mersha omschrijft de rol van TFF, met name in de personen van directeur Alexander Jansen en projectleider Martijn Bos, als “de faciliterende lijm”. “Zij faciliteren ons op de organisatieaspecten, zodat wij ons kunnen focussen op de inhoudelijke aspecten. Ook brengen ze hun brede netwerk in. Wij hebben als lectoraat zelf in T-Valley al een sterk netwerk, met bedrijven als Demcon, Riwo, Viro en Voortman, die ook heel actief zijn op de kernthema’s van SPRONG. Maar dankzij TFF hebben we uit hun bredere netwerk nog extra partners voor SPRONG gekregen. Dat is waardevol, want die bieden weer een ander perspectief en brengen andere kennis en uitdagingen in. Tot slot verzorgt TFF kennisdisseminatie, niet alleen in het onderwijs maar ook in het bedrijfsleven.”
Toegankelijkheid
Binnen de SPRONG-groep fungeert het genoemde T-Valley als een van de fieldlabs. Daar zitten grote bedrijven als Demcon en Voortman in, waar het lectoraat veel mee samenwerkt. De grootste impact heeft de samenwerking in de fieldlabs echter op de kleinere mkb-bedrijven, aldus Mersha. “Zij komen bij ons met concrete vragen, want als ze er zelf onderzoek op gaan doen zitten daar voor hen veel risico’s aan, omdat ze beperkte kennis hebben en een innovatie niet altijd zal slagen. Samenwerking met ons haalt die risico’s voor een groot deel weg, doordat wij als een soort grote R&D-afdeling voor hen fungeren. Via ons kunnen ze veel nieuwe kennis opdoen en ontwikkelen. Deze toegankelijkheid is heel belangrijk voor mkb’ers en uiteindelijk voor onze economie, want die is sterk afhankelijk van het mkb. Daarom is het van groot belang dat wij met ons onderzoek het mkb kunnen faciliteren.”
De standaardisatie en modularisatie die het lectoraat nastreeft spelen daarbij een cruciale rol. “Dat helpt ons om een groot aantal mkb’ers efficiënt te kunnen bedienen. Een vaste robot die één taak kan uitvoeren is niet goedkoop voor mkb’ers, vooral niet als zij juist variabele producten in kleine aantallen moeten maken. Ze kunnen het zich niet veroorloven om voor verschillende producten verschillende robots aan te schaffen. Met modularisatie kunnen ze hun beperkte aantal robots flexibel inzetten en misschien zelfs delen tussen bedrijven, facility sharing. Want in de toekomst gaat het bij toegankelijkheid niet alleen om kennis maar ook om infrastructuur. Dat is een interessant aspect van SPRONG: een overzicht krijgen van welke kennis en infrastructuur waar zit, zodat we mkb’ers die daaraan behoefte hebben op de juiste manier kunnen bedienen.”
Ambitie
Gevraagd naar de ambitie die Mersha heeft met de SPRONG-groep, verwijst hij naar de maakindustrie in ons land. “De toekomst van productie hier ligt in ‘low volume, high mix’, met een significante beïnvloeding door de wensen van de klant: een grote variatie aan producten in kleine aantallen. Die toekomstige productie willen wij met ons onderzoek naar digital driven manufacturing mede mogelijk maken. Dat doen we onder meer door de mogelijkheden te laten zien met demonstrators die we hier bouwen. Want het onderwerp is voor veel mkb’ers niet gemakkelijk te bevatten en blijft voor veel bedrijven nog abstract.” Voor de SPRONG-groep zelf ligt er ook nog een uitdaging, vervolgt Mersha. “Gaandeweg moeten wij onze organisatie, processen en infrastructuur verder versterken om als dienstenleverancier – wat we in feite natuurlijk zijn – onze klanten, de studenten, bedrijven en publieke instellingen, beter te bedienen. Onze taak is kennis delen en kennis valoriseren. In een kleine groep die één of twee projecten doet gaat dat organisch, maar wij zijn een grote groep met heel veel medewerkers, studenten en partners. Hoe kunnen we de organisatie en de processen daarvoor nog robuuster maken en verder professionaliseren? Daar willen we ons met de drie lectoraten over buigen. SPRONG gaat ons helpen om niet alleen in kennis en omvang maar ook in organisatie en infrastructuur voorop te lopen.”
