Van ad-hoc naar proactief: een nieuwe kijk op retrofitting

Smart retrofitting heeft de toekomst

Retrofitting is een efficiënte en kosteneffectieve manier om bestaande systemen te moderniseren, hun prestaties te verbeteren en ze future-proof te maken ten aanzien van regelgeving, veiligheid en duurzaamheid. De aanvankelijke terughoudendheid vanwege de organisatorische, technische en financiële risico’s heeft met name de afgelopen vijf jaar plaatsgemaakt voor welwillende adoptie: steeds vaker wordt retrofitting gezien als een proactieve, strategische keuze.

Upgradetraject

In een tijd waarin technologische ontwikkeling zich in een hoog tempo voltrekt en productie-installaties aan steeds hogere eisen moeten voldoen, biedt retrofitting − één van de vier gangbare moderniseringsstrategieën (zie kader) − een aantrekkelijk alternatief voor volledige vervanging.

Binnen motion control staat het begrip voor een upgrade-traject waarin modernisering plaatsvindt door verouderde aandrijf- en/of besturingssystemen te vervangen door dan wel aan te vullen met moderne(re) componenten. Voorbeelden daarvan zijn het inbouwen van geavanceerdere encoders voor nauwkeurige positieterugkoppeling en de integratie van moderne frequentieregelaars ten behoeve van energie-efficiënte motorsturing.

Moderniseringsstrategieën
Naast retrofitting zijn er nog drie andere moderniseringsopties:

- Re-engineering
Herontwerp van een bestaand systeem, proces of van een bestaande component aan de hand van nieuwe inzichten, technologieën of vereisten (gaat vaak vooraf aan retrofit of remanufacturing).
- Remanufacturing
Het volledig demonteren, inspecteren en opnieuw opbouwen van een product/systeem zodat dit weer voldoet aan de originele en waar mogelijk aan betere specificaties, waardoor het de ‘als nieuw’-status kan worden toegekend.
- Revamping
De grootschalige modernisering of herstructurering van een complete installatie of productielijn, dat wil zeggen inclusief mechanische, elektrische en procesmatige aspecten. Deze (vaak projectmatige) systeemupgrade is gericht op capaciteitsvergroting, lay-outwijziging of procesaanpassing.

Legio voordelen

Aanvankelijk werd retrofitting vooral gebruikt in de machinebouw en werktuigbouwkunde, bijvoorbeeld bij CNC-machines waar elektronica en besturing werden vernieuwd met behoud van de bestaande mechanische componenten. Gaandeweg is het een haast vanzelfsprekend onderdeel geworden van industrieel onderhoud en digitalisering, en met reden want de voordelen zijn legio.

Retrofitting verbetert proceseigenschappen als precisie, stabiliteit, efficiëntie en betrouwbaarheid, en bevordert de integratie met moderne automatiseringssystemen (PLC, SCADA, HMI en MES). Daarnaast draagt het bij aan de verlenging van de levensduur van de installatie als geheel, aangezien essentiële componenten worden gemoderniseerd om vervolgens weer geruime tijd te kunnen voldoen aan de geldende technische eisen.

Terughoudendheid

Toch is er ten aanzien van retrofitting gedurende lange tijd geweest van een zekere terughoudendheid. Daarvoor zijn diverse oorzaken aan te wijzen.

Organisatorische inertie

Dit houdt in dat het een organisatie moeite kost te veranderen of zich aan te passen, zelfs als de (markt)omstandigheden daarom vragen. Oorzaken hiervan kunnen zijn:

• een trage en/of complexe besluitvorming, bijvoorbeeld als gevolg van bureaucratie en/of het vasthouden aan gewoonten en routines;
• interne belangen: sommige afdelingen of personen vrezen voor hun positie;
• angst voor verstoring van de bedrijfsvoering op het praktische en/of operationele vlak.

De hiermee samenhangende ‘stroperigheid’ was voor veel bedrijven aanleiding om toch maar van retrofitting af te zien.

Technische onzekerheden

Technische complicaties vormden bij retrofitting een reëel risico, niet alleen omdat het te doorlopen traject interdisciplinaire expertise vergt, ook omdat het personeel vaak niet was opgeleid om te werken met hybride systemen.

Afhankelijkheid maatwerkoplossingen
Retrofitting in motion control vereist doorgaans klantspecifieke engineering. Oudere systemen waren – en zijn − zelden voorbereid op modulaire upgrades, en nieuwe componenten als servoregelaars, encoders en motion controllers kunnen dan ook niet ‘zo maar’ worden geïntegreerd. Door het ontbreken van gestandaardiseerde interfaces of ‘plug-and-play’-oplossingen moesten dergelijke aanpassingen daarom handmatig gebeuren, wat extra kosten met zich meebracht.

De vervanging van slechts één component kan het dynamisch gedrag van een systeem al aanzienlijk beïnvloeden

Compatibiliteit
Verouderde computersystemen, softwaretoepassingen of technologieën (legacy-systemen) gebruiken vaak achterhaalde protocollen terwijl in de moderne motion control-technologie veelal wordt gewerkt met EtherCAT, Profinet of digitale encoders. Om dergelijke niet-compatibele systemen/componenten met elkaar te laten communiceren waren − en zijn soms nog steeds − adapteroplossingen noodzakelijk: hard- of software die in staat is verschillen in protocollen, interfaces of dataformaten te overbruggen.

Systeemdynamiek
De vervanging van slechts één component kan het dynamisch gedrag van een systeem al aanzienlijk beïnvloeden. Bij oudere installaties was bovendien vaak onvoldoende informatie beschikbaar – door gebrekkige documentatie − over cruciale systeemparameters als massa, demping, resonantiefrequenties en regelkarakteristieken. Hierdoor ontstond onzekerheid over essentiële prestatiekenmerken als stabiliteit, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

Financiële risico’s

Organisaties zagen retrofitting vaak als een risico-investering met een moeilijk te kwantificeren ROI. De rendementstijd was in hun ogen te lang of de opbrengst van de modernisering te ongewis. Ook kon het mislukken van een retrofit leiden tot ongeplande downtime, met alle gevolgen van dien voor productie en omzet. Bedrijven stelden een retrofit daarom vaak uit of gaven de voorkeur aan volledige vervanging als een zekerder oplossing, dit ondanks de doorgaans hogere kosten.

Perceptie

De laatste vijf jaar is de visie op retrofitting aan verandering onderhevig, vooral ingegeven door technologische ontwikkelingen, strengere duurzaamheidsdoelen en economische factoren. De perceptie transformeert van een ad-hocoplossing voor verouderde apparatuur naar een proactieve, strategische keuze waarbij digitalisering, kostenefficiëntie én duurzaamheid zowel technologisch als functioneel op elkaar zijn afgestemd.

Technologische ontwikkelingen

Aan de boost die retrofitting binnen motion control heeft gekregen ligt een brede variëteit aan technologische ontwikkelingen ten grondslag. Een bloemlezing.

Backward compatibility
Dit houdt in dat nieuwe componenten − drives, motorcontrollers of software – in staat zijn samen te werken met bestaande, oudere systemen zonder dat volledige vervanging daarvan nodig is (verminderde retrofitkosten en stilstandtijd).

Digital twins en simulatie voor motion (34)
Dankzij simulatie van bewegingsprofielen en kinematica met behulp van een digital twin, een virtuele kopie van een motor, aandrijving of complete machine, kunnen aanpassingen vooraf worden getest wat de retrofitting efficiënter, veiliger en nauwkeuriger maakt.

Industriële communicatieprotocollen
Dergelijke snelle en gestandaardiseerde netwerken als EtherCAT en Profinet laten oude en nieuwe componenten communiceren. Dit maakt zogeheten hybride retrofits mogelijk: oude motoren met nieuwe drives en nieuwe motoren met bestaande drives.

Aan de boost die retrofitting binnen motion control heeft gekregen ligt een brede variëteit aan technologische ontwikkelingen ten grondslag

Open source motion platforms en integraties
Dankzij open ecosystemen voor motion control als ROS-Industrial en LinuxCNC kunnen oudere machines worden gemoderniseerd met krachtige, configureerbare software. Dergelijke platforms stellen gebruikers in staat maatwerkoplossingen te ontwikkelen zonder afhankelijk te zijn van gesloten, fabriekssystemen.

Plug-and-play retrofit kits en mechatronische modules
Fabrikanten bieden kant-en-klare motion retrofitoplossingen aan voor oude systemen als spindels, X-Y-tafels en lifters. Hierdoor is snelle installatie mogelijk, vaak zelfs zonder dat er mechanische aanpassingen nodig zijn.

De hierboven beschreven combinatie van het vervangen van oude componenten voor basisfunctionaliteit en de introductie van slimme technologie wordt ook wel aangeduid als smart retrofitting, zie de tabel.

Economische factoren

Tot circa 2020 werd retrofitting veelal gezien als een kostenbesparend alternatief voor vervanging, zeg maar het ‘in de lucht houden’ van oude(re) machines. Als gevolg van voortdurend stijgende grondstofprijzen, lange levertijden van nieuwe machines en geopolitieke onzekerheden – denk aan de recente handelsbeperkingen − wordt retrofitting steeds vaker ingezet om bestaande installaties te verduurzamen en energie-efficiënter te maken.

Dit kan onder meer door de integratie van energiezuinige aandrijvingen, regeneratieve voedingen en door kwalitatieve verbetering van het monitoringsysteem. 'Prettige bijkomstigheid' daarbij is de substantiële verlaging van de Total Cost of Ownership (TCO), de aanschafkosten van een installatie alsook alle kosten gedurende de volledige levensduur.

Strengere duurzaamheidsdoelen

De laatste vijf jaar speelt de milieu-impact een steeds grotere rol van betekenis. Circulariteit, CO₂-reductie en EU-wetgeving – onder meer de Green Deal en Ecodesign-verordeningen – maken dat bedrijven retrofitting inzetten als onderdeel van hun duurzaamheidsbeleid. Een retrofit wordt tegenwoordig in de regel als milieuvriendelijker beschouwd dan volledige vervanging.

Niet alleen is de koolstofvoetafdruk van een nieuwe productie vaak veel groter dan die van een digitale retrofit, ook draagt retrofitting bij aan de afvalreductie en past het binnen het principe van design for longevity, een ontwerpmethode waarbij producten, systemen of installaties zo worden ontworpen dat ze lang meegaan, makkelijk te onderhouden en eenvoudig te repareren en upgraden zijn.

Met medewerking van Eurobotics, Fanuc, SEW-Eurodrive