Robotisering maakt proces betrouwbaarder en minder foutgevoelig

De juiste combinatie van de juiste expertises is de sleutel tot succes
Robotisering maakt proces betrouwbaarder en minder foutgevoelig

De robotdichtheid is in de Benelux nog vrij laag en robotisering komt nagenoeg alleen voor in de middelgrote en grote industriële bedrijven. Hellebrekers Industriële Automatisering, al bekend met robotisering in de procesindustrie, gaat hierin mee en werkt samen met bedrijven die deze stap ook willen maken. Eén van deze bedrijven is Alcon, wereldspeler op het gebied van oogzorgproducten. Ook Alcon ziet de mogelijkheden van robots en heeft Hellebrekers als system integrator gevraagd een productielijn met robots in te richten voor het picken van orders. Na een grondige testperiode is nu de implementatiefase aangebroken.

Redactie Process Control

Voor het opzetten van zo’n complex project waarin diverse bedrijven samenkomen, is een partij nodig die zowel de systemen als de verschillende partijen met elkaar verbindt. Maurice Ditewig, directeur BU Industriële Automatisering bij Hellebrekers: “Er zijn maar weinig bedrijven die alle technieken die we in dit project hebben toegepast allemaal in huis hebben. We hebben het dan over het leveren van zowel de software als de hardware, in dit geval de robot­armen, de vision-techniek alsook de benodigde grippers. De communicatie tussen de diverse stake­holders in zo’n project is daarbij zeer belangrijk. Hoe stem je zaken op elkaar af, hoe houd je mensen betrokken en hoe integreer je dat allemaal met elkaar? Ook dat is een belangrijke rol van de system integrator. Als je dat goed doet, dan krijg je mooie projecten van de grond.“

De opdracht
Ditewig: “Het Alcon-project bestaat uit diverse uitdagingen. De gArtikelste uitdaging is dat we de vision-software- in staat moeten stellen om verschillende zeer fijne objecten te herkennen. Vervolgens moet de robot met een custom made grijper deze verschillende objecten op de juiste manier oppakken. De integratie van deze verschillende technologieën is wat het complex maakt.”Ditewig vervolgt: “In het traject waarin we nu zitten, de implementatiefase, gaan we om te beginnen een robot met vision verschillende producten van oogzorginstrumenten laten verzamelen. Waar normaal gesproken mensen ieder product afzonderlijk oppakken en in een bakje leggen, gebeurt dat nu met een robot. Alcon wil graag het orderpickproces waterdicht maken, dus ongevoelig voor menselijke fouten en anderzijds zo inrichten dat het non-stop door kan gaan.”

“Bij het installeren van robots komen er extra maatregelen bij die bij een manuele picking niet nodig zijn”

Werkwijze
In de productielijn zoals die straks gebouwd wordt, staan vier robots bij elkaar die elk vanuit twee bakken kunnen picken. Per robot zijn er twee vision camera’s aanwezig (per bak één camera). Niels Sanders, Projectleider engineering bij Hellebrekers, is ver­antwoordelijk voor het project bij Alcon. Sanders: “De operator bereidt per order de acht bakken voor met de materialen die nodig zijn. Het kan dus zijn dat een van deze onderdelen een injectiespuit is dat 92 keer voorkomt in die order. Bak 1 wordt dan gevuld met dit product. De 3D camera die boven bak 1 hangt, krijgt vervolgens de software ingeladen voor het picken van deze specifieke spuitjes. Het maakt dan niet uit hoe deze producten in de bak liggen; de robot ‘ziet’ hoe een spuit gepositioneerd is en pickt het vervolgens op de juiste manier op. Dat doet de operator vervolgens met alle acht bakken. Daarna gaan de deuren dicht, wordt de lijn vrijgegeven en beginnen de robots de juiste producten en aantallen te picken.”

Gripper
Sanders vervolgt “Een van de zaken waar we heel goed over nagedacht hebben, is de gripper. We hebben in het huidige project verschillende producten aan de robotlijn toegevoegd. Het is de nadrukkelijke wens van de klant dat in de toekomst, als er veel meer producten door de robot moeten worden gepicked, ze niet elke keer van gripper hoeven te wisselen. We gingen dus op zoek naar een gripper die verschillende soorten producten kan oppakken.”Voor het ontwikkelen van de juiste grijper voor deze opdracht, werd de afdeling Customer Solutions van Festo ingeschakeld, de afdeling binnen Festo waar men gespecialiseerd is in het ontwerpen en vervaardigen van custom oplossingen voor klanten, zoals grippers. Sanders: “Gebruikelijk is de eerste stap in zo’n proces om binnen Hellebrekers zelf een eerste aanzet tot gripper te ontwerpen en te ontwikkelen met behulp van 3D printing. Nadat dit ontwerp getest is en op hoofdlijnen succesvol blijkt, gaan we op zoek naar een leverancier die dit ontwerp verder tot in detail kan verfijnen. In dit traject zijn we direct gestart met Festo en hebben we samen de gripper ontwikkeld. Per product moet iedere keer goed gekeken worden op welke manier dit het beste opgepakt kan worden. Zo kan een injectienaaldje dat in een dun hoesje zit, eigenlijk alleen maar goed worden opgepakt met een tweevingerig grijpertje. Maar een plat scalpelmesje kan bijvoorbeeld weer veel beter opgepakt worden met vacuüm cups. Dit zijn zaken die bij Festo uitgebreid getest konden worden in een speciaal hiervoor ingerichte testruimte, genaamd Grip-It.”

Vision
Voor het vision gedeelte van de opdracht maakt Hellebrekers gebruik van toonaangevende 3D vision software geleverd door Solomon. Ditewig: “Voor het project van Alcon hebben we een applicatie gebouwd, geheel custom made geprogrammeerd, waarin die verschillende producten kunnen worden ingeleerd. Dat was bepaald geen plug and play. In zo’n applicatie moeten allerlei zaken worden verwerkt om het systeem goed te laten functioneren. Hier gaat een langdurig traject aan vooraf. De 3D Vision software moet namelijk niet alleen leren welke producten er in een bak zitten en hoe ze kunnen liggen, maar ook hoe de grijper gepositioneerd moet staan om goed te kunnen picken. Dit gaat aan de hand van honderden foto’s, genomen van allerlei mogelijke posities die de AI steeds slimmer maakt in het oppakken.
Dit vergde een goede samenwerking met onze vision partner Solomon en heeft geresulteerd in een vision-oplossing die later gemakkelijk geprogrammeerd kan worden om ook andere producten te kunnen ‘zien’.”

Veiligheid
In het geval van robots speelt veiligheid een belangrijke rol. Sanders: “Bij het installeren van robots komen er extra maatregelen bij die bij een manuele picking niet nodig zijn. Om de robots die we voor deze opdracht hebben gekozen, moet bijvoorbeeld een geheel gesloten robot-cel staan. Wanneer de deuren van deze unit geopend worden, moet er direct een signaal worden afgegeven waardoor de robot direct stil komt te staan. Ook de IT-security en de integratie met bovenliggende systemen zijn zaken van belang.”

“Robots zijn de afgelopen jaren toegankelijker geworden”

Huidige stand opdracht
De designs voor de robotlijn zijn klaar en goedgekeurd. Op dit moment vindt de implementatie plaats. Ditewig: “Bij zo’n project gaat een uitgebreide testfase vooraf aan de daadwerkelijke implementatie. De individuele componenten zoals de robotarm en grijper zijn eerst wekenlang uitvoerig getest. Nu worden er nog verschillende producten door de robotlijn in bakjes gelegd, maar in de toekomst worden dit er veel meer.”

Robotica in de procesindustrie
Laten we even wat verder uitzoomen, want wat heeft een leverancier van oogheelkundige toebehoren met de procesindustrie te maken? Ditewig: “De robotoplossingen die je in de praktijk veelal ziet, zijn vooral end-of-line oplossingen. In-line robots zie je nog een stuk minder. De in-line oplossingen, zoals hier bij Alcon, bieden juist ook in de procesindustrie ontzettend veel kansen. Als je een product in een lijn moet oppakken, wat het dan ook is, en ergens anders weer moet neerleggen, biedt een robot veel mogelijkheden. Het mooie is bovendien dat we met het project bij Alcon aantonen dat een robotarm met een gripper geen statische robot meer is die maar één ding kan doen. Integendeel, met vision, AI en een breed inzetbare gripper kan je een robot op verschillende productielijnen inzetten. Niet eens perse om je productie te vergroten, maar je kunt een robot met vision technologie bijvoorbeeld ook uitstekend inzetten voor quality control.”

“De grootste uitdaging is dat we de vision-software in staat moeten stellen om verschillende zeer fijne objecten te herkennen”

Return on investment
Is het voor bedrijven in de food industrie ook interessant om naar robotoplossingen te kijken? Ditewig: “Jazeker, sterker nog, het gaat verder dan alleen de ROI. Beschikbaarheid van kundig personeel wordt namelijk een steeds groter probleem. Het niet kunnen produceren van een order, omdat je geen personeel tot je beschikking hebt, is medebepalend in de investering in een robot vandaag de dag. Ik denk dat een order niet kunnen leveren grotere gevolg kan hebben dan een iets langere terugverdientijd. Vergeet daarbij niet dat robots bovendien veel betaalbaarder zijn dan, pak hem beet, een jaar of tien geleden.” Sanders vult aan: “Er zijn nu veel meer technieken beschikbaar om robots te programmeren. Ik zeg niet dat het makkelijk is geworden, maar er zijn veel meer mogelijkheden waar je in deze industrie gebruik van kunt maken. Je hoeft niet meer bij elk project het wiel compleet opnieuw uit te vinden. En dat maakt dat robots en ook cobots dus toegankelijker worden.”

Toegankelijker
Nieuwe technieken die robots betaalbaarder maken, beperken zich niet alleen tot de software en de al ontwikkelde technieken. “Neem nou zoiets simpels als een specifiek onderdeel dat je custom made voor je klant moet maken”, valt Ditewig bij. “Vroeger moest zo’n onderdeel handmatig in elkaar gezet worden om te kijken of het wel paste. Kostte enorm veel geld en tijd. Nu pak je een 3D printer en heb je niet heel veel later een onderdeel met de juiste afmetingen in je handen om te kijken of het echt kan werken. Robots zijn de afgelopen jaren toegankelijker geworden, zo zou ik het samen kunnen vatten. Of je nu een bak met injectienaalden en scalpelmesjes bij de robot hebt staan, of je hebt iets met food, dat is feitelijk niet relevant. We willen graag laten zien dat het kan, dat het betaalbaar is, dat het je efficiency en betrouwbaarheid vergArtikel en dat de kans op fouten afneemt. Juist de procesindustrie is gebaat bij meer in-line robots op de productievloer.”


Over Alcon
Alcon is marktleider op het gebied van surgical en vision care. Het bedrijf levert zowel contactlenzen en alles wat er bij komt kijken (vision care) als alle mogelijke zaken die te maken hebben met oogoperaties (surgical). Bij oogoperaties, ook wel oftalmologische chirurgie genaamd, worden niet alleen allerlei toestellen en technologieën gebruikt, maar zijn er ook chirurgische sets nodig die exact de juiste benodigdheden voor een specifieke operatie bevatten.

Verschillende operaties behoeven andersoortige kits met chirurgische instrumenten en die worden tot nu toe met de hand gedaan in een orderpick proces. Vanwege de strenge hygiëne eisen, gebeurt dat orderpicken en samenstellen in een cleanroom. Ongeveer elke acht seconden komt er een volledig samengesteld pakket van de productie lijn, dat zijn weg vindt naar een ziekenhuis in Europa of daarbuiten.

Bij Alcon vindt men het belangrijk dat het personeel prettig en uitdagend werk verricht en het orderpicken is een proces waar er verbetering mogelijk is. Bovendien is er met mensenwerk altijd het risico dat er fouten worden gemaakt, bijvoorbeeld dat er verkeerde producten gepickt worden. Alcon wil onder andere om deze redenen het orderpicken robotiseren en automatiseren.