„Бисквитки“ на уебсайта на SKF

Ние използваме „бисквитки“, за да се уверим, че ви предлагаме най-доброто възможно изживяване по време на работата с нашите уебсайтове и уеб приложения. При продължаване без промяна на настройките на вашия браузър ние приемаме, че давате съгласието си да получавате „бисквитки“. Въпреки това, можете да промените настройките за „бисквитки“ на браузъра си по всяко време.

Задвижване на Бъдещето - Доклад: Нововъзникващи технологии и бъдещи заводи

2015 Февруари 04, 09:00 CEST

АВТОР: Професор Peter J Dobson, носител на Ордена на Британската Империя, The Queen’s College, Производствена група Oxford и Warwick, Университет на Warwick.

През последните две десетилетия в света на производството имаше драматични промени, с дни и години на шумни, мръсни заводи, които разчитаха на морално остарели инструменти и работни практики, които са достойни да бъдат пратени в книгите по история. Дори в случаите на едромащабно инженерно производство работното място е забележимо по-чисто и по-добре организирано. Тези промени бяха задвижени в основна степен от подобрения в ефективността, стоки с по-високо качество и методи за намаляване на разходите.

Въпросите, които трябва да бъдат зададени сега, са: Как нововъзникващите технологии и нововъведенията в традиционната технология ще променят бъдещия образ и организация на завода? С широкото разпространяване на информационни и комуникационни технологии (ICT), което създава разнообразна смес от технологии и приложения, нагласата към производството вече се променя, включително начина, по който се развива и обучава бъдещата работна сила.

Нови и нововъзникващи технологии:

Повсеместното нарастване на значението и усъвършенстването на ICT не може да мине незабелязано. Процесите могат да бъдат наблюдавани и контролирани. Складовите наличности, както на входящите, така и на изходящите продукти на производствен процес вече могат да бъдат проследявани и данните могат да бъдат използвани за увеличаване до максимум на ефективността. Състоянието на използваните в заводите машини може да бъде наблюдавано непрекъснато и това може и ще има големи последици за намаляване на разходите за поддръжка и принудителното бездействие. Това също така би трябвало да намали вероятността от човешка грешка (Dhillon 2014).

Самият процес по проектирането се промени и имаше голямо намаление в броя на проектантския персонал и вариации в съответстващата инфраструктура. Това би могло да доведе до увеличаване на надомната работа и специализирани проектантски екипи или компании, които обслужват множество производствени единици. Позоваването на "дизайн" ще навлезе по-често в речника на инженерите. То ще стане част от повече клонове на инженерството, което без съмнение ще има доста силно въздействие върху образованието на всички равнища.

Измежду нововъзникващите технологии биотехнологията беше подобрена чрез нови разработки на системи и синтетична биология, следвана от нанотехнологията и нейните приложения за материали, медицина, енергия и други отрасли. Вече е възможно да бъде предсказана нуждата от нов тип завод, който би могъл да създава и манипулира човешки клетки.

Биотехнологията в много отношения вече е започнала да има своето място в пейзажа на завода, но все още има голямо непостоянство на размери и обхват. Въпреки че вече има едромащабни операции, които преобразуват био посеви в нехранителни продукти и енергия, също така съществуват и дребномащабни, но въпреки това високотехнологични заводи, които произвеждат чисти ензими, белтъчини и биомолекули за медицината и за други цели. Тези дейности ще нарастват, въпреки загрижеността на обществото относно генетичното модифициране. Общ фактор за всички тези дейности е нарастващото значение на интердисциплинарните дейности и увеличаващата се нужда от химически инженери и технолози.

Едно много вероятно ново развитие е разработването на "заводи за стволови клетки" и по-късно, възможните "заводи за органи за трансплантация". Въпреки това обаче, бизнес моделът за тях и начинът, по който ще бъдат организирани и построени тепърва ще бъдат решавани. Светът на биотехнологията е много податлив на заразяване с нежелани видове микроби, вируси и гъбички. Поради това доброто стопанисване и чистота са от основно значение и повечето биотехнологични заводи са и ще бъдат характеризирани с много чисти, стерилни работни условия, заедно с внимателно ограничаване на потоците отпадъци.

Подобно на много други химически процеси, такива заводи ще се стремят да използват всички възможни "отпадъци", включително термични и въглероден двуокис, за подаване в други процеси в завода. Това поведение за нула отпадъци и максимална топлинна ефективност започва да си намира място в психиката на технолозите. Добър зараждащ се пример е получаването на енергия от отпадъчна топлина, поток на течност или трептения, за осигуряване на електрическо захранване за датчици, които вече са все по-интегрирани в производствения завод, често премахвайки необходимостта от много кабели, използвайки безжична телеметрия. 

Нанотехнологията има потенциала да осигури много значителни подобрения и промени на материали чрез етапен подход, както и да осигури наистина трансформиращо действие в области като нискоенергийното осветление, ново складиране и преобразуване на енергия и наномедицински разработки. Ще бъде необходимо настъпването на много значително нарастване на мащаба на производство, така че наночастиците и другите наноструктури да могат да бъдат произвеждани масово, в строго контролирани условия, и след това вграждани в материали и продукти . Това "пътешествие" едва сега започва. Вече сме запознати с потенциалните опасности от наночастици, които могат да бъдат неволно освободени в околната среда или на работното място, така че тяхната употреба ще бъде строго контролирана и това само по себе си ще доведе до полезни нови начини за контролиране на изходните потоци отпадъци от новите заводи. Освен това трябва да се справим с икономическите аспекти от въвеждането на нови, нанокомпозитни материали, дори и ако целим поетапни подобрения. В повечето промишлености "разходът е цар" е главната парадигма и пазарът ще определи дали малко подобрение на производителността може да оправдае увеличение на производствените разходи. В бъдеще ще има много по-подробни Анализи на жизнения цикъл на производство. Това вече стана видно в областта на композитните материали, тъй като за такива материали е много трудно да бъдат възстановени оригиналните суровини за рециклиране. Тъй като ресурсите стават оскъдни, това може да доведе дори до нови идеи за заводи за рециклиране.

Отрасли, в които ще бъдат необходими нови идеи за заводи:

Фармацевтичният отрасъл вероятно скоро ще претърпи радикални промени. Много от традиционните методи за приготвяне на нови лекарства ще бъдат запазени, но с цел гарантиране на качеството и поддържане на ниски разходи, процесите ще станат по-автоматизирани и ще включват повече контролно-измервателни уреди. В частност въвеждането на нанотехнологията за синтезиране на нови методи за доставяне на лекарства и диагностициране ще доведат до значителни промени в производството на продукти. Това би могло да бъде поетапно, с първоначално "удължаване на живота" на съществуващите формули, чрез доставяне на лекарства чрез наночастици или нанокапсули. Това може да важи с особена сила за инхалационните лекарства. Всички такива наночастици ще имат също така и доста сложен "разпознаващ целта" повърхностен слой, за да се гарантира, че ще достигат до правилната цел в тялото. Осъществяването на производствен процес, който да прави това възпроизводимо и по начин, който да задоволява разпоредбите, ще бъде предизвикателство.

Енергийният отрасъл ще изисква нови производствени методи. Наночастиците и много аспекти на биотехнологията ще станат основополагащи за нови методи за съхраняване и генериране на енергия. Повечето от новите разработки за акумулаторни батерии разчитат главно на развитието на нови материали за съхраняване и освобождаване на заредени йони. Това изисква внедряването на нови материали на въглеродна основа, които могат да бъдат проектирани, така че да имат огромна вътрешна повърхност в такива батерии. Първопричините за това не се ограничават до промишлеността на хибридните и електрическите превозни средства, а са общи за целия отрасъл съхраняване на енергия, особено за непостоянните, възобновяеми източници, като вятър и слънце. Наночастиците за катализа също ще бъдат необходими във все по-сложна форма. Има огромен потенциал за създаване на катализатори и реактори за подпомагане преобразуването на "свободната електрическа мощност" в газ, както водород чрез електролиза, така и фотоелектролиза на вода и възможност за производство на метан от въглероден двуокис и вода. Катализаторите и новите специализирани реактори ще бъдат необходими също така и за преобразуване на газ в течност, тъй като, независимо дали ни харесва или не, въглеводородните горива са много ефективен начин за пренос на енергия.



Транспортната и автомобилната промишлености ще поставят много взискателни изисквания към новите материали за намаляване на теглото и същевременно поддържане на здравината и цялостта. При автомобилите вече има промени в преминаването от стомана към алуминий за намаляване на теглото и тази генерална промяна може да продължи. Ролята на композитните материали за замяна на стоманата е особено предизвикателна, поради проблема с рециклирането, споменат по-рано. Получаването на енергия от това, което понастоящем е отпадъчна топлина, както в автомобилната, така и в строителната промишлености, ще доведе до нови видове термопомпи и други преобразуватели на енергия.

Обучение:

Ясно е, че има много реална и спешна нужда от обучаване на хора за заводите на бъдещето. Съществуват различни европейски инициативи, като например "Manufuture", а контрастиращата ситуация в САЩ и Япония е точно обобщена от Mavrikios и сътр. (2013). Световните тенденции в тази област са съпоставени и анализирани в доклад от Secundo и сътр. (2013). Те определят в частност обществените нужди от опазване на оскъдните ресурси, вземане под внимание на климатичните промени и намаляване на бедността. Те също така определят програмата "Manufuture" и програмата "IMS2020", проведени в Европа, Япония, Корея, САЩ и Швейцария, които представят всички тези въпроси, както и засягат стандартизацията, нововъведенията и крайно важния аспект за развитието на компетенциите и образованието.

Обединеното Кралство например въвежда обучение на няколко равнища. Това увеличава способността на държавата за ранно обучение за умения чрез стаж и са създадени нови, специални Университетски Технически Колежи за разрастване на някои от колежите за обучение след средно образование. На по-високо, следдипломно ниво, има няколко специализирани центрове за обучение на докторанти. Понастоящем разликата между Великобритания и другаде е вероятно на ниво след-опит и в осигуряването на курсове за Непрекъснато професионално развитие. Честно казано, няма нужда това да бъде разглеждано.

Наскоро EPSRC въведе много фокусирана инициатива за подобряване на обучението и трансфера на знания в производствената област и създаде 16 нови Центъра за Новаторско Производство. Тази разпоредба за научноизследователска и развойна дейност в ранните етапи на Технологична готовност нива 1-3 надгражда новите инициативи "InnovateUK Catapult", които покриват най-високите нива на TRL. Понастоящем има 7 такива, базирани в цялата страна, с инвестиция от 140 милиона британски паунда за период от 6 години.

Един допълнителен аспект, който не е бил покрит досега, е въпроса с поддържането на работоспособността на нашите заводи от бъдещето. През годините бяха възприети някои форми на следене на състоянието или превантивна поддръжка, особено в авиационната и автомобилната промишлености. Тъй като производствените процеси стават по-разнообразни и автоматизирани ще има нужда от премахване на спиранията на завода поради повреди и особено човешката грешка. Тези въпроси са добре описани в скорошна статия от Dhillon (2014).

Какви са регионалните и националните политики, които възникват, за да подпомогнат развитието на Заводите на бъдещето?

Налице е широк консенсус по отношение на отговора на този въпрос и изглежда има развитие на обща цел.

Европейската Комисия публикува документ, поръчан от изследователската асоциация Европейски Заводи на Бъдещето: "Factories of the Future", която задава подробен план за програмата си "Horizon 2020". Този документ хвърля много широк поглед, покриващ технически, обществени и организационни аспекти.

Правителството на Великобритания публикува документ като част от проекта си "Foresight Future of manufacturing" - "Предсказване на бъдещето на производството": "The Factory of the Future" (Ridgeway и сътр. (2013). Този документ препоръчва:
  • По-голяма интеграция на веригите за доставка
  • По-тясна работа между Промишлеността и университетите на Великобритания
  • Фокусиране както върху организационните, така и върху техническите нововъведения
  • Поглед "системна интеграция"
  • Дизайн на повторно конфигурируеми заводи и операции
  • Благоприятна нормативна уредба за нови заводи, особено в областта на науките за живота
  • Визия на Великобритания, която подпомага Нововъведенията и насърчава мрежи от таланти
  • Признаване, че трябва да има промяна на културата.

Има силни доказателства, че регионалните политики за създаване на Заводи на бъдещето започват да набират скорост. Например, идеята за модулен подход “plug and play” е приложена в химическото производство в обекта на "Bayer Technology Services" в Германия, подпомогната от финансиране от ЕО. Големият обект за химическо производство на BASF в Ludwigshafen вече дава пример за напълно интегрирано производство, където има минимално количество отпадни материали или енергия

Ясно е, че мисията за създаване на тези бъдещи заводи вече е налице, и ние сме изправени пред вълнуващи и предизвикателни времена за изпълнението им.

Библиография:
Mavrikios D, Papakostas N, Mourtzis, D, и Chryssolouris G. (2013). "On industrial learning and training for the factories of the future: a conceptual, cognitive and technology framework". J.Intell. Manuf. 24, 473.

Dhillon BS. (2014). "Human error in maintenance: An investigative study for factories of the future". "Materials Science and Steering". 65, 012031.

Ridgway K, Clegg CW, Williams DJ. (2013). "The Factory of the Future". ISBN-13:987-0-9927172-0-9

Secundo G, Passiante G, Romano A и Moliterni P (2013) "Developing the next generation of engineers for intelligent and sustainable manufacturing: A case study". International Journal of Engineering Education 29, 248.

[END]

Peter Dobson bio

Peter е водещ експерт в производство, авангардни материали и нанотехнологии. Понастоящем той е водещ експерт в Warwick Manufacturing Group на университета в Warwick, заседаващ в множество съвети и комитети на EPSRC и даващ широки консултации за промишлеността. От 2002 до 2013 той ръководи Begbroke Science Park в университета Oxford University и е положел началото на многобройни спин-оф компании. През 2013 Peter е удостоен с Ордена на Британската империя като признание за неговите заслуги към науката и техниката и през същата година се пенсионира от университета Oxford, където е бил стратегически съветник по Нанотехнологии към научноизследователските съвети във Великобритания (2009-2013).

P J Dobson, BSc, MA (Oxon), PhD, C Phys, F Inst P, Член на ACS, FRCS.

SKF logo