Пресс-конференция Power the Future: Инновационные технологии и предприятия будущего

2015 Февраль 04, 09:00 CEST

АВТОР: Профессор Питер Добсон, кавалер Ордена Британской империи, Королевский колледж, Oxford and Warwick Manufacturing Group, Уорикский университет.

За последние два десятилетия производственный мир претерпел значительные изменения, оставив для учебников истории будни шумных и грязных заводов с устаревшим оборудованием и технологиями. Даже на крупных машиностроительных предприятиях заметно улучшена организация и чистота рабочих мест. Эти изменения во многом обусловлены повышением качества продукции и эффективности, а также применением технологий по сокращению расходов.

Теперь вопрос заключается в следующем: Как новейшие технологии и усовершенствованные традиционные технологии повлияют на организационную структуру предприятия будущего? Широкое использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), ставшее предпосылкой создания технологий для различных областей применения, уже изменяет подходы к производству, включая методы повышения квалификации и профессионального развития будущих работников.

Инновационные технологии:

Повсеместное развитие и повышение значимости ИКТ не может остаться незамеченным. Технологические процессы можно наблюдать и контролировать. Запасы на входе и выходе производственного процесса теперь можно отслеживать, а полученные данные помогают повышать эффективность. Состояние заводского оборудования постоянно контролируется, что имеет большое значение для сокращения расходов на техобслуживание и простои. Это также сокращает ошибки из-за человеческого фактора (Dhillon 2014).

Стал другим и сам процесс разработки, среди специалистов прошли большие сокращения и изменилась соответствующая инфраструктура. В результате может увеличиться доля работающих на дому специалистов и специализированных конструкторских групп или компаний, обслуживающих несколько производственных предприятий. Слово «проектирование» станет чаще встречаться в языке инженеров. Возрастёт его значимость в различных инженерно-технических направлениях, что, безусловно, найдёт своё отражение на всех уровнях образования.

Что касается инновационных технологий, отмечается существенное развитие биотехнологий благодаря новым разработкам в системной и синтетической биологии, а также нанотехнологий и внедрение прикладных решений в создании материалов, медицине, энергетике и других областях. Теперь можно говорить о необходимости предприятий нового типа с перспективой создания и обработки человеческих клеток.

Биотехнологии стали неотъемлемой частью разработок многих предприятий. Наряду с крупными предприятиями по переработке биоматериалов в непищевые продукты и энергию, работают небольшие высокотехнологичные заводы по производству чистых энзимов, белков и биомолекул медицинского и другого назначения. Работы в этом направлении будут расширяться, несмотря на беспокойство населения по поводу генетической модификации. Эти области деятельности объединяет растущая важность междисциплинарных исследований и возрастающая потребность в инженерах-химиках и инженерах-технологах.

Среди новых разработок очень вероятно появление «предприятий-производителей стволовых клеток», а в дальнейшем, возможно, и «предприятий по производству органов-трансплантатов». Но вопрос о бизнес-модели, строительстве и способе организации таких предприятий ещё не решён. Насущную проблему для биотехнологии представляет загрязнение нежелательными микробными, вирусными и грибковыми культурами. По этой причине, качественная организация и поддержание чистоты имеют первоочередное значение, и отличительной характеристикой большинства биотехнологических предприятий становятся стерильные рабочие условия, а также тщательная утилизация отходов.

В целом, вместе с прочими химическими процессами, на таких предприятиях стремятся максимально использовать «отходы», включая тепло и углекислый газ, в других технологических процессах. Внедрение концепции безотходного производства и максимальной тепловой эффективности становится неотъемлемой частью работы инженера-технолога. В качестве примера можно привести использование энергии, получаемой от выделенного тепла, потока жидкости или вибрации для электропитания датчиков, область применения которых на предприятии расширяется, что зачастую устраняет потребность в большом количестве проводки в пользу беспроводной телеметрии. 

Нанотехнологии обладают большим потенциалом для проведения значительных усовершенствований и изменений в материаловедении, могут существенно изменить области энергосберегающего освещения, хранения и преобразования энергии, наномедицинских разработок. Потребуется значительное расширение производственных мощностей для серийного производства наночастиц и прочих наноструктур в тщательно контролируемых условиях, а затем и для использования их в производстве материалов и продукции. Мы только в начале пути. Уже известно об опасности случайного попадания наночастиц в окружающую среду или на рабочее место, поэтому работа с ними строго регламентируется, что приведет к появлению новых эффективных способов контроля отходов на предприятиях будущего. Более того, даже если придерживаться последовательного подхода к модернизации, нам предстоит решить экономические вопросы внедрения новых нанокомпозитных материалов. Для большинства отраслей решающее значение имеют расходы, и рынок определяет оправданность небольшого повышения эффективности перед ростом производственных затрат. В будущем анализ жизненного цикла производственных процессов станет более подробным. Данная тенденция уже становится очевидной в области композитов, поскольку для таких материалов очень сложно решить вопрос вторичной переработки исходных сырьевых материалов. Ограниченность ресурсов может привести к появлению новых концепций перерабатывающих предприятий.

Области, в которых потребуются предприятия нового типа:

Фармацевтическую отрасль скоро ожидают существенные перемены. Многие традиционные способы изготовления новых препаратов останутся, но вопросы качества и снижения расходов потребуют повышения автоматизации производственных процессов и использования большего числа приборов. Внедрение нанотехнологий для поиска новых методов приёма лекарственных средств и проведения диагностики, в частности, значительно изменит производство продукции. Этот процесс может быть поэтапным, с первоначальным продолжением использования существующих лекарственных форм посредством приёма лекарств с помощью наночастиц или нанокапсул. Особенно это относится к ингаляционным препаратам. На всех таких наночастицах нанесён достаточно сложный «распознающий цель» поверхностный слой, который обеспечивает их попадание в требуемое место в организме. Предстоит решить сложную задачу воспроизводимости этого производственного процесса на предприятии и соответствия регулирующим требованиям.

В энергетической отрасли потребуются новые методы производства. Наночастицы и многие аспекты биотехнологии станут центральной темой в новых методах производства и хранения энергии. Большинство новых усовершенствований аккумуляторов в значительной степени определяется разработкой новых материалов для хранения и освобождения заряженных ионов. Для этого требуются новые углеродные материалы, которые позволяют создавать огромные внутренние поверхности в таких аккумуляторах. Эти решения востребованы не только в производстве электромобилей и гибридов, но и для хранения энергии в целом, особенно при работе с непостоянными возобновляемыми источниками, такими как солнечная и ветровая энергия. Также будут требоваться всё более сложные наночастицы для катализа. Существует огромный потенциал создания катализаторов и реакторов для преобразования «резервной электрической мощности» в газ, либо водород посредством электролиза или фотоэлектролиза воды, либо для возможного производства метана из углекислого газа и воды. Катализаторы и новые специальные реакторы потребуются и для производства синтетического жидкого топлива, поскольку, хотим мы этого или нет, углеводородное топливо — очень эффективный энергоноситель.



Транспортные компании и автопроизводители будут предъявлять к новым материалам очень высокие требования по уменьшению веса при сохранении целостности и прочности конструкции. В производстве автомобилей уже заметен переход от стали к алюминию, что снижает вес, и эта общая тенденция будет сохраняться. Особая проблема замены стали композитными материалами заключается в последующей переработке, как сказано ранее. Использование энергии выделяемого тепла как в автомобильной, так и строительной отрасли приведёт к созданию новых типов тепловых насосов и прочих преобразователей энергии.

Обучение:

Очевидна насущная потребность в подготовке квалифицированных кадров для работы на предприятиях будущего. Проводился ряд европейских программ, например, Manufuture, а Mavrikios и др. (2013 г.) подготовили сравнительный обзор ситуации в США и Японии. Сравнительный анализ глобальных тенденций в этой области предпринят в работе Secundo и др. (2013 г.). В частности, он показал общественную потребность в сохранении дефицитных ресурсов с учётом климатических изменений и борьбы с бедностью. В них также рассматриваются программа Manufuture и IMS2020, проводящаяся в Европе, Японии, Корее, США и Швейцарии, направленная на решение всех этих вопросов, проблем стандартизации, инновации, а также важнейшего вопроса образования и повышения квалификации.

В Великобритании, например, обучение вводится на нескольких уровнях. Возможности обучения на начальном уровне профессиональным навыкам расширяются посредством практических занятий, а в дополнение к ряду колледжей профессионального обучения создаются новые специализированные университетские технологические колледжи. На более высоком, последипломном уровне, работает несколько специализированных докторантур. Разница между Великобританией и другими странами, возможно, заключается в наличии программ для квалифицированных специалистов и проведении курсов повышения квалификации. Данный вопрос требует тщательной проработки.

EPSRC недавно представил специализированную программу совершенствования обучения и передачи знаний в производственной области и создал 16 новых центров инновационного производства. Эта программа научно-технических исследований на начальных этапах уровней технологической готовности 1-3 дополняет новые программы InnovateUK Catapult, охватывающие более высокие уровни технологической готовности. В настоящее время по всей стране открыто 7 таких центров, инвестиции в которые за 6 лет составили 140 млн. фунтов стерлингов.

До сих пор не рассматривался ещё один вопрос о сохранении работоспособности наших предприятий будущего. За годы работы на предприятиях был принят мониторинг состояния оборудования или профилактическое техобслуживание, особенно в аэрокосмической и автомобильной промышленности. По мере увеличения количества и автоматизации производственных процессов появится потребность в предупреждении заводских неисправностей и в особенности ошибок из-за человеческого фактора. Эти вопросы подробно рассмотрены в недавней работе Dhillon (2014 г.).

Какие программы принимаются на региональном и государственном уровне для содействия развитию предприятий будущего?

По данному вопросу выработан единый подход и определена общая цель.

Еврокомиссия выпустила документ, подготовленный Исследовательской ассоциацией «Европейские фабрики будущего»: «Фабрики будущего», в котором представлен подробный план программы Horizon 2020. В этом документе очень широко рассматриваются технические, общественные и организационные вопросы.

Правительство Великобритании выпустило документ в рамках своего прогнозного проекта «Будущее производства» (Future of manufacturing): «Фабрика будущего» (The Factory of the Future) (Ridgeway и др. (2013 г.). Этот документ содержит следующие рекомендации:
  • Повышенная интеграция цепочек поставок
  • Более тесное сотрудничество отраслевых предприятий и университетов Великобритании
  • Специализация на организационных и технических инновациях
  • «Системно-интегрированный» подход
  • Разработка предприятий и производственных методов с изменяемой структурой
  • Благоприятная законодательная база для новых предприятий, особенно в области биологических наук
  • Принятый в Великобритании подход способствует поиску инноваций и объединяет талантливых людей
  • Признание необходимости культурных изменений.

Существуют веские подтверждения, что региональные стратегии создания предприятий будущего набирают силу. Например, концепция «готового к эксплуатации» модульного подхода применяется на химическом производстве Bayer Technology Services в Германии при финансовой поддержке ЕС. Крупное химическое производственное предприятие BASF в Людвигсхафене может служить примером полностью интегрированного производства с минимальными отходами материалов и энергии

Мы уже находимся на пути создания этих предприятий будущего, и перед нами замечательные возможности по реализации этих решений.

Ссылки:
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]

Биография Питера Добсона

Питер является ведущим специалистом в области производства, инновационных материалов и нанотехнологий. В настоящее время является руководителем Warwick Manufacturing Group (Уорикский университет, Великобритания), принимает участие в ряде советов и комитетов EPSRC, часто оказывает консультационные услуги в своей отрасли. С 2002 по 2013 г. возглавлял Begbroke Science Park Оксфордского университета и организовал ряд дочерних компаний. Питер награждён Орденом Британской империи за заслуги в области науки и техники в 2013 г., и в этом же году вышел на пенсию из Оксфордского университета, где работал консультантом по стратегии нанотехнологий для научных советов в Великобритании (2009–2013 гг.).

П. Дж. Добсон, профессор, кавалер Ордена Британской империи, бакалавр и магистр наук (Оксфорд), доктор наук, член Института физики (C Phys, F Inst P), член ACS, FRCS.

SKF logo