Cookies på SKF's websted

Vi bruger cookies for at sikre, at vi kan give dig den bedst mulige oplevelse på vores websted og i vores webapplikationer. Hvis du fortsætter uden at ændre dine browserindstillinger, antager vi, at du accepterer at modtage cookies. Du kan dog til enhver tid ændre cookieindstillingerne i din browser.

Rapport om fremtidens drivkraft: Nye teknologier og fremtidens fabrikker

2015 februar 04, 09:00 CEST

FORFATTER: Professor Peter J Dobson OBE, The Queen’s College, Oxford og Warwick Manufacturing Group, University of Warwick.

Der er sket dramatiske forandringer inden for fremstillingsindustrien i løbet af de seneste to årtier, og den tid, hvor fabrikker var støjende og snavsede og anvendte forældede værktøjer og arbejdsmetoder, er forbi. Selv når det gælder massefremstilling af maskintekniske produkter er arbejdspladsen blevet synligt renere og bedre indrettet. Forandringerne har primært været drevet af forbedringer inden for effektivitet, forbedret produktkvalitet og metoder til omkostningsreduktion.

Men spørgsmålet er nu: Hvordan vil de nye teknologier og fremskridt inden for traditionelle teknologier forandre fabrikkernes fremtidige opbygning og indretning? Den udbredte brug af informations- og kommunikationsteknologi, som skaber en mangfoldig blanding af teknologier og applikationer, betyder, at man allerede er begyndt at se på fremstillingsindustrien med nye øjne, og det gælder også den måde, fremtidens arbejdsstyrke udvikles og uddannes på.

Nye teknologier:

Den gennemgribende tendens til, at informations- og kommunikationsteknologi bliver stadig vigtigere og mere avanceret, kan ikke ignoreres. Det er på nuværende tidspunkt muligt at overvåge og styre processer. Det er også muligt at spore både de produkter, der indgår i en fremstillingsproces, og de produkter, der kommer ud i den anden ende, og dataene kan bruges til at maksimere effektiviteten. De maskiner, der anvendes på fabrikkerne, kan sættes under konstant tilstandsovervågning, og det kan – og vil – få stor betydning for arbejdet med at reducere vedligeholdsomkostninger og nedetid. Det bør også kunne reducere risikoen for menneskelige fejl (Dhillon 2014).

Selve designprocessen har også undergået en forandring, og antallet af designmedarbejdere er blevet kraftigt reduceret, samtidig med at der er kommet større variation i den tilhørende infrastruktur. Det kan føre til en øget forekomst af distancearbejde og specialiserede designteam eller -virksomheder, som servicerer flere fremstillingsvirksomheder. Ordet "design" vil optræde hyppigere, når ingeniører taler sammen. Det kommer til at indgå som en del af flere af de tekniske discipliner, hvilket utvivlsomt vil få temmelig store konsekvenser på alle niveauer i uddannelsessystemet.

Når det gælder de nye teknologier, er bioteknologien blevet styrket af de fremskridt, der er sket inden for systembiologi og syntetisk biologi, og nanoteknologien har fundet anvendelsesmuligheder inden for materialeteknologien, lægemiddelindustrien, energisektoren og flere andre brancher. Det er på nuværende tidspunkt muligt at forudse et behov for en ny type fabrik, som vil kunne fremstille og manipulere menneskelige celler.

Bioteknologien har på mange måder allerede gjort sit indtog på fabrikkerne, men i varierende grad og omfang. Der findes allerede nu store fabrikker, som forvandler bioafgrøder til non-food-produkter og energi, men der er også små, men meget højteknologiske fabrikker, som fremstiller rene enzymer, proteiner og biomolekyler til lægemiddelindustrien og andre formål. Omfanget af disse aktiviteter vil stige, til trods for befolkningens skepsis over for genmodificering. Fælles for de nævnte aktiviteter er, at tværfagligt samarbejde bliver stadig vigtigere, og at behovet for kemi- og procesingeniører er stigende.

Én meget sandsynlig nyskabelse er udviklingen af "stamcellefabrikker" og senere muligvis "fabrikker til fremstilling af nye organer". Forretningsmodellen for sådanne fabrikker og den måde, de skal indrettes og opføres på, er dog endnu ikke fastlagt. Bioteknologiske virksomheder er meget følsomme over for kontaminering med uønskede mikrobe-, virus- og svampearter. Derfor er god driftspraksis og renlighed altafgørende, og de fleste bioteknologiske fabrikker er og vil være karakteriseret ved meget rene, sterile driftsforhold samt nøje kontrol med affaldsproduktionen.

Ligesom det er tilfældet med mange andre kemiske processer, vil denne type fabrikker søge at udnytte deres "spildprodukter" optimalt, herunder varme og kuldioxid, som kan anvendes i andre af fabrikkens processer. Denne tankegang, som indebærer nul affald og maksimal udnyttelse af varmeenergien, er godt på vej til at blive den gængse tankegang hos enhver procesingeniør. Et godt eksempel på dette er, at energien fra overskudsvarme, væskestrømme eller vibrationer genvindes og bruges til at generere strøm til de sensorer, der bliver en stadig mere integreret del af ethvert fabriksanlæg, hvilket ofte betyder, at man kan undgå et stort antal ledninger og i stedet anvende trådløs fjernmåling. 

Nanoteknologi har potentiale til at skabe meget væsentlige forbedringer og forandringer inden for materialeteknologi, hvis det gøres gradvist, men den kan også fuldstændig revolutionere områder såsom lavenergibelysning, nye måder til at opbevare og omdanne energi samt udviklingen af nanomedicin. Der vil være behov for en meget væsentlig opskalering, som vil gøre det muligt at masseproducere nanopartikler og andre nanostrukturer under strengt kontrollerede forhold og derefter indarbejde dem i materialer og produkter. Denne "rejse" er kun lige begyndt. Vi er allerede bevidste om de potentielle farer ved nanopartikler, som utilsigtet slipper ud i miljøet eller på arbejdspladsen, så brugen af dem skal ske under streng kontrol. Det vil i sig selv føre til udvikling af nyttige nye måder til at kontrollere affaldsproduktionen fra fremtidige fabrikker. Vi skal desuden forholde os til de økonomiske aspekter ved at lancere nye nanokompositmaterialer, også selvom vi går efter at skabe gradvise forbedringer. I de fleste brancher er det omkostningerne, der styrer udviklingen, og det er op til markedet at beslutte, om en lille forbedring i ydeevnen kan retfærdiggøre de øgede produktionsomkostninger. I fremtiden vil vi se en meget mere detaljeret livscyklusanalyse inden for fremstillingsindustrien. Vi ser det allerede inden for kompositmaterialer, fordi det for denne type materialer er meget svært at genvinde de originale råmaterialer, så de kan genbruges. I takt med at ressourcerne bliver knappe, kan det endda føre til udvikling af nye koncepter såsom genvindingsfabrikker.

Brancher, hvor der er behov for nye fabrikskoncepter:

Lægemiddelbranchen vil sandsynligvis snart opleve gennemgribende forandringer. Mange af de traditionelle metoder til fremstilling af nye lægemidler vil blive bibeholdt, men for at sikre kvaliteten og holde omkostningerne nede vil processerne blive mere automatiserede og kræve brug af flere instrumenter. Særligt introduktionen af nanoteknologi til at syntetisere nye metoder til indgivelse af lægemidler og diagnosticering vil føre til væsentlige ændringer i den måde, produkterne fremstilles på. Det kan ske gradvis, hvor de eksisterende formuleringers levetid forlænges ved at indgive lægemidlet via nanopartikler eller nanokapsler. Det kan særligt gælde inhalationslægemidler. Alle nanopartikler af denne type vil desuden have et meget avanceret overfladelag til "målgenkendelse" for at sikre, at de når frem til det rette sted i kroppen. Det at designe en fabriksproces, som kan gøre dette på en reproducerbar måde, der også stiller myndighederne tilfredse, bliver en udfordring.

Energisektoren får brug for nye fremstillingsmetoder. Nanopartikler og mange aspekter af bioteknologi bliver centrale, når det gælder nye metoder til at opbevare og generere energi. De fleste nye fremskridt inden for batterier afhænger i meget høj grad af udviklingen af nye materialer, som kan opbevare og frigive ladede ioner. Det kræver, at man integrerer nye kulstofbaserede materialer, som kan designes, så de har en kæmpestor indvendig overflade, i batterierne. Udviklingen inden for dette felt drives ikke kun fremad af hybrid- og elbilproducenterne, men sker på tværs af alle de brancher, der arbejder med opbevaring af energi, særligt inden for vedvarende energikilder som vind- og solenergi, hvor energiproduktionen er af uregelmæssig karakter. Stadig mere avancerede nanopartikler, der kan fungere som katalysatorer, vil også være nødvendige. Der er et stort potentiale for udvikling af katalysatorer og reaktorer, som kan omdanne "overskydende elektrisk kapacitet" til gas, enten ved at producere hydrogen ved hjælp af elektrolyse eller fotoelektrolyse af vand eller ved muligvis at producere metan af kuldioxid og vand. Der vil også være behov for katalysatorer og nye specialiserede rektorer, som kan omdanne gas til væske, fordi kulbrintebaserede brændstoffer, uanset om vi kan lide det eller ej, er en meget effektiv måde at opbevare energi på.



Transport- og bilindustrien stiller meget høje krav til nye materialer, idet de både ønsker en lavere vægt og samme styrke og integritet som tidligere. Vi ser allerede nu ændringer i køretøjernes sammensætning i form af et skift fra stål til aluminium med det formål at nedbringe vægten, og denne generelle tendens kan meget vel fortsætte. Kompositmaterialernes rolle som erstatning for stål er en særlig stor udfordring på grund af genvindingsproblematikken, som er omtalt ovenfor. Genvinding af energi fra det, der i dag er overskudsvarme, inden for både bilindustrien og byggebranchen vil føre til udvikling af nye typer varmepumper og andre anordninger til omdannelse af energi.

Uddannelse:

Det står klart, at der er et meget reelt og presserende behov for uddannelse af arbejdskraft til fremtidens fabrikker. I Europa er der iværksat flere initiativer, blandt andet "Manufuture", og kontrasten til USA og Japan er opsummeret på udmærket vis af Mavrikios et al (2013). De globale tendenser på området er samlet og analyseret i en artikel af Secundo et al (2013). Denne artikel peger særligt på samfundets behov for at spare på de knappe ressourcer, tage hensyn til klimaforandringerne og reducere fattigdom. Forfatterne peger også på Manufuture-programmet og IMS2020-programmet, som er implementeret i Europa, Japan, Korea, USA og Schweiz, og som sætter fokus på alle disse problemstillinger samt på standardisering, innovation og den altoverskyggende kompetenceudvikling og uddannelse.

I Storbritannien er man for eksempel i gang med at etablere uddannelser på flere niveauer. Man øger kapaciteten inden for de faglige ungdomsuddannelser via lærepladser, og man er i gang med at etablere nye særlige University Technology Colleges, som skal supplere nogle af de eksisterende ungdomsuddannelser. På det mere avancerede kandidatniveau findes der flere specialiserede Centres for Doctoral Training for ph.d.-studerende. Der, hvor der i Storbritannien og andre lande på nuværende tidspunkt formentlig er et hul, er, når det gælder efteruddannelse af færdiguddannede med joberfaring inden for deres felt. Det er noget, der er vigtigt at få rettet op på.

Det britiske forskningsråd for ingeniør- og naturvidenskaberne, EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council), har for nylig lanceret et meget fokuseret initiativ, som skal forbedre uddannelse og vidensoverførsel inden for fremstillingsområdet, og der er blevet oprettet 16 nye Centres for Innovative Manufacturing. Denne investering i forskning og udvikling på de tidlige stadier af Technology Readiness niveau 1-3, bygger oven på de nye InnovateUK Catapult-initiativer, som dækker de højere niveauer af teknologisk parathed. Der findes på nuværende tidspunkt 7 af disse initiativer i Storbritannien, og de repræsenterer en samlet investering på £140 mio. over en periode på 6 år.

Et yderligere aspekt, som endnu ikke har været behandlet her, er spørgsmålet om, hvordan vi sikrer, at fremtidens fabrikker forbliver funktionsdygtige. I de senere år er der blevet indført visse former for tilstandsovervågning eller forebyggende vedligehold, særligt inden for luftfartsindustrien og bilindustrien. I takt med at fremstillingsprocesserne bliver stadig mere forskelligartede og automatiserede, vil der opstå et behov for at forebygge anlægssvigt og menneskelige fejl især. Der findes en god diskussion af disse problemstillinger i en nylig artikel af Dhillon (2014).

Hvilke regionale og nationale politikker, som kan understøtte udviklingen af fremtidens fabrikker, er under udarbejdelse?

Der er bred konsensus om svaret på dette spørgsmål, og udviklingen synes at bevæge sig i retning af et fælles mål.

Europa-Kommissionen har udgivet et dokument, som er bestilt af European Factories of the Future Research Association, med titlen "Factories of the Future", som udstikker en detaljeret køreplan for organisationens Horizon 2020-program. Dette dokument anlægger et meget bredt perspektiv og dækker tekniske, samfundsmæssige og organisatoriske aspekter.

Den britiske regering har udgivet et dokument, der er bestilt som en del af dens Foresight Future of Manufacturing-projekt, med titlen The Factory of the Future (Ridgeway et al (2013). Dokumentet indeholder følgende anbefalinger:
  • Mere integration af forsyningskæderne
  • Et tættere samarbejde mellem erhvervslivet og de britiske universiteter
  • Fokus på både organisatorisk og teknisk innovation
  • En "systemintegrations"-tankegang
  • Design af fabrikker og processer, der kan rekonfigureres
  • Et regelsæt, der er positivt indstillet over for nye fabrikker, særligt inden for biovidenskab.
  • En vision for Storbritannien, som fremmer innovation og talentnetværk
  • Anerkendelse af det faktum, at der er brug for en kulturændring.

Der er stærk dokumentation for, at regionale politikker for skabning af fremtidens fabrikker begynder at få momentum. For eksempel er man i gang med at indføre konceptet med en modulopbygget "plug and play"-tilgang inden for kemikalieproduktion på Bayer Technology Services' fabrik i Tyskland med støtte fra EU. BASF's store kemiske fabrik ved Ludwigshafen fremstår allerede som et eksempel på en fuldt integreret fremstillingsproces med minimal affaldsproduktion og minimalt energiforbrug
.
Missionen med at skabe disse fremtidens fabrikker er defineret, og vi går en spændende og udfordrende tid i møde, når vi skal til at implementere dem.

Referencer:
Mavrikios D, Papakostas N, Mourtzis D, and 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 Engineering. 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 and 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]

Om Peter Dobson

Peter er en førende ekspert inden for fremstillingsvirksomhed, avancerede materialer og nanoteknologi. Han er på nuværende tidspunkt medlem af styrelsen for Warwick Universitys Warwick Manufacturing Group, medlem af flere paneler og komitéer inden for det britiske forskningsråd for ingeniør- og naturvidenskaberne (EPSRC) og udfører omfattende konsulentarbejde for erhvervslivet. Fra 2002 til 2013 stod han i spidsen for Begbroke Science Park ved Oxford University, og han har etableret flere spin-off-virksomheder. Peter fik i 2013 tildelt den britiske OBE-orden for sit bidrag til videnskaben og ingeniørvidenskaben, og han gik samme år på pension fra Oxford University, hvor han fungerede som strategisk rådgiver inden for nanoteknologi for forskningsrådene i Storbritannien (2009-2013).

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

SKF logo