Circulariteit biedt voordelen voor fabrikanten in de machinebouw

In de machinebouw wordt steeds vaker gesproken over circulariteit, maar nog lang niet iedereen in de productietechnologie is overtuigd van het belang ervan. Bij circulariteit gaat het bijvoorbeeld om de milieuvoordelen van digitale onderhouds- en service-strategieën, maar ook om het besef dat zelfs ogenschijnlijk bejaarde systemen nog kunnen worden opgewaardeerd tot high-tech machines. Die laatste mogelijkheid bespaart grondstoffen en kan economisch interessant zijn.

Op basis van de huidige productietechnologieën zou alleen al de productie van staal, aluminium, kunststoffen en cement in deze eeuw ongeveer 800 gigaton CO2 genereren, stelt Holger Kohl, adjunct-directeur en hoofd van de bedrijfsmanagementafdeling bij het Fraunhofer-IPK (Instituut voor Productiesystemen en Ontwerptechnologie). Alleen deze emissie is al voldoende om ervoor te zorgen dat het tweegradendoel van het klimaatakkoord van Parijs niet wordt gerealiseerd. Daarom is het belangrijk dat dergelijke materialen in een circulaire economie worden gerecycled, benadrukt Kohl. Naast reductie in energiegebruik – en daarmee in CO2-uitstoot – is het behoud van grondstoffen een andere belangrijke pijler onder duurzaam beheer.

Levensduur

In tegenstelling tot de nu nog dominante lineaire economie waarin producten na afloop van een relatief korte levensduur als afval worden gezien, richt de circulaire economie zich op het behalen van de langst mogelijke bruikbare levensduur, gevolgd door reparatie, hergebruik en recycling. Grondstoffen worden zo in omloop gehouden en indien mogelijk gebruikt voor nieuwe producten. Vanuit het perspectief van de circulaire economie zijn aspecten zoals onderhoud en service gericht voor het verlengen van de levensduur, net als hergebruik en recyclen van componenten en onderdelen, van groot belang in de machinebouw, stelt Kohl. 

Over het algemeen zijn productiemachines, zeker in Duitstalige landen, nu al ontworpen om vele jaren – zo niet decennia – probleemloos en efficiënt te werken. Zeker bij draaibanken en frees- of slijpmachines geldt echter wel een soort disclaimer. “Hoeveel tijd het duurt voordat het precisie- en betrouwbaarheidsniveau ervan achteruit gaat, hangt af van het basisontwerp van de machine, hoe zwaar hij wordt belast en hoe goed hij wordt onderhouden”, aldus Paul Kössl, Global Head of Business and Marketing bij de internationale United Grinding Group. Het bedrijf, dat wereldwijd ongeveer 2.500 mensen in dienst heeft, vertrouwt op preventief onderhoud om stilstand te minimaliseren en de levensduur van zijn machines te verlengen, vertelt Kössl. Preventief onderhoud biedt inzicht in de huidige staat van de apparatuur, maar ook in de onderdelen, processen en componenten die in de nabije toekomst moeten worden gerepareerd, vervangen of opgewaardeerd. United Grinding biedt steeds vaker digitale producten en hulpsystemen aan, zoals de ‘Service Monitor’ die onderhoudstaken centraal beheert, bewaakt en documenteert, ook voor meerdere machines tegelijkertijd. 

Digitalisering

Digitale hulpsystemen wonnen tijdens de coronapandemie aanzienlijk aan belang, zegt Kössl. Het aantal oproepen voor onderhoud op afstand is bij United Grinding Group sindsdien meer dan verdrievoudigd. Inmiddels is de helft van alle machines van de machinefabrikant uitgerust met het nieuwe intelligente besturingssysteem C.O.R.E., waarmee via de ingebouwde umati-interface gegevens kunnen worden uitgewisseld tussen machines, inclusief die van derden. C.O.R.E. geeft toegang tot digitale oplossingen in de machine zelf, zonder dat er extra hardware hoeft te worden geïnstalleerd. Zo kan de bediening ervan op afstand worden ondersteund via videocommunicatie, dankzij een in het C.O.R.E.-paneel geïntegreerde camera.
Digitalisering helpt bedrijven om nauwkeuriger en efficiënter te werken en zo hun productiviteit en betrouwbaarheidsniveau te behouden, is de algemene gedachte. Kössl is in ieder geval van mening dat in de toekomst big data-analyses, kunstmatige intelligentie en machinelearning zullen worden omarmd als basis voor voorspellend onderhoud. Veel eindgebruikers hebben daar nog reserves bij. “Maar tegelijkertijd zien we een nieuwe generatie digitale machineoperators die zich volledig vertrouwd voelen met de toepassing van deze technologieën”, aldus Kössl.

Ook wetenschappelijk onderzoek gaat waarschijnlijk bijdragen aan deze ontwikkeling. Het Duitse Federale Ministerie van Onderwijs en Onderzoek financiert tal van projecten in de waardeketen. Daarbij gaat het deels om projecten die zijn gewijd aan het ontwerpen van producten die gemakkelijker zijn te repareren, en het terugwinnen van grondstoffen. Digitalisering wordt daarbij gezien als een sleutelfactor voor het succes van de circulaire economie. Digitale technologieën maken betere netwerkvorming mogelijk tussen relevante spelers. Een van de tot nu toe gefinancierde projecten is Relife (Adaptive Re-Manufacturing for Life Cycle Optimization of Networked Capital Goods). Volgens het machinebouwlab aan de technische hogeschool Aken die het project leidt, is dit een adaptieve onderhoudsstrategie die gegevens van sensoren evalueert om het optimale tijdstip en de omvang van onderhoud te bepalen. Daarbij worden zowel technische als economische en ecologische aspecten meegewogen. Binnen het project worden preventieve re-manufacturingmaatregelen op basis van de sensorgecontroleerde slijtage van onderdelen voorgesteld. Dit maakt het mogelijk om verouderde machines in technisch opzicht op het niveau van een nieuwe machine te houden; een benadering die waarschijnlijk ook weer nieuwe bedrijfsmodellen zal opleveren.

Nieuw leven

Onderzoekers spreken in dit kader vaak over ‘R’-strategieën als basisprincipes: Reduce, Re-use, Recycle. De R-strategieën vormen de basis voor de overgang naar een circulaire economie. Het doel is het reduceren van het gebruik van materialen door afgedankte producten niet weg te gooien, maar ze aan derden te verkopen en te hergebruiken. Om de levensduur van producten te verlengen, moeten ze worden gerepareerd zodat ze hun functie weer kunnen vervullen. Refurbishment omvat niet alleen het repareren van de componenten, maar ook het upgraden ervan naar de huidige stand van de techniek. Re-manufacturing daarentegen is het proces om een product dezelfde kwaliteit te geven als een nieuw product.

Wat met het reviseren van machines mogelijk is, wordt gedemonstreerd door Waldrich Coburg, dat niet alleen grote horizontale en verticale freesmachines maakt, maar ook verticale draaibanken en slijpmachines. Jaarlijks worden hier gemiddeld drie machines volledig gerenoveerd. Volgens Steffen Nitzsche, Retrofit Project Manager bij Waldrich Coburg, gebruikt het bedrijf voor zijn machines inmiddels zeer goed recyclebare materialen zoals gietijzer en staal, waardoor het verbruik van natuurlijke hulpbronnen wordt verminderd. Bij de productie wordt volgens hem zeer weinig plastic gebruikt. De machines hebben hydrostatische geleidingen die vrijwel geen slijtage vertonen en na 30 of 40 jaar ‘alleen maar goed zijn ingelopen’, in de woorden van Nitsche.

Ter illustratie toont hij een portaal-freesmachine die werd gebouwd in 1981. De machine – met imposante vloerplaatafmetingen van 3.600 mm x 13.500 mm, een doorlaatbreedte van 4.600 mm en een doorlaathoogte van 3.500 mm – kreeg een freesondersteuningssysteem dat mechanisch en elektrisch volledig is gereviseerd en gemoderniseerd, net als een moderne portaalaandrijving. Bij de renovatie van de machine zijn ook alle voedingsversnellingen gereviseerd. De machine kreeg een volledig nieuw elektrisch systeem, samen met een moderne Siemens 840D-besturingsunit, nieuwe asaandrijvingen en hydrostatische en hydraulische componenten.
Over het algemeen wordt bij zo’n renovatie ongeveer 90 tot 95 procent van het gewicht van de machine behouden. De overgebleven 5 procent bestaat meestal uit afgedankte besturingskast- en kabelmaterialen. Deze worden niet weggegooid, maar aan een externe dienstverlener overgedragen, waarna nog 30 tot 40 procent ervan wordt hergebruikt.

Kostenbesparing

Matthias Helmprobst, Hoofd Besturingstechnologie bij Waldrich Coburg, benadrukt dat het niet alleen mogelijk is om een machine die 40 jaar of ouder is volledig te reviseren, maar ook om hem te upgraden naar de actuele stand van de techniek. Na revisie voldoet de machine aan de huidige IT-standaarden en kan hij bijvoorbeeld worden geïntegreerd in het bedrijfsnetwerk, dankzij het feit dat de machine gebruikmaakt van de nieuwste besturing- en computertechnologie. Afhankelijk van de omvang van het werk bedraagt de investering voor modernisering tussen de 30 en 60 procent van de kosten van een vergelijkbare nieuwe machine. Daarom is renovatie in veel gevallen ook in bedrijfseconomisch opzicht aantrekkelijk.
Bij Waldrich Coburg is de circulaire economie een onderwerp met hoge prioriteit, benadrukt Helmprobst. Volgens hem is de implementatie niet zozeer een zaak van technische mogelijkheden, maar vooral een mentaliteitskwestie. “Veel mensen vinden dat een machine die 40 jaar operationeel is, verouderd moet zijn”, zegt hij. “We moeten die manier van denken veranderen als we de productie meer in de richting van een circulaire economie willen ontwikkelen.”

Dit onderwerp komt ook uitgebreid aan de orde op vakbeurs EMO, in het inhoudelijke thema ‘De toekomst van duurzaamheid in productie’. EMO vindt van 18 tot 23 september plaats in Hannover.