Intreerede: Optimalisatie van werktuigen sleutel tot efficiënter logistiek systeem
De bewerking en het transport van materialen kan veel efficiënter. Dat stelt TU Delft hoogleraar Dingena Schott in haar intreerede ‘Advancing Transport and Processing: from Model to Impact’, die zij op 15 november houdt. Haar onderzoek richt zich op de interactie tussen werktuigen en hun lading, met een speciale focus op korrelige materialen. Door middel van gedetailleerde modellen beschrijft ze deze interactie om vervolgens de werktuigen en het grotere logistieke systeem te optimaliseren.
Granulaire materialen, zoals ijzererts, suiker, steenkool maar ook soja, worden dagelijks verscheept, gemengd, gesorteerd en vermalen. Ze komen in aanraking met allerlei werktuigen. Schott onderzoekt hoe deze interactie verloopt. “Zo’n 80% van de producten om ons heen bevat een granulair materiaal als grondstof,” legt Dingena Schott, hoogleraar Machine Cargo Interaction Engineering, uit. “De verwerking en het transport van deze goederen is een gigantische, en tevens conservatieve, industrie. Er wordt vaak veronderstelt dat de processen al optimaal zijn. Toch valt er nog veel te verbeteren, vooral op het gebied van efficiëntie en energiebesparing.”
Betere grijper voor ijzererts
Schott onderzoekt deze processen op drie niveaus: de interactie tussen deeltjes in het materiaal zelf, het contact tussen materiaal en werktuig, en de werking van het werktuig binnen het grotere logistieke systeem. “We maken modellen die ons een uniek kijkje in installaties geven. Zo kunnen we bijvoorbeeld simuleren hoe bepaalde korrelige materialen mengen.” Op basis van deze modellen, ook wel de Discrete Elementen Methode (DEM) genoemd, worden nieuwe werktuigontwerpen door virtual prototyping getest en geëvalueerd. Zo ontstaat uiteindelijk een werktuig dat het proces aanzienlijk efficiënter maakt.
Een concreet voorbeeld zijn de grijpermodellen die Schott en haar team ontwikkelden voor het lossen van ijzererts. Elke dag arriveren er enorme schepen met duizenden tonnen ijzererts in Rotterdam, en de kraanmachinist kan afhankelijk van het materiaal kiezen uit verschillende grijpers. Dankzij Schott’s onderzoek is er een nieuwe grijper ontworpen die niet alleen de lostijd van een schip met minstens 10% verkort, maar ook 15% lichter is. “Hierdoor zijn minder schaarse grondstoffen nodig en neemt de uitstoot af doordat schepen korter in de haven liggen”, legt Schott uit.
Naast technologie is menselijk kapitaal een belangrijke schakel in het optimalisatieproces, benadrukt Schott. “De mensen die dagelijks met deze machines werken hebben waardevolle inzichten die helpen bij de optimalisatie. Daarom werken we vaak en graag samen met bedrijven aan projecten en innovaties.”
Snellere modellen
Als een van de grootste uitdagingen in haar vakgebied noemt Schott de variabiliteit van materialen: “Elke materiaal gedraagt zich anders, doordat elke korrel anders van vorm en grootte is. Enerzijds wil je een generiek model dat met alles kan omgaan, maar tegelijkertijd is het essentieel om rekening te blijven houden met variaties en onzekerheden.”
Schott en collega’s hebben laten zien dat ze hele gedetailleerde modellen kunnen maken die het gedrag van korrelvormige materialen en de interactie tussen materialen en machines heel nauwkeurig beschrijven. Als volgende stap wil Schott werken aan snellere modellen die de essentie van het proces beter weergeven en kunnen worden ingezet als digital twin voor ontwerpoptimalisatie en procescontrole. “Maar met modellen alleen zijn we er niet, we hebben ook detectietechnieken en sensoren nodig die real-time gegevens verzamelen voor het karakteriseren van materialen en materiaalgedrag in interactie met de apparaten. Daar gaan we ons nu op richten.”
Onderzoek en onderwijs
Schott wil studenten blijven inspireren voor haar vakgebied. Samen met haar team geeft ze les in de masteropleidingen Mechanical Engineering en Transport, Infrastructure and Logistics. “Studenten krijgen de kans om te werken met echte modellen die onze promovendi in hun onderzoek gebruiken. Zo kunnen promovendi hun kennis overdragen en ervaring opdoen in het onderwijs. Op deze manier vergroten we de impact van ons werk en leiden we ingenieurs op die kunnen bijdragen aan snellere en energie-efficiëntere materiaalverwerking en transport,” vertelt Schott.
De intreerede van Schott begint vrijdag 15 november om 15:00. Meld je aan via deze link of kijk de rede terug via de livestream.