Levenscyclusbeheer draagt bij tot een schoner milieu. Een belangrijke rol daarbij is weggelegd voor de informatie- en communicatietechnologie. Die moet zorgen voor geïntegreerde ontwikkeling en dito beheer van de levenscyclusprocessen.
De auto van nu is 20 procent zuiniger dan de auto uit het begin van de jaren tachtig. De levensduur is in twintig jaar meer dan verdubbeld; van circa acht jaar naar vijftien jaar. De mechanische carburateur is vervangen door een elektronische, twee-kleppentechniek werd vier-kleppentechniek. Iedere auto heeft een bescheiden systeem voor motormanagement. Route-management en cruise-control doen nu hun intrede. Wanneer die systemen met elkaar versmelten, ontstaat de volledig mechatronische auto. Een mijlpaal op dat traject is de drie-literauto; de compacte auto die op drie liter brandstof honderd kilometer aflegt.
Deze ontwikkeling leidt tot een voertuig dat zeer effectief omspringt met energie, en dat in de bebouwde kom en op provinciale wegen via een routesysteem naar de bestemming wordt geleid. Over tien à twintig jaar neemt op de grote weg het systeem voor wegmanagement, gecombineerd met dat van ‘cruise control’, het heft in handen. De bestuurder krijgt aanwijzingen voor het volgen van een route op zijn scherm.
De besturing wordt volledig geautomatiseerd. Dat gebeurt eerst voor het vrachtvervoer en vervolgens ook voor het personenvervoer. Met een constante en gemiddelde snelheid van 80 tot 100 km per uur beweegt de voertuigslang zich saai, zuinig en snel. In twaalf tot vijftien uur bent u in Zuid Frankrijk, uitgeslapen en met een uitgelezen boek. Het wegtransport wordt veel effectiever. Een elektronisch bestuurde, volbeladen vrachtwagen zonder chauffeur en cabine kan zijn werk dag en nacht, zeven dagen per week, verrichten. De prestatie van zo’n vrachtwagen is meer dan het dubbele van de huidige. Hoe dat voertuig eruit gaat zien is een open vraag: als een bak over de weg of als shuttle in een buis?
Personenauto’s kunnen momenteel 5 procent zuiniger rijden met energievriendelijke banden. De komende jaren worden ze zo’n 25 procent lichter door slimmere constructies en minder luchtweerstand. Iedere 100 kg minder gewicht scheelt 1 liter brandstof per 100 km. Omstreeks 2003 komt Van Doorne Transmissie met een variabele transmissie die de remenergie absorbeert en teruggeeft aan het aandrijfsysteem. Alleen al door deze milieuvriendelijke transmissie wordt weer een energiebesparing van 10 procent mogelijk. De besparingsmogelijkheden zijn groot. De drie-liter auto is geen eindstation.
We hebben het voorbeeld van de auto gekozen, omdat de ontwikkelingen daar niet alleen spectaculair zijn, maar ook voor iedereen zichtbaar. Dat voorbeeld staat echter niet op zich. Het rendement van een gereedschapswerktuig, een draai-, frees- of slijpbank, bedroeg in de jaren zestig circa 33 procent. Nu is dat 95 procent. Dat komt doordat de oude mechanische schakelkasten via tussenstappen zijn vervangen door directe en zeer verfijnd regelbare as-aandrijvingen. Het huidige gereedschapswerktuig is modulair, precies aan te passen aan klanteneisen en mechatronisch. Amper beseffen we dat het communicatie- en besturingssysteem centraal staat. Het ijzer wordt daaraan opgehangen. Het besturingssysteem maakte die ingrijpende constructiewijziging mogelijk.
Autoverkeer wordt in beperkte mate vervangen door communicatie in netwerken. Dankzij warmte-krachtinstallaties stijgt het rendement van onze elektrische energieverwekkers. Inmiddels bestaan er ook prototypen van het 0-energiehuis, dat vanaf het jaar 2000 kan worden gebouwd. Dit is geen mechatronisch gebouw, maar het is wel ontwikkeld met gebruikmaking van veel IT. Op alle fronten wordt aan een betere benutting van materiaal en energie gewerkt. Technische informatiesystemen zijn de motor van die ontwikkeling.
3D-modellering
Het is dus tijd om ‘hoera’ te roepen. We gaan de goede kant op. Technische informatiesystemen brengen redding. De vreugde wordt nog groter wanneer we bedenken dat veel van de huidige produkten en processen zijn ontwikkeld met enige steun van de inmiddels zwaar verouderde 2D-cad software, een eerste generatie applicaties voor computer aided design en een klein beetje computer numerical control (cnc). De invloed van de huidige technische informatietechnologie op ons actuele produkt- en procespakket is nog zeer bescheiden. Des te verheugender is de verbluffende vernieuwing die bereikt is met verouderde IT, en des te meer kunnen we verwachten van de huidige technische informatiesystemen.
Welke zijn die verouderde, actuele systemen? 2D-cad is inmiddels overgegaan in goedkope 3D-modellering op de zware PC en de Unix-machine. Cae-applicaties zijn nu enorm verfijnd en ook geschikt voor de forse PC. Het berekenen van sterktes, stromingen, warmte-overdracht – kortom ieder technisch rekenwerk – is inmiddels mogelijk op elk bureau. Hierdoor worden constructies lichter en processen beter, en verlopen produktontwikkelingen sneller. Veel ontwerpen worden gesimuleerd; het fysieke proefprodukt raakt in onbruik.
Na een lange aanloop kwam enkele jaren geleden de applicatie voor 3D-modellering, sinds twee jaar beschikken we over een systeem voor rapid prototyping en sinds vorig jaar doen we ook aan rapid tooling. Met 3D-modellering ontwerpen we produkten, zoals we als kleine kinderen met blokken of klei modellen maakten. Nu zijn die modellen fotografisch echt; er is mee te manipuleren. De blokken waaruit we die modellen opbouwen zijn de kenmerken. De snel opgebouwde prototypen vormen een aanvulling op het 3D-beeld. Inmiddels kennen we zes categorieën van ‘rapid prototyping’. Ze variëren van een proces voor het genereren van een papieren model om een produktvorm te ontwikkelen tot een proces voor het maken van een kunststof produktmodel met hoge nauwkeurigheid en sterkte.
Met ‘rapid tooling’ wordt de werkvoorbereiding versneld. Daarna komt ‘computerised numerical control’ of de volledige procesbesturing. In beide gevallen kan het produkt hoegenaamd volledig geautomatiseerd worden gefabriceerd. Automatische montage is in een aantal gevallen mogelijk. De besturingstechnieken zijn inmiddels zeer verfijnd. Het cnc-systeem is zowel besturings- als communicatiesysteem. Het bestuurt van de punt van het gereedschap tot aan de vermogensregeling van de motor en het communiceert met het technische en logistieke informatiesysteem. Deze huidige informatietechnieken zijn nodig voor het ontwikkelen van de volgende generatie auto’s, machines en installaties, verpakkingen, communicatie-apparatuur en consumentenelektronica.
Alle toepassingen waren tot nu toe merendeels partieel. Co-makership en co-designing worden sinds enkele jaren op bescheiden schaal toegepast. General Motors heeft onlangs besloten dat al haar vestigingen overgaan op het Unigraphics cad/cam-systeem (‘computer aided design/computer aided management’). Ingenieurs uit Duitsland en uit de Verenigde Staten kunnen nu samen ontwikkelen via het ontwerpsysteem. Ontwerp- en fabricageprocessen worden in hoge mate geïntegreerd met gebruikmaking van 3D-solid modeling en al die andere technische informatiesystemen. Dankzij die ontwikkeling kan de volgende generatie auto’s fors worden verbeterd: lichter, zuiniger, veiliger en comfortabeler. De ontwikkelsnelheid, die de afgelopen jaren met een derde is bekort, zal nog verder afnemen. Inherent aan deze ontwikkeling is dat ook de produktiecyclus korter wordt. Daar staat tegenover dat de gebruiksduur van veel duurzame goederen is toegenomen. De levenscyclus vanaf het ontwerpen tot het versleten zijn van het produkt bedraagt vaak 25 jaar of meer.
Kringlooplogistiek
De milieu-ontwikkelingen spelen zich af aan de kop van de produkt- (en diensten-)levenscyclus. Levenscyclusbeheer komt meer en meer in de belangstelling. De levenscyclus bestaat uit produktontwikkeling, fabricage, ver- of gebruik en recycling. De eerste twee fasen komen in toenemende mate onder klant- en milieucontrole; recycling begint vorm te krijgen. Mercedes en Volkswagen hebben in Duitsland al een fabriek draaien waarin onderdelen worden gedemonteerd en gekeurd en die de goede componenten weer geschikt maakt voor gebruik. Recycling kent twee procesrichtingen: upcycling (hergebruik van wat nog goed is) en downcycling (verschrotten en terugbrengen in het materiaalcircuit). In de VS telt de recyclingbranche momenteel 73.000 ondernemingen met een gezamenlijke omzet van circa 53 miljard dollar. Probleem bij het demontageproces is dat men veelal de produktsamenstelling niet kent. Daardoor moet met de hand gedemonteerd worden. De informatie- en communicatietechnologie staat voor de uitdagende opgave om ‘de sloper’ van de vereiste informatie te voorzien. Een wettelijk kader is hierbij nodig. De milieuwetten zoals die bijvoorbeeld momenteel in Duitsland worden ontwikkeld, duwen wel in de richting van recycling, maar leiden nog niet tot structurering van de informatiestroom.
De Duitse wetgeving roept daardoor vragen op. Sinds vorig jaar is de producent verplicht versleten produkten terug te nemen. Inmiddels blijkt dat een gouden handel voor auto- en witgoedleveranciers. Dankzij die wet hebben zij een monopolie-positie. Concurrentie in dit recyclingproces is er niet. Het economisch proces in de vorm van effectieve demontage, controle en hergebruik en de marktwerking voor distributie van bruikbare componenten wordt daardoor niet bevorderd.
Het recyclingproces vraagt om toegang tot data uit de produktstructuur, om logistieke software voor beheer van de retourstroom en om een managementsysteem voor het bewaken van de milieuprestaties die dankzij recycling zijn te leveren. De volledigheid van de retourstroom moet gecontroleerd worden. Wanneer het recyclingproces wordt vrijgelaten zodat ook derden het proces kunnen uitvoeren, zijn intranetten of Internet, ondersteund door wettelijke maatregelen, nodig voor het verkrijgen van de juiste produktinformatie.
De ontwikkeling van het recyclingproces is tijdrovend. Het ontwikkelen van de beheer- en communicatiestructuur is daarbij nog het minst problematisch, omdat deze bijzondere vormen zijn van bestaande structuren. De benodigde technische processen moeten echter opnieuw worden ontworpen. Daarnaast moet er een marktmechanisme ontstaan voor distributie en voor het gebruik van componenten met een tweede leven. Tevens is er een adequate internationale wetgeving nodig.
De ultieme oplossing
Effectieve produktontwikkeling, fabricage en recycling kunnen zorgen voor een verdere verlaging van materiaal- en energiegebruik, en bijdragen aan het verbeteren van het milieu. De belangrijkste milieuvervuilende fase, de consumptiefase, blijft echter buiten schot. Nu wordt nog wat in de marge gerommeld om het autoverkeer te beperken en moeten mestboekhoudingen de amoniakvervuiling binnen de perken houden. Wat er echter precies in de gebruiksfase gebeurt en hoe we de processen daar milieuvriendelijk(er) kunnen laten verlopen is een grote vraag.
Het milieugedrag van de Westerse wereld is nog niet om over naar huis te schrijven. In de brochure ‘Verplaatsen’ van het interdepartementale Onderzoekprogramma Duurzame Technologische Ontwikkeling wordt aangegeven dat het transport in 2040 moeten plaatsvinden met 5 procent van het huidige energieverbruik. Dat vraagt een enorme inspanning. De oplossing voor dit soort prestaties moet worden gezocht in het onder controle brengen van de volledige levenscycli van de produkten en diensten die we dagelijks consumeren; energie, huisvesting, voeding en genotmiddelen, kleding, sport, recreatie en cultuur, transport en verkeer, kennisgeneratie, kennisnemen en scholing, zorg, en landbouw en veeteelt.
Het onder controle brengen van die levenscycli is een zeer veeleisend proces. Niet alleen moeten vraag en aanbod met elkaar in balans worden gebracht, maar ook moet het milieuverbruik worden gekoppeld aan de produktprestaties. Die balans moet eerst worden gemaakt voor de afzonderlijke levenscyclusprocessen. Ontwikkelingen in die richting zijn er al in de landbouw en in het verkeer. Maar die processen worden partieel aangepakt onder politieke druk. Manipulatie met die processen is nauwelijks mogelijk, omdat stuurmechanismen en alternatieven ontbreken. Echte besparingen zijn pas te realiseren als we afzonderlijke processen onder controle kunnen brengen, aan elkaar koppelen en geïntegreerd verbeteren. Daartoe moeten we evenwicht brengen in vraag en aanbod, energieverbruik en toegevoegde waarde in het transport, de sport, landbouw, veeteelt en visserij en al die andere levenscyclusprocessen. Vervolgens komt dan het geïntegreerde beheer en de geïntegreerde ontwikkeling van die processen in beeld. Als zulke processen in 2040 tot een bijna twintigvoudige verbetering van het energieverbruik in het verkeer moeten leiden, zal de informatietechnologie in 2020 haar huiswerk moeten hebben gedaan. Daarna duurt het immers nog twintig tot dertig jaar voordat al die investeringen in levenscycli zijn veranderd en alle wetten zijn aangepast.
Van de ICT wordt een enorme schaalvergroting gevraagd. Het netwerk van communicerende systemen voor beheer van levenscyclusprocessen is veel gecompliceerder dan welk bedrijfs- of fiscaal proces dan ook. Op kleine schaal hebben we daar inmiddels de nodige ervaring mee opgedaan. Naast intranetten, datamining, produktgroepstructuren en processimulaties op divisieniveau ontstaan soortgelijke activiteiten op het niveau van de levenscyclusprocessen.
Dit mondiale levenscyclusbeheer wortelt in het recyclingproces. Daar kunnen de ICT en de wettelijke maatregelen worden voorbereid en uitgetest. Strategie-ontwikkeling is nu vereist om verspillingen op weg naar het integrale levenscyclusbeheer te beperken. De ontwikkeling is aangezet vanuit het technische informatiesysteem. Levenscyclusbeheer vraagt het onderste uit de kan van ICT, van technische-, logistieke management- en informatiesystemen.
Cees van Heijkoop, freelance medewerker van Computable
