Ciasteczka wykorzystywane przez serwis internetowy SKF

Wykorzystujemy ciasteczka (ang. cookies) w celu usprawniania sposobów przeglądania naszych stron i korzystania z naszych internetowych aplikacji. Dalsze korzystanie z serwisu niepoprzedzone zmianą ustawień przeglądarki jest równoznaczne z wyrażeniem zgody na zapisywanie przez serwis ciasteczek na dysku komputera. Pamiętaj, że w każdej chwili możesz zmienić ustawienia swojej przeglądarki internetowej.

Sprawozdanie „Power the Future”: Technologie wschodzące i fabryki przyszłości

2015 luty 04, 09:00 CEST

AUTOR: Profesor Peter J. Dobson – odznaczony Orderem Imperium Brytyjskiego, pracownik oksfordzkiego Queen’s College oraz wydziału Warwick Manufacturing Group Uniwersytetu w Warwick.

Na przestrzeni ostatnich dwóch dekad świat produkcji przemysłowej uległ radykalnym przeobrażeniom. Do historii odeszły dni i lata głośnych, brudnych fabryk, których działalność opierała się na przestarzałych narzędziach i nieaktualnych praktykach. Miejsca pracy są obecnie znacznie czystsze i lepiej zorganizowane – nawet w przypadku dużych zakładów produkcyjnych. Do zmian tych przyczyniły się w dużej mierze takie czynniki jak poprawa wydajności, polepszenie jakości zasobów i metody redukcji kosztów.

W tym momencie nurtuje nas co innego: Sposób, w jaki postęp na polu technologii tradycyjnych oraz technologie wschodzące wpłyną na przyszły kształt i organizację zakładów produkcyjnych. Za sprawą rozpowszechnienia rozwiązań z zakresu teleinformatyki (ICT – Information and Communications Technology), przekładającego się na zróżnicowanie technologii i ich zastosowań, zmienia się już podejście do kwestii związanych z produkcją – w tym metod szkolenia nowoczesnej siły roboczej.

Nowe i wschodzące technologie

Trudno przeoczyć ogólny wzrost znaczenia i potencjału rozwiązań teleinformatycznych. Dzięki nim możliwe jest monitorowanie procesów i sterowanie nimi. Wielkość zasobów wejściowych procesów produkcyjnych oraz wytwarzanych w nich wyrobów można teraz uważnie śledzić, a gromadzone w ten sposób dane wykorzystywać do maksymalizowania wydajności. Stan stosowanych w fabrykach maszyn może być nieustannie monitorowany, co pozwala na obniżanie kosztów utrzymania ruchu i skracanie czasów przestoju. W rezultacie mniejsze jest też prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez człowieka (Dhillon 2014).

Przemiany dotknęły również samego procesu projektowania: znacząco spadła liczebność odpowiedzialnego za to personelu i zmniejszyła się różnorodność powiązanej infrastruktury. Może to doprowadzić do rozszerzenia spektrum zadań wykonywanych poza miejscem pracy oraz powstania wielu nowych specjalistycznych zespołów lub przedsiębiorstw projektowych obsługujących różne zakłady produkcyjne. Z ust inżynierów najprawdopodobniej coraz częściej padać będzie termin „projekt”. Zagadnienia projektowe zostaną włączone w zakres szeregu obszarów inżynierii, co niewątpliwie odbije się na programach kształcenia realizowanych na wszystkich poziomach edukacji.

Wśród technologii wschodzących na szczególną uwagę zasługuje biotechnologia, która zyskuje na rozwoju systemów i biologii syntetycznej, a także nanotechnologia – ze względu na jej zastosowania w inżynierii materiałowej, medycynie, energetyce i innych dziedzinach. Można w tym momencie przewidzieć zapotrzebowanie na nowy rodzaj fabryki, w której będzie się wytwarzało ludzkie komórki i je przetwarzało.

Biotechnologia pod wieloma względami zdążyła zadomowić się w świecie fabryk, lecz nadal cechuje się dużym zróżnicowaniem skali i zakresu produkcji. Przetwarzanie biologicznych upraw w wyroby niespożywcze i energię odbywa się już na dużą skalę. Niemniej fabryki wytwarzające czyste enzymy, białka i biomolekuły do celów medycznych i innych – jakkolwiek zaawansowane technologicznie – wciąż są nieliczne. Jednak działalność na tym polu ożywi się – pomimo zastrzeżeń opinii publicznej wobec modyfikacji genetycznych. Operacje tego typu łączy rosnące znaczenie działań interdyscyplinarnych i popyt na inżynierów chemików i technologów.

Wysoce prawdopodobne jest uruchomienie w niedługim czasie fabryk komórek macierzystych. Niewykluczone, że w dalszej przyszłości powstaną zakłady produkujące zastępcze narządy. Nie ustalono przy tym jeszcze rządzących takimi obiektami modeli biznesowych ani sposobów ich organizacji i budowy. Procesy biotechnologiczne są bardzo podatne na zanieczyszczenie niepożądanymi czynnikami mikrobiologicznymi, wirusami i grzybami. W związku z tym zasadniczą rolę odgrywa skuteczne utrzymanie porządku i czystości. W większości fabryk biotechnologicznych panować będą sterylne warunki pracy, na które złoży się nadzwyczaj ostrożne kierowanie strumieni odpadów.

Podobnie jak w przypadku wielu innych operacji o charakterze chemicznym, w tego typu zakładach będzie się dokładało wszelkich starań w celu wykorzystywania wszelkiego rodzaju „odpadów” – w tym ciepła i dwutlenku węgla – w różnych zachodzących w nich procesach. Podejście nastawione na pełne użytkowanie odpadów i maksymalizację sprawności cieplnej zakorzenia się w świadomości technologów. Dobrym tego przykładem jest coraz powszechniejsze pozyskiwanie energii z ciepła odpadowego, przepływu cieczy i drgań dla potrzeb elektrycznego zasilania czujników, które charakteryzują się obecnie zwiększonym stopniem zintegrowania z zakładowymi instalacjami. Często wiąże się to z wyeliminowaniem konieczności prowadzenia licznych przewodów – na rzecz telemetrii bezprzewodowej. 

nanotechnologii tkwi potencjał wyraźnego udoskonalenia i zmodyfikowania materiałów przy zastosowaniu podejścia przyrostowego, a także wywołania istnej rewolucji w takich dziedzinach jak oświetlenie niskoenergetyczne, magazynowanie i przemiany energii oraz nanomedycyna. Prędzej czy później na każdym polu zaistnieje potrzeba istotnego zwiększenia skali działalności w celu umożliwienia masowej produkcji nanocząstek lub innych nanostruktur w ściśle kontrolowanych warunkach – z myślą o stosowaniu ich przy wytwarzaniu materiałów i innych wyrobów. Pod tym względem czeka nas jeszcze długa droga. Jesteśmy świadomi potencjalnych zagrożeń wynikających z nieumyślnego uwolnienia nanocząsteczek do otoczenia lub w miejscu pracy. Z tego powodu ich użycie będzie precyzyjnie kontrolowane, co samo w sobie przyniesie korzyści w postaci opracowania nowych metod kontroli strumieni odpadów generowanych przez fabryki przyszłości. Uwagi wymagają ponadto kwestie ekonomiczne związane z wprowadzaniem nowych materiałów nanokompozytowych – nawet jeżeli dąży się do stopniowego, powolnego dokonywania ulepszeń. Wysokość ponoszonych kosztów ma nadrzędne znaczenie w większości sektorów, i to rynek zdecyduje o tym, czy niewielka poprawa osiągów uzasadnia wzrost kosztów produkcji. Przeprowadzana w ramach działalności produkcyjnej analiza cyklu życia ulegnie w przyszłości znacznemu uszczegółowieniu. Można to już zaobserwować w branży materiałów kompozytowych, w przypadku których niezwykle trudne jest odzyskiwanie surowców w celu ich powtórnego przetworzenia. W świetle niedostatku zasobów problem ten może nawet zrodzić nowe koncepcje zakładów zajmujących się recyklingiem.

Sektory wymagające stworzenia nowych koncepcji fabryki:

Sektor farmaceutyczny prawdopodobnie przejdzie wkrótce gruntowne przemiany. Wiele spośród tradycyjnych metod przygotowywania nowych leków pozostanie niezmienionych, jednak w celu zagwarantowania wysokiej jakości przy utrzymaniu kosztów na niskim poziomie procesy zostaną w większym stopniu zautomatyzowane oraz rozszerzone o dodatkową aparaturę. Wprowadzenie nanotechnologii z myślą o syntezie nowych metod dostarczania leków i diagnozowania spowoduje w szczególności istotne zmiany w sposobach wytwarzania produktów. Mogą one następować stopniowo, z początkowym „wydłużeniem życia” stosowanych obecnie preparatów poprzez uwalnianie leków za pośrednictwem nanocząstek lub nanokapsułek – dotyczy to zwłaszcza leków wdychanych. Każda wykorzystywana tak nanocząstka będzie miała specjalną warstwę powierzchniową, która „rozpoznaje” obiekt docelowy i dopilnowuje dotarcia do właściwego miejsca w obrębie organizmu. Nie lada wyzwanie stanowi uzyskanie powtarzalności wyników procesu produkcyjnego spełniającej wymagania organów nadzorczych.

Opracowanie nowych metod produkcji będzie konieczne również w przypadku sektora energetycznego. Nowe metody magazynowania i wytwarzania energii będą bazowały na nanocząsteczkach i szeregu aspektów biotechnologicznych. Aktualne postępy na polu technologii akumulatorów opierają się w dużej mierze na rozwoju nowych materiałów magazynujących i uwalniających naładowane jony. Stworzenie na tej podstawie innowacyjnych akumulatorów wymaga zastosowania w nich niespotykanych dotąd materiałów węglowych, które można by formować w sposób skutkujący uzyskiwaniem bardzo dużej powierzchni wewnętrznej. Zmotywowany jest do tego nie tylko sektor pojazdów elektrycznych i hybrydowych, ale wszystkie branże zajmujące się magazynowaniem energii, a w szczególności te specjalizujące się w okresowych źródłach odnawialnych, takie jak energetyka wiatrowa i słoneczna. Niezbędne będą również coraz bardziej wyszukane nanocząstki do katalizy. Niezwykłe są także możliwości tworzenia katalizatorów i reaktorów służących do przetwarzania „rezerwowej mocy elektrycznej” na gaz, mianowicie wodór – na drodze elektrolizy lub fotoelektrolizy wody – albo nawet metan – przez wytwarzanie go z dwutlenku węgla i wody. Katalizatory i specjalne nowe reaktory będą potrzebne również do przetwarzania gazu na ciecz, bowiem – czy tego chcemy, czy nie – paliwa węglowodorowe doskonale sprawdzają się jako nośnik energii.



Branże motoryzacyjna i transportowa będą formułowały bardzo wysokie oczekiwania wobec nowo opracowywanych materiałów: pożądane będzie zmniejszanie ich masy przy zachowaniu dużej wytrzymałości i integralności. Budowa pojazdów ulega już zmianom, polegającym między innymi na stosowaniu lżejszych konstrukcji aluminiowych zamiast stalowych, i ta ogólna tendencja może się utrzymać. Wdrożenie materiałów kompozytowych w miejsce stali jest szczególnym wyzwaniem ze względu na wspomnianą wcześniej kwestię recyklingu. Odzyskiwanie energii z czynnika będącego aktualnie ciepłem odpadowym zarówno w motoryzacji, jak i w budownictwie pozwoli stworzyć nowego typu pompy ciepła i inne przemienniki energii.

Szkolenie:

Nie ulega wątpliwości istnienie realnej i pilnej potrzeby szkolenia pracowników pod kątem fabryk przyszłości. W Europie podjęto już takie inicjatywy; należy do nich program "Manufuture". Kontrastujące sytuacje w Stanach Zjednoczonych i Japonii zostay przystępnie omówione przez D. Mavrikiosa i in. (2013). Z kolei praca G. Secundo i in. (2013) zawiera zestawienie i analizę ogólnoświatowych tendencji w tym zakresie. Zwrócono w niej uwagę w szczególności na społeczne potrzeby zabezpieczenia ograniczonych zasobów, uwzględnienia zmian klimatycznych i przeciwdziałania ubóstwu. Wspomniano również o programie Manufuture i o realizowanym przez Unię Europejską, Japonię, Koreę, Stany Zjednoczone i Szwajcarię programie IMS2020, który dotyczy wszystkich wyżej wymienionych problemów, a także kwestii standaryzacji i innowacji oraz równie ważnych aspektów edukacji i rozwoju kompetencji.

Na przykład w Wielkiej Brytanii programy szkoleniowe wdraża się na różnych poziomach edukacji. Dąży się tam do zwiększenia możliwości wczesnego zdobywania umiejętności w ramach praktyk. Przy niektórych placówkach kształcenia uzupełniającego powstają specjalne wyższe uczelnie techniczne. Edukację podyplomową oferuje szereg specjalistycznych ośrodków kształcenia doktorskiego. W Wielkiej Brytanii i innych regionach najpoważniejsze luki istnieją prawdopodobnie w kształceniu osób posiadających doświadczenie zawodowe oraz na polu doskonalenia zawodowego. Ich wyeliminowanie jest sprawą najwyższej wagi.

Brytyjska rada badań w dziedzinach nauk fizycznych i inżynierii (EPSRC – Engineering and Physical Sciences Research Council) podjęła niedawno zdecydowaną inicjatywę mającą na celu usprawnienie szkoleń i przekazywania wiedzy w sferze produkcji oraz utworzyła szesnaście nowych centrów innowacyjnej produkcji (Centre for Innovative Manufacturing). Wsparcie dla projektów badawczo-rozwojowych we wczesnej fazie – poziomy 1- 3 stopnia gotowości technologii (TRL – Technology Readiness Level) – uzupełnia nowe inicjatywy InnovateUK Catapult, które obejmują bardziej zaawansowane poziomy TRL. Obecnie w całej Wielkiej Brytanii realizowanych jest siedem takich programów. Łączna kwota przewidzianych w ich ramach dofinansowań wynosi 140 milionów GBP i jest rozłożona na 6 lat.

Nie poruszyliśmy jeszcze kwestii utrzymania naszych fabryk przyszłości. W niektórych branżach – zwłaszcza motoryzacyjnej i lotniczej – z biegiem lat przyjęły się określone procedury monitorowania stanu maszyn lub zapobiegawczego utrzymania ruchu. Wzmożona dywersyfikacja i automatyzacja procesów produkcyjnych zrodzi potrzebę wyeliminowania ewentualności zarówno awarii instalacji, jak i – przede wszystkim – popełnienia błędu przez operatora. W niedawno opublikowanej pracy kwestie te rzetelnie omówił B. S. Dhillon (2014).

Jakie strategie regionalne i krajowe powinny wspierać rozwój fabryk przyszłości?

Panuje powszechna zgoda co do odpowiedzi na powyższe pytanie. Ponadto wiele wskazuje na to, iż krystalizuje się wspólny cel.

Komisja Europejska opublikowała zamówiony przez europejskie stowarzyszenie na rzecz badań nad fabrykami przyszłości (EFFRA – European Factories of the Future Research Association) dokument: „Factories of the Future” („Fabryki przyszłości”), w którym określono kompleksowy harmonogram działań prowadzonych w ramach zainicjowanego przez stowarzyszenie programu Horizon 2020. Dokument ten ujmuje zagadnienie w bardzo szerokiej perspektywie: z uwzględnieniem jego aspektów technicznych, społecznych i organizacyjnych.

Rząd Wielkiej Brytanii wydał zamówiony w ramach realizowanego przezeń projektu "Foresight Future of manufacturing” dokument: „The factory of the future” („Fabryka przyszłości”) (Ridgeway i in. (2013). Zawarto w nim następujące zalecenia:
  • Zwiększenie stopnia integracji łańcuchów dostaw
  • Utrzymywanie przez przemysł ściślejszej współpracy z brytyjskimi uczelniami
  • Skoncentrowanie się na innowacjach natury zarówno organizacyjnej, jak i technicznej
  • Przyjęcie perspektywy „integracji systemów”
  • Projektowanie fabryk i procesów, które łatwo dostosowywałoby się do zmiennych potrzeb
  • Stworzenie ram regulacyjnych sprzyjających nowym fabrykom – zwłaszcza w obszarze nauk przyrodniczych
  • Opracowanie brytyjskiej wizji promującej innowacyjność i skłaniającej do tworzenia sieci utalentowanych jednostek
  • Uznanie konieczności zmian kulturowych.

Istnieją mocne dowody na to, że regionalne strategie tworzenia fabryk przyszłości zaczynają przynosić pożądane efekty. Na przykład koncepcja modułowa ("plug and play") jest wykorzystywana w związku z wytwarzaniem substancji chemicznych w niemieckim zakładzie Bayer Technology Services przy wsparciu finansowym Unii Europejskiej. Z kolei chemiczny zakład produkcyjny BASF w Ludwigshafen może już posłużyć za przykład produkcji całkowicie zintegrowanej i charakteryzującej się ograniczonymi do minimum stratami materiałów i energii.

Misja tworzenia fabryk przyszłości wyraźnie nabiera rozpędu. Przed nami ekscytujące wyzwania związane z urzeczywistnianiem tej wizji.

Bibliografia:
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.

[KONIEC]

Peter Dobson – biogram

Peter należy do wiodących specjalistów w dziedzinach produkcji, zaawansowanych materiałów i nanotechnologii. Obecnie jest członkiem nadzwyczajnym Warwick Manufacturing Group Uniwersytetu w Warwick, zasiada w szeregu paneli i komitetów EPSRC oraz silnie angażuje się w działalność doradczą na rzecz przemysłu. W latach 2002-2013 kierował parkiem naukowym Begbroke Uniwersytetu Oksfordzkiego i powołał wiele spółek wydzielonych (typu spin-off). W 2013 roku Peter został odznaczony Orderem Imperium Brytyjskiego w uznaniu zasług dla nauki i inżynierii. W tym samym roku odszedł z Uniwersytetu Oksfordzkiego, gdzie od 2009 roku piastował stanowisko strategicznego doradcy ds. nanotechnologii wobec brytyjskich rad badań.

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

SKF logo