Machines ontwerpen op de grens van maakbaarheid

Geplaatst op door Development & Engineering. De leestijd is ongeveer 8 minuten.

Erald Schipper werkt als System Lead Engineer bij NTS. Momenteel is hij betrokken bij een complex project waarbij zeer diverse disciplines en werkmaatschappijen vanuit NTS zijn betrokken. NTS ontwerpt en levert al zo’n twintig jaar pick-and-place robots voor één van haar strategische klanten. Het zijn robuuste systemen die continu worden geoptimaliseerd. De recente uitdaging was om de robots preciezer te maken. Het liefst werkt Erald aan kleine maar complete en complexe machines, op de grens van maakbaarheid. ‘Ik heb techniek gestudeerd om iets te kunnen maken.”

 “Ik werk nu zo’n drie jaar bij NTS, eerst als Design Engineer en sinds kort als System Lead Engineer,” vertelt Erald. “In mijn rol als Design Engineer zorgde ik ervoor dat concepten tot in de details werden uitgewerkt. Ik heb een master in mechanical automation en focus me met name op het mechanische vlak. Bij NTS maak ik bovendien onderdeel uit van het Matlab Competence Team. We werken in dit team aan de correcte implementatie binnen NTS van een wiskundig rekenprogramma waarmee je allerlei complexe simulaties kunt doen en data kunt weergeven. Wat ik in mijn rol als Design Engineer ook graag deed, is nadenken over concepten en deeloplossingen. Dat kan ik nu als System Lead Engineer volop doen. Ik stel vijf concepten voor en bespreek dat vervolgens met de systeemarchitect om ze vervolgens verder uit te werken. Los van de techniek houd ik me dan bezig met planningen en overzichten. Wat we uiteindelijk opleveren zijn prototypes en 0-series.” Wat ik tof vind aan NTS is dat het maken van de serie ook mogelijk is binnen NTS. Hierdoor valt die aansluiting met deze tak ook binnen mijn werkpakket.

Van precies naar 2 keer zo precies

“Het project waaraan ik momenteel werk, is het vierde project waarbij ik bij NTS betrokken ben. Momenteel werken we aan het verfijnen van een robot die objecten tot op enkele tientallen µm nauwkeurig kan plaatsten. We zijn nu bezig met het verbeteren van de rechtgeleiding. Die vertoonde een minieme verstoring, maar wel te veel. Het gaat daarbij om het halen van een bepaalde plaatsingsnauwkeurigheid. Het oorspronkelijke ontwerp is door toenemende vraag naar nauwkeurigheid niet langer nauwkeurig genoeg. De klant vraagt ons daarom een systeem te maken dat hetzelfde kan, maar dan grofweg 2 keer zo nauwkeurig. Door de hogere precisie kunnen de uiteindelijke producten kleiner, lichter en compacter worden gemaakt. Dat zie je terug in het steeds kleiner worden van de electronica in je telefoon. Daarnaast  leidt het tot een reductie in productiefouten van het eindproduct.

Betrokkenheid technici op drie niveaus

“Bij een project als deze zijn doorgaans collega’s op drie niveaus betrokken: de systeem architect, de lead engineer en de design engineer. De systeem architect heeft de meest conceptmatige rol. Hij stelt technische specificaties op met de klant en heeft daarnaast te maken met planningen en budgetten. Vervolgens wordt een lead engineer aan het project gekoppeld die de verantwoordelijkheid krijgt voor de uitwerking van die specificaties in een module. Daarnaast worden design engineers aan het project toegekend die zich bezighouden met de uitvoering van de technische details.”

Oplossingen die aan systeemgrenzen voldoen

“Gezien de beperkte omvang van dit specifieke project, vervul ik in dit geval zowel de rol van lead als die van design engineer. De systeemarchitect die bij dit project betrokken is, had al het één en ander onderzocht, mogelijke oplossingen in kaart gebracht en de systeemgrenzen omschreven zoals: ‘hoe ziet de interface met de rest van de machine er uit?’, ‘welke ruimte heb je en wat mag het kosten?’. We zijn samen met die uitgangspunten aan de slag gegaan en zijn in een brainstorm op zoek gegaan naar oplossingen die aan de systeemgrenzen voldoen. In dit geval hebben we drie concepten uitgewerkt, waarbij we per concept de risico’s in kaart hebben gebracht door middel van een failure mode effect analyses en een safety risk assessment.”

Air hockey principe

“Een rechtgeleiding op basis van kogels werkt net als de rails van een keukenlade, dat kan stroef gaan door wrijving en spanning. In dit geval hebben we ervoor gekozen om dit op te lossen door een air hockey principe toe te passen, waarbij je die effecten niet hebt. Daarbij hebben we gebruik gemaakt van een luchtlager die lucht door een grafiet-laagje perst. Bij dit principe kun je nog kiezen voor een ronde of vlakke vorm, dat heeft beide voor- en nadelen.”

Concepten tot leven brengen

“In het concept stadium is alles nog vrij theoretisch maar uiteindelijk hebben we vijf prototypes gebouwd om te bevestigen dat we de juiste keuze hadden gemaakt. Ook heb ik vroegtijdig 3D prints gemaakt van plastic om aan te tonen dat bepaalde functionaliteiten passen in de ontwerp ruimte. Bijkomend voordeel is dat je de concepten echt tot leven brengt door ze te printen.”

Serie productie overwegingen meenemen in protofase

“De prototypes voor de module zijn in samenwerking met alle betrokken afdelingen en werkmaatschappijen ontwikkeld. We maken deze machine al heel lang en daarom zijn er heel veel verschillende disciplines binnen NTS bij betrokken. Dat moet goed worden gecoördineerd. Wanneer een dergelijke machine door diverse bedrijven zou zijn ontwikkeld, zou hetzelfde gelden. Het voordeel van het feit dat alles bij NTS ligt, is dat we bij de protofase al nadenken over wat nodig is bij het opschalen naar een serie. Als je het opschalen door een ander bedrijf laat doen, moet je als klant dat proces begeleiden.”

PCP geeft houvast

“In dit project begeleidt mijn collega Nicole Plender als verantwoordelijk projectmanager het ontwerp proces. Zij zorgt voor een goede projectplanning zodat alles gestroomlijnd verloopt. Bij NTS wordt gewerkt aan de hand van het Product Creation Process (PCP) en dat geeft alle betrokkenen inclusief mezelf houvast. Een PCP faseert het ontwerp proces. Dat gaat van product en project definitie naar haalbaarheidsstudies, detail ontwerp en uiteindelijke verificiatie testen. Dan kan ik ook aan een klant uitleggen waarom we iets wel of niet doen en aangeven wanneer wat gebeurt. Met dit inzicht minimaliseren we projectrisico’s voor ons en de klant.”

Werken aan de hand van vaste structuur

“Ik vind het fijn dat we bij NTS een duidelijke structuur hebben door het PCP. Dat dwingt me om van tevoren een baseline en kaders uit te denken. Bij het bedrijf waar ik werkte voordat ik bij NTS kwam, was zo’n structuur er niet. Dat verliep vrij chaotisch. Hier plan ik al mijn taken in en geef aan hoeveel tijd me dat kost. Dat bespreek en plan ik dan met Nicole de project mananger, in dit project. Zo creëren en behouden we het overzicht.

Projectplanning helpt bij verwachtingen managen

“De projectplanning geeft mij overzicht. Het besef dat ik niet 100% van mijn tijd echt inplanbaar ben, moest wel even groeien. Ik kan nu ook terug koppelen aan een klant wanneer iets gebeurt of kan eenvoudiger de consequenties in beeld brengen van wanneer we iets niet doen. Laatst zei de klant bijvoorbeeld: ‘kan dat niet sneller?’ Ik merkte aan mezelf dat in de actiestand schoot maar door even goed naar de prio’s te kijken, deed ik dat uiteindelijk niet en kun je zeggen: nee, dat kan niet om deze en deze reden.  Als ik vastloop in dit project ga ik bij Nicole ten rade.”

Complete machines maken op de grens van maakbaarheid

“Vroeger wilde ik uitvinder worden. Ik was goed in natuurkunde en wiskunde. Uiteindelijk heb ik  gekozen voor werktuigbouwkunde en dan specifiek voor mechatronica. Uiteindelijk wilde ik gewoon complete machines bouwen. Ik heb techniek gestudeerd om iets te kunnen maken. Bij NTS kan dat. Je kunt hier gewoon zelf een machine ontwerpen, ‘m in elkaar zetten en de stekker erin stoppen. Ik werk doorgaans aan vrij kleine machines, die in twee weken in elkaar te zetten zijn. Ze zijn vaak wel heel complex, het ligt op de grens van de maakbaarheid.”

Een volledige machine kunnen overzien is een luxe

“De samenwerking met onze werkmaatschappij in Wijchen vind ik ook heel leuk. Dan loop ik met een tekening naar de inkoper en die gaat dan op zoek naar iemand die het kan maken. Of ik loop naar de man achter de draaibank om mee te denken over het ontwerp. Dat we wat kleinere machines maken, vind ik een luxe. Als lead engineer kun je dan veel meer betrokken zijn dan wanneer het een enorme machine betreft die niet door één persoon kan worden overzien. Als de proto’s op tafel liggen, voelt dat echt als een cadeautje.”

Uit ervaring en inhoud feedback geven

“Bij NTS kan ik ook meekijken met de monteurs. Wat op de universiteit werd behandeld, was heel theoretisch. Hier loop je tegen veel praktische zaken aan. Uiteindelijk wil ik in de toekomst graag systeemarchitect worden. Omdat ik iemand ben die vanuit de inhoud feedback wil kunnen geven, moet ik voor die tijd van alles wel gezien en gedaan hebben. Die mogelijkheid bestaat bij NTS.”

Meer weten?

Neem contact met ons op via het formulier

Neem contact op