Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - De mens komt er vrijwel alleen nog aan te pas bij het begin van het productieproces, wanneer het printplaatje op de lijn gelegd wordt. Al wat volgt verloopt automatisch.
Dr Gunter Beitinger, Vice President en Plant Manager in Amberg, laat ons delen in zijn eerste ervaringen met het concept van de sterk gedigitaliseerde fabriek: «Innovatie inspireert weer nieuwe innovatie. Er is enthousiasme. En ja, we praten écht met onze (toe)leveranciers over data».
De fabriek in Amberg - EWA - produceert zo’n 12 miljoen Simatic-producten per jaar. Het betreft industriële sturingen, plc’s, periferie en human machine interfaces - in een twaalfhonderd varianten - a rato van één per seconde. Machines en computers nemen driekwart van de waardeketen voor hun rekening. Zo’n duizend Simatic plc’s sturen er de productie van de Simatic-producten.
De mens - er zijn 1.260 mensen aan de slag, 300 per shift - komt er vrijwel alleen nog aan te pas bij het begin van het productieproces, wanneer het printplaatje op de productielijn gelegd wordt. Al wat volgt, gebeurt automatisch. Jaarlijks kent de productieplanning zo’n 5.000 aanpassingen. Eén vijfde van die bijsturingen omdat componenten bij de producenten ervan ontbreken. Dagelijks worden er zo’n 50 miljoen proces- en productrelevante data verzameld. Vorig jaar haalde EWA daarbij een kwaliteitsniveau van 99,9989% en een leveringsbetrouwbaarheid - binnen de 24 uur - van 99,6%. Het wil nog beter doen.
Voortdurende verbeteringen - ideeën van mensen op de vloer - zorgen voor zo’n 25% van de jaarlijkse productiviteitsgroei op de werkvloer. De rest komt er dankzij investeringen in infrastructuur. Gestructureerde Design-to-Cost initiatieven zullen de productiviteit verder optrekken. In 2013 opende Siemens in Sichuan, Zuid-West China, de Siemens Electronic Works Chengdu (SEWC) dat voor een groot deel het proces en de structuur van de EWA-fabriek in Amberg overnam.
Standaardisatie
EWA is een spinoff van de ‘mechanical works’ in Amberg. De Amberg-site is traditioneel één van Siemens grootste productiesites in Duitsland. Het produceerde - en vandaag nog steeds - switches, knoppen en sturingen waaruit Simatic groeide. De site telt dus eigenlijk twee fabrieken: Control Products en sinds 1989 ook Electronic Works Amberg.
«Aanvankelijk waren de uitdagingen dezelfde als bij elke nieuwe productie», stelt Vice President en Plant Manager Dr. Gunter Beitinger. «Het organiseren van de productie in het algemeen». De focus lag op de werkplek, de design en workflow. «Heel snel werd echter ingezien dat het standaardiseren van het product de basis kon vormen van automatiseringen die heel snel zelfs volautomatisch konden verlopen».
Automatiseren vergt een hoge mate van productstandaardisatie, mechanisch en in de geometrische vorm. Innovatie gebeurde er steevast op hetzelfde platform, het elektronica bord. Op die manier kon er én geïnnoveerd worden -door snellere processoren te integreren- én kon tegelijk de kost van de automatisatie afgelost worden. «Het standaardiseren van het platform is een enabler.
Daarmee kan je een betere ROI realiseren terwijl je toch snelle veranderingen introduceert». Een en ander hangt ook af van de volumes en de schaal waarop er gewerkt wordt, natuurlijk. De nabijheid van O&O en het engineering team op dezelfde site is eveneens een succesfactor. «Dat maakt nauw samenwerken mogelijk».
Later volgden ook communicatiestandaarden op de machines. «Vandaag, met Industrie 4.0, discussiëren we nog steeds over standaard communicatieprotocollen. In Amberg beslisten we heel snel voor een 'eigen omgeving'. Dat was een belangrijke stap in de horizontale integratie». De machines op de werkvloer werden op SCADA- en DMS-niveau snel met elkaar gekoppeld.
«Dat was een ‘enabler’ voor de verticale integratie. Het gaf ons transparantie van de binnenkomende bestelling tot het product dat uit de fabriek komt». Nu is ook de connectiviteit met de toeleveranciers gerealiseerd. «Bij het definiëren van die communicatiestandaarden waren wij in ‘full control’. Wij bepaalden welke controllers en talen gebruikt moeten worden: onze standaarden».
Een bedrijf moet dan ook het vermogen en de expertise/mensen hebben om zo’n standaard te kunnen opleggen. «Eerst moet je een standaard hebben. Naderhand kan je die verbeteren». Bij Siemens was de ‘IT awareness’ zeer sterk verankerd. On site is er steevast IT-ondersteuning. «Na de eerste automatisatie en standaardisatie van het productplatform, volgden ook de workflows».
Dat betekent niet alleen het trainen van operatoren. Elk departement telt ook minstens één IT-expert. «Naast de procesexpert moet er een IT-expert staan om het kwaliteitssysteem te garanderen, om de logistiek te visualiseren op SCADA-niveau,… IT- en proceskennis moeten hand in hand gaan. IT op de werkvloer zelf is nodig om de requirements en de specs te bepalen maar ook om de kwaliteit of de logistieke systemen vast te leggen».
Predictief onderhoud via patroonherkenning
Hoe groter de productvariatie en jobwissels, des te complexer het productiesysteem en des te belangrijker wordt het verzamelen en analyseren van data, het voorspellend en voorkomend werken. Oorzaak en gevolg, statisch en dynamisch, moeten uit elkaar gehouden worden. Des te belangrijker is het ook om variabiliteit die geen toegevoegde waarde aanbrengt, uit het proces te weren.
«Predictive analytics -voorspellende analyse- is hier een topic», zegt Beitinger. «We zijn goed in het verzamelen van data, het structureren, analyseren en het uitzetten van de resultaten in grafieken die intuïtief te lezen zijn. We doen dat in een realtime-systeem. Maar we beseffen ook wel dat we hiermee steeds met het verleden te maken hebben. We willen echter ook de toekomst kunnen voorspellen en events voorkomen».
Patronen herkennen
In samenwerking met de Corporate Technologies-afdeling van Siemens in München loopt er een project om automatisch in de beschikbare data patronen te herkennen en om daarop acties af te stemmen. Dat lukte niet onmiddellijk. «De data waren geen probleem. Maar de algoritmen werkten niet», zegt Beitinger. «Alleen wanneer we de procesingenieurs - de experts op de vloer - bij de algoritmejongens zetten om in de massa de relevante data aan te wijzen, waren hun algoritmen in staat patronen te herkennen. Daarmee herkennen we nu sneller problemen en kunnen we met correctieve acties voorkomen dat fouten in de productielijn doordringen. Predictief onderhoud dus via patroonherkenning».
«Met patroonherkenning kunnen we ook de kwaliteit verzekeren en tegelijk de inspanning daarvoor verminderen». Beitinger geeft het voorbeeld van inspecties met x-stralen, een duur maar noodzakelijk proces, want op een PCB zijn er connectoren met verdoken connecties. Normale inspecties tonen niet of die binnen de specs blijven. Het is bovendien een ‘trage’ inspectie die dwingt om vrij veel installaties te bouwen om volume te maken. «Ik heb nu 6 x-stralen machines staan. Eén inspectietoestel kost een half miljoen euro. Als we echter patronen uit onze data kunnen aflezen, kunnen we eventuele fouten eerder oppikken en dan hoeven we in een eerste stap misschien maar 80% van de producten te scannen».
«Als we dus patroonherkenning toevoegen aan onze teststrategie op de productielijn, kunnen we sneller reageren op mogelijke fouten en kunnen we de test-inspanning verminderen, zonder de uiteindelijke kwaliteit te verminderen. Dat kunnen we trouwens snel - de komende twee jaar - realiseren», zegt Beitinger. «Dit is niet visionair maar het ‘nieuwe normaal’». Hij beklemtoont nogmaals het belang hierbij van de expertise bij de operationele afdelingen, op de vloer.
Samenwerken met externe partners
Het verzamelen van de nodige data voor dit alles vergt ook een ander samenwerken met toeleveranciers. Het bleek niet zo moeilijk voor Siemens om van zijn toeleveranciers/ machinebouwers de nodige data te krijgen om zijn proces te verbeteren. «Ze waren immers ook zelf geïnteresseerd hun eigen machines te verbeteren», stelt Beitinger.
De leverancier van de assembly machines spitst zich in de regel enkel toe op zijn toestel. Nu kan hij meeprofiteren van de ruimere kijk van de klant. «Wij hebben het ‘gehele’ proces op het oog. Zo voegden wij aan een machine bijvoorbeeld het terugvloeien van soldeersel en een optische controle van het proces toe».
Voor machinebouwers is die benadering nieuw. Ze moeten hun data opentrekken en uitwisselen met andere constructeurs in de supply chain. «We zouden bovendien graag over de procesdata beschikken van onze belangrijkste toeleveranciers, zij die een significante impact op onze processtabiliteit hebben». Beitinger wil daarmee komen tot 'gemeenschappelijke' data. «Vandaag levert de machinebouwer me een product. Dat product komt echter met bepaalde parameters en specs die ik niet ken. Met een ‘digital twin’ van de machine heb ik tegelijk een volledig beeld op het gebeuren en kan ik makkelijker mijn proces verbeteren. Ik kan de bouwer zelfs op problemen of fouten wijzen op voorhand».
Daar is echter intellectuele eigendom - IP - bij betrokken. «Dat probleem kan je oplossen via een ‘bemiddelend bedrijf’ tussen ons en de constructeur dat alleen de analytica verzorgt». Beitinger geeft het voorbeeld van prestatiedata van gereedschappen - boren, frezen, slijpstenen,… - die machinebouwers kunnen toevoegen aan sturingen om acties uit te stippelen. «Je zou die data op een onafhankelijk platform op MindSphere - Siemens Cloud platform voor de industrie - kunnen zetten. Alleen waar beiden matchen zou er zichtbaar zijn, niet de afzonderlijke data van elk».
Trusted supplier
«We zijn nu in direct gesprek met toeleveranciers die niet negatief staan tegenover zo’n gemeenschappelijk project». Zo wordt gepraat o.a. met Zeiss die een computertomograaf heeft. «Stel dat je die reeds ‘installeert’ bij de toeleverancier. Je krijgt een 3D-beeld met fysieke parameters erop: dimensies, oppervlakte ruwheid,… Op de ‘data/digitale twin’ kan je virtuele kwaliteitsreleases maken, ook al staat de machine niet eens in je fabriek. Je kan er je inkomende kwaliteitsinspectie op doen en vrijgeven».
Zoiets geeft nieuw vlees aan een trusted supplier-benadering. Het concept kan verder doorgetrokken worden naar engineering processen en pilote producties. Via de virtuele twin zou die vrijgave sneller kunnen. «Innovatie inspireert weer nieuwe innovatie. Er is enthousiasme. Dit zijn concrete voorbeelden.
We praten écht met toeleveranciers. Er steekt ook visie achter. Je wilt een agile productie die zich aanpast aan allerlei omstandigheden. Al wat we doen is een stapje dichter in die richting. Je moet weten waar je Noordster staat en je bij elke stap telkens afvragen of het je dichter bij het doel brengt. Zo sturen we onze ‘time to market’ en onze ‘productiviteit’. Machinebouwers gaan ook graag met ons in zee, omdat ze bij ons hun machine verbeteren», weet Beitinger.
Maintenance
Op dit ogenblik kent de fabriek maintenance op verschillende niveaus. On site is er predictief onderhoud. Er is ook basic onderhoud op een reguliere basis en condition monitored maintenance op de belangrijke machines -soldeer- en assemblagetoestellen- op basis van de parameters van de machines. «Als er drift is dan weten we het».
Heel wat machines hebben de mogelijkheid via ‘remote’ door externe onderhoudsploegen onder handen genomen te worden bij een breakdown. «Dat zouden we graag zelfs verder duwen. Wanneer een machine neergaat, zou dat automatisch het servicebedrijf moeten triggeren».
Vandaag blijft die informatie binnen. Als de toeleverancier opgeroepen wordt, vertelt die van op afstand wat te doen. «We zouden dat kunnen omkeren en denken aan machines die automatisch de problemen identificeren om dan het externe bedrijf in te roepen». Er is remote control en condition monitoring. «Virtuele en ‘augmented reality’ zouden daarbij mooi zijn».
Uitdaging voor de toekomst: flexibilisering
Industrie 4.0 en IoT zijn zeer technologie-centraal. Hoe integreren we mensen in die omgeving? «Het vergt een nog soepeler werkorganisatie», meent Beitinger. Loopt zo’n flexibilisering niet tegen de grenzen aan van de jongere generatie die een andere balans leven/werk nastreeft?
«De jonge generatie wil juist flexibeler werken. Ze beseft dat ze skilled en competitief moet zijn», stelt Beitinger die er tegelijk op wijst dat het voor een bedrijf als Siemens een grote uitdaging vormt.
«Tachtig procent van de mensen die aan de slag gaat bij een groot bedrijf als Siemens zoekt er stabiliteit. In de nieuwe economie kiezen jongeren echter voor visie, voor het snel opzuigen van diepgaande expertise,… Dat komt met een zeker risico». Wie niet presteert, ligt er uit. Beitinger was onlangs op bezoek bij Facebook waar hij merkte hoe hoogpresteerders 'totaal' gemotiveerd zijn.
«Ze krijgen een geweldige flexibiliteit in hun werk, geen controle van hun werktijden,… Ze hoeven alleen hun doelen te realiseren. Elk individu heeft er KPI’s te halen. Volledig transparant. Bij ons is dat anders. Hier kunnen we mensen niet op dezelfde manier 'meten'. Er is meer stabiliteit en anonimiteit».
(foto's: Siemens)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Kader 1:
Ook een fabriek van mensen...
Ondanks de verregaande automatisering is de ‘fabriek van de toekomst’ ook een ‘fabriek van mensen’, beklemtoont plant manager dr. Gunter Beitinger. Op zijn EWA-site maakt Siemens gebruik van het driejarenprogramma voor het opleiden van Facharbeiter.
«Elk jaar halen we met deze formule van duaal leren en training op de job zo’n 70 jonge mensen binnen met de garantie op een voltijdse job na drie jaar als ze slagen». Ze worden getraind in mechatronica.
Kader 2:
... maar met méér hoogopgeleiden
Uit een recente interne benchmark blijkt dat Siemens EWA zo’n 24% witteboordsfuncties telt. Dat is 1/5de meer dan in een doorsnee Siemens-fabriek. De reden is de verregaande digitalisering en automatisering.
«Het is duidelijk dat een kwart van de mensen in de Factory of the Future hoog geschoold is», aldus Beitinger. «Dit is geen zelflerend proces of een perpetuum mobile. Het vergt een voortdurende inspanning om dit waar te maken».
Kader 3:
Productie voor 75% geautomatiseerd
De digitale transformatie in Amberg ging enkele jaren geleden van start. Het ambitieuze project leidde intussen tot een aantal spectaculaire resultaten.
Plant manager Beitinger: «We willen flexibel zijn in ons aanbod en 24-uurslevering garanderen. Onze kracht is massacustomisatie, wat impliceert dat we frequent moeten omschakelen tussen zo’n 5.000 verschillende werkplannen. Vroeger hadden we daar 15 mensen voor nodig, dankzij geautomatiseerde databehandeling gebeurt het inplannen van die omstellingen nu door één voltijds equivalent, en de productie zelf is voor 75% geautomatiseerd.
Dat alles betekent echter niet dat de rol van de mens bij ons is uitgespeeld: we hebben nog altijd véél brains en ervaring nodig voor controle, probleemoplossing en creativiteit. Wel zijn we ertoe gekomen dat we onze mensen flexibelere werkroosters kunnen aanbieden die het voor hen makkelijker maken om werk en privéleven beter te combineren».
