Modulaire productie-eenheid
Stel je een fabriek voor die niet uit beton en staal is opgetrokken, maar uit bouwblokken. Elk blok is een op zichzelf staande productiecel die iets specifieks kan: lassen, printen, mengen, verpakken. Wil je meer capaciteit? Zet er een blok bij. Wil je iets anders maken? Vervang een blok. Dat is in de kern een modulaire productie-eenheid: een gestandaardiseerd, verplaatsbaar en herbruikbaar onderdeel van een productieproces, dat los of gecombineerd met andere eenheden kan draaien.
Een vergelijking die het makkelijk maakt: een traditionele fabriek is als een huis dat helemaal op maat gemetseld is voor één gezin. Een modulaire fabriek lijkt meer op een set verzendcontainers die je kunt stapelen, verplaatsen en ombouwen. Sommige van deze eenheden passen letterlijk in een scheepscontainer, zoals mobiele vaccinfabriekjes die naar Afrika worden verscheept. Andere zijn kleine fabriekshallen die dicht bij de klant worden neergezet in plaats van in één mega-fabriek aan de andere kant van de wereld. Het idee is steeds hetzelfde: flexibiliteit inbouwen in iets dat van oudsher juist heel star was.
Wat is het precies?
In de klassieke industrie wordt een fabriek gebouwd voor één product, in grote aantallen, voor tientallen jaren. Dat werkt goed zolang de vraag stabiel blijft, maar is duur en traag aan te passen als de markt verandert. Een modulaire productie-eenheid keert dit principe om: in plaats van één groot, vast systeem te bouwen, ontwerp je kleinere, standaard modules die je kunt combineren als bouwstenen.
Elke module bevat meestal alles wat nodig is om een deelstap van het proces uit te voeren: machines, besturing, soms zelfs eigen klimaatbeheersing. Modules worden gekoppeld via gestandaardiseerde aansluitingen voor stroom, data, grondstoffen en afvoer, vergelijkbaar met de manier waarop je USB-apparaten op een laptop aansluit zonder dat je de laptop hoeft open te schroeven. Voeg je een module toe, dan groeit de capaciteit. Haal je er een weg voor onderhoud, dan kan de rest vaak gewoon doordraaien.
In de vakliteratuur heet dit ook wel een reconfigureerbaar productiesysteem: een systeem dat je kunt herschikken zonder het helemaal opnieuw te ontwerpen. Dat kan op verschillende schaalniveaus. Op de kleinste schaal gaat het om één robotcel op wieltjes die je in een bestaande fabriekshal verplaatst. Op de grootste schaal gaat het om complete, in een fabriek voorgebouwde productie-units ter grootte van een vrachtwagentrailer, die per schip of dieplader naar hun bestemming worden vervoerd en daar alleen nog hoeven te worden aangesloten.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste belofte is snelheid. Een nieuwe fabriek bouwen kost vaak jaren; een set voorgefabriceerde modules ter plekke opstellen kan in maanden. Dat is cruciaal wanneer een vraag plotseling ontstaat, zoals bij een pandemie waarin snel vaccins geproduceerd moesten worden, of wanneer een bedrijf snel wil inspelen op een nieuwe marktkans.
Een tweede doel is flexibiliteit. Vraag verandert, producten verouderen sneller dan vroeger, en bedrijven willen niet vastzitten aan een fabriek die alleen één ding goed kan. Modulaire eenheden kunnen worden omgebouwd, verplaatst of geherconfigureerd zonder dat de hele investering verloren gaat.
Een derde motivatie is spreiding en lokale productie. In plaats van één gigantische fabriek die de hele wereld bedient, kun je kleinere eenheden dichter bij de afnemers plaatsen. Dat verkort transportroutes, vermindert de afhankelijkheid van lange, kwetsbare bevoorradingsketens, en kan landen die nu vooral producten importeren, in staat stellen om zelf te produceren.
Tot slot spelen kosten en risicospreiding een rol. Een grote fabriek bouwen is een enorme, vaak onomkeerbare investering. Modulaire eenheden kunnen stapsgewijs worden aangeschaft, getest en uitgebreid, wat het financiële risico verkleint, al is dat niet altijd goedkoper dan gedacht, zoals verderop blijkt.
Voorbeelden uit de praktijk
Het concept is minder abstract dan het klinkt; er zijn al concrete toepassingen te vinden, met wisselend succes.
BioNTech's BioNTainer (vanaf 2022-2023). Het Duitse biotechbedrijf, bekend van het mRNA-covidvaccin, ontwikkelde modulaire, in scheepscontainers ondergebrachte productie-eenheden voor mRNA-vaccins. Zulke containers kunnen compleet voorgebouwd en getest naar een ander land worden verscheept en daar snel operationeel worden gemaakt, als onderdeel van pogingen om vaccinproductiecapaciteit naar Afrika te brengen in plaats van die volledig bij enkele westerse fabrieken te concentreren.
Arrival en het idee van de microfactory (2020-2023). Het Brits-Amerikaanse voertuigbedrijf Arrival wilde elektrische bestelbusjes niet in één reusachtige fabriek bouwen, maar in kleinere, sterk geautomatiseerde 'microfactories' die dicht bij afnemers zouden staan. Het idee kreeg veel aandacht als voorbeeld van modulaire autoproductie, maar het bedrijf kwam financieel in de problemen en moest de ambities fors terugschroeven; het is een nuttige les dat het concept nog geen gegarandeerd succes betekent.
Local Motors in Knoxville (2014-2022). Dit Amerikaanse bedrijf bouwde een compacte micro-fabriek waarin voertuigonderdelen grotendeels met 3D-printers werden gemaakt, onder meer voor de kleine zelfrijdende shuttle Olli. Het bedrijf moest zijn activiteiten begin 2022 staken, wat laat zien dat modulaire, kleinschalige productie niet automatisch commercieel levensvatbaar is.
Kleine modulaire kernreactoren (SMR's). Bedrijven zoals het Amerikaanse NuScale Power en het Britse Rolls-Royce SMR ontwikkelen kerncentrales die zijn opgebouwd uit fabrieksgebouwde reactormodules in plaats van op locatie gegoten betonnen constructies. NuScale kreeg als eerste een ontwerpgoedkeuring van de Amerikaanse toezichthouder, maar het eerste grote klantproject in de staat Idaho werd in 2023 alsnog geannuleerd vanwege oplopende kosten en te weinig deelnemende energiebedrijven. Rolls-Royce SMR doorloopt in het Verenigd Koninkrijk nog het goedkeuringstraject, met een beoogde eerste eenheid in de jaren dertig van deze eeuw.
Modulaire datacenters. Techbedrijven als Google en Microsoft experimenteerden al vanaf de tweede helft van de jaren 2000 met datacenters die uit voorgebouwde, containergrote computereenheden bestaan, zodat rekencapaciteit snel kan worden bijgeschaald door er simpelweg meer van neer te zetten.
Hoe ver is de techniek?
De techniek zelf, gestandaardiseerde modules met snelle koppelingen, is niet nieuw en wordt al decennia toegepast in bijvoorbeeld de auto-industrie en petrochemie. Wat wel in ontwikkeling is, is het idee om complete productiesystemen zo te ontwerpen dat ze standaard, uitwisselbaar en snel herconfigureerbaar zijn, in plaats van maatwerk voor één fabriek.
Op deelgebieden staat de techniek al redelijk ver: modulaire datacenters zijn inmiddels gangbare praktijk, en containergebaseerde farmaceutische productie wordt door meerdere bedrijven ingezet. Op andere terreinen, zoals modulaire autoproductie en kleine modulaire kerncentrales, is de techniek weliswaar bewezen op papier en in prototypes, maar blijkt de weg naar winstgevende, opgeschaalde productie hobbelig. Kostenoverschrijdingen, tegenvallende vraag en de moeite om regelgeving voor iets nieuws te doorlopen, zijn terugkerende obstakels.
Een eerlijke conclusie is dat 'modulair produceren' geen technologie is die op één moment doorbreekt, maar een ontwerpfilosofie die zich sector voor sector, met wisselend tempo, verspreidt. In sommige nichemarkten is het al de norm, in andere, zoals grootschalige autoproductie of kernenergie, moet nog worden bewezen dat het structureel goedkoper of sneller is dan de traditionele aanpak.
Wie werken eraan?
Het academische fundament komt voor een belangrijk deel uit de Verenigde Staten: onderzoeker Yoram Koren van de University of Michigan geldt als een van de grondleggers van het concept van herconfigureerbare productiesystemen, met invloedrijk werk vanaf eind jaren negentig. In Duitsland doet het Fraunhofer-instituut, met name de vestiging voor productietechniek en automatisering (Fraunhofer IPA) in Stuttgart, al langer onderzoek naar wat daar 'wandelbare' (aanpasbare) productiesystemen heet, als onderdeel van de bredere Duitse Industrie 4.0-agenda.
Op bedrijfsniveau lopen de toepassingen uiteen over sectoren. In de farmaceutische industrie werkt BioNTech aan modulaire vaccinproductie, mede gesteund door internationale gezondheidsinitiatieven gericht op Afrika. In de energiesector ontwikkelen NuScale Power (VS) en Rolls-Royce SMR (VK) modulaire kernreactoren, met ondersteuning van hun nationale toezichthouders en overheden die kernenergie als aanvulling op hernieuwbare bronnen zien. In de voertuigindustrie experimenteerden bedrijven als Arrival en Local Motors met microfactories, al lieten beide zien hoe risicovol dat pad kan zijn. Grote clouddienstverleners als Google en Microsoft passen modulaire bouwmethoden inmiddels routinematig toe bij het uitbreiden van hun datacentercapaciteit.
Landen die opvallend actief zijn, zijn de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk (vooral rond modulaire kernenergie), Duitsland (onderzoek naar flexibele productiesystemen) en, via internationale vaccinsamenwerking, diverse Afrikaanse landen die modulaire fabrieken binnenhalen om minder afhankelijk te worden van import.