Multidisciplinair brainstormen biedt NLR nieuwe inzichten
Het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum NLR was op 20 mei gastheer van de Campione-workshop over het thema ‘Condition Monitoring Innovaties bij CBM’. Een twintigtal professionals uit industrie en onderwijs was afgereisd naar het DARE Living Lab (Development AREna) van NLR in Marknesse om kennis uit te wisselen. Centraal stond de akoestische sensor SMASH.
Senior R&D Manager Structural Integrity Lex ten Have van het Koninklijke NLR heet de aanwezigen welkom en legt uit dat NLR veel asset management kennis heeft ontwikkeld in ‘de militaire hoek’ en dat het graag die kennis – via Fieldlab Campione –beschikbaar stelt aan de procesindustrie. De bijeenkomst van vandaag is daarvoor het vertrekpunt. Het is de bedoeling om vandaag samen na te denken over innovatieve mogelijkheden om het falen van componenten te monitoren, onder andere door middel van geluid. Een ontwikkeling waarin NLR al stappen heeft gezet.
Hands-on
Aansluitend geeft WCM-directeur Paul van Kempen een korte toelichting over het hoe en waarom van World Class Maintenance en de verschillende fieldlabs. Van Kempen: “De doelstelling is honderd procent voorspelbaar onderhoud voor assets in uiteenlopende sectoren. Dat willen we bereiken door samen dingen te doen en uit te proberen in de fieldlabs. Hands-on, net als de mentaliteit van NLR is.”
Randvoorwaarden voor innovatie
Oscar Zoeteweij is verantwoordelijk voor het DARE Living Lab. Dit Living Lab moet innovatie stimuleren en faciliteren, zegt hij. Vervolgens somt hij een aantal randvoorwaarden op die nodig zijn om de route van idee tot nieuwe dienst of product succesvol af te leggen. Je moet bijvoorbeeld de moed hebben, maar ook de vaardigheden. En je moet in staat zijn over je eigen vooroordelen en voorkennis heen te stappen. “Dat is de ellende hier; ze weten zo veel, er is zo veel kennis, dat er al snel gezegd wordt: ‘dat kan niet, want …’. In tegenstelling tot een start-up die het gewoon probeert. Daarom is het super dat jullie hier zijn, want samenwerken met andere disciplines helpt. Ook oefenen is belangrijk en dat is de lol van DARE.”
Geef toeval een kans
Managers kiezen het liefst voor zekerheid, zegt Zoeteweij. “Innovatie staat daar precies tegenover. Het laat zich niet leiden. Wanneer er een doorbraak komt, weet je niet. Je kunt daarbij wel sturen op geluk en toeval. En de workshop van vandaag is een voorbeeld van hoe je toeval een kans geeft. We weten niet wat de uitkomst van vandaag zal zijn.” Zoeteweij doelt op de brainstorm later in de middag, die als doel heeft om ontwikkel- en toepassingsideeën te verzamelen voor een door NLR ontworpen akoestische sensor. Voordat het zover is, geven enkele NLR-deskundigen tekst en uitleg over gerelateerde onderwerpen waarmee ze bezig zijn.
Digitale replica
De eerste is Joachim de Kruijk. Hij neemt zijn gasten mee in een boeiende uitleg over digital twins: een digitale replica van een installatie die kan worden gebruikt voor visualisatie, simulatie, productontwerp, onderhoud, controle of een combinatie daarvan. Hij neemt als voorbeeld een state-of-the-art machine die complexe composietconstructies produceert. Eén operator bedient het systeem. Er zijn zoveel data beschikbaar dat het lastig is voor hem om het overzicht te houden. De data gaan daarom in real time naar een digitale replica die de data omzet in bruikbare informatie voor de operator.
Meertrapsraket
Door al in de ontwikkelfase van een nieuwe installatie na te denken over een digital twin kun je een virtueel prototype maken. Dat maakt vervolgens een iteratieve ontwikkeling van de nieuwe installatie mogelijk. Bedrijven die een volledige digitale kopie van hun hele productieproces hebben, kunnen die kopie gebruiken om bijvoorbeeld de productieplanning te optimaliseren, of er testen op uit voeren. Het maken van een digital twin is een ware meertrapsraket, zegt De Kruijk en bestaat onder meer uit het opzetten van architectuur en bouwstenen, de real time communicatie en visualisatie, het toevoegen van smart technology voor procescontrole, signalering en controle tot en met validatie. “Het is ook een meertrapsraket qua complexiteit.”
Leuke dingen
Vervolgens legt hij in detail uit hoe de digital twin voor de composiet productiefaciliteit tot stand kwam. “Dan kom je ineens leuke dingen tegen. Volgens het boekje zijn er negentien signalen beschikbaar voor analyse. Maar de plc’s zijn het brein en doen veel meer. Door rechtstreeks contact te maken met de plc, kan je die gegevens uitvragen.” Verder gaat het onder meer om het kunnen toevoegen van extra functionaliteiten en andere hardware. De Kruijk wijst op de CE-keuring en de machineveiligheid (‘kan het, mag het?’).
Multidisciplinair team
Bij het daadwerkelijk aan elkaar knopen van de verschillende apparatuur is een multidisciplinair team noodzakelijk, zegt De Kruijk. “Dat komt door het verschil tussen de vakgebieden Information Technology (IT) en Operations Technology (OT), twee verschillende bloedgroepen die moeten samenwerken om het goede resultaat te behalen.” Ook security mag niet vergeten worden. Belangrijke voordelen van een digital twin zijn voor NLR onder meer: minder productie-afval en minder downtime van de installatie.
SMASH
Pim Reinders van NLR legt in zijn presentatie uit wat SMASH is: de smart acoustic sensor for health monitoring. De oorsprong ligt in 2008 toen NLR proeven met geluidsmetingen deed aan twee identieke tandwieloverbruggingen met behulp van een akoestische antenne. De hoop was dat er een geluidsbron naar voren zou komen als indicator van schade. Helaas was de proef geen succes, maar een aanbeveling uit het rapport van destijds was om opnieuw met het idee aan de slag te gaan als er nieuwe, betere algoritmes beschikbaar zouden zijn. Begin dit jaar analyseerde NLR de datasets uit 2008 opnieuw, nu met een deep learning algoritme, waarbij een deel van het geluid werd gebruikt om het algoritme te trainen zodat het andere deel de fout kan vinden. Het algoritme bleek goed in staat om het verschil te onderscheiden tussen een beschadigd en niet-beschadigd tandwiel. “Genoeg aanknopingspunten om door te gaan”, zegt Reinders. “Het doel is om een recorder prototype te ontwikkelen en te testen, die faalmechanismen herkent van typische industriële componenten, zoals lagers, tandwielen en pompen.”
Testopstelling
Er zijn een aantal eisen geformuleerd waaraan SMASH moet voldoen. Zo moet het een contactloze meting op basis van geluid kunnen doen, moet het eenvoudig en goedkoop zijn en te configureren voor speciale omstandigheden. SMASH dient autonoom te kunnen meten en een schade-indicator (stoplichtfunctie) is ook een vereiste. Als het systeem een gebrek constateert, dan moet het een nadere spectrum analyse kunnen uitvoeren. Tot slot is ook een draadloze veilige gegevensoverdracht een vereiste. Inmiddels is er een innovatieve testopstelling op basis van een Raspberry Pi 3 Single Board Computer en is de sensor-suite gereed. NLR werkt aan het realiseren van onder andere de acquisitiesoftware en de algoritmes. Er is gekozen om de testen uit te voeren op autolagers, omdat deze gemakkelijker en goedkoper zijn te verkrijgen dan de tandwieloverbrengingen.
NDO-technieken
Na de uitleg over SMASH volgt een rondleiding door de laboratoria. Het eerste deel gaat over niet-destructief onderzoek van materialen (NDO). Bijvoorbeeld van metalen (bij scheuren of corrosie) of van composietmaterialen (bij delaminaties). NDO-onderzoek vindt plaats na fabricage, tijdens in-service gebruik, of tijdens een teardown inspectie aan het eind van de levensduur van een component. Er is een hele serie aan NDO-technieken, waaronder ultrasoon (vooral voor composieten) en optical 3D structural light scanning, optical lock-in thermography en optical laser shearography. Bij NDO-onderzoek gaat het er vooral om de juiste data op het goede moment bij de beslisser te brengen, vertelt rondleider Jacco Platenkamp. “De beste manier is om dat multi-domain te doen, dus door verschillende technieken te combineren.”
Additive manufacturing
In de volgende ruimte legt Gerrit Kool uit wat NLR doet op het gebied van additive manufacturing (3D printen). Kern van zijn verhaal is dat 3D printen veel mogelijkheden biedt, omdat je onderdelen kunt optimaliseren en gewichtsbesparing kunt realiseren. De techniek is vooral geschikt voor hightech high-value producten en voor het beste resultaat is het belangrijk om ontwerper en maker bij elkaar te brengen. Kool pakt een metalen T-stuk dat traditioneel altijd uitgeboord wordt. Door er een expert in stromingsleer bij te halen, kon Kool met 3D-printen een geoptimaliseerd verbindingsstuk realiseren dat minder drukval over een bepaalde lengte geeft. Certificering is belangrijk in de vliegtuigindustrie en de uitdaging bij additive manufacturing is de vraag of je een 3D-geprint stuk al tijdens het maakproces kunt inspecteren.
Performance analyse van high value assets
Na de lunch neemt Werner van ’t Hull de aanwezigen mee in het onderwerp ‘performance analyse van high value assets’. Dit zijn assets met een hoge aanschafwaarde, of met een hoge impact bij falen of niet-functioneren. Het doel van performance analyse is het bereiken van minder downtime en dus een hoge beschikbaarheid, efficiënter onderhoud, lagere kosten en het borgen van het veiligheidsniveau. Een voorbeeld van een performance analysetool is de RAM-tool die NLR ontwikkelde voor defensie. RAM staat voor Reliability, Availability en Maintainability en de tool biedt inzicht in de factoren die de beschikbaarheid van systemen beïnvloeden. Binnen de tool kan de gebruiker per onderdeel steeds een slag dieper gaan om te onderzoeken en te begrijpen waarom er een bepaalde verstoring was. Door het combineren van operator info, RAM-info en gebruiksinformatie is het mogelijk om de relatie te leggen tussen degradatie en operationeel gebruik.
In de doe-modus
Vervolgens mogen de aanwezigen overschakelen van de luister- naar de doe-modus. Onder leiding van twee professionele brainstorm facilitators wordt de groep in vieren gedeeld. Iedere groep moet aan de slag met de vraag: Hoe kunnen we SMASH vormgeven? Dat levert na pakweg twintig minuten een vijftigtal post-its met suggesties op. In een tweede ronde is het de bedoeling om van idee naar uitvoerbaar plan te komen voor de meeste interessante of meeste concrete suggestie uit de eerste ronde. Leidraad daarbij is de drietrapsaanpak: wat, wie en hoe? Na een klein half uur hangen de vier flip-overs vol met gekleurde post-its en is het tijd om de oogst binnen te halen. Groep één ziet mogelijkheden om de SMASH-techniek in te zetten voor het verhogen van de beschikbaarheid van de prestaties van windturbines op zee. Het idee is om het faalgedrag te kunnen voorspellen, met name op de vijf hoofdlagers van de turbine. Misschien moet er nagedacht worden over een handheld tool. Logische partners om mee op te trekken, zijn volgens groep één de eigenaars/gebruikers van windparken, de financieringspartijen erachter en de onderhoudspartijen. En eigenlijk zijn de vier deelnemers van groep één de aangewezen partijen om met het idee aan de slag te gaan, namelijk Stork, Semiotic Labs, IJssel en RVO.
Vermarkten
Groep twee, met afgevaardigden van TNO en Avans Hogeschool, keek vooral naar mogelijkheden om SMASH te vermarkten. Volgens de woordvoerder van de groep is het goed om in de volgende ontwikkelfase te zorgen voor een industriële use-case. Hij ziet hierin een rol voor het onderwijs en TNO en het zou een mooie uitbreiding kunnen zijn voor NLR. Groep twee ziet SMASH vooral als een tool voor OEM’ers die het kunnen toepassen op hun assets. Vanderlande, fabrikant van onder andere bagage-afhandelingssystemen, zou een logische partner zijn. De deelnemers van groep drie zien het systeem ook als een tool voor OEM’ers, maar ook voor service providers en operators met een eigen onderhoudsdienst. SMASH kan onder meer helpen – denkt groep drie – om de beschikbaarheid van een installatie te verhogen, levert een bijdrage aan het verminderen van de effecten van het tekort aan technisch personeel en zorgt voor een betere planbaarheid van het onderhoud. Fieldlab Campione is bij uitstek het vehikel om SMASH verder uit te denken, te financieren en in de markt te zetten, is de conclusie.
Roller management
Groep vier stelt voor om de SMASH-ontwikkelaars in contact te brengen met het Corrosion under Insulation innovatieproject van WCM, omdat er mogelijke raakvlakken zijn. Verder ziet groep vier mogelijkheden voor geluidsmetingen bij ‘roller management’ in de proces en chemische industrie, maar ook bij goods handling processen. In Fieldlab Campione loopt al een innovatieproject bij Fuji Film in Tilburg op het gebied van roller management. Het kan interessant zijn om eens van gedachten te wisselen, meent groep vier. En wellicht is WCM-lid ABB Benelux, dat zwaar inzet op de digitale revolutie, een interessant bedrijf om te betrekken. Vanwege het doel om de kosten van de sensor laag te houden, is SMASH in iedere situatie waarbij veel sensoren nodig zijn, potentieel interessant.
Lex ten Have sluit vervolgens de dag af. “We hebben vandaag dingen mogen aanhoren van mensen die we normaal niet zo snel spreken. Dat was zeer interessant, dus iedereen heel erg bedankt.” Paul van Kempen sluit af en vindt het zaak om in de praktijk te gaan experimenteren. “Daar staat WCM voor en met fieldlabs als Zephyros, Campione en Capella bieden we daarvoor de mogelijkheden. Ik heb veel goede ideeën gehoord vandaag. Laten we dat samen verder oppakken.”
Mede mogelijk gemaakt door:
