Constructeur 1/2021 by online-mbm

FEBRUARI

2021 HÉT VAKTIJDSCHRIFT VOOR WERKTUIGBOUWKUNDIGE CONSTRUCTEURS EN ONTWERPERS

Tegen geluid MODELLEREN MET EEN METAMATERIAAL

‘Hoe zie je nou niet dat dit geniaal is?’

De kunst en kunde van het afwegen

Na de Brexit: CE versus UKCA

Als je het nou ook met kleur kan zeggen?

Vertrouwen op Vanderhoekse constructieprincipes

Design for Manufacturing and Assembly in de 21-ste eeuw

Is nu in het Verenigd Koninkrijk de UKCA-markering ‘verplicht’?

Waarom dan al die blokjes, letters, pijltjes en getallen aan je model?

CST_Cover.indd 1

10/02/2021 12:28

scholierenmagazine

Stimuleer jongeren in hun keuze voor techniek

Uw bedrijf als toekomstig werkgever of stagebedrijf aan scholieren voorstellen? Bel voor de mogelijkheden met: • Cobie te Nijenhuis T. +31 (0)6 833 320 45 • Roy Wösting T. +31 (0)6 225 483 04

Waarom voor u interessant? • Unieke verspreiding van 20.000 exemplaren aan jongeren in úw regio.

www.vraagenaanbod.nl/tskills

• Via decanen (V)MBO scholen direct onder de aandacht bij jongeren. • Gemaakt/geschreven door specialisten die weten hoe je jongeren boeit en activeert. • U hoeft niets te doen; Redactie, fotografie, vormgeving en verspreiding wordt verzorgd.

Advertentie.indd 1 CST Advertenties.indd 2

27-01-21 09:38 16:20 11-02-21

COLOFON Constructeur, februari 2021 61-ste jaargang nr. 1 REDACTIE-ADRES Postbus 58, 7400 AB Deventer HOOFDREDACTEUR ing. R.Zander | t 06 22 20 80 34 r.zander@mybusinessmedia.nl

REDACTIE

Maartje Henket | t 0570 50 43 02 m.henket@mybusinessmedia.nl Liam van Koert | t 06 17 58 82 65 l.vankoert@mybusinessmedia.nl

UITGEVER Joachim Driessen j.driessen@mybusinessmedia.nl VASTE MEDEWERKERS Hans van Eerden, Leo de Ridder, Henk Jan Pels, Ad Spijkers, Marjolein de Wit - Blok.

UITGAVE van MYbusinessmedia Holding bv Postbus 58 7400 AB Deventer | Mr. H.F. de Boerlaan 28 www.mybusinessmedia.nl ADVERTENTIE-AFDELING

D. Wielheesen | t (06) 53 69 24 61 d.wielheesen@mybusinessmedia.nl of verkoop binnendienst | t (0570) 50 43 45 | (0570) 50 43 43 orders.engineering@mybusinessmedia.nl

ADVERTENTIEPLAATSINGEN worden

uitgevoerd overeenkomstig de ‘Regelen voor het advertentiewezen 1990’.

ABONNEMENTEN

Voor vragen over abonnementen, bezorging en of adreswijzigingen kunt u bellen met (0570) 50 43 25, mailen naar klantenservice@constructeur.nl of schrijven naar MYbusinessmedia Holding bv | Constructeur | Postbus 58 | 7400 AB Deventer

ABONNEMENTSTARIEVEN

Jaarabonnement Nederland € 242,50* Jaarabonnement buitenland € 280,50* Studenten € 50,00 per jaar *Prijzen zijn excl. 9% BTW | Jaarabonnement geldt tot wederopzegging. Beëindiging van het abonnement kan schriftelijk , per e-mail of telefonisch geschieden, uiterlijk drie maanden voor het einde van de abonnementsperiode; nadien vindt automatisch verlenging plaats.

REPRODUCTIE

Overname van artikelen, tekeningen en foto’s uit Constructeur is slechts mogelijk na schriftelijke toestemming van de uitgever.

©MYBUSINESSMEDIA 2021

VOORWOORD

Geen geld Gisteren, 9 februari, was de tweede dag van het jaarlijkse SolidWorksgebruikersfestijn, inmiddels 3DExperience World geheten. Zelfs degenen onder ons die een ander CAD-pakket gebruiken, zullen de conferentie wel kennen. Bijvoorbeeld omdat Constructeur er in meer of mindere mate jaarlijks aandacht aan besteed. Eerste belangrijke verschil dit jaar met de voorgaande edities? De locatie. Bij mij op zolder. En op weet ik hoeveel duizend andere zolders, keukens, werkkamers of waar je ook maar wifi hebt. Want inderdaad, ook dit festijn heeft dit jaar niet fysiek plaats – Nashville was de bedoeling – maar wordt ergens vandaan uitgezonden. Met sprekers waarvan je ook niet weet waar ze echt zitten. De studio, hun eigen zolder, werkkamer, keukentafel of bedrijf? SolidWorks-ceo Gian Paolo Bassi had voor studenten en ‘makers’ de interessantste aankondigingen. Die enkele aanhalingstekens zijn geen sneer naar de hipster die ook een 3D-printer heeft gekocht. Ik zou niet durven. Want voor je het weet is hij – is een hipster altijd een man? – de ceo van de volgende ‘disruptor’. Het is Engels, daarom dus, en ik weet eigenlijk niet wie ze nu precies voor ogen hebben. Goed, die aankondigingen. In mei van dit jaar komt SolidWorks met, het is een hele mond vol, 3DExperience SolidWorks for Students. Voor 60 dollar per jaar. Daarvoor krijg je toegang tot de ‘premium’-editie van het 3DCAD-pakket, 3D Creator, 3D Sculptor en 3D SheetMetal Creator en een compleet cloud-curriculum. En dat laatste moet je dan weer helpen om je droombaan binnen te slepen. Want als je dat met goed gevolg doorloopt, dan levert je dat de nodige certificaten op die je zeker in de VS aardig op weg kunnen helpen. Hoe dat hier zit weet ik eigenlijk niet. Maar een pre is het ongetwijfeld, want die certificaten krijg je echt niet zomaar. Voor de ‘makers’ dus, komen ze met – u raadt het al – 3DExperience SolidWorks for Makers met daarin SolidWorks Professional, 3D Creator en 3D Sculptor, gelijk aan hetgeen ze commercieel aanbieden. Met daaraan dan ook nog gekoppeld toegang tot een wereldwijde ‘makers community’, Madein3D, onder beheer van SolidWorks. En dat voor 9,99 dollar per maand of 99 dollar per jaar. In de tweede helft van het jaar moet het beschikbaar komen. Wanneer je dan een ‘maker’ bent, moet ik dus nog vragen. Maar in allebei de gevallen – geen geld. Dat laatste kennen studenten wel. Nu heb je voor omgerekend 50 euro – die 60 dollar – als student ook een abonnement op Constructeur. Lastig.

‘Het auteursrecht op de inhoud van dit tijdschrift wordt uitdrukkelijk voorbehouden’.

VORMGEVING Bureau OMA, Doetinchem DRUK Drukkerij Roelofs, Enschede ISSN 0010-6658

ROBIN ZANDER hoofdredacteur constructeur

R.ZANDER@MYBUSINESSMEDIA.NL

c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Voorwoord_Colofon.indd 3

11-02-21 09:43

INHOUD

februari

06 INTERVIEW Vertrouwen op de constructieprincipes

Product 25

IN DIT KATERN

ONTWERPEN EN CONSTRUEREN Nieuw polsgewricht

Niels van Giessen wint in 2016 de Wim van der Hoek Award voor zijn afstudeerwerk bij VDL ETG. Het betreft de analyse en herontwerp van een polsgewricht voor een robotarm. De VanderHoekse principes volgend komt hij tot een goedkopere, lichtere en stijvere constructie met minder hysterese.

ruimte voor de electronica

micro switch

stijf lichaam (stilstaand)

mechanische stop

voorspanveer

elastische elementen stijf lichaam (bewegend)

rotatie punt

CST_Inhoud.indd 4

JAARGANG 29

INDUSTRIEEL ONTWERP Product

1 2–3 4

MOLO ÉÉNPITTER SIGNAAL

Elke editie in Constructeur: Product. Dit zijn meer dan alleen maar e SOFTWALL → Ruimteverdelers of scheidingswanden

katern behandelt als opvolger van het kleedkamers, privé-vergaderruimtes, interieurstukken, of het is gewoon een mid te houden. Helaas vaak massaal geproduceerd en gemaakt van inefficiënt materia magazine Product de nieuwste ontwikkelinMolo, een Canadese ontwerpen productiestudio leiding van Stephanie Forsy gen in de wereld van de industriëleonder producthebben de ruimteverdeler nieuw leven ingeblazen. Ze noemen het een papieren softw ontwikkeling op het gebied van technologie, die flexibel plooit en buigt in elke gewenste formatie en die uitzet en samentrekt zo materialen, vormgeving en ontwerp.

CAE ‘Nooit meer nee zeggen’

De vraag naar complexe engineeringanalyses en simulaties bij de Engineering Analysis (EA) groep van VIRO groeit. De laatste jaren werken zij zoveel mogelijk met Altair Simulation Solutions, volgens groepsleider Thijs Romans de beste allround software voor het opbouwen, analyseren en simuleren van complexe modellen.

TEK BEE

die ade

n s t r u c t e u r 0 1 - 2verzadigd 021 Volledig uitgeschoven en in een rechte lijn geplaatstc omeet zwart. Stalen strips aan een softwall tot 4,5 meter, in gecomprimeerde toestand kan van de softwall kunnen zich vastze hij ‘terugspringen’ tot de dikte van een boek. Molo’s papieren zoals muren of hekken. Met een bij softwall is gestructureerd in houten lagen afkomstig uit verMolo’s softwall een schuifdeur nab antwoorde bron, gecertificeerd door de Forest Stewardship shōji, een ruimteverdeler die in de t Council, en gecoat met een niet-toxische brandvertrager. Het tectuur wordt gebruikt. Door extra 10/02/2021 16:19 honingraatpatroon geeft de softwall vorm en flexibiliteit terwijl de magnetische strips aan de uitei het ook zorgt voor gelaagde barrières om geluid te absorberen. kunnen ze verdubbelen in grootte o

32 (NOT) SAFE FOR DESIGNERS(?) Design for Manufacturing and Assembly in de 21-ste eeuw

Je kan zo'n beetje alles 3D-printen, maar kennis van de traditionele maakprocessen blijft onontbeerlijk. De kunst en kunde van het afwegen –DFMA – blijft daarom ook in de 21-ste eeuw een ‘moetje’.

EN VERDER 14

MACHINE-VISION Vol er bovenop

MACHINEVEILIGHEID ‘Safety’ in batchgrootte 1

MACHINEVEILIGHEID CE versus UKCA

MACHINEVEILIGHEID Pneumatische systemen

MBD Zeg het met kleur

CAD-leveranciers komen met slimme manieren om afmetingen en toleranties rechtstreeks in het 3D-model te zetten. Maar waarom zou je het model volhangen met blokjes, letters, pijltjes en getallen als je het ook overzichtelijk met kleur kan zeggen? Een pleidooi van een MBD-expert voor ‘color coding’.

COLUMN PELS PLM – wat mogen we nog meer verwachten?

MATERIALEN Luidspreker krijgt metamateriaal

OPINIE Breng je digitale huis op orde

42 CAE

Nieuw versie Comsol

PRODUCTNIEUWS

Op de cover:

Metamateriaal maakt de tweeter van de KEF LS50 Meta-luidsprekers nagenoeg ruisvrij. Meer op pagina 36 en verder.

constructeur 01 - 2021

CST_Inhoud.indd 5

10/02/2021 16:19

INTERVIEW

Vertrouwen op de constructieprincipes WIM VAN DER HOEK AWARD - VII: NIELS VAN GIESSEN

Niels van Giessen, design engineer bij Settels Savenije in Eindhoven, toont de trofee die hoort bij de Wim van der Hoek Award. Die won hij in 2016 voor zijn ontwerp van het polsgewricht voor een robotarm. (Foto: John Settels)

CST_interview.indd 6

constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:20

In 2016 won Niels van Giessen de Wim van der Hoek Award. Als elfde winnaar was hij de eerste van een hogeschool, Avans in Den Bosch. De jury adviseerde hem toch vooral te vertrouwen op de constructieprincipes. Dat deed hij vervolgens in z’n master Werktuigbouwkunde aan de TU Eindhoven en dat doet hij nu bij Settels Savenije. “Het liefst begin ik met een blanco vel papier. Daarbij kan ik nog heel veel leren van ervaren constructeurs en architecten.” T E KST : H A N S VA N E E R DE N

Niels van Giessen (Den Bosch, 1990) was in z’n jeugd altijd wel dingen in elkaar aan het knutselen. Soms was dat om z’n vader, een tuinder, te helpen in de kas. Voor zijn profielstuk op de middelbare school bouwde hij een trebuchet, van origine een middeleeuws slingerarm-artilleriewapen. Zijn versie was een katapult met slingerzak waarmee hij bakstenen 100 meter kon wegslingeren. Hij wilde dingen bedenken en maken en dus lag een studie voor de hand waar hij z’n creativiteit in kwijt kon. Het werd Werktuigbouwkunde aan Avans Hogeschool in Den Bosch. Het vak beviel hem, de klas wat minder, dus switchte hij, naar Communicatie & Multimedia Design. Die studie maakte hij af, maar tijdens de kredietcrisis zag hij geen werk naar zijn smaak voor zich weggelegd. Een ontmoeting met een docent triggerde hem om Werktuigbouwkunde weer op te pakken.

‘Een soort magische doos die openging’ Bij het eerste vak dat hij vervolgens deed, Mechanica, was het meteen weer puzzelen. “Dit heb ik vier jaar lang gemist”, besefte Van Giessen. Hij raakte enthousiast en kwam voor z’n stage terecht bij Settels Savenije in Eindhoven. Daar had Piet van Rens, oud-student en oud-medewerker van Wim van der Hoek en zelf een van de ‘godfathers’ van de constructieprincipes, een leuke opdracht voor hem. “Wist ik veel wie hij was! Bij Settels waren mensen de hele dag bezig met het bedenken van geniale dingen; toen heb ik pas echt het licht gezien. Het was een soort magische doos die openging, ik heb er veel geleerd van Piet en zijn collega’s.” ‘Goede toepassing van constructieprincipes’ Voor zijn afstuderen kwam Van Giessen vervolgens terecht bij VDL ETG, waar ze iemand zochten met passie voor constructieprincipes. Het ging om het herontwerp van het polsgewricht voor een robotarm. De nadruk van de opdracht lag op analyse, om aan te tonen dat het huidige ontwerp niet voldeed. In de laatste week nam Van Giessen het heft in handen om aan te tonen hoe het probleem wel kon worden opgelost. Hij werkte een eigen ontwerp uit en liet een model in kunststof printen; dat bleek al stijver te zijn dan het originele metalen mechanisme. Bovendien nam het aantal onderdelen flink af en werd het ontwerp een stuk eenvoudiger. Dit afstudeerwerk leverde hem tot zijn eigen verbazing de Wim van der Hoek Award op. De jury was onder de indruk. “Niels’ verslag is helder en zijn analytisch vermogen is hoog. Hij heeft conc o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_interview.indd 7

crete verbetervoorstellen geformuleerd en zijn nieuwe concept is een goed vertrekpunt, met een goede toepassing van constructieprincipes.” ‘Hij was 92 en nog vol van zijn vak’ De prijs was een waardering voor Van Giessen’s afstudeerwerk. “Maar toch vooral voor wat Wim van der Hoek heeft neergezet. Ik heb het constructievak geleerd van mensen die het weer van hem hebben geleerd. Tijdens de uitreiking stonden de mensen vooral om hem heen, vol waardering voor wat hij hun had geleerd en voor het klimaat rond constructieprincipes in Nederland, de manier van kijken naar constructies die hij heeft geïntroduceerd. Die ervaring vond ik nog het meest bijzonder aan de prijsuitreiking. Ook fantastisch was dat Wim naar me toe kwam en de trofee pakte (met daarop het bekende ontwerp van een parallel spleetmechanisme, red.). Hij wees iets aan en zei: ‘Dat moet nog dikker, want als je aan de stelschroef draait gaat het mechanisme toch vervormen’. Het zijn de details die het ’m doen, zo liet hij zien. Hij was toen 92 en nog steeds vol van z’n vak. Dat vond ik inspirerend.” ‘Echt maken om ontwerp te checken’ Aangespoord door z’n omgeving besloot Van Giessen zich verder te verdiepen in het constructievak aan de TU Eindhoven (TU/e), waar ooit Van der Hoek buitengewoon hoogleraar was. “Daar volgde ik vooral theoretische vakken, veel in het mechatronische domein. Het toegepaste vak over constructieprincipes was echter het mooiste. Dat blijft toch de basis. Het ging, meer dan vakken als dynamica en regeltechniek, over de werkelijkheid achter de constructie. Modellen en tastbare constructies, wiskunde en knutselen, het gaat allemaal goed samen, vooral met alle kennis van de omringende vakgebieden

‘TOEGEPASTE VAK OVER CONSTRUCTIEPRINCIPES WAS HET MOOISTE’ in het achterhoofd. Als je op principiële basis een goed ontwerp denkt te hebben, moet je het toch echt maken om te checken of er geen denkfouten in zitten. In een hobbyproject thuis had ik een motorsteun gemaakt met een gevouwen bladveer. Toen ik het maakte bleek die bladveer helemaal te vervormen. O ja, ik had ’m niet goed beetgepakt in mijn ontwerp.” ‘Met een blanco vel papier beginnen’ Tijdens de interne stage voor z’n TU/e-opleiding hield Van Giessen zich bezig met het positioneren van fibers ten opzichte van een optische chip. “Dat moest zo goedkoop en zo snel mogelijk. Ik ben gewoon begonnen naar de vrijheidsgraden te kijken: welke moest je actief aansturen, welke kon je passief vastleggen. De vraag was welke technieken je het beste kon toepassen voor de uitlijning van een fiber-array met een > 7

11-02-21 10:20

chip. Kon je bijvoorbeeld het licht uit de fibers daarvoor gebruiken? Dat vond ik het allerleukste: met een blanco vel papier beginnen om een volledig nieuw concept te bedenken. De opdrachten in de opleiding waren zo breed dat je er alle kanten mee op kon. Sommige mensen vinden dat eng, mij staat het juist wel aan. Ik moest buiten mijn eigen domein treden en heb me bijvoorbeeld ingelezen in de optica: wat waren daar de gevoeligheden en wat kon ik daarvan meenemen voor de mechatronische oplossing die ik moest uitwerken?” ‘Hoe zie je nou niet dat dit geniaal is?’ Van Giessen verdiepte zich in de bekende dictaten/studieboeken: Des Duivels Prentenboek van Van der Hoek, het dictaat

‘CONSTRUCTIES … IN DE HIGH-TECH [VAAK] OVERGECOMPLICEERD’ van TU/e-docent Nick Rosielle en Constructieprincipes van Rien Koster, Van der Hoek’s opvolger als hoogleraar. Ook de intreerede en afscheidsrede die professor Van der Hoek uitsprak, moesten eraan geloven. “Ik bleef de geschriften bestuderen. In het begin vraag je je wel af wat je nu precies leest, maar naarmate je meer hebt gelezen en er problemen mee 8

CST_interview.indd 8

hebt opgelost, wordt het allemaal logisch. Dan zie je pas de diepe gelaagdheid in de teksten en merk je dat het echt door een constructeur is opgeschreven. Ik was lid van de programmacommissie voor de opleiding Werktuigbouwkunde; daar bleek dat veel studenten het dictaat moeilijk vonden. Terwijl ik vond dat het haast niet helderder opgeschreven kon zijn: ‘Hoe zie je nou niet dat dit geniaal is?’” ‘Het was een soort droombaantje’ Z’n afstudeeropdracht deed Van Giessen bij Raimondo Cau. Dat Cau een eerdere winnaar van de Wim van der Hoek Award was, ontdekte Van Giessen overigens pas na zijn afstuderen. De afstudeeropdracht betrof een robot voor microchirurgie van TU/e-spin-off Microsure; lees het verhaal in Constructeur van vorig jaar zomer. De opdracht was te onderzoeken hoe de volgende generatie robot voor nog nauwkeurigere applicaties meer bewegingsvrijheid kon krijgen. “Ook daar begon ik weer met een blanco vel papier. Ik heb operaties bijgewoond om me in te leven in hoe een chirurg werkt en waar die wel of niet aan wil denken als ze aan het opereren is. Chirurg en assistent moeten dicht bij de patiënt en dus bij de robot kunnen komen, terwijl de interactie mens-robot wel inherent veilig moet zijn. Gaandeweg vormde zich een heel pakket van eisen. Het was een kwestie van heel veel ballen hooghouden om tot een juiste mix van eigenschappen te komen. Zo bedacht ik een nieuw concept voor onder meer de kinematica. Dat gaf veel bewegingsvrijheid, terwijl de nauwkeurigheid niet in het geding kwam. Het was een soort constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:20

Bij Settels Savenije werkt Niels van Giessen aan high-tech projecten: “Hier leer ik nog veel van ervaren constructeurs en zie ik wat systeemarchitecten op conceptueel niveau doen.” (Foto: John Settels)

WIM VAN DER HOEK AWARD

In 2004 werd de Wim van der Hoek Award ingesteld ter gelegenheid van de tachtigste verjaardag van de nestor in de constructieprincipes. Wim van der Hoek (1924-2019) werkte bij Philips CFT (Centrum voor Fabricage Technieken) en was buitengewoon hoogleraar Ontwerpen en Construeren in de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Technische Hogeschool/Universiteit Eindhoven. Voor de bedrijfsmechanisatie verdiepte hij zich in de nauwkeurigheid van bewegen en positioneren en de beheersing van de dynamiek in machines. Daarmee legde hij de basis voor de typisch Nederlandse invulling van de mechatronica. De naar hem vernoemde, jaarlijkse constructeursprijs is bedoeld voor het beste afstudeerwerk aan de technische universiteiten en hogescholen in Nederland en België, in termen van ontwerpkwaliteit, onderbouwing, innovativiteit en geschiktheid voor onderwijsdoeleinden. Niels van Giessen was in 2016 de elfde winnaar.

droombaantje: je zit op een plek waar je je creativiteit moet gebruiken om dingen te doen die nog nooit gedaan zijn.” ‘Ervaren constructeurs opzoeken’ Na zijn afstuderen had Van Giessen bij Microsure kunnen blijven. Daar zou hij in een klein team al gauw een soort van hoofdconstructeur worden. “Ik besefte echter dat ik nog veel van andere mensen kon leren en wilde ervaren constructeurs opzoeken.” Reden waarom hij, in 2019, als design engineer in dienst trad bij Settels Savenije, nog bekend van zijn eerste stage. “Ik merk dat dat de goede keuze is geweest. Ik steek veel op van de manier waarop mijn collega’s projecten aanvliegen en met klanten in gesprek gaan, hoe ze met een groter team c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_interview.indd 9

gezamenlijk naar het einddoel gaan voor de realisatie van toch wel ingewikkelde dingen.” Hij werkt er nu onder meer aan frames voor het meten van optische modules. Dat draait om het nauwkeurig positioneren en uitlijnen van componenten en het ontwerpen van stijve constructies met voldoend hoge eigenfrequenties. “Dan ben je toch weer bezig om plaatdelen, balken en sprieten slim neer te leggen in je ontwerp.” Bekende VanderHoekse stof. ‘Mijn creativiteit blijven ontplooien’ Van Giessen zit nu op z’n plek bij Settels Savenije. “Ik groei naar inhoudelijke projecten toe, leer nog veel van ervaren constructeurs en zie wat systeemarchitecten op conceptueel niveau doen. Het is inspirerend om met hen samen te werken.” Ook buiten z’n werk is hij conceptueel bezig. “Met mijn vader doe ik een soort sociaal project waarin we op een stuk land kleine, slimme huisjes proberen te ontwikkelen voor alleenstaanden en stellen. Daar komt het ook aan op de constructie, hoe je die supereenvoudig kunt houden. Vaak zijn constructies, zeker in de high-tech, overgecompliceerd. Dan moet je een stapje terug doen en de helft van je ontwerp weghakken. ‘Constructieprincipes toepassen is vooral een kwestie van goed nadenken’, zei Piet van Rens al eens. Daar wil ik in de hightech mee bezig blijven, mijn creativiteit blijven ontplooien.” Doen wat de jury van de Wim van der Hoek Award hem al adviseerde: “Vertrouwen op de constructieprincipes.” WWW.STTLS.NL

11-02-21 10:20

ONTWERPEN EN CONSTRUEREN

Nieuw polsgewricht voor een robotarm HET BEKROONDE AFSTUDEERWERK VAN NIELS VAN GIESSEN In 2016 gaat de Wim van der Hoek Award naar Niels van Giessen voor zijn afstudeerwerk dat hij vanuit Avans Hogeschool bij VDL ETG heeft verricht. Dat betreft analyse en herontwerp van een polsgewricht voor een robotarm. De VanderHoekse principes volgend komt hij tot een constructie die lichter en stijver is, minder hysterese vertoont, haalbare toleranties heeft en ook nog eens goedkoper te maken is. H A N S VA N E E R DE N

Als Niels van Giessen zich meldt, produceert VDL ETG al jaren een robotarm die te veel speling vertoont in het polsgewricht. Met nabewerking weet men het euvel onvoldoende te verhelpen. Zijn (grotendeels vertrouwelijke) afstudeeropdracht omvat analyse van het probleem, verbetering van het bestaande ontwerp en concepten voor een nieuw ontwerp. Kalibratie De robotarm met gripper is van het SCARA-type, vergelijkbaar met de menselijke arm: schouder, elleboog en pols verbonden door twee segmenten. Het geheel beweegt in het platte (x-y) vlak. Voor kalibratie van de gripperpositie heeft de pols een beperkte bewegingsvrijheid in één vrijheidsgraad, rotatie om de z-as (een elastisch scharnier). Deze kalibratie is om te compenseren voor productietoleranties in onderdelen van de robotarm en tussen de

‘feedforward’ ontwerpprincipes & intuïtie ontwerpeisen/ doelstellingen

‘verstoring’ complexiteit & onzekerheid

ontwikkelomgeving

‘ontwerpproces’ ontwerp, speel, probeer, lach (maak fouten)

(ontwerp-) oplossingen

‘sensor’

observeer, analyseer & leer

Niels van Giessen’s regeltechnische model voor het ontwerpproces, gestuurd door constructieprincipes en intuïtie in plaats van verstoringen vanuit complexiteit en onzekerheid.

CST_Art05.indd 10

pick&place-posities. De arm laat de gripper een bekende positie aantikken waarbij de pols iets roteert en zo een schakelaar activeert voor registratie van de gripperpositie. Speling De pols bestaat uit twee interfaces, met respectievelijk de arm en de gripper, die door het Rz-scharnier met elkaar zijn verbonden. In de andere twee rotaties, Rx en Ry, vertoont de pols onvermijdelijk enige afwijkingen. Uit een analyse van het complete tolerantiebudget voor de robotarm is afgeleid dat de polshoekverdraaiing maximaal 0,45 mrad mag bedragen voor beide rotaties. In de praktijk blijkt deze echter ruim boven 1 mrad te liggen. Van Giessen wijst daarvoor meerdere oorzaken aan. Vanwege de beperkte stijfheid van de polsconstructie veroorzaken de zwaartekracht (in de z-richting) en de voorspanning een systematische hoekverdraaiing (tilt). Daarnaast leiden productietoleranties in onderdelen tot willekeurige hoekverdraaiingen en ten slotte zorgt wrijving bij de mechanische stop voor hysterese. Van Giessen analyseert een aantal opties voor quick fixes van het bestaande ontwerp. Die variëren van vulringetjes tot verdere nabewerking tot correctie voor de systematische tilt. Hij kent er plussen en minnen aan toe en concludeert dat correctie de aantrekkelijkste optie is. Die blijkt echter onvoldoende soelaas te bieden, reden om een compleet nieuw ontwerp te maken. Uitgangspunt is het wegnemen constructeur 01 - 2021

10/02/2021 16:18

vooraanzicht

gripperinterface

machinetoleranties pick-and-place positie machine

mechanische stop

kalibratiemechanisme

voorspansensor/schakelaar veer

elastisch scharnier (Rz)

onderaanzicht

robotarm interface

gripperinterface scharnierend onderdeel

tastbeweging

uitvergroting kalibratiemechanisme (pols)

overzicht robot

De SCARA-robotarm (links) met schouder aan de vaste wereld, elleboog en pols met gripper. In de pols bevindt zich het kalibratiemechanisme (rechts uitvergroot) voor bepaling van de gripperpositie. Door de gripper een bekende positie te laten aantikken draait de pols, tegen de voorspanning in, iets om de z-as (Rz) totdat de sensor/schakelaar een signaal geeft.

van de oorzaken voor de speling, met name de tekortschietende stijfheid van de constructie en de productietoleranties. De belangrijkste ontwerpkeuze is vermindering van het aantal onderdelen dat een hoekverdraaiing ten opzichte van elkaar kan vertonen. Dat doet Van Giessen door het gewricht – scharnier en twee interfaceblokken – als een monolithisch blok te ontwerpen. Voor de scharnierfunctie tekent hij twee bladveren, typisch VanderHoekse elementen die in het midden zijn verdikt om knikken bij belasting op druk tegen te gaan. De interfaceblokken zijn niet massief uitgevoerd maar als ‘holle’ constructies ontworpen. Dit om volgens het VanderHoekse adagium van licht en stijf construeren te komen tot een gunstig dynamisch gedrag (hoge eigenfrequenties) van de constructie. Van Giessen maakt met 3D-printen een prototype in kunststof en voert opnieuw een analyse uit. De stijfheid blijkt al groter te zijn dan van de bestaande, in metaal uitgevoerde, constructie. De tilt ten gevolge van productietoleranties is meer dan gehalveerd. Binnen het bestek van een hogeschoolafstudeeropdracht ontbreekt hem de tijd om uit aluminium

ruimte voor de electronica micro switch

klein interfacevlak vaste onderdeel robotarminterface

[1] Rz-scharnier. [2] Plaat voor interface naar arm. [3] Plaat voor interface naar gripper. [4] Veer voor voorspanning. [5] Mechanische stop. [6] Interface tussen [2] en [3].

Zij- en onderaanzicht van het polsgewricht, dat twee interfaces (met respectievelijk arm en gripper) met elkaar verbindt.

(vanwege lichtgewicht) een nieuw metalen polsgewricht te maken. De productiekosten zullen eveneens meer dan gehalveerd zijn, zo schat hij op basis van gegevens uit VDL ETG’s toeleverketen. Constructieprincipes en intuïtie Het meeste tijd besteedt Van Giessen aan de analyse van het bestaande ontwerp. Dat heeft te maken met de complexiteit en het beleid van VDL ETG om zaken grondig uit te zoeken voordat er iets in productie veranderd mag worden. Hij ziet met zijn intuïtie echter al gauw dat het ontwerp niet voldoet. Op het eind maakt hij een nieuw, beter presterend ontwerp. Dat baseert hij, zoals gemeld, op VanderHoekse constructieprincipes. In zijn nabeschouwing vraagt hij zich daarom af of hij niet al eerder – vertrouwend op z’n intuïtie en op die principes – het bestaande ontwerp terzijde had moeten schuiven en aan een nieuw ontwerp had moeten beginnen. Al filosoferend komt hij tot een regeltechnisch model voor het ontwerpproces, niet gestuurd door verstoringen vanuit complexiteit en onzekerheid maar door constructieprincipes en intuïtie.

stijf lichaam (stilstaand)

mechanische stop

voorspan -veer

elastische elementen stijf lichaam (bewegend)

rotatie punt

Nieuw ontwerp (links) voor het polsgewricht met twee (verdikte) bladveren voor de scharnierfunctie. Rechts een 3D-print in kunststof van een nog iets vereenvoudigd ontwerp.

constructeur 01 - 2021

CST_Art05.indd 11

10/02/2021 16:18

CAE

‘Nooit meer nee zeggen’ ENGINEERING ANALYSIS-GROEP VIRO GEBRUIKT ALTAIR SIMULATION SOLUTIONS Dankzij een toename van de vraag naar complexe engineeringanalyses en simulaties groeit de Engineering Analysis (EA) groep van VIRO in Echt. Groepsleider Thijs Romans en ‘analysis engineer’ Jos Duelen vertellen hoe zij klantwaarde toevoegen met behulp van de Altair Simulation Solutions. Door de prestaties van machine- en productinnovaties te verbeteren en deze in een vroegtijdig stadium van het ontwikkelingstraject inzichtelijk te maken.

Sinds de oprichting in 1964 door twee ingenieurs is VIRO uitgegroeid tot een multidisciplinair advies- en ingenieursbureau met 12 vestigingen in Nederland, België en Duitsland. De vestiging in Echt is gespecialiseerd in product-engineering, machinebouw en industriële projecten, waarvoor een groep van 14 medewerkers de engineeringanalyses uitvoert. “VIRO werkt in Zuid-Nederland vooral voor bedrijven in de semiconductor- en automobielindustrie vertelt Romans. “Daardoor werken wij onder andere aan projecten voor het ontwikkelen van elektrische bussen, vrachtwagens en het ontwikkelen van andere elektrisch aangedreven voertuigen, zoals veegwagens. Als onze collega’s betrokken worden bij het ontwikkelen van het chassis of andere onderdelen voor een nieuw type voertuig, worden wij door hen ingeschakeld voor het doorrekenen van alle belastingscenario's. Met als doelstelling zowel het betreffende onderdeel te verbeteren, als de gehele ontwerpen engineeringfase te versnellen.” Regie “Tot ongeveer zeven jaar geleden werkten wij meestal met dezelfde software die onze klanten gebruikten", vertelt Ro12

CST_Art04.indd 12

mans. “Het gevolg daarvan was dat onze medewerkers de functies en kennis van meerdere analyse- en simulatieprogramma’s moesten bijhouden. Om zelf meer de regie in handen te hebben werken wij de laatste jaren zoveel mogelijk met Altair Simulation Solutions.” Open architectuur “De belangrijkste reden om te gaan standaardiseren op Altair Simulation Soluti-

'KWART VAN ONZE KLANTEN WERKT OOK MET ALTAIR’ ons is dat het naar onze ervaring de beste allround software is voor het opbouwen, analyseren en simuleren van complexe modellen”, vervolgt Romans. “Ongeveer een kwart van onze klanten werkt ook met Altair-simulatiesoftware en van klanten die met andere software werken kunnen wij de modellen goed importeren dankzij de open architectuur van Altair Simulation Solutions. Een andere reden om voor Altair Simulation Solutions te

kiezen is de hoeveelheid functionaliteit van Altair zelf en een groot aantal partners, die via het flexibele licentiemodel toegankelijk zijn. Daardoor hoeven wij nooit meer nee te zeggen tegen bijzondere klantvragen, omdat alle benodigde functionaliteit direct toegankelijk is. “Zo zijn wij bijvoorbeeld ooit met CFD-analyses (computational fluid dynamics) begonnen omdat het via Altair’s licentiemodel zonder investering vooraf uit te proberen was. Bij andere leveranciers moet je wel eerst een extra module aanschaffen, terwijl nog onduidelijk is of je de investering kunt terugverdienen. De afgelopen jaren is Altair Simulation Solutions voor onze EA-groep een onmisbare tool geworden om waarde te kunnen toevoegen aan de projecten van klanten. Het heeft zelfs onze businessontwikkeling gefaciliteerd omdat VIRO EA de moeilijkste uitdagingen krijgt voorgelegd waar onze klanten zelf en concurrenten niet uitkomen.” Creatieve flexibiliteit Altair Simulation Solutions is te gebruiken voor het analyseren van het eerste conceptidee tot en met de gedetailleerde productontwikkeling. “Wij hebben er in eerste instantie vooral constructieve ‘multi body dynamics’ (MBD) analyses mee constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:22

Testsimulatie inzake het (in)plooien van een koker voor een crash-berekening/controle.

Falen en inscheuren van een constructieonderdeel als gevolg van een impact.

‘ERVARING EN KENNIS BLIJVEN ALTIJD NODIG’

Indicatieve berekening inzake de frontale impact aan de voorzijde van een voertuig.

uitgevoerd en onze services in de loop der jaren uitgebreid met de al genoemde CFD’s en tevens crash- en noise-/vibrationanalyses”, vult Duelen aan. “Het feit dat wij nieuwe analyses laagdrempelig kunnen uitproberen als daar behoefte aan is voor het oplossen van een klantvraag, geeft je als engineer een grotere creatieve flexibiliteit en de kans om jezelf te ontwikkelen. Daarom spreken het flexibele licentiemodel in samenwerking met complementaire partners en de cloudgebaseerde open architectuurvisie van Altair ons bijzonder aan. Je kunt als EA-engineer ook tot op detailniveau invloed uitoefenen op de analyses en met behulp van scripting eigen routines toevoegen. Verder zijn de communicatielijnen met Altair kort en hebben zij een dichtbij gevestigd kantoor voor het volgen van cursussen. Tenslotte zijn de jaarlijkse technische conferentie en kosteloos te volgen webinars leerzame initiatieven om de kennis van onze groep actueel te houden en verder te verdiepen.” Toenemende regelgeving Analyse- en simulatiesoftware helpt bedrijven niet alleen het ontwerp en de prestaties van innovaties te verbeteren, maar ook te voldoen aan toenemende regelgeving, zoals UNECE voor de autoc o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art04.indd 13

Kabelsimulatie voor het uitrekenen van het krachtenspel met behulp van ‘Multibody Dynamics’.

mobielindustrie. “Sommige klanten hebben een speciale homologatie-afdeling die voor alle voertuigregelgeving verantwoordelijk is en het naleven daarvan door de supply-chainpartners coördineert”, zegt Duelen. “Door de goede ervaringen met onze toegevoegde waarde en samenwerking in voertuigprojecten, worden wij tevens benaderd om de aanwezige kennis uit te breiden. Zo hebben wij voor een vraag over genoemde UNECE-standaard bijvoorbeeld met de RADIOSS-solver van Altair Simulation Solutions een testproject voor onderzoek naar crashberekeningen en -simulaties uitgevoerd. Als spin-off van dat onderzoek hebben wij de afgelopen jaren inmiddels al meerdere projecten uitgevoerd om met crashsimulaties de veiligheid voor voertuigbestuurders en passagiers te verbeteren. Virtueel simuleren en analyseren levert uiteraard grote besparingen aan doorlooptijd en geld op in vergelijking met fysieke crashtests.” Kennis en ervaring altijd nodig Kijkend naar het gebruik van engineeringanalyses en -simulaties is er de laatste jaren een trend zichtbaar dat deze eerder en vaker in het ontwerpproces worden toegepast. Het doel daarvan is sneller en beter onderbouwde beslissingen te kun-

nen nemen om de ‘time-to-market’ van nieuwe producten en innovaties te kunnen verkorten. Deze trend wordt simulatie-gestuurd ontwerpen genoemd. “Die ontwikkeling zie ik niet als een bedreiging voor onze toegevoegde waarde omdat EA-ervaring en kennis altijd nodig blijven”, zegt Romans. “Door de snelle technische ontwikkelingen worden EA-vraagstukken steeds complexer en meer geïntegreerd, wat onze specialisten uitdaagt om zowel diepgaander als creatiever te analyseren. Vergelijk het maar met de ontwikkeling van autonoom rijdende voertuigen. Voor een aantal toepassingen, waaronder de logistieke processen in een magazijn en personen- of vrachtvervoer op bekende terreinen is dat een prima oplossing. In moeilijke of uitdagende omstandigheden echter niet. Tijdens een Formule 1 race wil je als coureur nooit op de automatische piloot rijden, maar altijd zelf het stuur, de versnellingen en remmen op basis van ervaring, inzicht en gevoel blijven bedienen. Door voortdurend de technische grenzen op te zoeken en te verleggen blijven onze EA-engineers belangrijke waarde toevoegen voor klanten.” WWW.ALTAIR.COM WWW.VIRO-GROUP.COM

11-02-21 10:22

MACHINE-VISION

Vol er bovenop GEÏNTEGREERDE MACHINE-VISION IN HORIZONTALE CASE-PACKER Christ Packing Systems wist dat het voor zijn nieuwe volledig geautomatiseerde horizontale casepacker, CaseTeq, verder zou moeten kijken dan lichtgordijnen en conventionele camera’s. De verpakkingsmachinefabrikant uit Ottobeuren, in het uiterste Zuidwesten van de Duitse deelstraat Beieren liet het oog vallen op het volledig geïntegreerde machine-visionsysteem van B&R – om de inspectie flexibeler en efficiënter te maken en tegelijkertijd kosten te besparen.

“Wij bieden product-aanwezigheidsverificatie aan als standaardonderdeel van onze verpakkingsmachines. Maar het type en de omvang van de inspectie die hiervoor nodig is, hangt sterk af van de klant, het te verpakken product en het type machine”, vertelt Timo Bochtler, hoofd Electrical Engineering bij Christ Packing Systems. “In het verleden hebben we twee verschillende inspectiesystemen gebruikt voor onze horizontale en verticale case-packers (bovenen zijladers): lichtgordijnen en conventionele camerasystemen.” Op een verticale case-packer kan de bundelcontrole eenvoudig en rendabel worden uitgevoerd met behulp van een lichtgordijn. Wanneer een laag producten vanuit de verzamellocatie in de doos wordt geschoven, controleren de lichtgordijnen of er geen producten ontbreken. Het gordijn is georiënteerd met de balken loodrecht op de laag. Als de productlaag compleet is, zullen de lichtbundels gedurende een bepaalde tijd onderbroken blijven als de laag wordt doorgeduwd. Als er een product ontbreekt en de lichtbundels gaan ‘door’ de laag heen, veroorzaakt de verandering in de onderbrekingsduur van de lichtbundel een foutmelding. Lichtgordijnen: eenvoudig maar niet flexibel Behalve de lage hardwarekosten heeft inspectie met een lichtgordijn nog een ander voordeel: bij verandering van formaat kan de gebruiker via de bedieningsinterface het inspectieproces eenvoudig aanpassen aan de nieuwe omstandigheden. Het enige wat ze hoeven te doen is de begin- en eindpositie (breedte) van de stapel in te stellen, evenals het aantal benodigde bundels en de bijbehorende onder14

CST_ArtB&R.indd 14

brekingsduur van de bundel. Wel zijn een paar testruns nodig, voordat de machine op volle snelheid aan de slag kan. Die zijn nodig om te bevestigen of de geselecteerde lichtbundelconfiguratie betrouwbare resultaten oplevert. Als de laag uit producten met ronde hoeken bestaat, zitten er tussen de producten ruimtes die de bundels doorlaten – en dus een foutmelding opleveren. Om dat te voorkomen, moet de operator de betreffende lichtbundels uitschakelen. “Soms moet je zelfs twee bundels boven elkaar uitschakelen om de productie soepel te laten verlopen. Maar als je dat doet, verminder je ook de kwaliteit van de verificatieresultaten”, weet Bochtler uit ervaring. “Je loopt ook het risico dat de operators vergeten de bundels opnieuw in te schakelen wanneer ze van formaat veranderen.” Hoe dan ook, lichtgordijnen hebben moeite met het scannen van lagen van veel kleine producten en kunnen lastig omgaan met onverwacht veranderende eisen. Klassieke benadering Bij het horizontale verpakken is gebruik van een lichtgordijn niet mogelijk. Daarom heeft Christ tot nu toe een camera gebruikt die op de pick-andplace-as is gemonteerd en het vullen van de verpakking op de horizontale case-packer controleert. Voor de beeldverwerking koos Christ de klassieke benadering met een systeem dat bestaat uit een camera, een lens, een beeldverwerkingssysteem (meestal een PC), speciale beeldverwerkingssoftware, en indien nodig verlichtingselementen. Deze oplossing is ingewikkelder en duurder dan een lichtgordijn, maar biedt extra flexibiliteit, prestaties en betrouwbaarheid. Bovendien is het hiermee ook mogelijk om constructeur 01 - 2021

11-02-21 09:57

De CaseTeq horizontale case-packer voor het volautomatisch horizontaal uitvouwen, vullen en sluiten van voorgelijmde dozen. Camera’s van B&R vervullen verschillende inspectietaken.

bundelcontroles van producten en andere complexere inspecties uit te voeren, zoals het herkennen van posities en patronen of het lezen van codes en tekst. Geen cameraspecialisten Het nadeel van de cameraoplossing is het fikse prijskaartje voor al die hardware en software. Een andere niet te onderschatten factor is de extra tijd en moeite voor de softwareontwikkelaars van de machine: traditioneel is machine-vision een op zichzelf staand systeem, dus de programmeurs moeten leren werken met specifieke software en extra interfaces. Het brengt ook beperkingen met zich mee hoe goed de beeldverwerkingssoftware kan worden geïntegreerd in de machinetoepassing. Bovendien heeft iedereen c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_ArtB&R.indd 15

die de beeldverwerkingssoftware gebruikt een speciale opleiding nodig. Voor de fabrikant betekent dit meestal dat hij afhankelijk is van ondersteuning door derden. Voor de betrokkenen ook van belang: het systeem moet na de installatie in het veld worden gekalibreerd en elke keer dat hardware wordt vervangen. “We zijn bekwame werktuigbouwkundigen, maar we zijn geen cameraspecialisten. We hebben niet de ervaring om te weten welke situaties belichting nodig hebben en welke niet”, zegt Bochtler, waarbij hij zich richt op een ander kritisch aspect van conventionele cameraoplossingen. Een machinebouwer die probeert de kosten te drukken door belichting achterwege te laten, loopt het risico dat hij de verlichting later alsnog moet aanbrengen. Aan de andere > 15

11-02-21 09:57

De CaseTeq is flexibeler, beheersbaarder en gebruiksvriendelijker dankzij het geïntegreerde visionsysteem van B&R.

kant, als ze lampen installeren die niet nodig blijken te zijn, is dat een overbodige investering verloren gaan. Kortom, alle inspectiesoplossingen die Christ in het verleden heeft geprobeerd, hebben te kampen gehad met onvoorspelbare risico’s en verborgen kosten. Geïntegreerde machine-vision Toen B&R zijn geïntegreerde machine-visionsysteem voor het eerst presenteerde aan het managementteam van Christ, namen ze daar onmiddellijk notie van. De reden: Omdat het geïntegreerd is ondergebracht in de Automation Studio-engineeringsoftware van B&R, is het visionsysteem goed toegankelijk en beheersbaar voor de machinebouwer en hun ontwikkelaars. Vanuit de vertrouwde automatiseringsomgeving hebben ze toegang tot alle camerafuncties die ze nodig hebben en kunnen die eenvoudig integreren in de machinetoepassing. Specialistische kennis van beeldverwerking is niet noodzakelijk, dus de introductietraining beperkt zich tot het minimum. Het uitgebreide visionportfolio voorziet bovendien in de juiste combinatie voor elk pakket van eisen. Het omvat een scala aan verschillende camera’s met geïntegreerde verlichting, een verscheidenheid aan resoluties en accessoires zoals externe verlichting. Wat de oplossing echt onderscheidt is het niveau van integratie: alle componenten zijn met elkaar verbonden via een gemeenschappelijk netwerk en worden door dezelfde toepassing aangestuurd. Dat maakt het mogelijk om de flitser en de sluitertijd in het sub-microsecondenbereik te synchroniseren en de ledcomponenten zo efficiënt mogelijk te gebruiken. Schaalbaar en eenvoudig te gebruiken De Smart Sensor-versie van de camera is geschikt voor als het maar om één specifieke beeldverwerkingsfunctie gaat, zoals het lezen van een QR-code of positiedetectie. Hierbij is het niet nodig om voor elke functie extra camera-hardware te installeren. In plaats daarvan configureert de gebruiker eenvoudigweg de gewenste Smart Sensor-functie in de engineeringomgeving van Automation Studio. Worden meer functies gevraagd, dan kan worden overgestapt op een krachtigere slimme camera. Al ontwikkelde applicatiesoftware, parameters en modellen kunnen verder worden gebruikt. De camera en de lens zijn in de fabriek gekalibreerd, zodat dit niet bij de ingebruikname van het product hoeft te worden her16

CST_ArtB&R.indd 16

constructeur 01 - 2021

11-02-21 09:57

haald. De installatie kan nauwelijks eenvoudiger, omdat de camera alle instellingen automatisch van de controller krijgt. Wisselen met een druk op de knop De strak geïntegreerde oplossing heeft ook voordelen voor de gebruiker. Alle parameters, inclusief de focusinstelling, kunnen worden opgeslagen als recepten en met een druk op de knop worden geladen voor een nieuw formaat doos. “Ook als de gegevens voor een product- of doosformaat nog niet beschikbaar zijn, is dat geen probleem. Je hoeft alleen maar een nieuw product in te leren en op te geven hoe de producten in de laag zijn gerangschikt. Het systeem regelt de rest. Dat is een van mijn favoriete onderdelen”, geeft Bochtler toe. Het implementeren van een snelle productwissel is nog makkelijker als de machinebesturing ook van B&R is, zoals ze bij Christ tot hun vreugde ontdekten. Het systeemconfiguratie- en receptuurbeheersysteem kan dan direct in de HMI-toepassing worden geïntegreerd. De bekende ‘tools’ van de Automation Studio-omgeving kunnen worden gebruikt voor de diagnostiek. De mapp Vision-softwarecomponent van B&R geeft de programmeurs toegang tot de HALCON machine-vision bibliotheek van MVTec, een in München gevestigde spin-off van de Technische Universiteit van München en FORWISS, het Beierse onderzoekscentrum voor kennisgebaseerde systemen. De bibliotheek staat vol met beproefde, kant-en-klare algoritmen voor positiebepaling, volledigheidsverificatie, kwaliteitsbeoordeling, meting en identificatie. “Ze maken het voor automatiseringsspecialisten zoals wij gemakkelijk om na een korte introductie zelfstandig machine-vision-oplossingen te implementeren”, zegt Bochtler tevreden. Nieuwe inspectieoplossingen Vanwege de voordelen, heeft Christ besloten om hun eerste volc o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_ArtB&R.indd 17

Timo Bochtler: "Het visionpakket van B&R heeft alles wat we nodig hebben.”

ledig geautomatiseerde horizontale case-packer met laagvolledigheidsverificatie op de markt te brengen – met machine-vision van B&R. De Beierse ‘verpakkers’ zijn van plan om in de nabije toekomst nieuwe inspectietaken toe te voegen op basis van dit systeem met als uiteindelijk doel al hun secundaire verpakkingsmachines om te bouwen naar de nieuwe technologie. “Het visionpakket van B&R heeft alles wat we nodig hebben. Met hun schaalbare oplossing zijn we in staat om de afzonderlijke besturingssystemen die we vroeger nodig hadden, te vervangen door één enkele, volledig geïntegreerde oplossing voor machinevisie”, aldus Bochtler. “Het is niet alleen economischer, maar voegt ook waardevolle flexibiliteit en betrouwbaarheid toe aan het inspectieproces. Tegelijkertijd vermindert het voor ons en onze klanten het risico op onaangename verrassingen.” WWW.BR-AUTOMATION.COM WWW.CHRIST-PS.COM

Geïntegreerd in de Automation Studio-engineeringsoftware, is het visionsysteem goed toegankelijk en beheersbaar voor machinebouwers en ontwikkelaars.

11-02-21 09:57

MACHINEVEILIGHEID

‘Safety’ in batchgrootte 1 MODULAIRE KLANTSPECIFIEKE MYPNOZ-VEILIGHEIDSRELAIS In 1987 komt Pilz met ‘s werelds eerste veiligheidsrelais PNOZ (P = Pilz, NO = noodstop, Z = ‘zwangsgeführt’, oftewel mechanisch gedwongen): kleiner dan de conventionele schakeling met magneetschakelaars, gemakkelijker te hanteren, maar vooral veiliger door een gecertificeerde typekeuring. De eerste PNOZ-apparaten zijn uitgegroeid tot complete families voor talloze toepassingen. Nu komt daar myPNOZ bij: veiligheidsrelais die klantspecifiek, individueel in batchgrootte 1 worden gebouwd. Met myPNOZ komt niet alleen een nieuw ‘product’ op de markt, maar is ook een bijhorend digitaal consistent proces ontwikkeld, dat de complete samenstelling, simulatie, bestelling en inbedrijfstelling omvat. Met behulp van de online apllicatie myPNOZ Creator stellen klanten hun myPNOZ-veiligheidsrelais voor het eerst zelf online samen en ontvangen ze ‘hun’ product voorgemonteerd en klaar om te installeren – in batchgrootte 1. Via de webapplicatie ‘creëren’ klanten hun op basis van een risicoanalyse vastgestelde veiligheidsoplossing. Hierdoor krijgen ze een op maat gemaakt product met de gevraagde functionaliteit die wordt bepaald door de volgorde van de modules en ‘ready-to-install’ wordt geleverd. Volgens de makers brengen de logische structuur, het achterwege laten van onnodige onderdelen en het eenvoudige configuratie- en bestelproces de nodige voordelen met zich mee voor de gebruiker.

warekennis voor de programmering of samenstelling is niet nodig, omdat de logica van de verbinding van de veiligheidsfuncties al via de insteekvolgorde is gedefinieerd. Het op deze manier gegenereerde ‘virtuele’ product wordt vervolgens besteld, door Pilz voorgemonteerd, ingesteld, getest en geleverd als voorgeconfigureerd systeem, klaar voor instal-

Intuïtief In myPNOZ Creator stelt de gebruiker/ klant, online het product samen. Soft-

Basisregels Zodra na de risicobeoordeling het aantal en het type gevaarlijke bewegingen be-

CST_Art02.indd 18

VEILIGHEID OP MAAT EN ‘READY TO INSTALL’ latie. Voor de installatie, de inbedrijfstelling of voor vervanging is geen programmeerkennis of software nodig. De benodigde hoeveelheid bekabelingswerk en ruimte in de schakelkast is gering.

kend zijn, komen machine- en installatiebouwers tot de eerste ideeën voor risicominimalisatie. Volgens Pilz ondersteunt de webapplicatie dit proces op een logische manier: de gebruiker legt het aantal, het type en de logica van de veiligheidsfuncties vast en volgt een transparante en eenvoudige procedure. Afhankelijk van de veiligheidseisen verbindt hij noodstop, veiligheidshek, lichtscherm, enzovoort middels logische AND/OR-verbindingen. Daarbij moeten wel enkele basisregels in acht worden genomen: zo moet elk logische AND minstens één uitgang hebben, die de gebruiker gewoon toevoegt in myPNOZ Creator. Als de tool logicafouten in de volgorde van de veiligheidsfuncties ontdekt, verschijnt er een rood lampje; als de verbinding correct is, verschijnt er een groen lampje. De gebruiker kan een willekeurig aantal extra veiligheidsfuncties instellen en details zoals een opkom- of afvalvertraging definiëren. Hij kan ook andere veiligheidszones in de installatie definiëren en er een uitgang aan toewijzen, die hij bijvoorbeeld met een vertraging van 2 s wil schakelen. Tegelijkertijd kan hij bepalen onder constructeur 01 - 2021

10/02/2021 16:11

Met de nieuwe veiligheidsrelais myPNOZ worden veilige oplossingen aangeboden die volgens klantspecifieke eisen individueel in batchgrootte 1 worden gebouwd

welke voorwaarden de installatie na een stop opnieuw mag starten. Als de gebruiker selectief wil testen of een schakeling naar wens reageert, kan hij in de applicatie bijvoorbeeld via de online simulatie een lichtscherm activeren en de reactie onmiddellijk controleren. Druk op de knop Als de geselecteerde logische verbindingen geldig zijn, berekent myPNOZ Creator automatisch welke modules nodig zijn en in welke volgorde ze moeten worden ingestoken. Naast de documentatie ontvangt de gebruiker een bedradingsschema. Met een spreekwoordelijke druk op de knop kan hij nu zijn myPNOZ in de gewenste configuratie bestellen. Samen met het voorgeconfigureerde en inbouwklare veiligheidsrelais ontvangt de klant een zogenaamde ‘oorzaak- en gevolgentabel’, een technische matrix die de inbedrijfstelling ondersteunt. De levering bevat ook een typecode met productaanduiding, zodat de klant op elk moment hetzelfde apparaat opnieuw kan bestellen als dat nodig is. Nog steeds een veiligheidsrelais MyPNOZ combineert de opgebouwde veiligheidsexpertise van de afgelopen decennia met de beproefde eigenschappen van alle PNOZ-veiligheidsrelais, zoals betrouwbaarheid, veiligheid, eenvoud en bedieningsgemak bij installatie en onderhoud, en een eenvoudige, snelle c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art02.indd 19

diagnose. In essentie is ook de nieuwste productfamilie myPNOZ nog steeds een veiligheidsrelais. Wat hardware betreft bestaat het relais uit een kopmodule met insteekbare uitbreidingsmodules. De kopmodule zorgt voor de stroomvoorziening en ook voor een overkoepelende veiligheidsfunctie. Elke ingangsmodule kan maximaal twee veiligheidsfuncties bewaken. De werking van het individueel op maat gemaakte veiligheidsrelais is het resultaat van de gedefinieerde logische verbindingen. De systeemlogica wordt bepaald door de insteekvolgorde en de instelling van de draaischakelaars. Tot zestien veilige ingangsfuncties Het voorgemonteerde apparaat is daarbij uniek wat betreft type, modulariteit en flexibiliteit: het innovatieve veiligheidsschakelapparaat is een eenvoudig te bedienen, flexibel, modulair veiligheidsrelais met interne combinatielogica, maar vereist geen engineeringsoftware en is bij uitstek geschikt voor veiligheidstoepassingen met een eenvoudige tot gemiddelde complexiteit vanaf twee tot maximaal zestien veilige ingangsfuncties. Hierbij combineert myPNOZ de kenmerken van een eenvoudig te bedie-

nen, flexibel, modulair veiligheidsrelais met interne combinatielogi-

ca. De logische verbinding van de veiligheidsfuncties op basis van de insteekvolgorde en de sterk gereduceerde bekabeling maken myPNOZ efficiënt in het gebruik. Het schakelapparaat heeft geen helemaal geen engineeringsoftware nodig. In de opbouw wordt volgens Pilz een nieuwe manier van denken en kijken bij de verbinding van individuele functies en bij het totale proces van samenstelling, simulatie, bestelling en levering gevolgd. Het bijzondere hieraan is het nieuwe type interne logica van het product: dankzij de modulaire opbouw kan myPNOZ worden gebruikt om meerdere veiligheidssensoren te bewaken zonder - zoals voorheen - meerdere relais te hoeven aansluiten. Economische voordelen MyPNOZ is de consequente verdere ontwikkeling van klassieke veiligheidsrelais in de richting van batchgrootte 1. Nieuw is de productindividualisering, inclusief een volgens de makers tot nu toe ongekend samenstellings-, simulatieen bestelproces, evenals een nieuwe manier van ondersteuning voor de > 19

10/02/2021 16:11

Gebruikers stellen via de intuïtief te bedienen online tool myPNOZ Creator ‘hun’ individuele veiligheidsrelais myPNOZ samen. (Foto: Pilz GmbH & Co. KG / iStock.com/ Suradech14)

klant tijdens het inbedrijfstellingsproces. Pilz richt zich met deze ontwikkeling op machine- en installatiebouwers en automatiseerders in alle branches die twee tot maximaal 16 veiligheidsfuncties nodig hebben en daarbij geen gebruik willen maken van engineeringsoftware. Vooral kleinere en middelgrote bedrijven die hun schakelkast (met uitzondering van de machinebesturing) om verschillende redenen vrij van software willen houden, hebben daar baat bij. Voorkomen van onderhoudskosten, geen externe systeemtechnici, kostenbesparingen bij de softwaretraining van het personeel, het zijn allemaal economische voordelen. Daarnaast kan de vervanging van modules een kostenoptimaliserend effect hebben: als er maar één module defect is, hoeft de module alleen maar te worden vervangen en de 20

CST_Art02.indd 20

machine draait weer verder. Bovendien richt myPNOZ zich ook op die installatiefabrikanten voor wie configureerbare kleine besturingssystemen zoals

LOGISCHE VERBINDING VIA MODULEVOLGORDE PNOZmulti 2 (nog) niet de moeite waard zijn, maar die graag meerdere veiligheidsfuncties willen instellen met logica die vergelijkbaar is met de softwareprogrammering. Tot slot kunnen ook op klanten gebruikers die nu gebruik ma-

ken van conventionele veiligheidsrelais zoals PNOZsigma, profiteren van de flexibiliteit van het nieuwe systeem om aan hun huidige behoeften te voldoen. PNOZ of myPNOZ? Als vuistregel geldt: één of twee veiligheidsfuncties, zoals noodstop en veiligheidshek, kunnen ook in de toekomst goed en rendabel worden afgedekt door een klassiek veiligheidsrelais. MyPNOZ moet echter beslist worden beschouwd als een efficiënt en rendabel alternatief in het bereik van twee tot zestien bewaakte veiligheidsfuncties. In vergelijking met conventionele schakelapparaten is dit maatproduct in dit segment de flexibelere en beter uitbreidbare versie. Al vanaf twee veiligheidsfuncties verdient een vergelijking tussen myPNOZ en PNOZsigma aanbeveling. constructeur 01 - 2021

10/02/2021 16:11

De modulen van het veiligheidsrelais myPNOZ worden op eenvoudige wijze via BUS-connectoren met elkaar verbonden. De logische verbinding van de veiligheidsfuncties wordt via de insteekvolgorde gedefinieerd.

Bij een eenvoudige pers-retrofit met een te beveiligen noodstop en veiligheidshek lijkt een klassiek PNOZ-veiligheidsrelais op het eerste gezicht afdoende. Als er echter nog een lichtscherm bijkomt of als het veiligheidsconcept rekening moet houden met verschillende zones, is myPNOZ aan te bevelen. Hetzelfde geldt voor installaties met twee zones, die de exploitant veiligheidstechnisch verschillend wil behandelen. Een rendabele veiligheidsoplossing moet in een noodgeval immers niet de hele installatie stilleggen, maar slechts een deel ervan. Insteekvolgorde Dit zijn taken die met myPNOZ snel kunnen worden samengesteld en voordelig kunnen worden opgelost, vooral omdat de geleverde systemen, die al inc o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art02.indd 21

dividueel zijn voorgemonteerd, alleen nog hoeven te worden ingebouwd en aangesloten. De installaties komen sneller in bedrijf, het proces is beduidend minder gevoelig voor fouten en fabrikanten en exploitanten besparen zo tijd en geld. Als zich een vergelijkbaar project aandient, kan dezelfde veiligheidsoplossing opnieuw worden besteld via een meegeleverde typecode. De opbouw en flexibiliteit van het totale systeem maken eventuele aanpassingen en wijzigingen eenvoudig mogelijk. In principe is myPNOZ zo ontworpen dat de interne logica gemakkelijk kan worden gewijzigd of uitgebreid via de insteekvolgorde. ‘Pay-what-you-need’ Het modulair opgebouwde veiligheidsrelais opent een breed scala aan moge-

lijkheden voor klanten om op maat gemaakte oplossingen te implementeren. De basiseigenschappen van een PNOZ, namelijk veiligheid, eenvoud, comfortabele bediening tijdens installatie en onderhoud, alsmede eenvoudige en snelle diagnose, blijven daarbij behouden. Deze eigenschappen maken het voor klanten gemakkelijk om van een bestaande relais-oplossing over te stappen naar myPNOZ. De individuele ‘pay-what-you-need’-aanpak staat garant voor een optimale kosten-batenverhouding en maakt het veiligheidsrelais aantrekkelijk, zowel in vergelijking met conventionele veiligheidsrelais als met het oog op het aanbod op de markt. WWW.PILZ.NL

10/02/2021 16:11

MACHINEVEILIGHEID

CE versus NA DE BREXIT IS NU IN HET VERENIGD KONINKRIJK DE UKCA-MARKERING ‘VERPLICHT’ Officieel heeft het Verenigd Koninkrijk (VK) met een uittredingsakkoord op 31 januari 2020 de EU verlaten. Eind december 2020 is op de valreep een deal tot stand gekomen tussen de Europese Unie (EU) en het VK met onder andere afspraken over het verhandelen van goederen. Maar het afgelopen jaar was al duidelijk geworden hoe het VK vanaf 1 januari 2021 om zal gaan met het in de handel brengen van producten, waar binnen de EU een CE-markering op van toepassing is. DE N N I S VA N L O O N , SE N I O R C O N S U LTA N T M AC H I N E S A F E T Y, D & F C O N S U LT I N G BV, T Ü V C E R T I F I E D F UN C T I O N A L S A F E T Y E N G I N E E R

Het land heeft namelijk een eigen variant op de CE-markering in het leven geroepen: de UKCA-markering. De ‘United Kingdom Conformity Assessment’-markering is vanaf 1 januari 2021 in het VK ‘verplicht’ op producten die voorheen met een CE-markering in de handel mochten worden gebracht. Een korte uiteenzetting van de impact. Geen paniek Er is geen reden om direct in paniek te raken na het lezen van 1 januari 2021 als datum dat binnen het VK de UKCA-markering verplicht wordt. Er is namelijk besloten om markpartijen en fabrikanten de tijd te geven om het een en ander te kunnen organiseren. Voor producten die reeds voor 1 januari 2021 binnen het VK (of een Europese lidstaat) in de handel zijn gebracht, verandert op dit moment sowieso niets; deze moesten immers voldoen aan de van toepassing zijnde regelgeving toen ze in de handel werden gebracht. 2021 overgangsjaar Zoals het er nu naar uit ziet is er voor de meeste CE-gemarkeerde producten een overgangsjaar gedefinieerd – van 1 januari 2021 tot en met 31 december 2021. Gedurende deze periode worden bedrijven aangemoedigd om zo snel mogelijk de nieuwe Britse regelgeving te volgen. Om bedrijven echter de tijd te geven om zich aan te passen, kunnen CE-gemarkeerde producten (op basis van de Europese productrichtlijnen zoals opgenomen in tabel 1) zonder verdere consequenties op de Britse markt wor22

CST_Art01.indd 22

den gebracht tot 1 januari 2022. Binnen Europa is het standaard zo geregeld dat de Europese Commissie productrichtlijnen opstelt die worden verstrekt aan alle lidstaten, die deze dan in de nationale wetgeving moeten implementeren. Aangezien het VK nog geen wijzigingen heeft aangebracht in deze nationale wetgeving, voldoet een product dat in overeenstemming is met een Europese productrichtlijn (CE-markering) dus automatisch ook aan de eisen die de VK productwetgeving aan het product stelt. Hetzelfde is overigens ook van toepassing voor producten die zijn beoordeeld door een door de EU aangemelde instantie (Notified Body). Deze tussenoplossing komt te vervallen wanneer het VK in de tussentijd toch aanpassingen gaat doorvoeren in de nationale productwetgeving.

Wees dus alert!

Wie alleen producten in het Verenigd Koninkrijk op de markt brengt en dus niet in de Europese Unie, kan volstaan met een UKCA-markering en kan de CE-markering eventueel achterwege laten. Gelijkwaardig Kortom, de CE-markering, de EU-conformiteitsverklaring en de EU-typegoedkeuringstest worden tot uiterlijk eind 2021 als gelijkwaardige alternatieven voor de overeenkomstige Britse wetgeving beschouwd. Er is dus een overgangsperiode van één jaar. Daarna moet de UKCA-markering worden gebruikt en moeten gerelateerde vereisten worden geconstructeur 01 - 2021

10/02/2021 15:53

Europese productrichtlijn (CE-markering)

VK productwetgeving (UKCA-markering)

Toy Safety - Directive 2009/48/EC

Toys (Safety) Regulations 2011

Recreational craft and personal watercraft - Directive 2013/53/EU

Recreational Craft Regulations 2017

Simple Pressure Vessels - Directive 2014/29/EU

Simple Pressure Vessels (Safety) Regulations 2016

Electromagnetic Compatibility - Directive 2014/30/EU

Electromagnetic Compatibility Regulations 2016

Low Voltage Directive 2014/35

Electrical Equipment (Safety) Regulations 2016

Non-automatic Weighing Instruments - Directive 2014/31/EU

Non-automatic Weighing Instruments Regulations 2016

Measuring Instruments - Directive 2014/32/EU

Measuring Instruments Regulations 2016

Lifts - Directive 2014/33/EU

Lifts Regulations 2016

ATEX - Directive 2014/34/EU

Equipment and Protective Systems Intended for use in Potentially Explosive Atmospheres Regulations 2016

Radio equipment - Directive 2014/53/EU

Radio Equipment Regulations 2017

Pressure equipment - Directive 2014/68/EU

Pressure Equipment (Safety) Regulations 2016

Personal protective equipment - Regulation (EU) 2016/425

Personal Protective Equipment Regulations (Regulation (EU) 2016/425 as brought into GB law and amended) and the Personal Protective Equipment (Enforcement) Regulations 2018

Gas appliances - Regulation (EU) 2016/426

Gas Appliances Regulation (Regulation (EU) 2016/426 as brought into GB law and amended) and the Gas Appliances (Enforcement) and Miscellaneous Amendment Regulations 2018

Machinery Directive 2006/42/EC

Supply of Machinery (Safety) Regulations 2008

Outdoor Noise Directive 2000/14/EC

Noise Emission in the Environment by Equipment for use Outdoors Regulations 2001

Directive 92/42/EEC hot-water boilers AND Ecodesign Directive 2009/125/EC

The Ecodesign for Energy-Related Products and Energy Information (Amendment) (EU Exit) Regulations 2019

Restriction of the Use of certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment (RoHS) - Directive 2002/95/EC

The Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment Regulations 2

Tabel 1 EU-productrichtlijnen in relatie tot de nationale wetgeving in het Verenigd Koninkrijk.

ïmplementeerd. Wanneer er een tussentijdse wijziging in de Britse productwetgeving plaatsvind, is de UKCA-markering mogelijk eerder al vereist.

moeten maatregelen nemen om ervoor te zorgen dat deze UKCA-markering op een degelijke wijze wordt aangebracht en niet vanzelf los komt.

Minimaal separate UKCA-markering in 2022 Vanaf 1 januari 2022 zal, om aan te geven dat het product in overeenstemming is met de Britse nationale productwetgeving, de UKCA-markering worden aangebracht op producten waarvoor binnen Europa CE-markering van toepassing is. Dit betekent dat veel producten met zowel een CE- als een UKCA-markering op de markt gebracht gaan worden. Om de last voor bedrijven die te maken hebben met bijvoorbeeld serieproductie te verlichten, bestaat er tot 1 januari 2023 voor de meeste producten de mogelijkheid om de UKCA-markering aan te brengen op een apart etiket of plaatje dat separaat op het product wordt aangebracht of eventueel zelfs op een begeleidend document. De marktdeelnemers (fabrikant, importeur of distributeur)

1 januari 2023 geïntegreerde UKCA-markering Vanaf 1 januari 2023 moet de UKCA-markering in de basis rechtstreeks op het product worden aangebracht zoals dit nu ook van toepassing is voor CE-markering (hier zijn enkele uitzonderingen wanneer bijvoorbeeld het soort product het niet toelaat om daar een CE-markering op aan te brengen). Het is dan dus niet meer toegestaan om deze middels een apart etiket, plaatje of document met het product mee te leveren. Kortom, het product krijgt vanaf 2023 één typeplaat waar alle relevante informatie op staat en minimaal voorzien is van een UKCA-markering op basis van de onderstaande voorwaarden: • De UKCA-markering mag alleen op het product worden aangebracht door de fabrikant >

c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art01.indd 23

10/02/2021 15:53

Moment van in de handel brengen in het VK

In het VK geaccepteerde en vereiste markering

Producten die tot eind 2021 in het VK in de handel gebracht worden

UKCA of CE

Producten die vanaf 2022 in het VK in de handel gebracht worden

UKCA (eventueel als separate bijgeplaatste markering)

Producten die vanaf 2023 in het VK in de handel gebracht worden

UKCA (opgenomen op algemene product- of typeplaat)

•

of een gevolmachtigde, voor zover dit is toegestaan binnen de relevante VK productwetgeving. De fabrikant (of zijn gevolmachtigde) neemt de volledige verantwoordelijkheid voor de conformiteit van zijn product met de toepasselijke Britse wettelijke vereisten. De UKCA-markering geeft aan dat het product in overeenstemming is met de met de toepasselijke Britse wettelijke vereisten. Om de UKCA-markering aan te kunnen brengen moet tevens een UKCA-conformiteitsverklaring worden opgesteld en meegeleverd met het product. Er mogen geen andere markeringen, merktekens of symbolen op het product worden aangebracht naast de UKCA-markering die de leesbaarheid of betekenis van de UKCA-markering zouden beïnvloeden.

der eigen verantwoordelijkheid de ‘CE-conformiteitsbeoordeling’ mag uitvoeren, zal dit ook het geval zijn voor de ‘UKCA-conformiteitsbeoordeling’. De UKCA-markering wordt in Europa en Noord-Ierland niet erkend en heeft als zodanig geen status. Producten die momenteel een CE-markering vereisen voor verkoop in Europa, zullen ook vanaf 1 januari 2021 nog steeds een CE-markering nodig hebben – en eventueel ook moeten voldoen aan de andere relevante EU-regels. Wanneer vanaf 1 januari 2021 een product uit het Verenigd Koningrijk geïmporteerd wordt in de EU met alleen een UKCA-markering, mag deze dus niet in de handel gebracht worden alvorens alsnog een conformiteitsbeoordeling is doorlopen op basis van de Europese productregelgeving en het product voorzien is van een CE-markering.

Impact lijkt in veel gevallen mee te vallen Met een beetje gelukt hoeft een fabrikant die op dit moment producten verhandeld in overeenstemming met de Europese productregelgeving – en die dus voorzien zijn van een CE-markering – en straks ook producten in het VK wil blijven verhandelen, technisch en wat technische documentatie betreft niet al te veel aan te passen. Tenzij de Britse productwetgeving inhoudelijk af gaat wijken van de Europese productregelgeving. Met betrekking tot productinformatie, conformiteitsverklaringen, markeringen en eventueel conformiteitsbeoordeling zal er wel het nodige moeten worden aangepast.

Net zoals voor CE-markering zijn er voor UKCA ook de nodige documentatievereisten: • De fabrikant (of zijn gevolmachtigde) moet technische documentatie opstellen. Dit moet de onderbouwing bevatten dat het product voldoet aan de wettelijke eisen. • Dit ‘Technisch Dossier’ kan worden opgevraagd door de Britse toezichthoudende autoriteiten. Net als bij de CE-markering, moet dit Technisch Dossier minimaal tien jaar worden bewaard. UKCA-conformiteitsbeoordeling Waar een verplichte conformiteitsbeoordeling door een aangemelde instantie (NoBo) vereist was voor producten met CE-markering, zal deze ook vereist worden voor producten die met UKCA-markering op de Britse markt worden gebracht. De verschillende typen conformiteitsbeoordelingsprocedures, zoals die nu ook al verankerd zijn in de Europese productregelgeving, zullen binnen de Britse productwetgeving op dezelfde manier worden opgezet. Wanneer van toepassing mag deze conformiteitsbeoordeling door een aangemelde instantie straks alleen worden uitgevoerd door een in het VK erkende instantie om de UKCA-markering aan te mogen brengen. Voor producten waar de fabrikant op dit moment on24

CST_Art01.indd 24

Tabel 2 De mijlpalen en bijbehorende markeringen

DISCLAIMER De hier besproken informatie is ontleend aan publicaties van de Britse regering over Brexit. Aan dit artikel kan geen aansprakelijkheid voor de juistheid of uitvoering ervan ontleend worden. Voor actuele informatie: www.gov.uk/guidance/placing-manufactured-goods-on- the-market-in-great-britain-from-1-january-2021#legislation. Contact opnemen met D&F kan uiteraard ook. Kijk voor contactgegevens op www.denf.nl.

constructeur 01 - 2021

10/02/2021 15:53

Product 1 25

JAARGANG 29, 2021

IN DIT KATERN

1 2–3 4

MOLO ÉÉNPITTER SIGNAAL

SOFTWALL → Ruimteverdelers of scheidingswanden zijn meer dan alleen maar extra muren — het zijn kleedkamers, privé-vergaderruimtes, interieurstukken, of het is gewoon een middel om zonlicht tegen te houden. Helaas vaak massaal geproduceerd en gemaakt van inefficiënt materiaal. De ontwerpers van Molo, een Canadese ontwerpen productiestudio onder leiding van Stephanie Forsythe en Todd MacAllen, hebben de ruimteverdeler nieuw leven ingeblazen. Ze noemen het een papieren softwall of vouwbare wand, die flexibel plooit en buigt in elke gewenste formatie en die uitzet en samentrekt zoals een ademhaling.

Een wand TEKST Walter Wijnhoven BEELD Molo

die ademt Volledig uitgeschoven en in een rechte lijn geplaatst meet een softwall tot 4,5 meter, in gecomprimeerde toestand kan hij ‘terugspringen’ tot de dikte van een boek. Molo’s papieren softwall is gestructureerd in houten lagen afkomstig uit verantwoorde bron, gecertificeerd door de Forest Stewardship Council, en gecoat met een niet-toxische brandvertrager. Het honingraatpatroon geeft de softwall vorm en flexibiliteit terwijl het ook zorgt voor gelaagde barrières om geluid te absorberen. SCHUIFDEUR De softwalls zijn verkrijgbaar in drie verschillende hoogtematen en in de kleuren okerbruin, helder indigo en

Vaktijdschrift voor productontwikkelaars over product en service design. www.productmagazine.nl

CST Advertenties.indd 25

EEN UITGAVE VAN MYbusinessmedia www.mybusinessmedia.nl UITGEVER Joachim Driessen

verzadigd zwart. Stalen strips aan het magnetische uiteinde van de softwall kunnen zich vastzetten op harde oppervlakken zoals muren of hekken. Met een bijbehorend vilten handvat kan Molo’s softwall een schuifdeur nabootsen die doet denken aan shōji, een ruimteverdeler die in de traditionele Japanse architectuur wordt gebruikt. Door extra softwalls te bevestigen aan de magnetische strips aan de uiteinden van elke afscheiding kunnen ze verdubbelen in grootte of zelfs verdrievoudigen. Het wachten is op het eerste huis dat volledig uit softwalls is opgebouwd…

HOOFD- EN EINDREDACTIE Walter Wijnhoven, 06 -14753643 redactie.product@mybusinessmedia.nl

ONTWERP EN OPMAAK DRAWSWORDS Studio, Amsterdam www.drawswords.studio

11-02-21 09:39

DE ÉÉNPITTER

DE ÉÉNPITTER: JURRIAAN BOL → Nederland telt vele ontwerpbureaus, maar er zijn ook ontwerpers die ‘voor zichzelf’ werken. Zoals Jurriaan Bol.

Kunststof

TEKST Walter Wijnhoven BEELD Jurriaan Bol

is een interessant materiaal

Welke opleiding(en) heb je gedaan? Productontwikkeling aan de AIVE, de Academie Industriële Vormgeving Eindhoven, nu bekend als Design Academy Eindhoven. In het begin van mijn loopbaan heb ik vier jaar bij een klein ingenieursbureau gewerkt en veel techniek bijgeleerd. Waarom ben je voor jezelf begonnen? Dat was uit nood geboren. In 2014 kwam ik bij een grote reorganisatie op straat te staan en bleek mijn leeftijd ineens een obstakel bij het vinden van een leuke baan. Freelancer worden leek de enige oplossing en in 2015 begon ik met Boldesign. Eerst met één klant, later steeds meer. Het bevalt me erg goed, ik had het veel eerder moeten doen! Wat doe je precies? Ik optimaliseer producten voor kunststof spuitgieten en voor massaproductie in het algemeen. Vrijwel mijn hele loopbaan heb ik bij bedrijven gewerkt met eigen massaproductie. Toevallig steeds bedrijven die (ook) kunststof spuitgieten. Eerst als ontwerper, later als manager productontwikkeling. Het in productie nemen van nieuwe producten gaat niet altijd zonder aanloopproblemen. In een bedrijf met eigen productie krijg je dat uiteraard meteen te horen, en word je geacht het mee op te lossen. First-time-right lukt dan steeds vaker. Met mijn kennis van massaproductie help ik nu andere bedrijven hun producten uit te werken voor massaproductie en assemblage.

Wie zijn je klanten? Ontwerpbureaus die hulp willen bij de finale engineering. Maar ook spuitgietbedrijven, die krijgen regelmatig productie aanvragen voor ontwerpen die nog niet helemaal geschikt zijn voor spuitgieten. Daarnaast krijg ik ook opdrachten ‘from scratch’ waarbij ik het hele product ontwerp, heel leuk om te doen. Waar is je werkplek? Thuis heb ik een kleine werkkamer, daarnaast heb ik een werkplaats met 3D-printer om aan prototypes te werken. Al vóór corona ging veel overleg via video. Soms komen klanten hier, zelfs managers van grote bedrijven vinden het leuk om eens in een oud boerderijtje aan de keukentafel aan te schuiven. Wat zijn goede voorbeelden van je werk? Kunststof verkeersborden voor Climate Signs. De uitdaging was om van Bio Polyethyleen verkeersborden te maken. Uiteraard net zo sterk als gewone aluminium verkeersborden, ook al is PE veel zwakker. Tijdens het ontwerpproces heb ik de sterkte steeds verder verbeterd. Omdat de borden in verschillende standen kunnen

PRODUCT 1, 2021

CST Advertenties.indd 26

11-02-21 09:39

DE ÉÉNPITTER

n rs n e

tn m et en

worden gemonteerd, bleek een honingraatstructuur van ribben op de achterzijde een optimale en fraaie oplossing. Door het gebruik van Bio PE pakken de borden CO2-negatief uit. Voor dit project heb ik intensief samengewerkt met DPI Geldrop, die ook de productie verzorgt. Wat is het ontwerp waar je het meest trots op bent? Het nieuwe kunststof cargo-bike wiel voor Alligt. Er is een groeiende markt voor cargo-bikes om de bestelbusjes in de steden te vervangen. Voor die zware fietsen is het moeilijk goede gespaakte wielen te maken. Dit is alweer het tweede generatie kunststof wiel, dat nog meer gewicht aan kan, 150 kg per wiel. Ik heb het helemaal geoptimaliseerd op sterkte en stijfheid, dus maximale eigenschappen bij minimaal gewicht. Het is een 100% Nederlands product. Wat is je laatste gerealiseerde ontwerp? Een recent ontwerp was een mooie, stevige fietsmand in Nordic stijl voor de firma Basil die goed is ontvangen

door de markt. Er lopen nu meerdere projecten, een daarvan betreft het vervangen van bewerkelijke technische onderdelen door kunststof spuitgietonderdelen. Het is fijn om te kunnen wisselen tussen projecten, dat maakt je effectiever. Wat is je favoriete materiaal? Kort en simpel: Kunststof. Er kan heel veel mee. Maar ook heel veel niet, dat maakt het zo interessant. Wie is je favoriete designer/ontwerper? Raymond Loewy. Niet omdat ik al zijn ontwerpen even mooi vindt, maar omdat hij een heel nieuwe kijk op producten heeft geïntroduceerd. Wat zou je weleens willen (her)ontwerpen? Een retro versie van de Citroën DS, dat lijkt me heel leuk om te doen. Waarom is het ontwerpvak zo leuk? Het wordt nooit saai, als ontwerper krijg je steeds opnieuw een uitdaging voorgelegd. En verder is het gewoon leuk om iets te doen waar je goed in bent. Dit wilde ik al als kind, nog vóór ik wist dat dit vak ook echt bestond. Waar ben je online te vinden? Web → www.boldesign.nl

Jurriaan Bol

eaet g o-

PRODUCT 1, 2021

CST Advertenties.indd 27

11-02-21 09:39

SIGNAAL

STOEL OM OP TE STAAN

DRAAGBAAR MASSAGEPISTOOL

Ontwerper Danny Cheung liet zich inspireren door de ‘verende’ Panton Chair, in 1960 ontworpen door Verner Panton en de eerste stoel die volledig uit één stuk kunststof werd vervaardigd. Het experimentele en methodische ontwerpproces van de Clipspringer is vergelijkbaar met dat van de Panton Chair, maar de Clipspringer is gedeeltelijk geconstrueerd met behulp van verend staal. Dit stelt Danny Cheung in staat om op de rand van zijn vrijdragende stoelframe te kunnen staan, zonder dat de stoel de grip op de vloer eronder verliest. Het metalen frame net boven het gebogen verend staal absorbeert een groot deel van de trekspanning die op de stoel wordt uitgeoefend, zodat je comfortabel kunt gaan staan en zelfs helemaal naar achteren kunt leunen zonder bang te zijn dat de sledestructuur van de stoel onder de druk bezwijkt.

De sportschool hebben we de laatste tijd weinig kunnen bezoeken. Gelukkig kun je thuis aan de slag met loopband, hometrainer en boksbal. Maar ja, die spieren … Een masseur van vlees en bloed is binnen anderhalve meter niet toegestaan, maar de O’Yeet NEX is een prima stand-in. Dit krachtige en draagbare massagepistool verbetert het herstel van de spieren na inspanning en verzacht pijnen en pijntjes. Het apparaat draait op een interface met één knop waarmee je kunt kiezen tussen vier snelheidsinstellingen. De NEX wordt geleverd met een snoerloos oplaadstation en is verkrijgbaar in de kleuren rood en grijs. Sluit het apparaat via een USB-kabel aan op een wandlader of een laptop en volledig opgeladen draait de interne motor rustig (bij 45 decibel) 240 minuten lang door. Schiet je spierpijn weg

Kwetter Cam

Toast in beeld

Sterk staaltje

SLIMME VOGELVOEDERBAK

De Bird Buddy is een AI-aangedreven vogelvoederbak die vogels niet alleen aantrekt voor een snelle drive-thru maaltijd maar hen meteen vastlegt met camera en microfoon. De camera vlak voor de voederbak brengt de vogels haarscherp in beeld waardoor het bijna lijkt alsof je samen met je gevleugelde vriendjes aan het eten bent. Zodra een vogel op de feeder landt wordt de camera automatisch ingeschakeld. De video wordt direct gedeeld met je smartphone en de app gebruikt AI om de vogelsoort in real-time te identificeren, zelfs zeldzame soorten, zodat je niet door een vuistdikke vogelencyclopedie hoeft te bladeren. De ingebouwde microfoon kan zelfs vogels identificeren aan hun specifieke gekwetter. De Bird Buddy is volledig draadloos en eenvoudig mee te nemen naar andere locaties. Duurzame tip: het aanbrengen van een zonnepaneel aan de voederbak is mogelijk. Ontwerper: Kyle Buzzard.

TRANSPARANT BROODROOSTER

De typische broodrooster heeft drie ongemakken: volumineus, lastig schoon te maken en de elektrische geleiders binnenin liggen bloot. De BOLD toaster van HOLO Design biedt een oplossing voor al deze problemen. De transparante wanden zijn niet alleen los te maken voor eenvoudige reiniging - ze zijn zelfs vaatwasmachinebestendig. Verder heeft de BOLD slechts één lange gleuf voor het roosteren van je brood en is hij voorzien van geïsoleerde draden voor de veiligheid. En je getoaste boterhammen komen niet uit de bovenkant van het broodrooster maar schuiven er horizontaal uit. Dankzij de transparante wanden kun je nu live meekijken met het donkerder worden van je toast. Het is mooi om te zien dat er unieke verbeteringen kunnen worden aangebracht aan een product, dat ‘opgesloten’ leek in een klassiek ontwerp.

PRODUCT 1, 2021

CST Advertenties.indd 28

11-02-21 09:39

MACHINEVEILIGHEID

Veiligheid van pneumatische systemen Het veilig afschakelen van het pneumatische systeem bij een noodsituatie is steeds meer een punt van aandacht. De Machinerichtlijn 2006/42/EC geeft ook duidelijke aanwijzingen. Afhankelijk van het vereiste performance level dat via de risicoanalyse wordt bepaald, worden eisen gesteld aan de in te zetten veiligheidscomponenten volgens norm ISO 13849-1. De risicoanalyse zelf ligt binnen de verantwoordelijkheid van de ontwerper van het systeem.

Norgren levert gecertificeerde veiligheidscomponenten die voldoen aan de eisen, zodat de ontwerper ze zonder meer kan inzetten. Een voorbeeld van dergelijke veiligheidscomponenten zijn de veiligheidsventielen uit SCVA-serie van Norgren. Dit is een redundant uitgevoerd 3/2-ventiel, leverbaar in verschillende doorlaten van G1/4” t/m G1”. Het ventiel wordt toegepast om een systeem gegarandeerd drukloos te schakelen bij een noodsituatie. Gepatenteerde 'self-monitoring’ Een unieke eigenschap van dit ventiel is dat het niet elektrisch hoeft te worden gemonitord. Ook het gebruikelijke periodiek testen is verleden tijd door het gepatenteerde systeem van ‘self-monitoring’. Dit in tegenstelling tot andere veiligheidsventielen, waarbij dit vaak wel een vereiste is. ’Self-monitoring’ betekent dat het veiligheidsventiel door een speciale interne schakeling zichzelf beveiligt en controleert. Een foutschakeling is hierdoor niet mogelijk en het drukloos schakelen van het te beveiligen systeem bij een noodsituatie is zo geconstructeur 01 - 2021

CST_Art07.indd 29

garandeerd. Hierdoor is de SCVA-serie ook eenvoudig in te zetten in bestaande pneumatische systemen die upgrade nodig hebben. De hele SCVA-serie is door de DGUV gecertificeerd op performance level PLe, cat. 4. De B10-waarde van 8 miljoen is volgens Norgren ongeëvenaard. Slowstartfunctie Behalve veilig afschakelen is het ook van belang dat het systeem na een noodsituatie niet ongecontroleerd weer opstart (op druk komt). Hiervoor is de SCVA-serie ook leverbaar met een geïntegreerde slowstartfunctie: de SCSQ-serie. Na het weer inschakelen van het ventiel zal het systeem langzaam en gecontroleerd weer op druk komen. Naast SCVA- en SCSQ-serie levert Norgen tal van andere veiligheidscomponenten voor verschillende performance levels, zoals tweehanden-beveiligingen, slowstart/ ontluchtingsventielen met geïntegreerde sensor, ventielen met geïntegreerde sensor, en slangbreukbeveiligingen. WWW.NORGREN.COM

’Self-monitoring’ in de SCVA-serie 3/2-veiligheidsventielen ventiel garandeert het drukloos schakelen in geval van een noodsituatie.

De SCSQ-serie beschikt over dezelfde functionaliteit als de SCVA-serie, aangevuld met een slowstartfunctie.

10/02/2021 15:51

CST_Column.indd 30

constructeur 01 - 2021

10/02/2021 15:42

PRODUCT LIFECYCLE MANAGEMENT

PLM - wat mogen we nog meer verwachten? In mijn vorige column bekeek ik een viertal Design Questions That Can Make or Break a New Consumer Product. In deze aflevering neem ik er nog eentje onder de loep: How early are you focusing on manufacturability?. In mijn Philipstijd ging het nog zo dat Productontwikkeling een nieuw product bedacht, bijvoorbeeld een cassetterecorder. Als dat, na een jaar of twee goed werkend gedemonstreerd was, ging het over naar productie. Waar ze het hele ontwerp nog eens van de grond af opnieuw deden om het te transformeren in een maakbaar product. Dat kon ook weer een paar jaar duren. Daarna werd de productielijn opgezet en begon, een jaar of vijf na start van het project, de productie. Het begrip time to market was toen nog niet bekend. Dat werd ook niet gemist, want een productmodel bleef minstens vijf jaar in productie. Die tijd had je dus om de volgende generatie productierijp te maken. Toch was in die tijd, de jaren 70, Design for Manufacturing al een bestaande praktijk, zij het dat die pas werd toegepast in de productieontwerp-fase. In een moderne PLM-omgeving worden al op basis van het functionele ontwerp simulaties van het productieproces gedaan, zodat het proces parallel met het product kan worden ontworpen. Een spectaculair verschil met toen. Daarom is het aardig om te zien hoe het concept van maakbaarheid zich heeft ontwikkeld. Rond 1970 begonnen de Japanners hun componenten te miniaturiseren. Bij Philips snapten ze niet waarom. Je had in een TV-toestel rondom de beeldbuis gigantisch veel ruimte om je componenten te plaatsen. Dus waarom kosten spenderen aan miniaturisatie? De ogen gingen open toen de Japanners jaarlijks nieuwe modellen met nieuwe functies op de markt brachten. De ontwerpers bij Philips ontdekten dat ze wel de techniek hadden voor de nieuwe functies, maar geen plaats in de kast. Om die plaats te maken moest de lay-out van het elektronische systeem (er werden nog geen printplaten toegepast) volledig overhoop en dat kostte veel tijd. De Japanners hadden ruimte genoeg en konden een nieuwe functie zo plaatsen. Toen pas ontdekte men hier het belang van flexibiliteit in het productontwerp. De noodzaak voor flexibele ontwerpen werd vooral manifest door de opkomst van Computer Aided Manufacturing. De afdeling die verantwoordelijk was voor het ontwerpen en bouwen van productiemachines heette Bedrijfsmechanisatie. Zij ontworpen mechanische productiemachines. Prachtige staaltje constructeursvernuft, maar de lijn kon maar één product maken. De markt ging intussen vragen om meer variëteit en zo ontstond het probleem van omsteltijden. Een weekend was vaak niet lang genoeg om een productielijn om c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Column.indd 31

te stellen naar een andere productvariant. Door de bewegingen met computers te besturen in plaats van met kamwielen, kon de productielijn worden omgesteld door simpelweg een ander programma in de computer te laden. Een kwestie van seconden. CAM en later CIM (met de ‘I’ van Integrated) deden de variatiemogelijkheden van productielijnen zo snel toenemen, dat ergens in de jaren 80 tijdens een panelsessie op een conferentie over Design for Manufacturing, een oude professor, die de discussie een tijdlang schijnbaar slapend had zitten aanhoren, zijn ogen opende en de discussie onderbrak met de woorden: “Design for Manufacturing? The future is about Manufacturing for Design”! De uitdaging voor de ontwerper is niet om tegemoet te komen aan de beperkingen van het productiesysteem, maar om de mogelijkheden volledig te benutten. Nu moet ik bekennen dat ik bovenstaande anekdote van horen zeggen heb, zij het wel uit goede bron: prof. Bernd Hirsch van de universiteit Bremen. Het was op een conferentie in het kader van een Europees project, ergens begin jaren ’90, dat hij de gebeurtenis aanhaalde als inleiding op een profetie over toenemende flexibiliteit van productiesystemen. Hij nam de productielijn van de Volkswagen Golf als voorbeeld. Tot dan konden de geautomatiseerde productielijnen slechts enkele varianten aan. In de toekomst, profeteerde hij, zouden de lijnen zo flexibel zijn dat geen twee identieke exemplaren meer na elkaar gebouwd zouden worden. Voor nieuwe generaties zouden geen nieuwe lijnen meer nodig zijn, de prototypes zouden gewoon tussen het oude model doorgebouwd worden, terwijl de lijn geleidelijk geoptimaliseerd werd voor de nieuwe generatie. Zelfs unieke varianten, zoals een Golf met een gouden bad achterin, voor een Arabische klant, zou gewoon op de lijn meelopen en alleen af en toe apart gezet worden voor wat handwerk aan unieke features. Dat klonk toen haast absurd, maar ik heb er nog vaak aan moeten denken. De miljarden autovarianten waar, 30 jaar later, uit gekozen kan worden, komen allemaal van dezelfde productielijn. Prof. Hirsch had werkelijk een vooruitziende blik. De moderne productielijn kan meer dan de engineer kan bedenken.

HENK JAN PELS gepensioneerd universitair hoofddocent bedrijfskundige informatica (TU Eindhoven), is onafhankelijk consultant, gespecialiseerd in Product Data Management. H.J.PELS@OUTLOOK.COM

10/02/2021 15:42

(NOT) SAFE FOR DESIGNERS(?)

Design for Manufacturing and Assembly in de 21-ste eeuw In 1987 gebeurde er iets bijzonders. In dat jaar konden we voor het eerst een 3D-printer konden kopen. Afbeelding 1 toont de gelukkige uitvinder, Charles ‘Chuck’ W. Hull, met wat hij toen een Stereo Lithography Apparatus noemde – afgekort SLA (afbeelding 1). Twee jaar later bracht Scott Crump met een ander 3D-printproces op de markt onder de naam Fused Deposition Modelling (FDM). Erik Tempelman, adviesbureau eriktempelman.com, universitair hoofddocent TU Delft – Industrieel Ontwerpen

Het werk van deze pioniers leidde tot 3D Systems en Stratasys, nog steeds vooraanstaande bedrijven in de inmiddels gigantische 3D-printwereld. SLA werkt met thermoharders, FDM met thermoplasten. De printtechniek voor deze materialen bestaat dus al drie decennia. Maar ook metalen worden langer geprint dan men denkt: Selective Laser Sintering (SLS) werd in de jaren ’80 ontwikkeld (Carl Deckard, 1988), en daar kun je behalve plastics ook metalen mee verwerken – al geeft Selective Laser Melting (SLM) voor deze materialen doorgaans betere resultaten. SLM stamt weer uit 1995 en is dus eveneens een volwassen technologie. Waarom printen we niet alles gewoon? Tegenwoordig is er voor zowat elk materiaal wel een printer: niet alleen voor kunststoffen en metalen, maar ook voor glas, keramiek, beton, composieten, elektronica, etenswaren en zelfs biologische weefsels. De technologie vindt ook legio toepassingen, van rapid prototyping tot serieproductie, plus allerlei hybride oplossingen, zoals het printen van jigs, tools & fixtures voor het ondersteunen van as32

CST_Art_Tempelman.indd 32

1 Ironisch genoeg vaak dankzij 3D-printen: denk bijvoorbeeld aan het spuitgieten van kleine series in geprinte matrijzen – het PRIM-proces ( www.p3d-prim.com). 2 Hoge vormvrijheid, mogelijkheid tot customizing, lokale productie, korte time-to-market enzovoort.

semblagewerk. 3D-printen, in 1987 nog revolutionair, heeft zich ontwikkeld tot een gevestigd proces voor de maakindustrie. En toch… wordt het overgrote merendeel van alle producten nog steeds niet geprint. De ‘grote vier’ dat wil zeggen gieten, omvormen, verspanen en samenvoegen vormen nog altijd de échte motor van de industriële productie. Gezien het feit dat verdere ontwikkeling in het 3D printen evolutionair zal zijn, dus zonder de ‘r’, kunnen we er van uitgaan dat deze traditionele processen hun dominante positie zullen behouden – mede dankzij de voortdurende verbetering die ze nog zien1. Ook in de 21ste eeuw vraagt Design for Manufacturing & Assembly (DFMA) daarom kennis van de traditionele maakprocessen. Waarom we niet alles printen is, zoals we verderop zullen verhelderen, simpelweg een kwestie van geld: het proces is doorgaans te duur en de specifieke voordelen2 zijn alleen in bepaalde markten van toepassing – denkt u aan de luchtvaart, medische toepassingen, reparatiewerk, of combinaties van vorm en materiaal waarvoor andere processen zich slecht lenen. Laten we in het vervolg van deze bijdrage eens nader bezien wat dat DFMA zo allemaal inhoudt. Daarna komen we op de kosten terug. DFMA: de kunst en kunde van het afwegen Wie een product van enige complexiteit wil ontwerpen, moet allereerst een besluit nemen over de lay-out. De vraag is: wat zijn de belangrijkste onderdelen en hoe komen ze ruimtelijk gezien bij elkaar? De keuze gaat dan feitelijk tussen modulair en integraal. Uw fiets is een voorbeeld van het eerste (evenals uw auto): het product heeft een dragend frame dat als ‘ruggengraat’ fungeert, waarop alle andere onderdelen en deelsamenstellingen in volgorde worden gemonteerd. Het grootste voordeel van deze lay-out is dat je met dezelfde set modules (vandaar de naam) verschillende eindproducten constructeur 01 - 2021

10/02/2021 15:36

Afbeelding 1 Chuck Hull, de uitvinder van het SLA-proces en oprichter van 3D Systems. (Foto: European Patent Office)

kunt opleveren. Ook het frame zelf is modulair: met buizen in verschillende lengten kun je, met gebruikmaking van dezelfde set verbindende luggen, immers diverse maten frames maken. Dankzij een aparte lakbehandeling kan er ook in kleur worden gevarieerd – altijd belangrijk voor consumentenproducten. Kenmerkend voor een modulair product is dat de onderdelen niet zijn geoptimaliseerd voor een specifieke versie van het eindproduct. Tegenover dit nadeel staan voordelen zoals lagere investeringen en betere geschiktheid voor reparatie, upgrading en hergebruik. Het autoconcern Volkswagen heeft met hun MQB-platform (‘Modulair Quer Baukasten’ afbeelding 2)) het modulair ontwerpen tot stratosferische hoogte ontwikkeld. Hierbij worden modules gedeeld tussen tal van auto’s in het concern, met als enige eis dat de auto de motor dwars (‘Quer’) voorin heeft liggen – en ja, er is ook een MLB-platform beschikbaar, plus een MEB-platform voor elektrische Volkswagens. In een integraal product is, theoretisch gezien, wél elk onderdeel toegesneden en geoptimaliseerd voor een specifiek eindproduct. Het Duitse bedrijf Velosione maakt hun e-bikes op deze manier, met een vernuftige en complexe variant van het kunststof spuitgietproces (afbeelding 3). Hoe zij het voor elkaar spelen om verschillende maten te maken, laat uw correspondent aan u om eens uit te zoeken. Wat een reuzensprong heeft de techniek gemaakt sinds de floppy (… en geflopte) Zweedse Itera spuitgiet-fiets uit de jaren ’80! Twee kanttekeningen: (i) haast geen enkel product volledig integraal of volledig modulair, en we zien doorgaans mengvormen; en (ii) de keuze tussen beiden is niet eenvoudig, want ze raakt haast alle aspecten van de bedrijfsvoering: niet alleen het product, maar ook de marketing, verkoop, productontwikkeling, en de organisatie van alle productieen assemblagestappen. c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art_Tempelman.indd 33

Afbeelding 2 Het modulair ‘Modulaire Qeur Baukasten’-platform van Volkswagen.

Na de lay-out is dit de volgende keuze: welke onderdelen gaat u inkopen als standaard koopdelen (schroefjes, schakelaars enzovoort), welke gaat u naar eigen specificatie laten maken bij leveranciers, en welke gaat u zelf maken? Jarenlang volgden original equipment manufacturers (OEM’s) de trend om steeds meer te gaan ‘outsourcen’ en dus minder zelf te doen. DAF Trucks in Eindhoven bijvoorbeeld giet al jaren geen eigen motorblokken meer, maar laat dat werk over aan de specialist – dat is beter en goedkoper. Alleen is het natuurlijk wel zo dat diezelfde specialist ook voor de concurrent kan werken. Waar blijft dan uw concurrentievoordeel? Ook deze make or buy-beslissing vraagt dus een kundige afweging. Kunstig ook, want niet alle factoren zijn objectief in een spreadsheet te vangen: intuïtie en uniek persoonlijk inzicht komt er dus zeker ook bij kijken, net als de geschiedenis van de OEM in kwestie3. Bij de maakdelen komt er dan een volgende af- >

Afbeelding 3 Integraal gespuitgiete fiets van Velosione.

3 Let op de Wet van de Remmende Voorsprong: een OEM die traditioneel goed is in ontwikkeling en productie van verbrandingsmotoren schakelt trager over naar elektrische aandrijving dan een OEM die motoren inkoopt.

10/02/2021 15:36

Afbeelding 4 De ‘productiedriehoek’.

weging kijken. Gegeven bepaalde functionele eisen aangaande vorm, materiaal en seriegrootte is een onderdeel doorgaans op meerdere manieren te maken. Sommigen zijn goedkoop, maar kwalitatief minder; anderen zijn duurder maar beter. Anders gezegd, we bevinden ons in een spanningsveld tussen functie, kosten en kwaliteit. Een gesmeed aluminium onderdeel is in de regel4 beter van kwaliteit dan aluminium gietwerk, maar is ook duurder, om een enkel voorbeeld te geven. Wie scherper kijkt, ziet dat de vormvrijheid niet precies hetzelfde is: smeedwerk vraagt grotere afrondingen en vloeiender vormovergangen dan gietwerk. Ook de materiaalvoorkeuren van beide processen zijn anders. Afbeelding 4 vat de elementen van deze afweging schematisch samen. Merk op dat er niet alleen tussen de drie ‘hoeken’ spanning staat, maar vaak ook binnen een enkele hoek zelf. Zo kunnen we door meer te investeren, of door langer te ontwikkelen (= langere time-to-market) vaak de kostprijs per stuk omlaag krijgen. Ook mensen milieuvriendelijk produceren is doorgaans helaas duurder dan wanneer we deze waarden buiten de balans houden. Opnieuw zien we dat we keuzes moeten maken. Alles is te produceren, maar tegen welke kosten, en met welke kwaliteit? Deze afweging vormt het werkelijke hart van DFMA. Voor de koopdelen geldt deze afweging uiteraard ook: uw afdeling inkoop weet hier alles van. Een hiërarchie van productieprocessen Wie goed thuis is in het ‘hoe, wat en waarom’ van plaatvervormen, spuitgieten, laserlassen en zo meer, die kan de benodigde afwegingen beter en sneller maken. Zo iemand zal ook effectiever kunnen onderhandelen met de tal van externe partners (= het ‘wie en waar’) die doorgaans betrokken zijn. Maar… er is zoveel te leren! Om structuur te brengen in alle beschikbare informatie is de reeds gepresenteerde productiedriehoek een goed hulpmiddel. We komen een stap verder met de volgende hiërarchie in de processen: Het productieprincipe : wat is er fysisch dan wel materiaalkundig gezien aan de hand? 34

CST_Art_Tempelman.indd 34

4 Er is gieten… en er is gieten! Wie onder vacuüm kan gieten (een ontwikkeling van Audi/ Alcoa begin jaren ’90) krijgt gietwerk met smeedkwaliteit, maar wel tegen meerprijs. Los daarvan kan een kwalitatief hoogstaande gieterij betere – maar duurdere – producten opleveren dan een kwalitatief matige smederij. 5 Bij hogedrukgieten kunnen we met behulp van beweegbare delen (‘schuiven ) in de matrijs kleine ondersnijdingen realiseren. Dit gaat wel tegen meerprijs: we zien opnieuw de spanning tussen vorm (= functie) en kosten.

De productiemethode : hoe wordt het proces technisch gezien ingericht? De productiemiddelen : hoe is het proces uitgevoerd op het niveau van de machines?

Kijkend naar bijvoorbeeld metaalgieten, hebben we principieel gezien te maken met de overgang van vloeibaar naar vast en dus met fenomenen als viscositeit, latente warmte, warmtegeleiding, krimp, uitscheiding, en zo meer. Dit is wat altijd geldt – de fysica maakt geen uitzonderingen! Maar of een onderdeel (‘gietstuk’) lossend moet zijn, hangt af van de gekozen methode. Bij het hogedrukgieten bijvoorbeeld is dat haast altijd een must, maar bij het verloren-was-gieten geldt deze vormbeperking niet5. De productiemiddelen tenslotte geven ons concrete inperkingen inzake formaten, temperaturen, mate van automatisering en zo meer. Op dit niveau hebben we ook te maken met de ervaring en voorkeur van de betreffende productiepartner, of deze nu intern of extern betrokken is. Afbeelding 5 brengt de besproken hiërarchie voor u in beeld. Dit schema is een nuttig hulpmiddel, al was het maar om te zien wat een bepaalde leverancier eigenlijk bedoelt met de zo vaak gehoorde opmerking “dat kan niet!”. Er is immers een wezenlijk verschil tussen “dat kunnen wij niet“ en “dat kan echt niet”. Het mag overigens gezegd dat goede leveranciers kundig en proactief meedenken met de ontwerper en er ook niet voor schuwen deze door te verwijzen naar een concullega als de situatie daarom vraagt. U moet de geschetste hiërarchie dan ook niet inzetten als een excuus om (te) laat leveranciers te benaderen – sterker nog: early supplier involvement is óók een sleutel tot DFMA-succes, zeker als de time-to-market een belangrijke factor is in de ontwikkeling. 3D printen of niet? De kosten vergeleken Wat door teveel ontwerpers wordt onderschat is de doorslaggevende rol van kosten in de industriële productie. Dat is jammer, want de onderliggende systematiek is relatief eenvoudig. De integrale proconstructeur 01 - 2021

10/02/2021 15:36

ductiekosten Kint voor een onderdeel of product volgen altijd uit deze simpele formule: Kint = Kmat + Kinv/N + dKm&m/dN + Kq&i + Kv&p Hierin staat Kmat voor de materiaalkosten per product en Kinv voor de kosten van productspecifieke investeringen, zoals matrijzen. Deze kostenpost wordt gedeeld door het aantal producten N dat we gaan maken6. De derde term dKm&m/dN omvat de kosten van de mensen en machines die nodig zijn voor de productie, afgeleid naar het aantal producten in de tijd. Een voorbeeld: als u een kleine spuitgietmachine gebruikt die per uur € 15,- kost en die volautomatisch 60 producten per uur kan maken, dan krijgt u dKm&m/dN = € 0,25. Hebt u een operator nodig, dan kunt u in Nederland beginnen bij zo’n € 20/uur en werkt de systematiek op vergelijkbare wijze door. De laatste termen betreffen kwaliteit en inspectie (Kq&i), en verpakking en transport (Kv&p). De formule verklaart waarom we voor serieproductie niet vaak kiezen voor 3D printen. Ja, u hebt geen investeringen7, maar professionele SLA- of FDM-printers die een goede kwaliteit leveren kosten tienduizenden euro’s en hebben uren nodig voor een typisch product. De machinekosten rijzen dan de pan uit – al helemaal bij SLM-metaalprinters van enkele tonnen. Daarbij vergeleken zijn de machinekosten van snelle processen als spuitgieten of smeden, uitgedrukt per product, bescheiden.

6 NB: omdat investeringen vooruit lopen op de uiteindelijke verkoop, moeten we rekening houden met rente. Dit kan middels een analyse van de zogeheten ‘netto contante waarde’ (zie E. Tempelman (2020);

NSFD: engineering essays on structures & materials; www.boekengilde.nl/ boekenshop/nsfd).

7 Dat wil zeggen geen fysieke investeringen: wel moet u de CAD-file nog maken, en dat kost ontwikkelingsbudget.

En, de benodigde investeringen worden doorgaans over zoveel producten afgeschreven dat ze niet meer dan 10-20 procent van de integrale productiekosten voor hun rekening nemen. En ja, 3D-printen kan lokaal – maar transport vormt doorgaans slechts een klein deel van de integrale productiekosten. Zo wordt inzichtelijk waarom dat 3D-printen is voorbehouden aan markten waar bijvoorbeeld de hoge vormvrijheid of optie tot customizing van doorslaggevend belang zijn. Merk tenslotte op dat de integrale productiekosten slechts een deel zijn van de uiteindelijke verkoopprijs. Kosten voor ontwikkeling, productievoorbereiding en marketing, verkoopkosten, import/exportheﬃngen, marges van importeur, groothandel en detailhandel, btw en natuurlijk de eigen winstmarge van de OEM zorgen er gezamenlijk voor dat die Kint zo’n 3-4 maal ‘over de kop’ gaat. De DFMA-ontwerper doet er goed aan om eens kritisch te bezien hoe die waardeketen verkort kan worden, want daar is veel te behalen. Vooruitblik Ook in de 21ste eeuw vraagt effectieve DFMA kennis van gevestigde maakprocessen. In volgende afleveringen gaan we dan ook één voor één de processen langs. Ziet u het als een opfrisronde voor elke ontwerper of constructeur, van student tot docent tot professional. Wordt vervolgd! Volgende keer in NSFD: gieten van metalen

Afbeelding 5 De hiërarchie van productieprocessen.

constructeur 01 - 2021

CST_Art_Tempelman.indd 35

10/02/2021 15:36

MATERIALEN

Luidspreker krijgt metamateriaal KEF MODELLEERT FIJNMAZIG LABYRINT TEGEN BIJGELUIDEN Precies op tijd voor de feestdagen kwam luidsprekerbouwer KEF met een metamateriaal dat de tweeter van hun LS50 Meta-luidsprekers nagenoeg ruisvrij maakt. De vinding bestaat uit een fijnmazig labyrint van kanalen dat geluidsgolven boven de 620 Hz voor 99 procent absorbeert. Ongewenste bijgeluiden behoren hierdoor tot het verleden. Geluids- en metamateriaal-expert Dr. Sébastien Degraeve legt uit hoe het ontwerp tot stand kwam en KEF er in slaagde een innovatief tegengeluid te vangen in een schijfje van nog geen centimeter dik. L I A M VA N KO E R T

De KEF LS50 Meta in ‘carbon black’.

CST_Art01_0002.indd 36

constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:23

BRITISH BROADCASTING CORPORATION

KEF werd in 1961 opgericht door Raymond Cooke. De geluidstechnicus begon bij de British Broadcasting Corporation en bleek erg goed in het bouwen van monitorluidsprekers die de bron zeer waarheidsgetrouw weergeven. In de BBC-studio’s waren ze zo geliefd dat hij ook na zijn vertrek luidsprekers voor ze bleef bouwen, zoals de LS3/5A. Met het 50-jarig jubileum bracht KEF als eerbetoon de LS50 uit. De LS50 Meta bouwt voort op deze in audiofiele kringen beroemde luidspreker. Waar KEF mee gaat komen voor hun 60-jarige jubileum in september zullen we weldra weten.

Een fijnmazig labyrint uit ABS met 30 kanalen absorbeert 99 procent van al het ongewenste geluid boven 620 Hz.

“Metamaterialen zijn alles behalve nieuw”, legt Degraeve uit die zijn positie als akoestisch onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge enkele jaren geleden verruilde voor een als senior R&D engineer bij KEF om zijn expertise richting de luidsprekerbouw te brengen. “Het fenomeen bestaat al sinds de jaren ‘60 en vooral de laatste twintig jaar staat het flink in de belangstelling. Het principe van metamaterialen wordt gebruikt voor het elektromagnetisch optimaliseren van superantennes maar ook in optica zijn er bijzondere toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan het materialen met een negatieve brekingsindex voor superlenzen of camouflagemantels. Voor geluid werd het tot op heden echter nauwelijks toegepast.” Een gemiste kans vond KEF, die wilden onderzoeken of ze het konden inzetten voor de bouw van de ultieme luidspreker. Samen met AMG (Acoustic Metamaterial Group) en metamateriaal goeroe Professor Ping Sheng werd daarom een onderzoeksproject gestart. Structurele eigenschappen Anders dan dat de naam doet vermoeden hebben de unieke eigenschappen van een metamateriaal weinig met de chemische samenstelling van dat materiaal te maken. Deze volgen uit een uitgekiende structuur, waarmee eigenschappen kunnen worden gecreëerd die in de natuur niet voor komen (red. bamboe wordt door sommigen ook een metamateriaal genoemd). Zo is de door Degraeve genoemde negatieve brekingsindex van optische elementen het gevolg van structureel aangebrachte dichtheidsverschillen. Is dit vergelijkbaar met lokaal veranderende constructeur 01 - 2021

CST_Art01_0002.indd 37

materiaaleigenschappen zoals het geval bij functionally graded materials? Degraeve: “Niet helemaal. Bij functionally graded materials kan je inderdaad lokaal specifieke eigenschappen toekennen. Je kan bijvoorbeeld extra stijfheid toevoegen waar die nodig is. Je doet dat echter niet op basis van geometrie, maar door het ene materiaal in het andere te doen overvloeien. Metamaterialen daarentegen zijn homogeen. Bovendien zullen luidsprekerbouwers niet snel lokale elasticiteit toevoegen. Ze streven juist naar een maximale stijfheid van behuizing en ophanging. Je wil namelijk elke trilling die het brongeluid kan kleuren vermijden.” De toevoeging van MAT en verandering van de tweeterophanging maakte ook een herontwerp van de tweeterholte nodig.

Perfect klinkt puur Net als de perfecte journalist geeft de perfecte luidspreker een bron zo waarheidsgetrouw weer. Een ultiem concert klinkt alsof je er live bij bent en je jezelf midden tussen de muzikanten begeeft. Maar net als bij het onbevooroordeeld optekenen van vakinformatie, is dat in de praktijk gemakkelijker gezegd dan gedaan. Er van uitgaande dat de bron een in potentie onversneden geluid kan produceren, zijn er nogal wat luidsprekeronderdelen die van invloed zijn op wat er uiteindelijk bij de luisteraar terecht komt. In het geval van de tweeweg KEF LS50 Meta – de eerste luidspreker ter wereld die met een metamateriaal is uitgerust om ongewenste bijgeluiden te absorberen – geldt dat in elk geval voor twee driver arrays en hun ophanging, voor de behuizing en voor de scheidingsfilters. Voor de draadloze variant speelt boven- > 37

11-02-21 10:23

De basreflexpoort heeft in dit geval een offset gekregen.

dien de DSP (digital signal processing unit) met zijn algoritmes een rol. Van al deze elementen is de tweeter het meest in het gehoor springende onderdeel dat de natuurgetrouwheid van het brongeluid kan maken of breken. De details vindt men in de hoge registers en zonder tweeter klinkt zelfs de mooiste muziek dof en grauw. Nu had KEF voor het hoog al haar UniQ-driver

KEF LS50 META Type luidspreker Frequentiebereik Gevoeligheid Aanbevolen vermogen Impedantie minimum van 3.5 ohm) Crossover-frequentie(s) Aantal speakerunits Afmetingen (H x B x D) Gewicht Overige optioneel Kleur Garantie

CST_Art01_0002.indd 38

2-weg basreflex 47 Hz - 45kHz 85 dB 40 - 100W 8 ohm (met een 2,1 kHz 2 (Uni-Q) 302 x 200 x 280.5 mm 7,8 kg META techniek, stands Carbon Black, Mineral White, Titanium Grey, Royal Blue 10 jaar

met ‘tangerine waveguide’ in haar gereedschapskoffer. De gepatenteerde tweeter met golfgeleiders klinken niet alleen helder, maar zorgen volgens de fabrikant bovendien voor een mooi 3D-beeld. Dat laatste kan uw enigszins bevooroordeelde auteur bevestigen: hij heeft zelf al de nodige jaartjes een paar KEF XQ 40 ’s staan. Het achterkantprobleem Toch wist KEF dat er veel meer te halen viel. Een luidsprekermotor produceert aan de achterzijde namelijk net zo veel geluid als aan de voorzijde. Nu is dat voor grotere golflengten die groter zijn dan de behuizing niet direct een probleem. Voor het laag wordt zelfs gebruik gemaakt van dit fenomeen en wordt in een basreflexpoort voorzien voor een steviger basgeluid. Voor de hogere frequenties echter, kunnen de in de behuizing ‘gevangen’ geluidsgolven voor ongewenste bijgeluiden zorgen. Dit deels door resonantie van behuizingsdelen, maar voornamelijk door de invloed van reflectie op de frequentierespons van de driver array zelf. Net als metamaterialen, is ook het ‘achterkantprobleem’ van tweeters al jaren bekend. De eerste patenten om dit aan te pakken stammen uit 1940 en zijn gebaseerd op een exponentiële hoorn die voor een heel spectrum kwart golflengtes ‘binnenhoudt’ en uitdooft door een faseverschuiving van die golf. Deze werden bovendien voorzien van een zacht poconstructeur 01 - 2021

11-02-21 10:23

In de ophanging is ook een elastische laag voor demping aangebracht. KEF noemt dit ‘Constrained Layer Damping’.

reus materiaal voor absorptie. Hoewel de methode goede resultaten geeft is er één groot probleem. Letterlijk. Afhankelijk van de af te dekken bandbreedte is de hoorn al snel zo’n 80 centimeter lang wat voor compacte monitorluidsprekers als de LS50 geen optie is. KEF gebruikte daarom tot voor kort een zogenoemde ‘vented tweeter’, die de reflecties aan de achterzijde tot een respectabele 60 procent elimineert. Daarnaast is een deel van het ‘achterkantprobleem’ ook regeltechnisch te ondervangen. Bijvoorbeeld door middels scheidingsfilters het ‘tweeter-aanbod’ te beperken. Hoewel door vele luidsprekerbouwers toegepast is de oplossing niet echt elegant. Trek je de denkwijze door, dan leidt het voorkomen van bijgeluid uiteindelijk tot het weglaten van de tweeter zelf. Delicaat dubbel doolhof Er is echter ook een mechanisch alternatief dat met de vorderingen in het metamaterialenvakgebied binnen bereik kwam. Want wat zou er gebeuren als je elke golflengte een eigen ¼ golflengte kanaal geeft? Degraeve: “Samen met de Acoutsic Metamaterial Group hebben we onderzocht of het naast theoretisch ook praktisch mogelijk was een compacte structuur te ontwikkelen die het hele tweeterspectrum absorbeert. Na tal van simulaties waarbij we duizenden kanalen in Matlab hebben doorgerekend, kwamen we tot een fijnmazig doolhof van 30 voor een kleine bandbreedte ‘getunede’ absorptiekanalen. Vervolgens

hebben we gekeken hoe we de kanalen in een zo compact mogelijke geometrie konden gieten. Hoewel een longitudinaal ontwerp qua prestaties niet onderdeed, bleek een circulaire configuratie van twee lagen die achter de tweetermotor geplaatst kon worden het meest compact qua bouwvorm.” Voor wat betreft de mechanische eigenschappen van het materiaal was het volgens Degraeve allemaal niet zo spannend. Voor haar Meta Absorbtion Technologie (MAT) gebruikt KEF ‘gewoon’ ABS. Het is voldoende sterkte, is licht in gewicht en je kan er makkelijk mee printen (prototyping) en spuitgieten. Dat laatste moet dan wel precies gebeuren. Het ‘tunen’ luistert nauw en de wanden van de kanalen zijn slechts 2 mm dik. Ook is vlakheid belangrijk zodat vervorming tijdens het koelen moet worden voorkomen. Andere innovaties MAT is niet de enige innovatie die in de KEF LS50 Meta is ondergebracht. Hoewel het bijvoorbeeld een tweeweg-luidspreker is, lijkt het van de buitenkant meer op een eenweg-systeem. De midden/ laag-driverarray en de tweeter zijn namelijk concentrisch geplaatst, wat de nodige uitdagingen voor het motorontwerp en de ophanging betekende. Daarnaast zijn er ook diverse digitale hoogstandjes toegevoegd. Zo is er ook een actieve draadloze variant, de KEF LS50 Meta Wireless II, die een vertaling zonder verliezen naar het digitale domein belooft. Of die belofte wordt ingelost? De audiobladen zeggen van wel. Horen is geloven. Wie dat zelf wil ervaren moet als de winkels weer open mogen dus maar snel een luisterkamer opzoeken. NL.KEF.COM

Een exploded view van het totale tweewegsysteem.

constructeur 01 - 2021

CST_Art01_0002.indd 39

11-02-21 10:23

OPINIE

Breng je digitale huis op orde ALS ER AL EEN TREND IS IN 2021 Software voor productontwikkeling moet niet alleen aan de hoogste technische normen voldoen, maar op directieniveau ook zakelijk zinvol zijn. Ik ben nog nooit een directielid tegengekomen dat glunderend een aankooporder voor een deeloplossing goedkeurt. De reden? De meeste productiebedrijven gaan voor digitale transformatie en dan heb je die o zo belangrijke ‘digital thread’ nodig. En met een deeloplossing knip je dat ‘digitale draadje’ net zo rigoureus door als met een schaar. B R I A N S. T H O MP S O N , D I V I S I O N V I C E P R E S I DE N T E N G E N E R A L M A N AG E R C A D - SE G ME N T, P TC

Denk eens aan wat er gebeurt als die ‘digital thread’ er wel is. Dan zouden we kunnen stellen dat de ontwerp-engineer zijn of haar ontwerp laat evolueren, van initieel concept tot definitief ontwerp op de drempel van gereed verklaard, in één enkel systeem. De ontwerp-engineer zelf hoeft daar absoluut niet bij stil te staan. Zij weet dat haar ‘tools’ aan haar behoeften voldoen en haar geen extra werk opleveren. Terwijl zij en haar team zich concentreren op hun ontwerp, liggen de ‘vruchten’ van de digitale transformatie – efficiency, kostenbesparing, innovatie – voor het oprapen. Voor het team én het bedrijf. Als onderdeel van de grotere trend die digitale transformatie heet, voorspel ik dat in 2021 drie trends aan belang zullen winnen: simulatie, ontwerpen met behulp van kunstmatige intelligentie (‘generative design’) en Model Based Definition (MBD). Simulatie In 2021 verwacht PTC dat de industrie tot de conclusie komt dat kunnen simuleren een noodzaak is en geen luxe. Fabrikanten zullen simulatie zien als iets dat ze moeten doen. En niet alleen vanwege ‘dooddoeners’ als kosten en efficiency, maar omdat innovatie de drijven40

CST_Art04_0003.indd 40

de kracht is achter een positief bedrijfsresultaat. Die innovatie is waarschijnlijker wanneer simulatieresultaten vroeg in het ontwerpproces beschikbaar zijn – en niet pas aan het einde. Bovendien houdt de pandemie engineers uit hun reguliere productontwikkelingshabitat – en dat benadrukt nog eens extra hoe belangrijk het in 2021 is om serieus werk te maken van simulatie. PTC werkt samen met Ansys en wij integreren hun ‘solvers’ rechtstreeks in onze Creo 3DCAD-oplossing om ervoor te zorgen dat elke constructeur/ ontwerper het voordeel van simulatie in zijn CAD-omgeving heeft. Want de product-ontwerper zou niet tussen vensters moeten schakelen, een ander softwarepakket moeten gebruiken of moeten klikken en wachten. Ontwerpers die gebruik maken van real-time simulatie binnen hun ‘engineering tool’ kunnen standaard scenario's testen, snel itereren en de modellen verbeteren zodat simulatieanalisten meer tijd kunnen besteden aan zaken die hun expertise verdienen. Dit heeft invloed op de economische aspecten van productontwikkeling en creëert de ruimte voor innovatie, omdat de ontwerper meer ideeën kan onderzoeken op een hoger niveau, minder be-

slissingen hoeft te heroverwegen en een product van hogere kwaliteit sneller op de markt kan worden gebracht. Generative design Iedereen heeft het over generative design en ik voorspel dat het gebruik in 2021 verder zal uitbreiden. In de kern gaat generative design over co-ontwerp met kunstmatige intelligentie, voortbouwen op generatieve studies, en het integreren van de uitgangspunten die het bedrijf voor zijn ontwerpmethodiek hanteert. Het idee achter generative design is dat vroege conceptontwikkeling sneller tot een definitief ontwerp leidt, efficiënter en completer is. Gebruikmakend van ontwerp-‘constraints’, belastingen en materialen komt het systeem met geoptimaliseerde oplossingen, die leiden tot betere ontwerpen van hogere kwaliteit met een efficiënt materiaalgebruik. En dat heeft impact op de kosten voor gerede producten (‘Cost of Goods Sold’) (COGS). ‘Elastische’ rekenkracht Om er wat dieper op in te gaan, de ‘elastische’ rekenkracht die beschikbaar is in de cloud, gecombineerd met een ‘generative engine’ van wereldklasse, maakt het constructeur 01 - 2021

11-02-21 09:59

Real-time simulatie creëert mede de ruimte voor innovatie. Generative design kan sneller leiden tot een beter resultaat, bijvoorbeeld voor een koelventilatorsteun ( groen) uit één stuk.

ons mogelijk verschillende ontwerpstudies gelijktijdig te evalueren. De nauwe integratie in de CAD-tool stelt ons in staat om de cloud te gebruiken om het bereik van de generatieve studies uit te breiden, zonder dat we bang hoeven te zijn dat we dat digitale draadje doorknippen. PTC heeft onlangs Creo Generative Design Extension uitgebracht en die doet precies dat: in de cloud verschillende generatieve studies parallel laten verlopen. Ik zou ook willen onderstrepen dat er op de lange termijn voordelen zijn te halen uit het herhaaldelijk gebruiken van generative design om problemen op te lossen. Ten eerste leren engineers sneller en bouwen ze sneller ervaring op. En de inbreng van ervaren gebruikers betekent dat kennis, expertise en gezond beoordelingsvermogen worden ingebouwd in de ervaring van het systeem. Hier profiteert de volgende generatie engineers weer van. Ten tweede leert het systeem van zijn eigen ervaring, en zal in de tijd steeds sneller oplossingen genereren. Model Based Definition Ik voorspel dat MBD zich meer dan ooit verder uit zal breiden. Vanwege de belangrijke strategische reden dat een digitaal model van een product in de constructeur 01 - 2021

CST_Art04_0003.indd 41

hele onderneming kan worden gebruikt - van productie tot marketing, tot after-sales en meer. Ik geloof dat bedrijven hun focus op 3D zullen verscherpen om een aantal redenen. Ten eerste is het belangrijk om 2D te vermijden om de de overbodige productie van dubbele content te voorkomen. Als 3D en 2D niet synchroon lopen, is de kans op fouten groot en de gevolgen kunnen ernstig zijn. Bovendien kunnen 2D-tekeningen instructies geven of commentaar bevatten, die niet terug zijn te vinden zijn in het 3D-ontwerp. En dat kan leiden tot verwarring en vertragingen. Ten tweede kan de nieuwste generatie productiemachines rechtstreeks met 3D overweg. 3D-modellen zijn perfect, dus fouten worden geminimaliseerd als productie direct met het 3D-model werkt. 3D-documentatie geeft duidelijke aanwijzingen over kwaliteitseisen die in 2D moeilijker te interpreteren zijn. Vergeet bovendien niet naar de huidige maatstaven veel andere activiteiten zoals simulatie, productieontwikkeling en het ontwikkelen van onderhoudsinstructies, allemaal het beste kunnen worden uitgevoerd in 3D. Het ontwerpproces moet gericht zijn op 3D, zodat iedereen

werkt met precies dezelfde informatie, zoals de ontwerper voor ogen had. Ten derde zal een geometrische productspecificatie een hogere kwaliteit, een betere samenwerking tussen alle soorten professionals in de onderneming en een grotere efficiency opleveren. Vergeet niet dat alle wijzigingen aan een model doorwerken in alle delen van het bedrijf. Hoeksteen We zullen MBD steeds meer zien als een hoeksteen van digitale transformatie. Bij PTC noemen we dat 'je digitale huis op orde brengen'. Ik werk met klanten die met ons in zee zijn gegaan vanwege onze kwaliteiten op het gebied van Internet of Things en Augmented Reality. Maar wanneer we met hen in gesprek gaan, zien ze dat zij eerst nog een belangrijke eerste stap moeten zetten. Want wil je die technologieën ten volle kunnen benutten, dan moet je wel zorgen dat je kan beschikken over complete, ‘full-fidelity’ 3D-data van Engineering. MBD maakt daar absoluut deel van uit en dat is een van de redenen waarom onze CAD-activiteiten het zo goed hebben gedaan tijdens de pandemie WWW.PTC.COM

11-02-21 09:59

CAE

Nieuwe versie Comsol KORTERE REKENTIJDEN, BETERE VISUALISATIES EN VIER NIEUWE MODULES Snellere ‘solvers’ die minder geheugen gebruiken, verbeterde omgang met CAD-geometrie, ‘clip planes’, lay-out templates voor applicaties en vier nieuwe modules: Fuel Cell & Electrolyzer, LiveLink for Simulink, Polymer Flow en Liquid & Gas Properties – de jongste versie van Comsol Multiphysics is sneller, de visualisaties zijn gelikter en je kan weer meer. Versie 5.6 van de Comsol Multiphysics-software beschikt over snellere solvers voor multicore- en clusterberekeningen, die daar bovendien minder geheugen voor nodig hebben. Ook het werken met CAD-geometrie en de lay-out templates voor applicaties is efficiënter gemaakt voor de gebruikers. Dankzij een reeks nieuwe grafische functies, zoals clip planes – die het inwendige van een model makkelijker toegankelijk maken – realistische materiaalweergave en gedeeltelijke transparantie, zijn workflow en visualisatie verbeterd. Met een ‘dark theme’ wordt het ook vriendelijk voor de ogen van de gebruiker, die nu de gebruiksomgeving kan dimmen. Bovendien wordt de mogelijkheden voor het modelleren van brandstofcellen en elektrolyse-appara-

‘Slot die coating’-simulatie met de nieuwe Polymer Flow-module. Ook vloeistofstromingsmodellen zoals deze profiteren van de verbeteringen in Comsol Multiphysics 5.6.

CST_Art03.indd 42

ten, polymeerstroming, regelsystemen en zeer nauwkeurige vloeistofmodellen met de nieuwe producten in het pakket nu behoorlijk uitgebreid. Kortere rekentijden De verbeterde solvers zullen vooral gebruikers die werken met miljoenen vrijheidsgraden aanspreken. "In versie 5.6 hebben we verbeteringen aangebracht in zowel de algebraïsche multigrid- als de domein-decompositie-solver. Deze verbeteringen komen ten goede aan de meeste modellen die deze solvers gebruiken, met verbeteringen in de rekentijden tot 30 procent. De verbeteringen zijn nog duidelijker bij het gebruik van clusters, daar hebben we 20 tot 50 procent winst gezien voor zowel CPU-tijd als geheugenvereisten. Voor CFD (Computational Fluid Dynamics) hebben we de gekoppelde snelheid/druk-preconditioner verbeterd en ook een geheel nieuwe preconditioner toegevoegd die de updates van deze variabelen ontkoppelt", aldus Jacob Yström, technologiemanager Numerieke analyse bij Comsol. Bepaalde klassen van visco-elastische structurele analyse zijn nu meer dan tien keer sneller. Een nieuwe formulering van de ‘boundary element’-methode maakt analyses mogelijk van akoestische modellen, die in omvang een orde groter zijn dan in eerdere versies van de software. Dit type analyse is handig voor de automobielindustrie en bij sonaronderzoek en -ontwikkeling. Grafisch Clip planes maken de selectie van componenten in complexe CAD-modellen een stuk eenvoudiger. Viconstructeur 01 - 2021

11-02-21 10:24

De geluidsdruk van 1,5 kHz in water op 100 m afstand van een onderzeeër, berekend met behulp van een nieuwe ‘boundary element'methode voor grote simulaties.

sualisaties kunnen deels transparant worden gemaakt en geïmporteerde afbeeldingen kunnen onderdeel van een visualisatie worden gemaakt. De materiaalweergave van bijvoorbeeld metalen kan worden gemengd met veldvisualisaties en omgevingsreflecties die er natuurgetrouw uitzien. De verwerking van grotere CAD-assemblies is verbeterd met robuustere verwerking van solids en eenvoudigere detectie van hiaten en overlappingen in assemblies. De Application Builder beschikt over nieuwe templates om snel en intuïtief gebruikersinterfaces voor simulatie-apps te maken. Nieuwe modules Dankzij vier nieuwe modules voor modelleren van brandstofcellen en elektrolyse-apparaten, polymeerstroming, regelsystemen en vloeistofeigenschappen breidt Comsol Multiphysics de mogelijkheden verder uit. De Fuel Cell & Electrolyzer-module biedt de waterstoftechnologie nieuwe functionaliteit voor het onderzoeken van de omzetting en opslag van elektrische energie. "We zien de waterstofeconomie als een een belangrijke, opkomende markt, met in begrip van de werking en de optimalisatie van bestaande elektrolyseprocessen. Met dit nieuwe product voorzien we gebruikers in de automobielindustrie, duurzame energiesector, waterstoftechnologie en elektrochemische procesindustrie van geavanceerde simulatiesoftware,” zegt Henrik Ekström, technologiemanager Elektrochemische producten bij Comsol. In versie 5.6 is de naam van de Batteries & Fuel Cells-module gewijzigd in Battery Design-module – met behoud van alle functionaliteit. Gebruikers met een abonnement op de Batteries & Fuel Cells-module krijgen de Battery Design-module als onderdeel bij de overstap naar versie 5.6. constructeur 01 - 2021

CST_Art03.indd 43

Gebruik van een clip plane in een elektromotorsimulatie vereenvoudigt het aanbrengen van belastingen en toekennen van materiaaleigenschappen in het inwendige.

De Polymer Flow-module kan worden gebruikt voor het ontwerpen en optimaliseren van processen met visco-elastische en algemene niet-Newtoniaanse vloeistoffen. Dit is vooral van belang voor gebruikers die zich bezighouden met bijvoorbeeld polymeren, voedsel, farmaceutica, cosmetica en fijnchemicaliën. In de module zijn geavanceerde reologiemodellen opgenomen en de functionaliteit voor het rekenen aan vrije oppervlakken met behulp van tweefasestroming. De Liquid & Gas Properties-module kan worden gebruikt om gedetailleerde eigenschappen voor gas, vloeistoffen en mengsels te berekenen. Dit maakt nauwkeurigere simulaties mogelijk in de akoestiek, CFD en bij warmteoverdracht. Verder is LiveLink for Simulink beschikbaar voor regelontwerp en co-simulatie van Comsol Multiphysics met Simulink van The MathWorks. Magnetisme De materiaalbibliotheek van de AC/DC-module is uitgebreid met 322 nieuwe magnetische mate- >

11-02-21 10:24

Analyse van de gasvolumefractie in een polymeer-elektrolytmembraan voor de productie van waterstof met de nieuwe Fuel Cell & Electrolyzer-module.

rialen van Bomatec en bevat bijvoorbeeld de materiaalgegevens van permanente magneten in NdFeB, SmCo en AlNiCo, met elektromagnetische en temperatuurafhankelijke eigenschappen. Verder zijn gereedschappen beschikbaar voor het extraheren van parasitaire inductie (L-matrices), van belang bij het ontwerp van printplaten. Ook nieuw zijn de niet-lineaire materiaalmodellen voor het berekenen van verliezen in gelamineerde ijzerkernen in elektromotoren en transformatoren.

Golven De RF-module en Wave Optics-module bieden een nieuwe optie voor ‘port sweeps’, Hierdoor zijn snellere berekeningen van S-parameters, transmissie en reflectiecoëfficiëntmatrices mogelijk. Voor periodieke structuren in metamaterialen en plasmonische apparaten is een nieuwe polarisatie-’plot tool’ beschikbaar, die de weergave van golven aanzienlijk eenvoudiger maakt. In de Ray Optics-module is de snelheid van de ‘ray tracing’ verbeterd en zijn gespecialiseerde ‘tools’ opgenomen voor verstrooiing vanaf oppervlakken als gevolg van oppervlakteruwheid,

Multifysisch model met gedeeltelijke transparantie van een cascadefilter voor 5G, inclusief thermische spanning en temperatuurveranderingen.

CST_Art03.indd 44

en verstrooiing binnen volumedomeinen door Rayleigh- en Mie-verstrooiing van deeltjes. Dynamisch contact, slijtage en scheurgroei Het is nu mogelijk om snelle contactanalyses (impact) te doen met de contactfunctionaliteit in de Structural Mechanics- en de MEMS-module. De Structural Mechanics-module kan nu slijtage als gevolg van mechanisch contact simuleren, inclusief dynamische verwijdering van materiaal. Verder bevat de Structural Mechanics-module tools voor scheurgroei (J-integraal en spanningsintensiteitsfactoren), evenals scheurvoortplanting op basis van een faseveldmethode. Er zijn simpelere elementen toegevoegd die in solids kunnen worden geplaatst, om ankers, wapening en matten te kunnen modelleren. In de Composite Materials-module is de functionaliteit voor het analyseren van poro-elastische effecten beschikbaar gemaakt voor schaalelementen. Toepassingen zijn onder meer de simulatie van lagen in de grond, karton, vezelversterkte kunststof, gelamineerde platen en sandwichpanelen. De reeks niet-lineaire materiaalmodellen in de MEMS-module omvat nu ferro-elektrische elasticiteit en kan worden gebruikt voor het modelleren van niet-lineaire effecten in piëzo-elektrische materialen, zoals hysterese en polarisatiesaturatie. Deze functionaliteit is ook beschikbaar door de AC/ DC-module te combineren met de Structural Mechanics- of de Acoustics-module. Geluid en akoestiek De Acoustics-module kan nu ultrageluid met hoge intensiteit simuleren en niet-lineaire thermo-akoestische vervorming van geluid berekenen, bijvoorbeeld in luidsprekers van mobiele apparaten. Nieuwe mechanische poorten zijn beschikbaar in de Structural Mechanics-, Acoustics- en MEMS-module. Dit maakt het eenvoudiger om trillingen en mechanische feedback te analyseren van ultrasone elastische golven, zoals ultrasone detectie en niet-destructief onderzoek. Wie werkt aan het verbeteren constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:24

Contactsimulatie van het slaan van een golfbal met een club.

van de geluidskwaliteit van kamers en concertzalen, zal de nieuwe ruimtelijke akoestiekberekeningen waarderen; nagalmtijd, definitie en helderheid met behulp van stralingsakoestiek zijn nu beschikbaar in de Acoustics-module. Vloeistof- en warmtestroming De CFD- en de Heat Transfer-module hebben nieuwe krachtige tools gekregen voor meerfasestromingen, in gescheiden of verspreide vorm, inclusief samendrukbaarheid. Vrije oppervlakken kunnen nu makkelijk worden gemodelleerd, zelfs in combinatie met verspreide meerfasestroming, bijvoorbeeld om miljoenen kleine belletjes te bestuderen die door een vrij vloeistofoppervlak barsten. Een nieuw niet-isotherm mengselmodel voor meerfasestroming kan worden gebruikt voor faseovergangen zoals koken. In de Porous Media Flow- en de Heat Transfer-module is een nieuw transport in poreuze media interface beschikbaar. Hiermee kunnen tweefasestromingen van vochttransport door dampconvectie en diffusie gekoppeld worden aan convectie en capillaire stroming. De Particle Tracing-module heeft nieuwe functionaliteiten voor druppelverdamping, wat belangrijk is voor het begrijpen van de verspreiding van besmettingen en een reeks industriële processen. Voor hydrologische toepassingen is een nieuwe methode voor het simuleren van de ondiepwatervergelijkingen (‘shallow water equations’) beschik-

baar in de CFD-module. De vergelijkingen voor ondiep water worden vaak toegepast in oceanografische en atmosferische toepassingen om tsunami-effecten, gebieden die worden beïnvloed door vervuiling, kusterosie en het smelten van poolkappen te voorspellen. In de Heat Transfer-module is het met de nieuwe functionaliteit voor oppervlaktestraling mogelijk om oppervlakte-eigenschappen te definiëren die gevoelig zijn voor de richting van de warmtestraling. Toepassingen zijn bijvoorbeeld passieve koeling van zonnepanelen. Ook semi-transparante oppervlaktes kunnen worden gemodelleerd: een deel van de warmte wordt gereflecteerd en een deel wordt doorgelaten. Chemische reacties De Corrosion-module is nu uitgebreid met een materiaalbibliotheek met meer dan 270 ‘instances’/ exemplaren van polarisatiegegevens. De Chemical Reaction Engineering-module heeft een nieuw gereedschap voor de automatische berekening van het evenwicht in chemische reacties. Toegevoegd zijn stoichiometrische coëfficiëntberekeningen en drie vooraf gedefinieerde thermodynamische systemen voor droge lucht, vochtige lucht en water-stoommengsel. In de Chemical Reaction Engineering Module maakt een nieuwe reactieve ‘pellet bed’-interface het modelleren van ‘fixed bed’-reactoren op diverse schaalgroottes mogelijk: op microschaal met zeer kleine poriën in de deeltjes van de katalysator en op macroschaal van grotere poriën tussen de deeltjes (bimodale poriestructuur). WWW.COMSOL.NL

Met de Acoustics-module zijn nu lineaire thermo-visceuze akoestische effecten te analyseren van bijvoorbeeld luidsprekers van mobiele apparaten.

constructeur 01 - 2021

CST_Art03.indd 45

11-02-21 10:24

MODEL BASED DEFINITION

Zeg het met kleur ‘COLOR CODING’ ALS INTUÏTIEF DIALECT VOOR MBD MBD wint snel terrein. CAD-leveranciers komen met steeds slimmere manieren om afmetingen en toleranties rechtstreeks in het 3D-model te zetten. Ook voor het weergeven van al die informatie in 3D zijn overzichtelijke oplossingen bedacht. Toch pleit MBD-expert Patrick Kerkhof er voor om annotaties zo veel mogelijk weg te laten. Want waarom zou je je model volhangen met blokjes, letters, pijltjes en getallen als je het ook met kleur kan zeggen? L I A M VA N KO E R T

PICKS & CLICKS MET CREO Tijdens het webinar Picks & Clics met Creo bleef het niet alleen bij woorden. Er werd ook flink door de color-based menu’s, werkbladen en toolbars gestruind. Enkele in het oog springende zaken: · Er is een algemeen geldend ‘framework’ met uitgebreide modelinformatie, vergelijkbaar met het kader van een tekening. Hierin staan onder andere een nominale tolerantie, modeltype, kleurstandaard, en modelstatus. · Onderliggend zijn er verschillende ‘tabbladen’ voor de verschillende MBD-onderdelen. Elke productie en/-of controlestap toont alleen die kleuren en definities die voor die stap noodzakelijk zijn. Zo blijft het overzichtelijk · Via een ‘vertaler’, Universal Worker, kunnen 3DPDF’s (bijvoorbeeld voor prijsopgave en review), STEP 242 of QIF’s van de combined states gegenereerd worden. Deze worden na vrijgave van een onderdeel automatisch binnen enkele seconden gegenereerd. Wie Windchill gebruikt kan met native Creo werken. · Wie als Model Based Enterprise met de zijn kleur gedefinieerde model deelt heeft volledige controle wie toegang tot welke informatie heeft. Ook dat houdt het – naast veilig – overzichtelijk. Voor native zou de ontvangende partij ook Creo View kunnen gebruiken. Wie alle clicks wil zien en benieuwd is wat voor vragen dit opriep bij de deelnemers, kan het webinar op www.mbdusers.nl terugzien.

CST_Art03_0002.indd 46

Het werken met 3D-modellen in plaats van platte 2D-representaties van de 3D werkelijkheid heeft zo zijn voordelen. Je brengt informatie op een veel directere manier over dan dat mogelijk is in afgeleide vorm. Zo heb je geen verschillende aanzichten nodig en is ook de context van geometrie en zijn afmetingen in een oogopslag duidelijk. Het was voor veel maakbedrijven de reden om van 2DCAD over te stappen naar 3DCAD. Maar omdat het bij de meeste CAD-pakketten tot voorkort niet mogelijk was ook productmaakinformatie (PMI) zoals plaatsen vormtoleranties aan het 3D-model toe te voegen, zijn platte tekeningen, al dan niet uitgeprint op papier, tot op de dag van vandaag nog steeds de norm. MBD wordt volwassen Inmiddels lijken de softwarebeperkingen achterhaald, zo blijkt uit een bijdrage van Patrick Kerkhof, MBD-expert bij TFH Technical Services,aan een webinar van het Duitse Software Factory. Hoewel het bij het bij ene pakket wat beter gaat dan het andere, hij is zelf een groot fan van Creo van PTC, is het volgens hem in alle gangbare CAD-software inmiddels mogelijk om de productdefinitie rechtstreeks in het 3D-model vast te leggen. Ook gaat dit steeds eﬃciënter en is het mogelijk hier – net als bij 2D vroeger – bepaalde automatiseringsslagen te maken, zodat niet elk stukje informatie voor de productdefinitie handmatig hoeft te worden ingevoerd. Want dat was in de begindagen nog wel een dingetje: het genereren van plaats en vormtoleranties is constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:05

Met color coding krijgen toleranties van oppervlakken een eigen kleur

één, maar als naast CAM-pakketten of meetmachines de mens deze informatie ook moet kunnen lezen, is het wel zo handig als dit geen ‘furball’ wordt – met annotaties die schots en scheef dwars door elkaar heen lopen. MBD gaat namelijk niet alleen om het aansturen van machines met 3D-modellen, maar ook om een intuïtievere, duidelijkere werkwijze voor engineers in de keten. Color coding is intuïtief Tegen die achtergrond is het niet zo raar dat Kerkhof in het webinar pleit voor een volgende stap: het weglaten van bepaalde toleranties en een definitie van tolerantievelden middels kleur. “Ik realiseer me dat het veel gevraagd lijkt”, geeft hij toe. “Het starten met MBD is voor veel bedrijven al lastig genoeg, omdat het alle processen in de bedrijfsvoering raakt. Dat soort verandering stuit altijd op weerstand. Maar aan de andere kant: als je er toch mee van start gaat, waarom zou je color coding hier dan niet meteen in meenemen?” Kerkhof legt uit dat dezelfde argumenten die voor MBD pleiten, ook voor color coding gelden. Door het 3D-model als leidende communicatiebron voor de hele organisatie, maar ook klanten en toeleveranciers te gebruiken gaat de productiviteit er flink op vooruit en zijn kostenbesparingen tot 50 procent geen uitzondering. Bovendien gaat de kwaliteit er op vooruit, omdat er meer aandacht aan de bron – het 3D-model – kan worden gegeven, wat in alle downstream-processen doorwerkt. Voor color coding geldt bovendien dat het veel meer correspondeert met de manier waarop machines naar modellen kijken. Kerkhof: “Een meetmachine weet niet wat een hartlijn of steekcirckel is maar gaat uit van nominale maten gemeten vanaf een referentievlak in het product zelf. ‘In de lucht’ c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_Art03_0002.indd 47

meten kan hij niet. Hetzelfde geldt voor een meerassige freesmachine. Met color coding kijk je dus op een zelfde manier naar het product als de downstream-machines doen. Maar ook voor de mens heeft het voordelen. Je ziet bijvoorbeeld in één oogopslag of een model duur is of niet. Zie je veel oppervlakken met een kleur die met een nauwkeurige tolerantie correspondeert? Je weet dan meteen dat je met een hoogprecisiedeel te maken hebt met het bijbehorende kostenplaatje. Vervolgens kan je >

Zo is één oogopslag inzichtelijk wat de kritieke delen zijn en zegt het iets over de kostprijs.

11-02-21 10:05

Kleuren en bijbehorende toleranties worden in een kleurtabel vastgelegd. Hierin is ook ruimte voor maakinformatie zoals een oppervlaktebehandeling of verfsysteem.

aan de slag met optimalisatie. Want vaak is zo’n kleine tolerantie helemaal niet overal nodig, iets wat je bij een los getalletje dat een maat staat gemakkelijk over het hoofd ziet. “ Kleur zegt niet alles Het ‘als een machine’ naar maakinformatie kijken, geeft meteen ook de beperkingen van color coding weer. Een volledige definitie valt meestal niet in kleur te vangen. Vorm- en plaatstoleranties? Die geef je nog steeds aan op de ‘oude’ MBD-manier. Kerkhof: “Het vergt even tijd om color coding op te zetten, maar daarna werkt het binnen Creo 6 net zo eenvoudig als de klassieke MBD-werkwijze. Je koppelt te gebruiken toleranties volgens een op de stellen bedrijfsstandaard. Hier kunnen ook bepaalde oppervlaktebehandelingen aan toegevoegd worden zoals polijsten of lakken. Vervolgens geeft aan met wat voor modeltype je te maken hebt. Is het een solid part, sheet metal part, lassamenstelling, of van een ander type? Deze differentiatie valt helemaal op de interne en externe maakprocessen af te stemmen.” Kerkhof geeft aan dat er geen geharmoniseerde norm bestaat, maar acht dit ook niet noodzakelijk. Productiesystemen zijn wat dat betreft keurenblind en gebruikers moet kiezen wat voor henzelf handig. “Als TFH hebben we naast color 48

CST_Art03_0002.indd 48

Maakinformatie zoals plaatsen vormtoleranties die niet met kleur zijn vast te leggen, kunnen nog steeds op de traditionele 'MBD'-manier worden gedefinieerd.

coding ook tal van andere MBD-parameters in een standaard template opgenomen waar de best practices van acht jaar in zijn opgenomen. Of een tolerantie symmetrisch is of niet bijvoorbeeld, maar ook het assenstelsel als referentie voor de nominale maten. En ook hoe je welke maten en annotaties naast de kleurdefinitie nog aangeeft. Want uiteindelijk wil je het model wel volledig gedefinieerd hebben. En denk je dat dat goed gelukt is, dan is er ook voor kleurgebaseerde MBD een modelchecker. “ Vooral in het begin is je die modelchecker geen overbodige luxe, vermoedt Kerkhof. Er is immers alleen nominale geometrie. Snijlijnen, curves en edges? Daar kunnen downstream-machines – en dus ook de kleurcodeerder in spe – niks mee. Kerkhof: “Met color coding spreek je een dialect dat meer lijkt op de taal die door de cnc-programmeur of door de kwaliteitscontroleur in meetkamer wordt gebezigd. Niet elke constructeur spreekt die. Maar gelukkig levert kleur ook de benodigde tijd op waarin die taal geleerd kan worden. En eenmaal geleerd kan die tijd gespendeerd worden aan betere modellen. Want hoe hoger de kwaliteit aan de bron is, des te meer is er in de praktijk uit te halen om je als Model Based Enterprise te onderscheiden.” WWW.TFHTECHNICALSERVICES.NL

constructeur 01 - 2021

11-02-21 10:05

PRODUCT

Nieuws KLEMHEFBOMEN MET VEILIGHEIDSFUNCTIE Kipp heeft het assortiment klemhefbomen uitgebreid: De nieuwe modellen met veiligheidsfunctie verhinderen onopzettelijk openen of sluiten. Zo zorgen de bediendelen voor meer veiligheid, niet alleen in productieomgevingen, maar bijvoorbeeld ook in de medische techniek of in de revalidatie. De werkwijze van de nieuwe klemhefbomen is eenvoudig: In de uitgangstoestand kunnen ze vrij worden gedraaid; er bestaat geen verbinding met de klemplaats. De gebruiker moet op de hefboom drukken, zodat de vertanding vastklikt – pas daarna kan de klemming losof vastgedraaid worden. De hefboom keert terug naar de oorspronkelijke stand met behulp van een veer, zodra de hefboom wordt losgelaten. De gesloten greepcontour heeft geen storende randen, zodat de nieuwe producten volgens de fabrikant bij uitstek geschikt zijn voor medische voorzieningen, sport- of revalidatieapparaten. Aan de bovenkant bevindt zich een slotsymbool dat verwijst naar het speciale mechanisme van de producten. De greep is gemaakt van verstevigde kunststof en verkrijgbaar in de kleuren zwart en rood. De nieuwe modellen zijn leverbaar met zowel binnen- als buitendraad in de maten M5, M6 en M8. WWW.KIPPCOM.NL

KOGELDRUKBOUTEN De nieuwe kogeldrukbouten met blauwe PEEK kunststof-opnamevlakken zijn bedoeld voor het spannen, klemmen of steunen van werkstukken met (niet-)parallelle oppervlakken. De nieuwe gepatenteerde serie is bedoeld voor gebruik bij een kwetsbare ondergrond, die in geen geval mag beschadigen. De kogels zijn vervaardigd van thermoplast. De nieuwe serie omvat vier verschillende modellen: twee met rvs buitendraad en twee met binnendraad. Twee modellen hebben een rvs behuizing en de andere twee modellen een (PEEK) kunststof behuizing. De kogeldrukbouten zijn verkrijgbaar in diverse materialen van M8 tot M12 met een statische belastbaarheid van 2,1 tot 5,5 kN. WWW.MPARTS.NL

DRUKKRACHTSENSOR De vernieuwde versie van de C10-drukkrachtsensor is verbeterd als het gaat om onder andere de non-lineariteit, de hysterese en de kruip, zodat de meetonzekerheid is afgenomen. De C10 kan voor een bredere range van meettoepassingen worden ingezet, zodat gebruikers ook kleinere krachten kunnen meten zonder dat de krachtopnemer moet worden vervangen. Het is nog steeds mogelijk om ze individueel aan te passen aan de betreffende meettaak, dankzij de beschikbaarheid van zo’n 2.500 verschillende opties voor de configuratie. Er zijn zowel uitvoeringen met connectoren als met een vaste kabel in het programma, evenals uitvoeringen met redundante meetcircuits (versies met dubbele brug) of TEDS-versies leverbaar. WWW.HBM.COM

c o n s t r u c t e u r 0 1 - 2 0 2 1

CST_product.indd 49

11-02-21 09:47

ACTUATOREN VOOR HEFTOEPASSINGEN

De ICON-actuatoren van Concens, beschikken over een geïntegreerde controller. De actuatoren zijn bedoeld voor gebruik in een industriële omgeving met communicatie via Modbus RTU. De nieuwe generatie heeft dezelfde afmetingen als de CON-actuatoren (CON35, CON50 en CON60). De eindgebruiker bepaalt tijdens de configuratie kleur, slaglengte (50 - 750 mm) en beschermingsgraad van de lineaire actuator. De ICON-actuatoren zijn vrij programmeerbaar. De actuatoren beschikken over intelligente bewakingsfuncties, zoals bescherming tegen overstroom van actuator en applicatie door middel van een interne slagbeperking. Specifieke wensen zoals klantspecifieke kabels en connectoren zijn mogelijk. Ook afwijkende lengtes en slaglengtes zijn leverbaar, evenals speciale montagebeugels en uitvoeringen met een verhoogde beschermingsgraad (IP68 en IP69), desgewenst in rvs 316 of als geluidsarme variant. WWW.ROTERO.COM

VERPLAATSING- EN HELLINGSENSOR In veel toepassingen moeten de verplaatsing en de hellingshoek worden bepaald. De WST-serie posiwire-trekdraadsensors combineert beide metingen in een enkele behuizing. De sensoren beschikken over met contactloze, magnetische, meervoudige Hall-encodertechnologie. De hellingshoek wordt gemeten door een geïntegreerd hellingsensorelement op basis van MEMS-technologie. De sensor is geschikt voor gebruik in ruwe omgevingen zoals in mobiele machines. De sensor meet een lineaire positie tot 20.000 mm en inclinatie tussen +/- 180° in één as. De sensor is verkrijgbaar met een digitale CANopen-uitgang en voor veiligheidstoepassingen CANopen redundant. De lineariteit van de sensoren gaat tot +/0,05 procent van het meetbereik voor de lineaire positie en tot 0,05° voor de hellingshoek. De sensor heeft beschermingsklasse IP67/IP69. AESENSORS.NL

STAND-ALONE MOTION De Kinetix 5100-servodrive en TLP-servomotor zijn nu ook verkrijgbaar in een uitvoering voor 480 V. Het Kinetix 5100-servosysteem is bedoeld als concurrerende oplossing voor ‘motion control’ in flexibele, stand-alone machines. Dankzij de ingebouwde, ‘safe torque off’, kan het koppel worden uitgeschakeld, zonder de stroomtoevoer voor de hele machine uit te schakelen. Hierdoor kan de machine sneller worden opgestart, nadat die buiten gebruik is geweest.

Veilige Laserscanner PSENscan | Productieve ruimtebewaking!

De veiligheidslaserscanner PSENscan biedt een tweedimensionale ruimtebewaking met een openingshoek van 275 graden en een beveiligingsveldbereik van maximaal 5,5 meter. De veiligheidslaserscanner PSENscan is vooral geschikt voor de stationaire en mobiele gebiedsbeveiliging en de toegangsbewaking. Nieuwe features De veiligheidslaserscanner PSENscan is nu ook geschikt voor het beveiligen van de gebieden die verticale toepassingen nodig hebben, zoals toegangsbescherming. De reactietijd is verkort en met de nieuwe Light-, Masteren Slave-varianten kunnen maximaal 70 schakelbare configuraties worden gedefinieerd en kunnen maximaal drie afzonderlijke zones tegelijkertijd worden bewaakt. Uw voordelen: • Geïntegreerde muting-ingangen • Uitgebreide gemakkelijke configuratiemogelijkheden • Grote hoek van 275º • Korte reactietijd (62 ms) • 3 afzonderlijke zones mogelijk • Compacte behuizing • Goed bestand tegen trillingen en vuil • Standaar M12 connectoren • Gecodeerde laserstraal (geen storing van andere scanners als er meerdere scanners in elkaars bereik kijken) • Meerdere safety zones (en OSSD) beschikbaar • Partial dynamic Muting (om het “stiekem” meelopen met een pallet te voorkomen) Verkrijgbaar in E-Shop Maak van uw PSENscan een complete veiligheidsoplossing in combinatie met veiligheidsrelais PNOZmulti 2 of besturingssysteem PSS 4000. Vraag naar uw scherpe aanbieding via info@pilz.nl of bestel uw PSENscan snel en eenvoudig in de Pilz E-Shop met productnummer 6D000001. Nu tijdelijk met gratis test en advies op locatie!

WWW.ROCKWELL AUTOMATION.COM

constructeur 01 - 2021

50 Pilz.indd 1

CST_product.indd 50

27-01-21 13:19

11-02-21 09:47

i.v.m. coronavirus verplaatst naar 2021

Praktische antwoorden op al uw vragen over machineveiligheid! Zet 8 juni alvast in uw agenda want dan vindt de elfde editie plaats van het SAFETY Event. Wat heeft het SAFETY Event te bieden? • Laat u inspireren tijdens het plenaire programma • Doe kennis op bij de learnshops tijdens het middagprogramma • Krijg praktische antwoorden van de Safety doctors, die alle safety-gerelateerde vragen beantwoorden • Kom in contact met vakgenoten, fabrikanten en toeleveranciers op de informatiemarkt Datum: 8 juni 2021 Locatie: 1931 Congrescentrum s’ Hertogenbosch

CST Advertenties.indd 51

Deelnameprijs: € 99,- voor abonnees € 150,- voor niet abonnees

Meer informatie? Kijk op www.safetyevent.nl

11-02-21 09:40

simulatie case study

Hoe ontwerp je duurzaam composietmateriaal? Bij het ontwerpen van een constructie die is opgebouwd uit composietmaterialen, zoals een windturbineblad, moeten composietlagen met verschillende diktes, materiaaleigenschappen en vezeloriëntaties in elke laag worden geanalyseerd. Simulatie kan worden gebruikt om composietstructuren voor verschillende materiaalsoorten en stapelvolgorde te analyseren door modale en spanningsanalyses uit te voeren voor verschillende soorten belastingen. leer meer comsol.blog/composite-turbine-blade

De COMSOL Multiphysics® software wordt gebruikt voor het simuleren van ontwerpen, apparaten en processen op alle gebieden van engineering, productie en wetenschappelijk onderzoek.

CST Advertenties.indd 52

11-02-21 09:40