Machine Upgrading 4.0 – Blaas je machines nieuw leven in: Uitdagingen en kansen

Vandaag gebruiken veel bedrijven industriële machines of installaties die al tientallen jaren oud zijn. Vaak hebben deze machines nog niet het einde van hun nuttige levensduur bereikt, maar voldoen ze ook niet meer aan de huidige stand van de techniek op het gebied van intelligentie of functionaliteit. Op een gegeven moment kan dan de vraag naar boven komen: "Gaan we deze machine upgraden of gaan we hem vervangen?" Omdat er tal van redenen zijn om een machine te upgraden, willen we in dit artikel aantonen dat het upgraden van een verouderde machine een interessante oplossing kan zijn. Enkele redenen om je machines te upgraden in plaats van ze te vervangen:

• Kosten: Een machine vervangen is doorgaans duurder dan een machine upgraden.
• Betrouwbaarheid: Een nieuwe machine is niet altijd beter.
• Opleiding: Mensen zijn gewoon om de huidige machine te bedienen. Een nieuwe machine vereist veel meer opleiding.
• Fysieke plaatsing: Soms zijn machines diep in een systeem of gebouw geïntegreerd, wat het fysiek moeilijk maakt ze te vervangen.
• Milieu: Door je machines te upgraden, kan je extra schroot vermijden dat met een vervanging gepaard gaat.

De digitale transformatie van een machine in een upgradeproces bestaat uit verschillende stappen:

1. Sensoren: Je hebt sensoren nodig die je data verschaffen om de nodige eigenschappen te meten.
2. Connectiviteit: Je moet toegang kunnen krijgen tot data die vaak op verschillende locaties beschikbaar zijn.
3. Visualisatie: Dit geeft inzicht in wat er werkelijk gebeurt.
4. Inzicht: Wat veroorzaakt de veranderingen die je ziet?
5. Voorspelling: Wanneer kan ik veranderingen verwachten?
6. Aanpassing: Hoe kan ik een geautomatiseerde slimme beslissing nemen, rekening houdend met het feit dat bepaalde elementen in de omgeving van de machine zullen veranderen.

Belangrijke technologieën die een digitale transformatie aansturen, zijn Data-analyses & AI en Digital Twins, stuk voor stuk technologieën waar Flanders Make actief aan werkt.

De co-creatie-site van Flanders Make in Lommel is uitgerust met een 20 jaar oud industrieel persluchtnetwerk dat we gebruiken voor het testen en valideren van opstellingen, klimaatkamers, brandkleppen en algemene machines zoals bandenwisselaars, centrale opvangpunten, enz. In de loop der jaren zijn er echter verschillende problemen met dit netwerk gerapporteerd. Zo heeft de luchtkwaliteit te lijden onder vaste deeltjes, vocht en olie. Ook zijn er verschillende onderhoudsproblemen geweest, zoals lekken, vervuiling van filters, reparaties, storingen, enz. Samenvattend zitten we met een energieverslindend netwerk dat soms uitvalt, waardoor eindgebruikers in de problemen komen. Om dit op te lossen, hebben we besloten om ons persluchtnetwerk geleidelijk digitaal te upgraden.

1. Zorg voor een correcte inschatting van de kosten: verzamelen van data

Bij de start van het upgradeproces hebben we een kosten-batenanalyse uitgevoerd. Voor een eenvoudige case volstaat het om te kijken naar het investeringsrendement (‘Return On Investment’ – ROI), of, op langere termijn, naar de levenscycluskosten (‘Life Cycle Costs’ – LCC) of de totale eigendomskost (‘Total Cost of Ownership’ – TCO).

Het verzamelen van deze kostengegevens is vaak tijdrovend en moeilijk: je machine is bijvoorbeeld al 25 jaar oud en je moet niet alleen de initiële kosten berekenen, maar ook de bedrijfskosten, de servicekosten, de kosten voor opleiding, voor onderhoud, voor software, voor reserveonderdelen, voor documentatie, voor gereedschap, voor verwijdering enz. Je moet met al deze kosten rekening houden omdat dit tot een betere analyse en dus een betere beslissing zal leiden. Gelukkig worden de meeste kosten vaak bepaald door slechts een paar kostenfactoren.

Een nauwkeurige kosten-batenanalyse maken, vergt nogal wat werk. Vaak zit kennis niet opgeslagen in bestanden, maar in de hoofden van mensen die betrokken waren bij de aankoop of het onderhoud van de machine. Een nauwkeurig beeld krijgen van de kosten kan een uitdaging zijn en is vaak niet zo eenvoudig. Het is echter van het grootste belang om een geschikt upgradescenario te kunnen uittekenen.

In het algemeen zou je kunnen stellen dat er 3 bronnen zijn die je als input voor je kosten-batenanalyse kunt gebruiken:

1. Expertise: bijvoorbeeld iemands ervaring met het aantal machine-inspecties of de oorspronkelijke aankoopkosten.
2. Historische gegevens: kosten die kunnen worden getraceerd in logboeken of in de administratie, zoals kosten voor reparaties, onderhoud en uitvaltijden.
3. Operationele gegevens: kosten die verband houden met het werkelijke gebruik van de machine, denk aan energieverbruik, verbruiksprofiel, lekkage, enz.

Voor ons persluchtnetwerk hebben we 3 belangrijke kostenfactoren geïdentificeerd:

• Aankoopkosten:
  • Deze kosten konden we gemakkelijk vaststellen aan de hand van de oorspronkelijke facturen.
• Onderhoudskosten: Het vaststellen van de onderhoudskosten was wat moeilijker, maar we konden deze als volgt bepalen:
  • Onderhoud en reparaties: gebruik van oude facturen in het onderhoudslogboek
  • Terugkerende inspecties: gesprekken met onze facility manager die betrokken was bij verschillende inspecties en zelf ook regelmatig inspecties uitvoerde. Zowel de kosten van de inspecties als zijn werkuren moesten worden meegerekend.
  • Kosten veroorzaakt door uitvaltijden: In de loop der jaren hebben we verschillende machine-uitvallen gehad. Om deze op te lossen, huurden we dan een vervangcompressor. Deze kosten moesten ook worden meegerekend.
• Energiekosten:
  • Het energieverbruik was onbekend. De belangrijkste uitdaging was een schatting te krijgen van het energieverbruik van het systeem. Helaas beschikten we niet over voldoende gegevens om de energiekosten te kunnen inschatten.

Het verzamelen, visualiseren en analyseren van deze gegevens was slechts het beginpunt. Met de nieuwe inzichten in het energieverbruik en de gebruiksprofielen van de persluchtgebruikers konden we nu een nauwkeurigere kosten-batenanalyse uitvoeren om de meest geschikte tweede machine upgrade-iteratie te bepalen. Naast het dichten van bestaande lekken, hebben we drie verschillende upgradescenario's overwogen:

1. Geen upgrade
2. Upgradescenario 1: wijziging van de actieve drukvoorinstellingen op basis van de werking en behoeften van de eindgebruikers
3. Upgradescenario 2: toevoeging van een kleine compressor voor dagen met een lage vraag

Door deze drie opties met behulp van een door ons ontwikkelde tool voor kosten-batenanalyses met elkaar te vergelijken (inclusief worst-case- vs. best-case-cijfers), konden we de kosten tot 2025 inschatten. De resultaten waren als volgt:

• Geen upgrade:
  • Tegen 2025: 19,3 k€/jaar
• Aanpassing van actieve drukvoorinstellingen:
  • Tegen 2025: 16 k€/jaar
• Toevoeging van een kleine compressor:
  • Tegen 2025: 14,1 k€/jaar

Het toevoegen van een kleine compressor zou resulteren in de laagste jaarlijkse kost, maar deze oplossing zou momenteel een hogere investering vergen. Daarom hebben we besloten om voor het tweede scenario te kiezen en actieve drukvoorinstellingen in te voeren, rekening houdend met de werking van de eindgebruikers.

De druk verlagen

De compressor draaide aanvankelijk altijd op een hoge vooraf ingestelde drukwaarde. Aangezien dit echter alleen nodig was in de korte piekperioden waarin de vraag hoger was, zou een algemene lagere druk een betere keuze zijn. Door de drukvoorinstellingen over een periode van een jaar te verzamelen, zagen we dat in 83% van de gevallen een lage drukvoorinstelling voldoende zou zijn voor onze eindgebruikers. Naast lagere energiekosten zou het verlagen van de druk ook minder lekkages veroorzaken. Daarom hebben we een externe interface gebruikt om de drukvoorinstellingen in perioden met weinig vraag te verlagen van 8 bar naar 6,5 bar.