Hoe verandert AI de technologie voor mechanische productie?

Automatisering in de productiesector

De samensmelting van micro-elektronica, computers en automatisering heeft de automatisering van de productie versneld op drie belangrijke gebieden: productietechnologie, afzonderlijke processen en complete productiesystemen.

Automatisering van productietechnologie

Computer- en netwerktechnologieën ondersteunen computerondersteund ontwerpen (CAD), computerondersteunde procesplanning (CAPP), computerondersteunde engineering (CAE), computerondersteunde productie (CAM), productgegevensbeheer (PDM), managementinformatiesystemen (MIS) en enterprise resource planning (ERP). Samen zorgen deze systemen ervoor dat het opstellen en verwerken van productie-informatie sneller en efficiënter verloopt.

Automatisering van productieprocessen

Geïntegreerde schakelingen, programmeerbare logische controllers (PLC’s) en computers zorgen voor de automatisering van afzonderlijke machines, productielijnen en complete systemen. Nieuwe sensoren, niet-destructief onderzoek, fysische en chemische inspecties, computertechnologie en micro-elektronica meten en bewaken in realtime temperatuur, druk, verplaatsing, spanning, rek, trillingen en andere procesvariabelen. Door de integratie hiervan worden elektronische en digitale metingen tijdens het proces, geautomatiseerde tests, procesregeling met gesloten regelkring en adaptieve regeling mogelijk.

Automatisering van productiesystemen

Dankzij de CNC-technologie, robots, geautomatiseerde handling en opslag, en geautomatiseerde cellen is de productie geëvolueerd van afzonderlijke machines naar complete systemen, van starre naar flexibele automatisering, en van eenvoudige naar complexe architecturen. De hieruit voortvloeiende hiërarchie omvat CNC-machines, bewerkingscentra (MC’s), flexibele productiecellen (FMC’s), flexibele productiesystemen (FMS'en) en flexibele productielijnen (FML's), die uiteindelijk samenkomen in computergeïntegreerde productiesystemen (CIMS'en) en intelligente productiesystemen (IMS'en).

Deze technologieën zorgen voor een verbetering van de productiviteit, kwaliteit, flexibiliteit en het vermogen om in te spelen op productdiversiteit. Door voortdurende ontwikkeling wordt de productie steeds intelligenter, meer genetwerkt en beter geïntegreerd.

Computertechnologie en flexibele productie

De productie wordt aangestuurd door de marktvraag. Naarmate klanten op zoek zijn naar meer gevarieerde en gepersonaliseerde producten, blijkt de traditionele massaproductie steeds minder geschikt. Flexibele productie is ontwikkeld om de hoogwaardige, efficiënte productie van diverse producten in kleine en middelgrote series tegen redelijke kosten te automatiseren.

Productie van gemengde producten in kleine en middelgrote series

Een flexibel systeem kan snel worden aangepast aan verschillende producten, waardoor aan uiteenlopende vraag kan worden voldaan en tegelijkertijd de verspilling die gepaard gaat met de productie van één enkel product wordt teruggedrongen.

Hogere machinebezettingsgraad en lagere kosten

Automatisering zorgt voor een efficiënt gebruik van machines en andere apparatuur en verkort de niet-productieve neventijd, waardoor de productiekosten dalen.

Kortere doorlooptijd en lagere voorraad

Geautomatiseerde en geoptimaliseerde processen verkorten de productiecycli. Flexibele planning zorgt voor een lagere voorraad, maakt werkkapitaal vrij en verbetert het reactievermogen op de markt.

Meer automatisering en een betere werkomgeving

Automatisering vermindert de arbeidsintensiteit, zorgt voor een stabiele kwaliteit door nauwkeurige, herhaalbare handelingen, vermindert handmatige tussenkomst en verlaagt de risico’s op de werkplek.

Integratie van ontwerp en productie

CAD/CAM, flexibele productie, computergeïntegreerde productie, gelijktijdige engineering (CE) en rapid prototyping (RP) doen de traditionele scheidslijn tussen ontwerp en productie vervagen.

1. CAD/CAM

CAD/CAM koppelt het ontwerp rechtstreeks aan de productie. Ingenieurs ontwerpen en passen producten aan in een virtuele omgeving, en de daaruit voortvloeiende gegevens vormen de leidraad voor de productie. Dit verkort het traject van ontwerp tot productie en vermindert fouten en herstelwerk.

2. FMS en CIMS

Flexibele en computergeïntegreerde systemen koppelen verspaning, inspectie, logistiek en assemblage aan elkaar door middel van automatisering en informatietechnologie. Een FMS maakt gebruik van robots, CNC-machines en aanverwante apparatuur om een flexibele productie te realiseren. Een CIMS voegt informatie- en managementtechnologieën toe om de gehele onderneming te integreren.

3. Gelijktijdige engineering

Bij gelijktijdige engineering worden ontwerp, productie en testen zo georganiseerd dat de werkzaamheden parallel plaatsvinden in plaats van strikt achter elkaar, waardoor de productontwikkelingstijd wordt verkort en de marktintroductie wordt versneld.

4. Snelle prototyping

Bij rapid prototyping worden fysieke modellen vervaardigd door materiaal toe te voegen, waardoor ontwerpers een concept snel kunnen beoordelen en testen. Geavanceerde, niet-traditionele processen zoals lasersnijden en elektrochemische bewerking doen bovendien de grens tussen conventionele koude en thermische bewerking vervagen. Keuring, logistiek en assemblage worden steeds vaker geïntegreerd in één geautomatiseerd informatiesysteem.

Ultraprecisie- en ultrasnelle verspaning

Ultraprecisie-bewerking heeft de nanometerschaal bereikt, waardoor optische componenten met hoge nauwkeurigheid, micro-elektromechanische systemen (MEMS) en halfgeleidercomponenten mogelijk zijn geworden.

1. Bij precisiebewerking wordt steeds vaker gebruikgemaakt van energiebronnen met een kortere golflengte, van infrarood naar zichtbaar licht en verder naar ultraviolet en röntgenstraling. Kortere golflengten zorgen voor een hogere energie-intensiteit en een fijnere bewerking. Ultra-precisiemachines worden bovendien steeds vaker multifunctioneel en modulair.
2. Het materiaalassortiment is uitgebreid van metalen naar keramiek, kunststoffen en glas. Keramiek biedt slijtvastheid en stabiliteit bij hoge temperaturen, terwijl kunststoffen en glas voor tal van optische en elektronische toepassingen worden gebruikt.
3. Snijden met ultrahoge snelheid verhoogt de efficiëntie en kwaliteit door de snijsnelheid aanzienlijk te verhogen. Bij het verspanen van aluminiumlegeringen is de snelheid hoger dan 1.600 m/min, terwijl die bij gietijzer ongeveer 1.500 m/min bedraagt. Deze aanpak kan de verspaanbaarheid van moeilijk te bewerken legeringen en composietmaterialen verbeteren, thermische schade en gereedschapsslijtage verminderen en de oppervlaktekwaliteit verbeteren.

Geavanceerde productiemodellen

Geavanceerde productie brengt technologie, mensen en organisatie samen. De volledige waarde ervan hangt af van de afstemming tussen deze drie elementen en de combinatie van productieprocessen met informatietechnologie en modern management.

1. Flexibele, just-in-time- en lean-productie. Flexibele systemen kunnen snel tussen verschillende producten schakelen. Just-in-time (JIT)-productie vermindert overtollige voorraden en verspilling, terwijl lean-productie (LP) verspilling tegengaat door middel van voortdurende verbetering en procesoptimalisatie.
2. Agile productie en gelijktijdige engineering. Bij agile productie staan snelle reacties en innovatie centraal. Dankzij gelijktijdige engineering kunnen ontwerp, analyse, productie en testen parallel plaatsvinden, waardoor de tijd tussen concept en marktintroductie wordt verkort.
3. Gedistribueerde netwerkgebaseerde productie (DNM). Internet en informatietechnologieën verbinden productiemiddelen op verschillende locaties met elkaar, waardoor uitwisseling en samenwerking mogelijk worden en de efficiëntie en flexibiliteit worden verbeterd.

Naarmate de informatietechnologie en de globalisering zich verder ontwikkelen, helpen deze productiemodellen fabrikanten om concurrerend te blijven dankzij een hogere mate van automatisering, intelligentie en connectiviteit.

Hoe AI de mechanische productie verandert

Kunstmatige intelligentie breidt de menselijke waarneming en besluitvorming uit en vormt een belangrijke drijvende kracht achter intelligente productie. Bij intelligente productie worden geavanceerde informatietechnologieën en intelligente systemen ingezet om de productie te automatiseren, te optimaliseren en te verbeteren.

1. Expertensystemen. Procesplanningssystemen kunnen bewerkingsroutes genereren op basis van ontwerpvereisten en beschikbare middelen. Ontwerpsystemen ondersteunen ingenieurs met aanbevelingen en oplossingen. Test-, controle- en diagnosesystemen houden toezicht op apparatuur, signaleren zich ontwikkelende problemen en waarborgen de processtabiliteit en productkwaliteit.
2. Intelligente CAD/CAM en robotica. Het geïntegreerde CAD/CAM-systeem zorgt voor een naadloze overgang van ontwerp naar productie. Intelligente robots voeren complexe assemblagewerkzaamheden uit en nemen taken over van mensen in gevaarlijke of zware omgevingen.

Deep learning, natuurlijke taalverwerking en beeldherkenning worden tegenwoordig toegepast in allerlei domeinen, van productontwerp en productieplanning tot kwaliteitscontrole en voorspellend onderhoud. AI kan de productiviteit en kwaliteit verhogen, de kosten en de behoefte aan arbeidskrachten verlagen, en de productie beter afstemmen op gepersonaliseerde vraag. Door voortdurende ontwikkeling zullen slimme fabrieken en intelligente productie steeds gangbaarder worden.