Duurzaamheid en industrie 4.0: de meest efficiënte technologieën

Digitalisering, Internet of Things en machine-interconnectie zijn de beste technologieën om duurzaamheid en industrie 4.0 tot stand te brengen.

Met duurzame industrie wordt een bedrijfsmodel bedoeld dat de drie dimensies van duurzaamheid integreert: milieu, sociaal en economisch-financieel. Het streven naar een duurzaam industriemodel is een ambitieuze uitdaging voor zowel het productiesysteem als de maatschappij, omdat het gebaseerd moet zijn op een circulaire economie, waaraan duurzame productie- en consumptieprocessen ten grondslag liggen en waarin doordacht en efficiënt wordt omgegaan met de hulpbronnen van onze planeet.

De overgang naar een circulaire economie wordt ongetwijfeld bevorderd door de ontwikkeling van digitale technologieën die verband houden met industrie 4.0, de vierde industriële revolutie, die is gebaseerd op de combinatie van robotica, sensortechnologie, digitalisering van processen, machine-interconnectie en de mogelijkheden van Internet of Things (IoT). 

Een technologische mix die in staat is om de levenscycli van een product te monitoren en te optimaliseren, door middel van data-analyse met processen die in toenemende mate datagestuurd zijn, en het gebruik van hulpbronnen waarbij energieverspilling en afval uit de productie worden verminderd.

Duurzame industrie bevordert een intelligente, duurzame en inclusieve groei:

• “intelligent”: gebaseerd op kennis en innovatie;
• “duurzaam”: efficiënter, groener en concurrerender wat betreft het gebruik van hulpbronnen;
• “inclusief”: in staat om een economie met veel werkgelegenheid te ondersteunen en sociale en territoriale cohesie te bevorderen. 

Bij het nastreven van deze doelen maakt duurzame industrie gebruik van sleuteltechnologieën (ST’s), die in Europa werden geïntroduceerd als onderdeel van het Horizon 2020-kaderprogramma voor onderzoek en innovatie van de Unie, en die worden beschouwd als doorslaggevend voor een continue en duurzame ontwikkeling van de activiteiten van industriële ondernemingen. 

Volgens de Europese Commissie zijn ST’s “kennisintensief en worden ze geassocieerd met onderzoek en ontwikkeling, snelle innovatiecycli, aanzienlijke investeringsuitgaven en hooggekwalificeerde banen”. 

Industrie 4.0 is nauw verbonden met de toepassing van innovatieve digitale technologieën: van Internet of Things tot artificial intelligence; van big data-analyse om producten en productieprocessen te optimaliseren tot cloud computing-systemen; van Advanced Manufacturing Solutions tot data-integratie langs de hele waardeketen (horizontale/verticale integratie), additieve productie en augmented reality-systemen. Sleuteltechnologieën vertegenwoordigen de toekomst van de duurzame industrie van Europa: daarom is er behoefte aan een focus op sleuteltechnologieën voor de transitie naar een duurzame industrie 4.0, hetgeen ook in de door het Europees Parlement gepubliceerde studie “Key enabling technologies for Europe's technological sovereignty” wordt benadrukt. 

Digitalisering, Internet of Things en machine-interconnectie, de paradigma’s van de vierde industriële revolutie, veranderen nu al ons leven en de bedrijfsmodellen van veel industriële sectoren. 

De nieuwe technologieën zorgen ervoor dat de fysieke en virtuele werelden samensmelten, waardoor zogenaamde cyberfysieke systemen (CPS) ontstaan, zowel in de productie als in de logistiek. Deze ontwikkeling, die industrie 4.0 wordt genoemd, heeft de evolutie van bepaalde diensten mogelijk gemaakt, zoals voorspellend onderhoud en monitoring op afstand, waarmee de processen, productie en hulpbronnen die de basis van duurzame industrie vormen, worden geoptimaliseerd. 

Weten hoe sensoren en machines met elkaar verbonden moeten worden en hoe gegevens te analyseren en weer te geven, vereenvoudigt de processen en leidt tot een hogere productiviteit. 

Bovendien worden door de verhoogde efficiëntie door transparantie en communicatie via digitale interconnectie de productiekosten verminderd. Het maximaliseren van de productie en het minimaliseren van afval zijn twee belangrijke drijfveren voor het succes en de winstgevendheid van de zogenaamde slimme fabrieken. 

Tot de toonaangevende technologieën van industrie 4.0 behoren slimme sensoren, die een sleutelrol spelen bij het optimaliseren van de prestaties en veiligheid van fabrieken in de meest uiteenlopende sectoren. Dankzij deze sensoren en de mogelijkheid om gegevens voor te bereiden en te verwerken in de vorm van echte informatie, vindt het concept van IIoT (Industrial IoT) zijn meest geavanceerde toepassing, met baanbrekende gevolgen voor automatisering, monitoring en planning van de processen, en belangrijke effecten wat betreft productiviteit en efficiëntie.

Enhanced sensing, efficiënte communicatie, diagnostiek en slimme taken zijn de vier fundamentele technologische dimensies die mogelijk worden gemaakt door de integratie van slimme sensoren in bedrijfsinstallaties. 

Zij bepalen de echte toegevoegde waarde voor elke toepassing omdat ze de efficiëntie en flexibiliteit optimaliseren, realtime informatie verschaffen – wat van groot belang is in het tijdperk van Big Data – en zo de productieplanning en het machineonderhoud vereenvoudigen, waardoor het concept van industrie 4.0 wordt uitgebreid naar dat van duurzame industrie.  

Op het gebied van onderhoud en duurzaamheid wordt een belangrijke bijdrage aan het optimaliseren van energie-efficiëntie en -transparantie geleverd door de thermische flowsensoren FTMg (Flow Thermal Meter for gases), die operators ondersteunen bij het vroegtijdig opsporen van lekken in persluchtsystemen, zodat het onderhoud kan worden gepland. 

Perslucht is een van de duurste vormen van energie met het oog op investering, dus is het noodzakelijk om te zorgen voor een lekvrije werking in fabrieken om te besparen op externe kosten. Door energieverspilling en onnodige verliezen te herkennen en te voorkomen, maakt de FTMg-sensor een efficiënt energiebeheer mogelijk, conform DIN EN ISO 50001, waardoor het een zeer multifunctioneel en kosteneffectief instrument is. 

De FTMg biedt geïntegreerde gegevensbewaking, interne gegevensregistratie over een periode van zeven dagen en overdracht van meetgegevens via IO-link of via schakelende en analoge signalen. De Power over Ethernet (PoE)-technologie, dankzij de communicatiestandaard OPC UA, maakt daarentegen een eenvoudige, webgebaseerde verbinding met een PC of cloud mogelijk om het energieverbruik transparant te maken. Op deze wijze is het mogelijk om op betrouwbare wijze variaties en schommelingen in het energieverbruik vast te stellen, energieverliezen en kosten te minimaliseren en een complete digitale oplossing te realiseren voor het bewaken en verbeteren van duurzaamheid in de industrie. 

De mogelijke toepassingsgebieden variëren van verbruikscontrole en lekkagebewaking in persluchtsystemen tot het energieverbruik van perslucht in het toevoernetwerk en van de meting van inerte gassen in onder beschermende atmosfeer verpakte producten in de levensmiddelen- en drankenindustrie tot de meting van het debiet van niet-corrosieve gassen zoals Ar, He, CO2, N2.

De steeds gunstigere kosten/prestatieverhoudingen van de sensoren, in combinatie met de vooruitgang van beeldverwerkingstechnologieën en -software, hebben ook het gebruik van industriële beeldverwerkingssystemen voordelig, snel en betrouwbaar gemaakt in alle stadia van de productie: van de productielijnen, waar Machine Vision-systemen de robotsystemen helpen bij het oppakken van werkstukken uit bakken en van de transportbanden, tot kwaliteitscontrole en tracering in de hele toeleveringsketen. 

De voortdurende uitwisseling van informatie tussen het OT-productieniveau en het IT-niveau is echter niet beperkt tot de fysieke grenzen van de fabriek: de interactie tussen edge en cloud, mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van intelligente voertuigen en mobiele platforms, maakt het mogelijk om de productie en gegevens ook van en naar buiten te beheren, zodat ook de toeleveringsketen hierbij wordt betrokken. 

Daarom worden er steeds meer mobiele systemen in de productieketen geïntegreerd. AGV’s en AMR’s van alle afmetingen vergemakkelijken veilige en incidentvrije diensten van transport en levering in praktisch alle industriële sectoren, en met name in de logistiek. Artificial intelligence- en Deep Learning-systemen kunnen bovendien bepalen welke routes of wijzen van transport de minste impact op het milieu hebben.

De slimme fabriek is ook gebaseerd op de nauwe interactie tussen robots en mensen, waardoor dus veiligheidsoplossingen zijn vereist die absoluut betrouwbaar en flexibel reageren, en die worden gewaarborgd door “Safe Motion”-technologieën en beschermingsmiddelen die de veiligheid van mensen voortdurend garanderen en machine- en fabrieksstilstand tot een minimum beperken.

Met het oog op een duurzame industrie moet er eveneens rekening worden gehouden met emissiebewakingssystemen, die nodig zijn om te voldoen aan de strenge milieuvereisten die door de steeds striktere Europese en nationale regelgeving op het gebied van luchtverontreiniging worden opgelegd, en om de gezondheid en het welzijn van werknemers te beschermen.