Efficiënt en foutloos produceren door digitale operator ondersteuning

Vier verschillende vormen van operator support technologieën.

TNO werkt met bedrijven en instellingen samen aan de digitale transformatie van de maakindustrie. In een reeks artikelen in VerspaningsNieuws zal TNO een aantal belangrijke kennis- en innovatielijnen toelichten, met als doel om te informeren waar ze staan en waar ze aan werken. In de vorige editie ging TNO in op Flexible Manufacturing. In dit artikel wordt de aandacht gevestigd op Smart Work en dan met name gericht op de operator van de toekomst.

Zoals ook in het vorige artikel genoemd, is er binnen Smart Industry (Industry 4.0) een sterke focus op digitalisering en robotisering om continu productieprocessen te verbeteren. Hoewel robotisering op de werkvloer snel toeneemt, kunnen niet alle processen geautomatiseerd worden en blijven operators in veel processen een belangrijke ‘asset’. Voorbeelden van taken waar operators betrokken blijven, zijn taken tijdens omstellen van machines, monteren van modules en producten in assemblage, complexe inspectietaken en bij installatie, service/onderhoud van machines. Veel bedrijven zien medewerkers als een essentiële schakel in de samenwerking tussen machines, robots en informatiesystemen. Samen met Industrie 4.0 is er de ontwikkeling van de ‘augmented worker’ of ‘operator 4.0’. Operator 4.0 vertegenwoordigt de 'operator van de toekomst', een slimme en vaardige operator die werk uitvoert met hulp van digitale technologie. Maar wie is die operator? Bedrijven hebben te maken met krapte op de arbeidsmarkt en een diversiteit aan operators die verschillen in onder andere werkervaring, technische skills, leeftijd en culturele achtergrond.

Juiste informatie ontbreekt

De uitdagingen voor de maakindustrie zijn bekend: het produceren van kleine series, complexe producten in grote variëteit met een steeds snellere levertijd en een kortere product life cycle. De kwaliteitseisen zijn hoog: in één keer goed. Met de toename van deze productvariëteit en complexiteit én een toename van medewerkers met minder ervaring of minder technische skills, ontstaat een grotere kans op fouten. Operators moeten immers sneller en frequenter schakelen tussen producten. De juiste informatie op de werkplek (orderinformatie, werkinstructies en traceerbaarheid van onderdelen en producten) wordt steeds belangrijker. Daarnaast laat de COVID-pandemie de kwetsbaarheid en vindingrijkheid van veel bedrijven zien bij het onderhoud en de installatie van machines. Ondanks de toenemende digitalisering op bedrijfs- of fabrieksniveau (PLM, ERP, CAD, MES) blijft digitalisering op de werkplek vaak nog achter. Veel bedrijven werken nog met papieren werkinstructies, dan wel een pdf via een beeldscherm (‘paper on glass’). Het onderhoud en versiebeheer van werkinstructies is hierdoor inefficiënt. Bovendien is de informatie niet afgestemd op de medewerker, waardoor ervaren gebruikers de informatie vaak niet raadplegen met risico op fouten bij productwijzigingen. Veel kennis zit in de hoofden van medewerkers. Het inleren van nieuwe medewerkers gebeurt mondeling door een ervaren medewerker.

Digitale operator ondersteuning

Met digitale operator ondersteuning is het mogelijk om ook medewerkers met minder technische skills complexer werk te laten doen. De laatste jaren komen er steeds meer nieuwe technologieën voor digitale operator ondersteuning beschikbaar. Voorbeelden hiervan zijn digitale (stapsgewijze) werkinstructiesystemen, augmented reality ondersteuning via onder andere smart glasses en projectietechnologie. Deze operator support technologieën ondersteunen medewerkers tijdens de taakuitvoering of het leren van een taak. De kern van al deze technologieën is dat de juiste informatie op het juiste moment en op de juiste locatie aangeboden wordt, zodat de medewerker zelfstandig, foutloos en met het juiste tempo de taak kan uitvoeren.

Vier support technologieën

De operator support technologieën zijn zoals gezegd onder te verdelen in digitale werkinstructiesystemen, ondersteuning via onder andere smart glasses, projectietechnologie en augmented reality. Er zijn diverse digitale werkinstructie systemen op de markt verkrijgbaar. Kern is dat stapsgewijze instructies worden aangeboden via beeldscherm of tablet en dat de gebruiker informatie, zoals bijvoorbeeld de meetwaarde of het serienummer, aan het systeem kan teruggeven. Veel leveranciers bieden de mogelijkheid om bijvoorbeeld pick-to-light sensoren, vision,

Impressie van de pilot bij Equinox MHE met de HoloLens 2

gereedschapscontrollers en bedrijfssoftware zoals ERP of MES te koppelen. Toepassingen zijn met name te vinden op ‘statische’ werkplekken in fabricage, assemblage en logistiek. Tablettoepassing is mogelijk bij onderhoud en inspectie taken. De tweede technologie is de digitale ondersteuning via smart glasses. Deze technologie wordt vaak verward met augmented reality. Echter deze toepassingen zijn feitelijk een draagbaar display in een bril. In het display is 2D-informatie zichtbaar. Er zijn twee uitvoeringsvormen: de eerste is de stapsgewijze instructies via smart glass (assisted of instructional reality) en de tweede betreft het meekijken en informeren op afstand (remote assistance). Er is een breed aanbod van smart glasses en software leveranciers. De schermruimte is nog beperkt en niet geschikt voor gedetailleerde informatie. Het 8 uur lang achter elkaar werken met smart glasses is bovendien niet altijd comfortabel. Deze toepassing is vooral in de praktijk te zien bij logistieke taken en bij remote onderhoud en service.

Projectie technologie, de derde support technologie, is een vorm van augmented reality waarmee stapsgewijze informatie op het werkblad, product zelf of de machine wordt geprojecteerd. Het projectiesysteem wordt vaak gecombineerd met een camera die de interactie met de gebruiker ondersteunt via onder andere virtuele knoppen of bewaking van materiaallocaties en gereedschap. Integratie met een barcodescanner, gereedschapscontroller of vision en ERP/MES is mogelijk. Typische toepassingen zijn te vinden op met name ‘statische’ werkplekken in fabricage en assemblage. De laatste technologie betreft Augmented en Mixed Reality en gaat om het stapsgewijs aanbieden van informatie als een laag over de werkelijkheid. Bij Augmented Reality voeg je informatie toe aan de werkelijkheid op basis van beeld- of markerherkenning. Mixed Reality gaat nog een stap verder: een MR-device scant de omgeving en plaatst een 3D-object hierin. Hierdoor wordt het mogelijk om met het object te interacteren. Draagcomfort van ook deze smart glasses is nu nog beperkt en niet geschikt voor een 8-urige werkdag. Daarbij komt dat de batterijduur vaak nog niet toereikend is. Het aanbod van leveranciers van hardware en software is veel beperkter dan die voor andere operator support technologieën. Deze technologie kan worden ingezet bij het trainen van complexe montage- en fabricagehandelingen of inspectie- en onderhoudstaken (op afstand).

Hoe kies je nu de juiste oplossing?

TNO heeft voor de genoemde technologieën meerdere demonstrators ontwikkeld in twee Smart Industry Fieldlabs: het Fieldlab Flexibel Manufacturing op de Brainport Industries Campus in Eindhoven en het Fieldlab Guided Manufacturing in RoboHouse Delft. In deze demo werkcellen kunnen bedrijven de verschillende systemen in werking zien en een aantal assemblage-, inspectie- en servicetaken zelf ervaren. Er is technologisch veel mogelijk, maar hoe kies je nu de juiste oplossing voor jouw onderneming? “Allereerst bepalen we samen met het bedrijf met behulp van het operator support canvas de uitdagingen en mogelijke digitale

oplossingsrichting. Belangrijke factoren zijn hierbij: de doelstelling vanuit het bedrijf, het type proces en producteigenschappen, kritische processtappen en als laatste de context (mobiele of statische toepassing, beschikbaarheid van 3D-informatie, IT infrastructuur). Na deze technologiekeuze volgt een pilot in het eigen bedrijf om ervaring op te doen. TNO ontwikkelt de applicatie voor een voorbeeldproduct, meet de effecten en haalt ervaringen op bij operators, engineers en management. Centraal in de ontwikkeling van de werkinstructies is de gebruiker op de werkplek en de taak die hij/zij moet uitvoeren. De laatste stap is het opstellen van een business case met behulp van een door TNO ontwikkelde kostenbaten methodiek.”

Het Interreg project FOKUS biedt MKB ondernemers in Zuid Nederland de kans om met ondersteuning van TNO aan de slag te gaan met digitalisering van de werkplek. Mocht u vragen of interesse hebben neem dan contact op met Tim Bosch (tim.bosch@tno.nl) of kijk op www.defabriekvandetoekomst.nl . Hetzelfde geldt voor het SMITZH programma voor bedrijven uit Zuid Holland.

Toekomstige ontwikkelingen

Uit de ervaringen van bedrijven wordt duidelijk dat innovatieve operator supportsystemen de digitalisering en informatievoorziening op de werkplek naar een hoger niveau kunnen tillen. Informatie wordt digitaal geborgd. Om medewerkers in de toekomst nog beter te kunnen ondersteunen is er behoefte aan adaptieve ondersteuning: als je onervaren bent krijg je meer informatie, zodra je bent ingeleerd en ervaren wordt, bouwt de hoeveelheid informatie automatisch af tot bijvoorbeeld alleen de kritische processtappen. TNO werkt aan de ontwikkeling van hybride AI algoritmen om op basis van de kenmerken, ervaring, prestatie en behoefte van de gebruiker de juiste informatie te tonen. Ook voor het automatisch genereren van werkinstructies op basis van bestaande digitale informatie, is veel interesse vanuit bedrijven. TNO heeft in een eerder EU-project een eerste prototype systeem ontwikkeld en is op zoek naar geïnteresseerde bedrijven om dit verder uit te werken.

Auteurs: Gu van Rhijn en Tim Bosch TNO

Impressie van de pilot met projectietechnologie voor ondersteuning van complexe lassamenstellingen bij BOZ Group.