Sustainable and Agile manufacturing is expected of future generation manufacturing systems. The goal is to create scalable, reconfigurable and adaptable manufacturing systems which are able to produce a range of products without new investments into new manufacturing equipment. This requires a new approach with a combination of high performance software and intelligent systems. Other case studies have used hybrid and intelligent systems in software before. However, they were mainly used to improve the logistic processes and are not commonly used within the hardware control loop. This paper introduces a case study on flexible and hybrid software architecture, which uses prototype manufacturing machines called equiplets. These systems should be applicable for the industry and are able to dynamically adapt to changes in the product as well as changes in the manufacturing systems. This is done by creating self-configurable machines which use intelligent control software, based on agent technology and computer vision. The requirements and resulting technologies are discussed using simple reasoning and analysis, leading to a basic design of a software control system, which is based on a hybrid distributed control system
One of the goals of this research is to arrive at an implementation of a CAN-bus that can be used for lab exercises in regular student courses. In this paper, an overview is given of our basic ideas concerning the CAN concept and its application to the control of a manufacturing system. This system consists of two robots, a milling machine and some transportation means. In this system, every workstation will have its own CAN controller. The concept consists of a specially designed hardware structure, embedded software for the protocol and initialisation and a high level production environment, that makes it possible to configure a production system in an easy way.
Author supplied: Abstract—The growing importance and impact of new technologies are changing many industries. This effect is especially noticeable in the manufacturing industry. This paper explores a practical implementation of a hybrid architecture for the newest generation of manufacturing systems. The papers starts with a proposition that envisions reconfigurable systems that work together autonomously to create Manufacturing as a Service (MaaS). It introduces a number of problems in this area and shows the requirements for an architecture that can be the main research platform to solve a number of these problems, including the need for safe and flexible system behaviour and the ability to reconfigure with limited interference to other systems within the manufacturing environment. The paper highlights the infrastructure and architecture itself that can support the requirements to solve the mentioned problems in the future. A concept system named Grid Manufacturing is then introduced that shows both the hardware and software systems to handle the challenges. The paper then moves towards the design of the architecture and introduces all systems involved, including the specific hardware platforms that will be controlled by the software platform called REXOS (Reconfigurable EQuipletS Operating System). The design choices are provided that show why it has become a hybrid platform that uses Java Agent Development Framework (JADE) and Robot Operating System (ROS). Finally, to validate REXOS, the performance is measured and discussed, which shows that REXOS can be used as a practical basis for more specific research for robust autonomous reconfigurable systems and application in industry 4.0. This paper shows practical examples of how to successfully combine several technologies that are meant to lead to a faster adoption and a better business case for autonomous and reconfigurable systems in industry.
Hout is een veelgebruikt duurzaam (bouw)materiaal met belangrijke ecologische voordelen: Het is hernieuwbaar en fungeert als CO2-opslag. Een nadeel van hout is echter dat het alleen met verspanende technieken (draaien, frezen, zagen) verwerkt kan worden, hetgeen veel houtafval veroorzaakt. Daarbij wordt het afval en hout dat ongeschikt is als constructiemateriaal slechts ingezet in laagwaardige toepassingen of verbrand. Afgezien van het gebruik van houtvezels als filler materiaal bij 3D-printen van kunststoffen, wordt 3D-printen van hout(afval) nog niet toegepast, hoewel dit wel mogelijk is: Alle plantaardige materialen bevatten natuurlijke polymeren, lignine en cellulose, welke voor mechanische eigenschappen zorgen. Door deze polymeren uit plantaardige materialen te scheiden kunnen deze, met behulp van enkele additieven, in een thermoplastisch verwerkbaar materiaal worden omgezet dat extrudeerbaar is. Door de locatie van de extruder te manipuleren en hier laagsgewijs een object mee te maken ontstaat een additive manufacturing (AM) proces: een 3D ‘hout’printer! Naast materiaalefficiëntie biedt AM unieke voordelen, namelijk grote vormvrijheid en de mogelijkheid van seriematige enkelstuksproductie. Indien gecombineerd met de ontwerptechnieken parametrisch en topologische ontwerpen zijn vergaande optimalisaties van materiaalgebruik en productvariaties mogelijk. Met AM ontstaat zodoende een enorm nieuw spectrum van hoogwaardige toepassingsmogelijkheden voor hout(afval). In dit projectvoorstel wordt via de driehoek van ‘materiaal – proces – toepassing’ simultaan onderzoek gedaan naar: (1) Geschikte combinaties (blends) van cellulose en lignine om mee te kunnen extruderen; (2) Het ontwikkelen van een 3D-printproces en setup voor het verwerken van deze materiaal-combinaties; (3) Het identificeren van geschikte toepassingen. Geschikte toepassingen worden beïnvloed door materiaaleigenschappen en het printproces. Beide aspecten hebben ook onderlinge wisselwerking. Daarom wordt binnen casestudies van mogelijke toepassingen de onderlinge invloed integraal onderzocht. De doelstelling is daarbij om een werkende 3D ‘hout’printer met een werkend receptuur te ontwikkelen en de haalbaarheid van innovatieve, duurzame en voor de markt relevante toepassingen aan te tonen middels cases.
Printplaten (PCB's) zijn essentieel in elektronische producten. Ze bestaan uit een drager, geleidende kopersporen en een beschermende soldermask-laag. PCB's worden geproduceerd via fotolithografie en etstechnieken, wat kostenefficiënt is voor massaproductie, maar niet voor kleine oplages. Dit vormt een probleem wanneer bedrijven één PCB nodig hebben, bijvoorbeeld in de ontwerp- of prototypefase en bij eenmalige installaties. Bedrijven zoals 100%FAT en Edulogics bestellen dan meerdere PCB's, waarvan ze slechts één gebruiken. PCB-productiebedrijf DeltaProto beaamt dat bijna al hun klanten op deze manier werken. Dit leidt tot verspilling. Bovendien maken bedrijven zich, bij uitbesteding van PCB-productie, zorgen over veiligheid van hun ontwerpen en ecologische voetafdruk van productie en verzending. Digital manufacturing maakt het mogelijk om in-house PCB’s te maken. Dit biedt flexibiliteit en snelheid, maar het ontbreekt aan een methode om een kwalitatief goede soldermask-laag aan te brengen. Deze PCB’s voldoen niet aan industrie-standaarden, waardoor bedrijven deze methode niet gebruiken. Dit project richt zich op de ontwikkeling van een methode voor additive manufacturing, zoals inkjet-printing, van soldermask op PCB's, zodat ze voldoen aan industrie-standaarden. Additive manufacturing wordt digitaal gestuurd dus maakt snelle ontwerpwijzigingen mogelijk en materiaal wordt alleen aangebracht waar nodig. Dit minimaliseert verspilling, verlaagt opstartkosten en maakt in-house productie van prototype-PCB’s geschikt voor professioneel gebruik. Een eenjarig verkennend onderzoek is nodig om technische uitdagingen en eisen voor het aanbrengen van een soldermask-laag te begrijpen en een prototype te ontwikkelen als proof-of-concept. Wanneer deze technologie wordt ontwikkeld, zal in-house PCB-productie bijdragen aan sneller, beter en verantwoord ontwerpen van elektronica. Dit projectvoorstel past binnen het innovatiedomein Smart Industry door de focus op flexibele en duurzame productie van prototype-PCB's. Het draagt bij aan technologieontwikkeling en heeft een duidelijke maatschappelijke impact. Daarnaast sluit het aan bij innovatiedomeinen Mechatronics en Optomechatronics en sleutel technologieën Advanced Materials en Engineering and fabrication technologies, wat de relevantie verder onderstreept.
Currently, many novel innovative materials and manufacturing methods are developed in order to help businesses for improving their performance, developing new products, and also implement more sustainability into their current processes. For this purpose, additive manufacturing (AM) technology has been very successful in the fabrication of complex shape products, that cannot be manufactured by conventional approaches, and also using novel high-performance materials with more sustainable aspects. The application of bioplastics and biopolymers is growing fast in the 3D printing industry. Since they are good alternatives to petrochemical products that have negative impacts on environments, therefore, many research studies have been exploring and developing new biopolymers and 3D printing techniques for the fabrication of fully biobased products. In particular, 3D printing of smart biopolymers has attracted much attention due to the specific functionalities of the fabricated products. They have a unique ability to recover their original shape from a significant plastic deformation when a particular stimulus, like temperature, is applied. Therefore, the application of smart biopolymers in the 3D printing process gives an additional dimension (time) to this technology, called four-dimensional (4D) printing, and it highlights the promise for further development of 4D printing in the design and fabrication of smart structures and products. This performance in combination with specific complex designs, such as sandwich structures, allows the production of for example impact-resistant, stress-absorber panels, lightweight products for sporting goods, automotive, or many other applications. In this study, an experimental approach will be applied to fabricate a suitable biopolymer with a shape memory behavior and also investigate the impact of design and operational parameters on the functionality of 4D printed sandwich structures, especially, stress absorption rate and shape recovery behavior.
