U kunt kortere en betrouwbare productiedoorlooptijden realiseren als u nieuwe digitale middelen gebruikt. Het project “Towards the digital factory” onderzoekt hoe u dit kunt doen. De komende periode schrijven wij (Gerlinde Oversluizen en Menno Herkes) om de week een blog waarin we u meenemen op onze weg Towards the digital factory. Deze eerste blog beantwoordt de vraag: wat is een “Digital Factory”?

Waarom dit onderzoek?
Op dit moment lijken Smart industry, digitalisering industry4.0 enzovoort toverwoorden. Als u iedereen mag geloven, verdwijnen alle problemen als sneeuw voor de zon als u internet, slimme sensoren, big data en weet ik al niet meer gebruikt.  Helaas, de echte wereld is nog niet zover en in de praktijk blijken de meeste beloftes niet volledig haalbaar. Wij onderzoeken één onderdeel van al deze beloften: het gebruiken van real-time data uit de productie, van klanten en van leveranciers om snel door te rekenen wat een verstoring of verandering betekent voor de huidige productie. Dus continu wordt, aan de hand van de echte situatie op de werkvloer, berekend wat een optimale planning, routing etc. is om korte en betrouwbare doorlooptijden te garanderen.  Dit wordt gedaan door, naast de echte en fysieke productie ook een virtueel bedrijf te maken die precies hetzelfde doet. Dit is een digital factory die bestaat uit digital twins. Voordat we u meenemen in onze resultaten  willen we u bekend maken met die begrippen “digital factory” en “digital twin”.

Wat is een Digital Factory
In een digital factory ofwel de digitale fabriek zijn alle afdelingen volledig digitaal verbonden: van kantoor, design, productie en logistiek tot het onderhoud en beheer. Processen verlopen automatisch en verzamelde data uit deze processen optimaliseren de processen. (2020 Smart Industry Nederland).

Volledig digitaal verbonden
Om het begrip voor volledig digitaal verbonden duidelijker te maken is het goed om onderstaande twee figuren met elkaar te vergelijken:

Figuur 1: Hierarchisch verbonden      

Figuur 2: Volledig digitaal verbonden

Figuur 1 toont een situatie waarin producten en productieprocessen van elkaar geïsoleerd zijn en ook machines communiceren niet met elkaar. Aansturing vindt hiërarchisch plaats. Er is geen automatische, digitale uitwisseling van gegevens.

In een volledig digitaal verbonden situatie (Figuur 2)  communiceren machines digitaal met elkaar en werken samen over de hiërarchische niveaus heen en de processen staan in contact met producten. Producten, machines en proces zijn volledig digitaal bekend en communiceren met elkaar.

Veel mkb-bedrijven lijken op figuur 1. Uiteraard zijn er onderdelen in het proces digitaal. Bijvoorbeeld wordt de workflow op orderniveau digitaal gepland met een ERP systeem. Hierbij weten machines vaak niet met welke order ze bezig zijn of melden alleen de status van een order terug. Vaak zitten hier nog menselijke handelingen tussen met een handscanner of handmatige invoer.

Ook werken veel bedrijven met digitale weergaves van producten in de vorm van step-files. Deze files bevatten de ontwerpen en de benodigde bewerkingen (snijlijnen, buigingen, lasnaden). Deze step-files sturen bijvoorbeeld lasersnij- en kantmachines aan. Producten (of hun onderdelen) die fysiek bestaan (na snijden/kanten) zijn echter niet  digitaal aanspreekbaar (je kunt niet met ze communiceren). In een digitale fabriek is dit wel het geval.

Figuur 1 toont een situatie waarin producten en productie processen van elkaar geïsoleerd zijn en ook machines communiceren niet met elkaar. Aansturing vindt hiërarchisch plaats. Er is geen automatische, digitale uitwisseling van gegevens.

In een volledig digitaal verbonden situatie (Figuur 2)  communiceren machines digitaal met elkaar en werken samen over de hiërarchische niveaus heen en de processen staan in contact met producten. Producten, machines en proces zijn volledig digitaal bekend en communiceren met elkaar.

Digital Twin
Om tot een digitale fabriek te komen is het van belang dat communicatie mogelijk is tussen alle onderdelen van de fabriek (zowel de producten als de machines). Dit kan bereikt worden door een digital twin. De digital twin doet digitaal het zelfde als zijn fysieke tegenhanger op ieder willekeurig moment in de tijd en is hiermee verbonden.. Bijvoorbeeld een exacte digitale weergave van de productie processen die door real time data uit die processen wordt gevoed.

Een synoniem voor digital twin is ook wel “asset administration shell” of “cyber physical system”.

De administration shell of digital twin is de interface met het fysieke “ding” en slaat alle data hierover op. De shell kan ook software bevatten voor lokale planning, configuratie of besturing. De digital twin dient als communicatie interface met het netwerk.

Communicatie mogelijk tussen alle onderdelen
Een digital twin communiceert dus niet alleen met zijn fysieke twin maar is ook in staat om te communiceren met andere digital twins en het resultaat van deze communicatie te interpreteren voor het functioneren van zijn fysieke onderdeel.

Figuur 3: Digital twins van verschillende onderdelen van het productieproces

Bao (2019) onderscheidt verschillende soorten digital twins in een productieproces. Deze zijn in figuur 3 weergegeven. Hier behoeven de process- en operations digital twins extra toelichting.

De process digital twin verbindt de product digital twin met de benodigde resources digital twins om tot productie van het product te komen. Zo worden ordernummers/lotnummers gekoppeld aan routings en resources.

De operations digital twin wordt gebruikt voor het simuleren en analyseren van de interactie tussen de verschillende productiefactoren (product, resource)

De performance van het proces wordt gemonitord en door simulatie geoptimaliseerd.

What’s in it for you?
Het concept van de digitale fabriek met de verschillende digital twins zoals hierboven beschreven is niet zomaar bereikt. Maar waar dan te beginnen? In het project “Towards the digital factory”  begonnen wij bij de Operations digital twin. Waarom? We beginnen graag daar waar zich de meeste problemen voor doen. In mkb-bedrijven is dat vaak in de planning en besturing. Een stabiele korte doorlooptijd van productie is moeilijk te realiseren. Hier willen we graag een bijdrage in leveren.

De operations digital twin  zit tegen de planning en besturing van het productieproces aan. Wij onderzoeken hoe de operations digital twin bijdraagt aan het grip krijgen op de productie doorlooptijd. Hiervoor maken we gebruik van simulatie technieken en AI-algoritmes (artificial intelligence).

Voortuitblik
Voordat we dieper in gaan hoe we de operations digital twin vorm geven gaan we in onze volgende blog dieper in op de achtergronden van de planning en besturingsproblematiek binnen mkb-bedrijven:
– Waarom is het moeilijk om de doorlooptijd kort en stabiel te krijgen?
– Waarom schieten ERP-systemen hier te kort?

Wat zijn uw ervaringen en vragen?
We zijn benieuwd naar uw ervaring en vragen.
U kunt uw reactie plaatsen onder deze blog.

Meer informatie
Dit is de eerste blog in een reeks lees ook onze andere blogs:

Gerlinde Oversluizen

Blog 1 – Wat is een Digital Factory?

Blog 2 – Hoe Digital Factory concepten helpen de doorlooptijd te beheersen

Blog 3 – Digitalisering van uw productiebedrijf. Zo begint u!

Blog 4 – Hoe optimalisatievraagstukken behoefte aan digitale ondersteuning bepalen

Blog 5 – Hoe systemen, structuur en strategie samenhangen in een digitale fabriek

Blog 6 – De complexiteit van optimalisatievraagstukken in bedrijven

Blog 7 – Hoe organiseert u de realtime simulatie in de digitale fabriek

Wilt u meer informatie over het onderzoeksproject “Toward the digital factory”?
Bezoek dan onze website, meld u nu al aan voor onze afsluitende webinar op 29 oktober of neem contact op met:

Gerlinde Oversluizen, Docent-onderzoeker
E Gerlinde.Oversluizen@han.nl
M 06 55 20 88 04

Door Gerlinde Oversluizen