Digitale Fabriek: Virtuele Inbedrijfstelling - Een Revolutie in de Productie

Het productielandschap ondergaat een significante transformatie, gedreven door technologische vooruitgang en de toenemende vraag naar efficiëntie, flexibiliteit en snelheid. Centraal in deze evolutie staat het concept van de Digitale Fabriek, een virtuele weergave van een reële productieomgeving. Binnen dit digitale domein speelt Virtuele Inbedrijfstelling (VI) een cruciale rol. Het biedt een krachtige reeks tools en technieken om processen te optimaliseren, kosten te verlagen en de time-to-market te versnellen. Deze uitgebreide gids verkent de complexiteit van Virtuele Inbedrijfstelling, de voordelen, uitdagingen en de impact ervan op de wereldwijde productie.

Wat is Virtuele Inbedrijfstelling?

Virtuele Inbedrijfstelling is het proces van het testen en valideren van automatiseringssoftware, inclusief PLC-programma's, robotprogramma's en HMI-interfaces, in een virtuele omgeving voordat deze wordt geïmplementeerd in het fysieke productiesysteem. Het omvat het creëren van een digital twin, een zeer nauwkeurige simulatie van het reële productiesysteem, inclusief mechanische componenten, elektrische systemen en besturingslogica.

In plaats van rechtstreeks op fysieke hardware te testen, wat tijdrovend, kostbaar en potentieel gevaarlijk kan zijn, stelt Virtuele Inbedrijfstelling ingenieurs in staat om het volledige productieproces in een virtuele omgeving te simuleren. Dit stelt hen in staat om potentiële problemen vroeg in de ontwikkelingscyclus te identificeren en op te lossen, waardoor risico's worden geminimaliseerd en de algehele systeemprestaties worden verbeterd.

Kerncomponenten van Virtuele Inbedrijfstelling:

• Digital Twin: Een getrouwe digitale weergave van het fysieke productiesysteem, inclusief mechanische componenten, sensoren, actuatoren en besturingssystemen.
• Simulatiesoftware: Softwaretools die het gedrag van het fysieke systeem simuleren, waardoor ingenieurs de besturingslogica in een realistische omgeving kunnen testen en valideren. Voorbeelden zijn Siemens PLCSIM Advanced, Emulate3D, Process Simulate en ISG-virtuos.
• PLC/Robot Controllers: Virtuele weergaven van de programmeerbare logische controllers (PLC's) en robotcontrollers die het fysieke systeem besturen.
• Communicatie-interfaces: Virtuele interfaces die communicatie tussen de simulatiesoftware en de virtuele controllers mogelijk maken, en de communicatieprotocollen van het reële systeem nabootsen (bijv. OPC UA, Profinet).

Voordelen van Virtuele Inbedrijfstelling

Virtuele Inbedrijfstelling biedt een breed scala aan voordelen voor fabrikanten in diverse industrieën. Deze voordelen kunnen worden onderverdeeld in kostenbesparingen, tijdsbesparing, verbeterde kwaliteit en verhoogde veiligheid.

Kostenbesparingen:

• Minder Stilstand: Door potentiële problemen vroeg in de ontwikkelingscyclus te identificeren en op te lossen, minimaliseert Virtuele Inbedrijfstelling de stilstand tijdens de daadwerkelijke inbedrijfstellingsfase. Dit kan aanzienlijke kostenbesparingen opleveren, vooral in industrieën waar stilstand extreem duur is.
• Lagere Reiskosten: VI faciliteert samenwerking en testen op afstand. Experts uit verschillende geografische gebieden kunnen aan het project samenwerken, waardoor de noodzaak voor dure internationale reizen wordt geëlimineerd of verminderd.
• Minder Materiaalverspilling: VI stelt ingenieurs in staat om processen te optimaliseren en potentiële problemen te identificeren die tot materiaalverspilling kunnen leiden tijdens de daadwerkelijke productiefase.
• Minder Risico op Schade: Het testen van wijzigingen in een virtuele omgeving elimineert het risico op beschadiging van dure machines tijdens de inbedrijfstelling.

Tijdsbesparing:

• Snellere Inbedrijfstelling: Virtuele Inbedrijfstelling verkort de tijd die nodig is voor de fysieke inbedrijfstelling aanzienlijk door problemen van tevoren te identificeren en op te lossen.
• Kortere Ontwikkelingscycli: Door parallelle ontwikkeling van hardware en software mogelijk te maken, verkort Virtuele Inbedrijfstelling de totale ontwikkelingscycli.
• Snellere Time-to-Market: Het gecombineerde effect van snellere inbedrijfstelling en kortere ontwikkelingscycli resulteert in een snellere time-to-market voor nieuwe producten.

Verbeterde Kwaliteit:

• Geoptimaliseerde Prestaties: Virtuele Inbedrijfstelling stelt ingenieurs in staat de prestaties van het productiesysteem te optimaliseren nog voordat het is gebouwd, wat resulteert in een hogere doorvoer en verbeterde kwaliteit.
• Foutreductie: Door de besturingslogica grondig te testen en te valideren in een virtuele omgeving, vermindert Virtuele Inbedrijfstelling het risico op fouten en storingen tijdens de daadwerkelijke productiefase.
• Vroege Probleemdetectie: Virtuele Inbedrijfstelling maakt de vroege detectie van ontwerpfouten of fouten in de besturingslogica mogelijk. Deze vroege detectie verlaagt de kosten van herstelwerk en voorkomt kostbare vertragingen tijdens de implementatie.

Verhoogde Veiligheid:

• Veilige Testomgeving: Virtuele Inbedrijfstelling biedt een veilige omgeving voor het testen van potentieel gevaarlijke scenario's, zoals noodstops of robotbotsingen.
• Risicobeperking: Door potentiële veiligheidsrisico's in een virtuele omgeving te identificeren en op te lossen, helpt Virtuele Inbedrijfstelling de risico's in het reële productiesysteem te beperken.
• Verbeterde Operatortraining: Operators kunnen op het virtuele systeem worden getraind nog voordat het fysieke systeem is gebouwd, wat hun vaardigheden verbetert en het risico op ongelukken vermindert.

Toepassingen van Virtuele Inbedrijfstelling

Virtuele Inbedrijfstelling is toepasbaar op een breed scala aan industrieën en toepassingen, waaronder:

• Automotive: Autofabrikanten gebruiken Virtuele Inbedrijfstelling om hun assemblagelijnen te optimaliseren, robotprogrammering te verbeteren en stilstand te verminderen. Volkswagen bijvoorbeeld, maakt uitgebreid gebruik van Virtuele Inbedrijfstelling om zijn productieprocessen in zijn wereldwijde fabrieken te optimaliseren.
• Lucht- en Ruimtevaart: Fabrikanten in de lucht- en ruimtevaart gebruiken Virtuele Inbedrijfstelling om complexe productieprocessen, zoals de assemblage van vliegtuigen en de productie van motoren, te simuleren en te valideren.
• Voedingsmiddelen en Dranken: Voedingsmiddelen- en drankenbedrijven gebruiken Virtuele Inbedrijfstelling om hun verpakkingslijnen te optimaliseren, de productbehandeling te verbeteren en de voedselveiligheid te waarborgen. Een voorbeeld is een wereldwijd bottelbedrijf dat een nieuwe verpakkingslijn valideert voordat deze wordt geïnstalleerd.
• Farmaceutica: Farmaceutische bedrijven gebruiken Virtuele Inbedrijfstelling om complexe farmaceutische productieprocessen te simuleren en te valideren, en zo de naleving van strenge wettelijke vereisten te waarborgen.
• Logistiek en Magazijnbeheer: Bedrijven gebruiken Virtuele Inbedrijfstelling om geautomatiseerde magazijnsystemen te ontwerpen en te optimaliseren, inclusief automatisch geleide voertuigen (AGV's) en robotische pickingsystemen. Amazon gebruikt simulatietechnologieën om zijn wereldwijde magazijnactiviteiten te optimaliseren.
• Energie: Virtuele inbedrijfstelling kan worden gebruikt om de automatisering van complexe energieopwekkings- en distributiesystemen te simuleren en te optimaliseren, inclusief energiecentrales en installaties voor hernieuwbare energie.

Uitdagingen bij de Implementatie van Virtuele Inbedrijfstelling

Hoewel Virtuele Inbedrijfstelling tal van voordelen biedt, kan een succesvolle implementatie ervan verschillende uitdagingen met zich meebrengen:

• Hoge Aanvangsinvestering: De implementatie van Virtuele Inbedrijfstelling vereist een initiële investering in software, hardware en training.
• Vereiste Expertise: Virtuele Inbedrijfstelling vereist gespecialiseerde expertise in simulatiesoftware, PLC-programmering en mechatronica.
• Gegevensbeheer: Het onderhouden van een nauwkeurige en up-to-date digital twin vereist robuuste processen voor gegevensbeheer.
• Integratiecomplexiteit: Het integreren van tools voor Virtuele Inbedrijfstelling met bestaande engineering-workflows kan complex zijn.
• Modelgetrouwheid: Het creëren van een digital twin met voldoende getrouwheid om het reële systeem nauwkeurig weer te geven, kan een uitdaging zijn. Het model moet rekening houden met alle relevante variabelen en interacties binnen het systeem.

Best Practices voor Virtuele Inbedrijfstelling

Om deze uitdagingen te overwinnen en de voordelen van Virtuele Inbedrijfstelling te maximaliseren, is het belangrijk om best practices te volgen:

• Begin Klein: Start met een proefproject om ervaring op te doen en de waarde van Virtuele Inbedrijfstelling aan te tonen.
• Definieer Duidelijke Doelstellingen: Definieer duidelijk de doelstellingen van het Virtuele Inbedrijfstellingsproject en de statistieken die zullen worden gebruikt om het succes te meten.
• Bouw een Sterk Team: Stel een team samen met de nodige expertise in simulatiesoftware, PLC-programmering en mechatronica.
• Kies de Juiste Tools: Selecteer de juiste simulatiesoftware en hardware voor de specifieke toepassing.
• Ontwikkel een Uitgebreid Simulatiemodel: Creëer een gedetailleerd en nauwkeurig simulatiemodel van het productiesysteem.
• Valideer het Simulatiemodel: Valideer het simulatiemodel door het gedrag ervan te vergelijken met het gedrag van het reële systeem.
• Integreer met Bestaande Workflows: Integreer tools voor Virtuele Inbedrijfstelling met bestaande engineering-workflows om het ontwikkelingsproces te stroomlijnen.
• Continue Verbetering: Verbeter het proces van Virtuele Inbedrijfstelling continu op basis van geleerde lessen.

De Toekomst van Virtuele Inbedrijfstelling

De toekomst van Virtuele Inbedrijfstelling is rooskleurig, met verschillende opkomende trends die de mogelijkheden verder zullen verbeteren en de toepassingen ervan zullen uitbreiden:

• Toenemend Gebruik van Kunstmatige Intelligentie (AI): AI en machine learning-algoritmen worden gebruikt om het creëren van simulatiemodellen te automatiseren, de besturingslogica te optimaliseren en de systeemprestaties te voorspellen.
• Integratie met Cloud Computing: Cloud computing biedt toegang tot krachtige simulatiebronnen en faciliteert de samenwerking tussen geografisch verspreide teams.
• Augmented Reality (AR) en Virtual Reality (VR): AR- en VR-technologieën worden gebruikt om simulatieresultaten te visualiseren en op een meer meeslepende manier met virtuele systemen te interageren.
• Digitale Draad: VI zal steeds meer worden geïntegreerd met de digitale draad. Een digitale draad maakt een naadloze gegevensstroom en traceerbaarheid mogelijk gedurende de gehele levenscyclus van het product, van ontwerp en engineering tot productie en service.
• Standaardisatie: Toenemende standaardisatie zal de interoperabiliteit tussen VI-tools verbeteren en de complexiteit van de implementatie verminderen.

Virtuele Inbedrijfstelling en Industrie 4.0

Virtuele Inbedrijfstelling is een belangrijke enabler van Industrie 4.0, de vierde industriële revolutie die wordt gekenmerkt door de integratie van digitale technologieën in productieprocessen. Door de creatie van digital twins mogelijk te maken, faciliteert Virtuele Inbedrijfstelling data-gedreven besluitvorming, voorspellend onderhoud en adaptieve productie.

Het vermogen om productieprocessen in een virtuele omgeving te simuleren en te optimaliseren, stelt fabrikanten in staat om snel te reageren op veranderende markteisen, de efficiëntie te verbeteren en de kosten te verlagen. Virtuele Inbedrijfstelling is daarom een essentieel hulpmiddel voor bedrijven die de principes van Industrie 4.0 willen omarmen en concurrerend willen blijven op de wereldwijde markt.

Casestudy's: Wereldwijde Voorbeelden van Succes met Virtuele Inbedrijfstelling

Casestudy 1: Autofabrikant – Optimalisatie van Assemblagelijnprestaties

Een wereldwijde autofabrikant gebruikte Virtuele Inbedrijfstelling om de prestaties van zijn nieuwe assemblagelijn te optimaliseren. Door een gedetailleerde digital twin van de assemblagelijn te creëren, konden ingenieurs het hele productieproces simuleren en potentiële knelpunten identificeren. Door virtuele simulaties konden ze de robotpaden optimaliseren, de PLC-logica verfijnen en de materiaalstroom verbeteren, wat resulteerde in een toename van de doorvoer met 15% en een vermindering van de stilstand met 10% tijdens de fysieke inbedrijfstellingsfase. Dit leidde ook tot een snellere time-to-market voor nieuwe voertuigmodellen.

Casestudy 2: Voedingsmiddelen- en Drankenbedrijf – Efficiëntieverbetering van Verpakkingslijn

Een toonaangevend voedingsmiddelen- en drankenbedrijf zette Virtuele Inbedrijfstelling in om de efficiëntie van zijn verpakkingslijn te verbeteren. De digital twin stelde hen in staat om verschillende verpakkingsscenario's te simuleren en de timing van transportbanden en robotarmen te optimaliseren. De simulatie bracht ook ontwerpfouten in het besturingssysteem aan het licht, die werden gecorrigeerd vóór de fysieke implementatie. Dit resulteerde in een 20% hogere verpakkingssnelheid en een aanzienlijke vermindering van productverspilling. Het gebruik van VI voorkwam kostbaar herstelwerk en vertraagde productlanceringen.

Casestudy 3: Farmaceutisch Bedrijf – Naleving van Regelgeving Waarborgen

Een multinationaal farmaceutisch bedrijf gebruikte Virtuele Inbedrijfstelling om de naleving van strenge wettelijke vereisten voor zijn nieuwe productiefaciliteit te waarborgen. De digital twin faciliteerde end-to-end testen van het gehele productieproces, waardoor werd gegarandeerd dat aan alle veiligheids- en kwaliteitsnormen werd voldaan. Via virtuele simulaties identificeerden en corrigeerden ze potentiële besmettingsrisico's en valideerden ze reinigingsprocedures, waardoor de naleving van de regelgeving werd gegarandeerd en kostbare terugroepacties werden voorkomen. Dit versnelde het goedkeuringsproces door de regelgevende instanties en de time-to-market.

Conclusie

Virtuele Inbedrijfstelling is een krachtig hulpmiddel dat de maakindustrie transformeert. Door de creatie van digital twins mogelijk te maken en een veilige en efficiënte omgeving te bieden voor het testen en valideren van automatiseringssoftware, helpt Virtuele Inbedrijfstelling fabrikanten om kosten te verlagen, ontwikkelingscycli te verkorten, de kwaliteit te verbeteren en de veiligheid te verhogen. Naarmate de technologie voortschrijdt, zal Virtuele Inbedrijfstelling een steeds belangrijkere rol spelen in de Digitale Fabriek, waardoor fabrikanten de principes van Industrie 4.0 kunnen omarmen en concurrerend kunnen blijven op de wereldwijde markt. Investeren in virtuele inbedrijfstelling kan een aanzienlijk rendement op de investering opleveren voor bedrijven van elke omvang.