In een whitepaper blikt TNO terug op onze tijd vanaf 2050. Hoe kunnen we leren hoe we digitalisering kunnen inzetten voor een duurzame samenleving en een circulaire Nederlandse maakindustrie? Wat zijn de doelen, middelen en roadmap die nodig zijn om dit te bereiken? Kleinere en flexibelere fabrieken zullen dicht bij de consument opereren. Producten worden niet meer aan de klant verkocht, maar na gebruik verhuurd en teruggenomen. De manier om dit te realiseren is dat de industrie 'digitaal' wordt, dan 'slim' en tenslotte: duurzaam.

Nederland, 2050 – De transitie naar een duurzame samenleving en een circulaire, CO2-neutrale economie is in volle gang. Het wegverkeer toont dit mooi aan: onze auto's zijn uitsluitend elektrisch. Autobezit bestaat niet meer. Ook de klassieke autodealers en garages zijn verdwenen. Er is een nieuwe keten van productie en gebruik ontstaan.

De fabrikant bouwt auto's op een duurzame manier. En als bestuurder sluit je een gebruikscontract met de fabrikant. De auto zit vol sensoren die de fabrikant realtime gegevens sturen over de status van elk onderdeel en over het gebruik. Op basis van die informatie komt het filiaal van een regionale autofabrikant af en toe bij u thuis om kleine onderdelen te vervangen die niet goed werken. Deze worden 'on-demand' gemaakt door een gespecialiseerde 3D printshop. Voor het vervangen of afstellen van grotere onderdelen wordt u gebeld door een opknapbedrijf in uw regio. Als te veel onderdelen van uw auto het einde van hun levensduur hebben bereikt, levert de fabrikant u een nieuwe. Uw oude auto wordt dan volledig gerecycled in de fabriek.

“Het autobezit bestaat niet meer. Ook de klassieke autodealers en garages zijn verdwenen. Er is een nieuwe keten van productie en gebruik ontstaan.”

Deze methode vindt zijn oorsprong in het begin van de jaren twintig van onze eeuw. De destijds verwachte schaarste aan materialen en de onvermijdelijke klimaatverandering dwongen tot actie. Er zat niets anders op dan te werken aan maximaal hergebruik van materialen, het volledig reduceren van afval, CO2-neutrale productie en duurzame energieopwekking. De coronacrisis van 2020-2021 maakte ineens duidelijk hoe belangrijk grondstoffen en

productieketens eigenlijk zijn. Ook bleek dat de Verenigde Staten en China oppermachtig waren geworden op het gebied van serviceplatforms en sociale media. Europa had een sterke industrie; de landen waren niet voldoende met elkaar verbonden om een ​​echt tegenwicht te bieden. Een gezamenlijk gedeelde digitale platformindustrie op basis van Europese waarden was absoluut noodzakelijk. Europa stond dan ook voor een grote digitaliseringsuitdaging. 

“Hergebruik van materialen, gerealiseerd in de jaren 2020, is eigenlijk een digitaliseringsuitdaging”

Hergebruik van materialen, zoals destijds gerealiseerd, is eigenlijk een digitaliseringsuitdaging. Dat gold ook voor kunststoffen, al was nog niet duidelijk hoe het probleem moest worden opgelost.1 'Zero' en 'Re-x' waren de trefwoorden van de dag. 'Zero' stond voor een reeks ontwikkelingen om tot een duurzaam productieproces te komen: ontwerpen, ontwikkelen en werken vond nu plaats in een voornamelijk digitale omgeving. Door volledig geautomatiseerde kwaliteitscontroles bij elke stap van het productieproces behoorden fouten tot het verleden. Zelflerende robots maken een einde aan ad hoc programmeren; incidenteel ontwikkelde en 3D-geprinte tools waren niet meer nodig.

Slimme bestelprocedures en gebruikersmonitoring maakten levertijden en voorraden verleden tijd. Preventief onderhoud zou onverwachte storingen in producten uitsluiten. Door maximale recycling en duurzaam energiegebruik konden de afvalstromen tot nul worden teruggebracht. Een systeem van levenslang leren zou immers de noodzaak voor uitval van personeel wegnemen.

Schroothopen behoren tot het verleden (Foto: Shutterstock). Tekst gaat verder onder de foto.

'Re-x' stond voor alles wat te maken had met reductie, hergebruik of terugwinning: van reparatie en recycling tot remanufacturing en herlevering. Hiervoor zou elke stap in de gehele levenscyclus van een product – van ontwerp, inkoop en fabricage tot sloop en hergebruik – tot in detail gedigitaliseerd moeten worden. Een 'manufacturing data space' maakte het fabricageproces op een volledig transparante manier toegankelijk voor alle betrokkenen. Zo wist u op elk moment in de productie waar uw materialen of onderdelen zich bevonden en waar ze werden gemaakt. En als maker had je bij het ontwerpen al demontage en hergebruik in gedachten. Je zou tijdens de productie geautomatiseerde kwaliteitscontroles kunnen inbouwen en sensoren installeren voor monitoring tijdens productgebruik. Op basis van al deze data kon je robots voeden, werkstations automatiseren en flexibel produceren. Dit werd de basis van wat de 'digitale fabriek' is gaan heten.

Het uiteindelijke doel was echter nog niet bereikt. Elke fabriek maakt deel uit van een waardeketen. Zelf 'digitaal' opereren heeft geen zin als uw partner in de keten dat niet doet. Daarom moesten ook de contacten met leveranciers, aannemers, onderaannemers en klanten gedigitaliseerd worden. Dit proces betrof vooral organisatie, administratie en financiën, zowel intern als extern. En zou leiden tot duidelijke afspraken en gemeenschappelijke werkwijzen voor alle bedrijven in het industriële ecosysteem. Al deze ketenpartijen moesten absoluut veilig informatie kunnen uitwisselen: van ontwerp tot verkoop tot levering en facturatie. Toen al deze data in klantportalen werd ondergebracht, was de 'digitale keten' geboren.

“Met data kon je robots voeden, werkstations automatiseren en flexibel produceren. Dit werd de basis van wat de 'digitale fabriek' is gaan heten”

De volgende fase was de verhuizing naar de 'smart factory' en de 'smart chain'. Fabrikanten verzamelden online data en kregen zo inzicht in de werking van geleverde devices en gebruikersgedrag. Dit leidde tot gedetailleerd inzicht in verwachte reparaties en leveringen, maar ook tot nieuwe ideeën voor producten of varianten van bestaande apparaten. Zo zijn 'product data spaces' ontstaan.

Hierdoor werd realtime planning en sturing in de keten mogelijk. Het vereiste wel privacyvriendelijk en volledig robuust datagebruik. Het delen en analyseren van data is daarbij essentieel, maar er waren grote vragen over de privacygevoeligheid van data en de rechtsbescherming van deze data. Dat laatste kwam treffend tot uiting in de vraag wie de eigenaar en verantwoordelijke is in een wereld waarin niet alleen mensen, maar ook dingen data genereren.2

Door deze ontwikkeling kwamen fabriek en supply chain uiteindelijk samen in een duurzaam ecosysteem. Dankzij de gedetailleerde en altijd actuele informatie van zowel leveranciers als klanten konden fabrieken flexibel en automatisch produceren. Herontwerpen op basis van gerecycled materiaal resulteerde in nieuwe producten. Uiteindelijk werd een nieuw businessmodel geboren dat 'Equipment Solution Service Provider' (ESP) ging heten. Het vervaardigde product of apparaat werd zo onderdeel van een heel servicepakket voor de klant. Fabrikanten behielden het eigendom, maar boden de klant alle ondersteuning die nodig was voor het optimaal en duurzaam functioneren van een product. Daarbij hoorde ook: preventief onderhoud, updates, reparaties, terugname na gebruik en waar mogelijk herlevering.

Een auto is geen product, maar een dienst (Foto: Shutterstock). Tekst gaat verder onder de foto.

Begin jaren twintig publiceerde TNO een whitepaper over de stappen die Nederland moet nemen om de leidende leverancier van geautomatiseerde apparaten voor hightech fabrieken in de wereld te worden. Het doel was om hen duurzaam te laten werken. Gebleken is dat Nederland beschikte over een aantal zeer sterke regionale technologische ecosystemen, vooral rond chiptechnologie, scheepsbouw en agro en food. Er waren netwerken van soms 10.000 aannemers en onderaannemers: een uitstekende voedingsbodem voor de ontwikkeling naar digitale fabrieken en ketens. Hierbij bleek 3D-printen een grote rol te spelen.

Ook werd geanticipeerd op de opkomst van flexibel opererende bedrijven die dicht bij de consument staan. Deze aantrekkelijke vooruitzichten brachten veel bedrijven ertoe zich aan te sluiten bij deze ondernemersnetwerken en samen de digitalisering aan te pakken. De whitepaper schetste hiervoor een tijdlijn die Nederland uiteindelijk met succes heeft afgerond.

In 2025 hadden we de meest flexibele en digitaal best aangesloten supply chain voor het vervaardigen van technologische goederen (componenten, producten, apparaten) in Nederland gerealiseerd. Alle processtappen binnen fabrieken werden gedigitaliseerd en een aantal werkstations draaide al autonoom.

Tegen 2030 was 80% van de waardeketens van technologische goederen volledig gedigitaliseerd, waren autonome flexibele productielijnen gemeengoed geworden en was de CO2-uitstoot van de fabrieken met 50% verminderd ten opzichte van de referentiewaarde van 1999. Dat betekende dat niet alleen binnen de fabrieken, maar ook alle gegevens over ontwerp, orders, het fabricageproces en het realtime volgen van onderdelen en kwaliteit digitaal tussen fabrieken konden worden uitgewisseld. Ook werden autonome, flexibele productielijnen uitgerust met machine learning en AI-technologie.

“Tegen 2035 kon 80% van alle producten digitaal gevolgd worden en werd minstens 50% van alle goederen die na gebruik geretourneerd werden circulair verwerkt”

Tegen 2035 zou 80% van alle producten digitaal kunnen worden gevolgd, van productie tot gebruik terug naar de fabriek. Minstens 50% van alle goederen die na gebruik geretourneerd worden, werd ook circulair verwerkt: de 'Re-x'-ambitie werd steeds meer werkelijkheid. Daarnaast is de CO2-uitstoot met maar liefst 50% verminderd. Het uiteindelijke doel was om het productieproces volledig CO2-neutraal te maken en bij gebruik 95% reductie te behalen. Leveranciers van 'Re-x' gebruikten 'productdataplatforms' en uiterst autonome flexibele demontagesystemen.

Deze transitie naar een duurzaam ecosysteem van slimme fabrieken en slimme ketens was een succes omdat alle betrokken partijen voldeden aan een aantal belangrijke voorwaarden die in de whitepaper staan. Zo is iedereen in de keten direct na 2020 met de transitie begonnen. Daarnaast onderschreven alle partijen de voorwaarde dat er meer kennis en intensiever toegepast onderzoek nodig was. Ze wilden vooral meer leren over geïntegreerde systemen, geavanceerde digitale technieken, kunstmatige intelligentie en machine learning.

Ook niet-technische aspecten als een andere manier van zakendoen, op de mens aangepaste apparatuur en de maatschappelijke impact van de 'slimme' revolutie hadden alle aandacht gekregen. Kortom: de weg naar duurzaamheid is ingeslagen met een transdisciplinaire benadering van het hele ecosysteem van technieken, gebruikers, businessmodellen, consumentengedrag, regelgeving, waarden en ethiek.

Een eeuw geleden merkte de technisch bekwame sciencefictionschrijver Arthur C. Clarke op dat elke technologie die ver genoeg gevorderd is, niet te onderscheiden is van magie. Er zit iets in voor de gewone burger. De spreekwoordelijke blik onder de motorkap van de (elektrische) auto geeft geen idee wat voor slimme en verantwoorde techniek daar te vinden is. Je merkt alleen dat alles schoner, zuiniger, flexibeler en – als alles goed gaat – gebruiksvriendelijker is dan voorheen.

En daar gaat het tenslotte om.

1 https://publications.tno.nl/publication/34637386/joEUx6/TNO-2020-circulaire-plastics.pdf 

2 https://publications.tno.nl/publication/34637924/c6SScX/TNO-2021-technologische.pdf

https://www.tno.nl/circulaireindustrie

Blijf op de hoogte van het laatste IA-nieuws en ontvang elke twee weken een e-mail.

Deze editie bevat: 'Promoting technology', 'Shifting poles' en 'ATEX, alles duidelijk?'

Bent u nog niet bekend met Automatie | PMA? Vraag hier uw proefabonnement aan en ontvang 2 gratis proefnummers.

© 2021 Automatisering | PMA. Alle rechten voorbehouden.