Cookie-k az SKF webhelyén

Az SKF cookie-kat használ arra, hogy webhelyei tartalmát minél jobban összehangolja a látogatók preferenciáival - ilyen például a választott ország és nyelv. Elfogadja az SKF által használt cookie-kat?

cookie_information_popup_text_2[125]

Power the Future - Jelentés a feltörekvő technológiákról és a jövő gyárairól

2015 február 04, 09:00 CEST

SZERZŐ: Peter J. Dobson az Oxfordi Egyetem Queen’s College-ának és a Warwicki Egyetem Warwicki Gyártási Csoportjának a Brit Birodalom Rendjével (OBE) kitüntetett professzora.

Az elmúlt két évtized során drámai változások tanúi lehettünk a gyártás világában, hiszen az elavult eszközökre és munkamódszerekre épülő zajos, piszkos gyárak ideje lejárt, róluk már csak a történelemkönyvekben olvashatunk. Még azokban az üzemekben is észrevehetően tisztább és szervezettebb a munkahely, ahol gépek tömeggyártása folyik. Ezek a változások nagyrészt a hatékonyság javításának, a jobb minőségű termékeknek és a költségcsökkentő módszereknek köszönhetők.

Most az a kérdés, hogy a jövőben a feltörekvő technológiák térhódítása és a hagyományos technológiák fejlődése miként fogja megváltoztatni a gyárak működését és szervezeti felépítését. A technológiák és alkalmazások változatos kombinációját elősegítő infokommunikációs technológiák (ICT) széles körű használata már most hatással van a gyártással kapcsolatos szemléletre, például arra, hogyan tanítják és képzik a jövő munkásait.

Új és feltörekvő technológiák:

Nem lehet nem észrevenni, hogy az ICT minden téren egyre fontosabb és kifinomultabb lesz, a gyártási folyamatok követhetővé és ellenőrizhetővé válnak. Ma már a készletek a gyártási folyamatok input és output szakaszában egyaránt nyomon követhetők, és ezen adatok ismeretében maximalizálni lehet a hatékonyságot. A gyárakban használt gépek állapotát folyamatos ellenőrzés alatt lehet tartani, ami nagymértékben csökkentheti a karbantartásból és az állásidőből eredő költségeket. Ugyanakkor ez várhatóan az emberi mulasztásokból eredő hibák számát is le fogja csökkenteni (Dhillon, 2014).

Maga a tervezési folyamat is módosult, ami nagy létszámcsökkentést vont maga után a tervezőgárdában, illetve változásokat hozott a vonatkozó infrastruktúrában. Mindez nagyobb arányú, otthonról folytatott munkavégzéshez vezethet, illetve olyan szakosodott tervezőcsapatok vagy cégek jelenhetnek meg, amelyek egyszerre több gyártási egységet szolgálnak ki. A mérnökök szóhasználatában egyre gyakrabban jelenik meg a „tervezés” szó, amely egyre több mérnöki ágazat részévé válik, és ez kétségkívül minden szinten alapvetően megváltoztatja az oktatást is.

A feltörekvő technológiák közül a biotechnológia emelkedik ki a legnagyobb mértékben a rendszerek és a szintetikus biológia terén végzett új fejlesztések révén. Ezt követi a nanotechnológia és annak alkalmazási területei az anyagok és gyógyszerek vonatkozásában, valamint az energia- és egyéb szektorokban. Már ma megjósolhatjuk, hogy igény lesz majd egy olyan új típusú gyárra, amely még emberi sejtek létrehozására és manipulálására is képes lehet.

A biotechnológia sok tekintetben már elindult afelé, hogy helyet keressen magának a gyárak térképén, ám méreteit és tevékenységi körét illetően nagy változatosságot mutat. Miközben léteznek már olyan nagyméretű üzemek, amelyek a biológiai módon megtermelt terményekből nem élelmiszer jellegű termékeket és energiát állítanak elő, akadnak kisméretű, ám mégis nagyon fejlett technológiát alkalmazó üzemek is, amelyek tisztított enzimeket, fehérjéket és biomolekulákat állítanak elő gyógyászati vagy egyéb célokra. Ezek a tevékenységek a nyilvánosság génmódosítással szembeni fenntartásai ellenére is növekedni fognak a jövőben. Egyik közös jellemzőjük, hogy egyre fontosabbá válnak a több szakterületet átfogó tevékenységek, illetve az, hogy egyre nagyobb szükség lesz a vegyész- és folyamatmérnökök munkájára.

Nagyon valószínű, hogy megjelennek majd az „őssejtgyárak” és később talán a „szervpótlásokhoz szükséges szerveket előállító gyárak” is. Az ezek megvalósítását célzó üzleti modell, valamint megszervezésük és kivitelezésük módja azonban még eldöntendő kérdés. A biotechnológia világa nagyon érzékeny a nem kívánt mikrobás, vírusos és gombás eredetű fertőzésekre, szennyeződésekre, ezért a rendnek és a tisztaságnak óriási a jelentősége. A legtöbb biotechnológiai gyárat a nagyon tiszta, steril működési körülmények és a körültekintő hulladékáram gazdálkodás jellemzik.

Sok más vegyi üzemhez hasonlóan az ilyen gyárak is arra törekednek, hogy minél jobban hasznosítsák a képződött „hulladékot”, beleértve a gyár más folyamataiba bevezethető hulladékhőt és szén-dioxidot. Ez a zéró hulladék és maximális hőhatékonyság szemlélet egyre inkább tudatosul a folyamatmérnökökben. Egy terjedő jó példa a hulladékhőből, a folyadékok áramlásából, illetve a rezgésből nyert energia hasznosítása olyan érzékelők elektromos árammal való ellátására, amelyeket ma már nagyobb mértékben integráltak a gyárépületbe és így sok esetben vezeték nélküli telemetriával váltják ki a rengeteg kábelt, amire amúgy szükség lenne. 

A nanotechnológia az anyagok rendkívül jelentős fejlesztésére és megváltoztatására ad lehetőséget fokozatos megközelítés révén, valamint szabályos átalakító hatást képes elérni a kis energiaigényű világítás, az új energiatárolási és energiaátalakítási módok, valamint a nanogyógyászati fejlesztések terén. A jövőben a gyártási arányok nagyon jelentős mértékű megnövelésére lesz szükség annak érdekében, hogy a nanorészecskék és nanoszerkezetek tömeggyártása szigorúan ellenőrzött körülmények között valósulhasson meg, és azután ezeket be lehessen építeni az anyagokba és termékekbe. Ez az „utazás” még csak most kezdődik. Tisztában vagyunk már az esetleg akaratlanul a környezetbe vagy a munkavégzés helyszínére kerülő nanorészecskék veszélyeivel, ezért felhasználásukat szigorúan ellenőrizni kell. Ez pedig önmagában is a jövőbeni gyárakból származó hulladékáram kedvező, új ellenőrzési módjaihoz vezet majd. Továbbá foglalkoznunk kell az új, nanokompozit anyagok bevezetésének a gazdaságtanával is, még ha fokozatos fejlesztéseket tervezünk is. A legtöbb iparágban az a szemlélet dívik, hogy a költség a legmeghatározóbb tényező, és majd a piac dönti el, hogy a teljesítményben megmutatkozó kis előny igazolni tudja-e a gyártási költségek növekedését. A jövőben a gyártásban sokkal részletesebb lesz a termékek életciklusának elemzése. Ez már kezd megmutatkozni a kompozitok terén, mivel ezen anyagok esetében nagyon nehéz az eredeti nyersanyagok visszanyerése újrahasznosítás céljából. Az erőforrások megfogyatkozásával ez akár az újrahasznosított anyagokat hasznosító gyárak új koncepciójához is vezethet.

Új gyárkoncepciót igénylő ágazatok:

A gyógyszeriparban hamarosan gyökeres változások várhatók. Az új gyógyszerek készítésének sok hagyományos módszere megmarad, de a minőség biztosítása és a költségek csökkentése érdekében a gyártási folyamatokat egyre inkább automatizálják majd és egyre több műszert vesznek igénybe. Elsősorban a nanotechnológia bevezetése hoz majd nagy változásokat a gyógyszeripari gyártásában, a gyógyszerek beteg szervezetbe történő juttatásának új módozatai és a diagnózisok szintetizálásával. E változásokat lépésről lépésre lehet elérni úgy, hogy kezdetben a meglévő készítmények „élettartamát” növelik meg azzal, hogy a gyógyszereket nanorészecskék vagy nanokapszulák útján jutattják a szervezetbe. Ez különösen az inhalációs gyógyszerek esetében várható. Minden ilyen nanorészecske rendelkezik majd egy meglehetősen kifinomult „célterületet felismerő” réteggel is, amely abban segít, hogy a részecskék megtalálják a megfelelő célpontot a szervezetben. Nagy kihívást jelent majd úgy alakítani a gyártási folyamatokat, hogy az ismételten képes legyen erre, mégpedig oly módon, hogy az a szabályozó hatóságoknak is megfeleljen.

Az energiaszektornak is új gyártási módszerekre lesz szüksége. A nanorészecskéknek és számos biotechnológiai tulajdonságnak központi szerepe lesz az új energiatárolási és energiatermelési módszerekben. Az akkumulátorokban alkalmazott legfrissebb újítások többsége nagymértékben a töltéssel rendelkező ionokat tárolni és kibocsátani képes új anyagok kifejlesztésén alapszik. Ehhez olyan új, szén alapú anyagok integrálására van szükség, amelyeket úgy lehet tervezni, hogy nagy kiterjedésű belső felületet biztosítsanak ezekben az akkumulátorokban. A sürgető igények nem csupán a hibrid és elektromos járműveket gyártó iparra korlátozódnak, hanem jelentkeznek az energiatárolás területén is, különösen az időszakosan működő megújuló energiaforrások esetében, mint amilyen a szél- és a napenergia. A katalízishez használt nanorészecskékre ugyancsak egyre kifinomultabb formában lesz szükség. Nagy lehetőség rejlik abban, hogy a katalizátorok és reaktorok segítségével a „tartalék elektromos kapacitást” gázzá alakítsuk át, akár hidrogénné a víz elektrolízise vagy fotoelektrolízise során, és lehetőség szerint metángázt állítsunk elő szén-dioxidból és vízből. A katalizátorokra és az új, speciális reaktorokra a gázok folyadékokká történő álalakításában is szükség lesz, mivel - tetszik, nem tetszik - a szénhidrogén üzemanyagok rendkívül hatékony energiahordozók.



A jármű- és autóipar nagy kihívást jelentő kívánalmakat támaszt az új anyagokkal szemben, mivel azoknak a kisebb súly mellett is meg kell őrizniük sértetlenségüket és szilárdságukat. A járműgyártásban már most megfigyelhető, hogy a kisebb súly miatt acél helyett alumíniumot használnak, és ez az általános tendencia tovább folytatódhat. A kompozit anyagok szerepe az acél kiváltásában különösen nagy kihívást jelent a korábban már említett újrahasznosítási problémák miatt. Az energia visszanyerése abból, ami jelenleg hulladékhőnek számít mind az autó-, mind az építőiparban újfajta hőszivattyúk és egyéb energia-átalakító berendezések megjelenését fogja eredményezni.

Képzés

Nyilvánvaló, hogy a jövőbeni gyárak szakembereinek nagyon is valós és sürgető szüksége van képzésre. Számos európai kezdeményezés látott napvilágot, mint például a „Manufuture” („A jövő gyártástechnológiája”), illetve az amerikai és a japán helyzetet Mavrikios et al (2013) hasonlítja össze. A téma globális irányzatait Secundo et al (2013) gyűjtötte össze és elemezte tanulmányában, amelyben többek között rávilágítottak a véges erőforrások megőrzésének társadalmi szükségességére, a klímaváltozás figyelembe vétele és a szegénység csökkentése mellett. A szerzők szintén ismertetik a Manufuture programot és az Európa, Japán, Korea, az USA és Svájc által vezetett IMS2020 programot, amely mindezeket a problémákat napirendre tűzi, a szabványosítás, az innováció, valamint a kompetencia-fejlesztés és a képzés mindennél fontosabb kérdésével egyetemben.

Az Egyesült Királyság, példának okáért, számos szinten indít képzéseket. Növeli kapacitását a korai technológiai szakaszban elsajátítandó készségek terén gyakornoki lehetőségek megteremtésével, és új, szakosodott egyetemi műszaki kollégiumokat hoz létre egyes felsőoktatási intézmények bővítése céljából. Még magasabb, egyetemi szinten, számos doktori képzésre szakosodott központ áll rendelkezésre. Más országokhoz hasonlóan az Egyesült Királyságban is elsősorban a gyakorlat utáni szakaszban jelentkeznek hiányosságok, és kevés a folyamatos szakmai fejlődést biztosító tanfolyam is. Erről a problémáról mindenképpen beszélnünk kell.

A brit Mérnöki és Fizikai Tudományok Kutató Tanácsa (EPSRC) nemrégiben indította el nagyon jól kidolgozott kezdeményezését, amellyel a gyártási ágazatokban kívánja elősegíteni a képzést és a tudás átadását, és 16 új innovációs gyártási központot hozott létre. Ez a Technológiai Készségszint alacsonyabb, 1-3-as szintjein a kutatást és fejlesztést támogató intézkedés kiegészíti az új „InnovateUK Catapult” innovációs kezdeményezést, amely a magasabb Technológiai Készségszinteket is magában foglalja. Jelenleg hét Catapult Technológiai és Innovációs Központ található az Egyesült Királyságban, melyeket hatéves, 140 millió font értékű beruházással hoztak létre.

Még egy kérdésről nem beszéltünk: hogyan kell biztosítani a jövő gyárainak folyamatos működését? Az elmúlt évek során bevezették az állapotfelügyelet és megelőző karbantartás különböző formáit, elsősorban a repülőgép- és az autóiparban. Ahogy a gyártási folyamatok egyre változatosabbak és automatizáltabbak lesznek, úgy alakul ki az igény az üzemi hibák elhárítására, különös tekintettel az emberi mulasztásokból eredő hibákra. Dhillon (2014) jól ismerteti a problémakört egy közelmúltban készült tanulmányában.

Milyen új regionális és nemzeti intézkedések segítik a Jövő Gyárainak fejlődését?

Sokan egyetértenek a megoldásban, úgy tűnik, közös terv van kialakulóban.

Az Európai Bizottság a Jövő Európai Gyárainak Kutatási Szövetsége megbízásából kiadott egy dokumentumot „A jövő gyárai” címmel, amelyben részletes ütemtervet dolgoztak ki Horizont 2020 nevű programjukhoz. Ez a dokumentum mélyrehatóan elemzi a jövő gyáraival kapcsolatos műszaki, társadalmi és szervezeti kérdéseket.

Az Egyesült Királyság kormánya a „Foresight Future” gyártási projektje keretében megrendelt egy tanulmányt „A jövő gyára” (The Factory of the Future, Ridgeway et al (2013) címmel. Ez a tanulmány az alábbi ajánlásokat tartalmazza:
  • A beszállítói láncok nagyobb fokú integrációja
  • Az ipar és az Egyesült Királyság egyetemei közötti szorosabb együttműködés
  • A szervezeti és a műszaki innováció egyforma támogatása
  • „Hálózat integrációs” szemlélet
  • Átalakítható gyárak és üzemek tervezése
  • Kedvező szabályozási háttér az új, különösen az élettudományok területén működő, gyárak számára
  • Az Egyesült Királyság olyan jövőképe, amely elősegíti az innovációt és ösztönzi a tehetségek közötti kapcsolatépítést
  • A kulturális változás szükségességének elfogadása

Egyértelműen látszik, hogy lendületet vesz a Jövő Gyárainak létrehozását célzó regionális politika. Például a Bayer Technology Services vegyipari cég németországi gyárában uniós támogatással már alkalmazzák a „plug and play” - kapcsold hálózatba és használd - szemléletet. A BASF nagy vegyipari gyára Ludwigshafenben már egy teljesen integrált termelésre ad példát, ahol minimalizálni tudják a hulladékanyagokat és hulladékenergiát.

Egyértelműen eljött a jövő gyárainak ideje, megvalósításuk izgalmas feladatok és kihívások elé állít bennünket.

Szakirodalom:
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.

[VÉGE]

Peter Dobson szakmai életrajza

Peter vezető szakértő a gyártás, a korszerű anyagok használata és a nanotechnológia területén. Jelenleg a Warwicki Egyetem Warwicki Gyártási Csoportjának tudományos főmunkatársa, valamint több EPSRC testület és bizottság tagja, számos témában ipari tanácsadó. 2002 és 2013 között a Begbroke Tudományos Park igazgatója volt az Oxfordi Egyetemen és számos spin-off vállalkozást indított útjára. Petert a Brit Birodalom Rendjével (OBE) tüntették ki 2013-ban a tudomány és technika területén tett szolgálatainak elismeréseképpen. Ugyanebben az évben vonult nyugdíjba az Oxfordi Egyetemről, ahol 2009 és 2013 között az Egyesült Királyság Kutatási Tanácsának nanotechnológiai stratégiai tanácsadója volt.

P J Dobson, BSc, MA (Oxon), PhD, C Phys, F Inst P, Az ACS és az FRCS tagja.

SKF logo