Súbory „cookie“ na webovej stránke SKF

Používame súbory „cookie“, aby sme Vám na našich webových stránkach a webových aplikáciách zabezpečili najlepšie skúsenosti. Ak budete pokračovať bez zmeny nastavenia vášho prehliadača, budeme to považovať za súhlas s prijímaním súborov „cookie“. Nastavenia vášho prehliadača ohľadom súborov „cookie“ si však môžete zmeniť kedykoľvek.

Správa "Zlepšenie budúcnosti": Nové technológie a továrne budúcnosti

2015 február 04, 09:00 CEST

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

V posledných dvoch desaťročiach nastali dramatické zmeny vo svete výroby. Špinavé továrne, ktoré sa spoliehali na zastaralé nástroje a pracovné postupy, sa dostali do učebníc dejepisu. Pracovný priestor je dokonca aj pri rozsiahlej strojárskej výrobe výrazne čistejší a lepšie organizovaný. Cieľom týchto zmien bolo najmä zvýšenie účinnosti, dosiahnutie vyššej kvality tovaru a zníženie nákladov metód.

Otázkou teraz je: Ako ovplyvnia vznikajúce technológie a inovácie v tradičnej technológii budúcnosť a organizáciu tovární? Vďaka širokému využívaniu informačných a komunikačných technológií (IKT), ktoré tvoria pestrú zmes technológií a aplikácií, sa už zmenili postoje k výrobe, vrátane spôsobu, akým bude budúca pracovná sila vzdelávaná a odborne pripravovaná.

Nové a vznikajúce technológie:

Všadeprítomný nárast dôležitosti a rozvoja IKT sa nedá nevšimnúť. Procesy môžu byť monitorované a riadené. Tovar možno sledovať na vstupe aj výstupe výrobného procesu a dáta môžu byť použité na maximalizáciu účinnosti. Stav strojov používaných v továrňach môže byť nepretržite monitorovaný, čím sa môžu znížiť náklady na údržbu a prestoje. Malo by to znížiť aj možnosť ľudskej chyby (Dhillon 2014).

Zmenil sa samotný proces plánovania a došlo k výraznému zníženiu počtu zamestnancov v oblasti plánovania a variability v príslušnej infraštruktúre. Mohlo by to viesť k nárastu doma pracujúcich a špecializovaných projektových tímov alebo firiem, ktoré by sa venovali niekoľkým výrobným jednotkám. V slovníku inžinierov sa čoraz častejšie vyskytuje slovo „dizajn“. Stane sa súčasťou viacerých oblastí strojárstva, ktoré budú mať bezpochyby pomerne veľký vplyv na všetky úrovne vzdelávania.

Spomedzi novších technológií bola biotechnológia rozšírená o nové systémové inovácie, syntetickú biológiu a napokon o nanotechnológiu, ktorú možno využiť v oblasti materiálov, medicíny, energetiky a v ďalších odvetviach. V súčasnosti sa dá predvídať, či je potrebný nový typ závodu, ktorý by mohol vytvárať a manipulovať ľudské bunky.

Biotechnológia už v mnohých ohľadoch vstúpila na továrenské územie, ale je veľmi variabilná z hľadiska veľkosti a rozsahu. Zatiaľ čo je veľa procesov, ktoré premieňajú bioplodiny na nepotravinárske výrobky a energiu, je málo špičkových technologických tovární, ktoré vytvárajú čisté enzýmy, bielkoviny a biomolekuly pre medicínu a iné účely. Tieto činnosti sa budú rozvíjať aj napriek tomu, že má verejnosť z geneticky modifikovaných organizmov obavy. Spoločným bodom týchto aktivít je rastúci význam interdisciplinárnych aktivít a rastúca potreba pre chemických a procesných inžinierov.

Veľmi sľubným novým vývojom je „továreň kmeňových buniek“ a v budúcnosti sa možno objaví aj „továreň na výmenu orgánov“. Zatiaľ však nie je rozhodnuté, aký bude obchodný model a spôsob organizácie a vybudovania týchto tovární. Svet biotechnológie je veľmi náchylný na kontamináciu nežiaducimi mikrobiálnymi, vírusovými a mykotickými organizmami. Preto je dôkladné upratovanie a čistota nesmierne dôležitá. Väčšina biotechnologických tovární sa vyznačuje veľmi čistými sterilnými prevádzkovými podmienkami a starostlivým obmedzovaním odpadu.

Rovnako ako v prípade mnohých iných chemických procesov, tieto továrne sa budú tiež snažiť maximálne využiť „odpad“, vrátane tepla a oxidu uhličitého pre zásobovanie ďalších procesov v továrni. Myšlienka nulového odpadu a maximálnej tepelnej účinnosti sa vryje do mysle procesných inžinierov. Dobrým príkladom je využívanie energie z odpadového tepla, prúdenia tekutín alebo vibrácií s cieľom zabezpečiť elektrickú energiu pre senzory, ktoré sú teraz viac integrované do výrobných závodov, pričom si často nevyžadujú množstvo káblov, ale fungujú na základe bezdrôtovej telemetrie. 

Nanotechnológia má potenciál dosahovať významné pokroky a zmeny v oblasti materiálov prostredníctvom prírastkových metód, ako aj poskytovať skutočne transformačné procesy v oblastiach, ako sú nízkoenergetické osvetlenie, nové akumulovanie energie, premena energie a nanomedické inovácie. V budúcností musí dôjsť k veľmi významnému rozvoju, aby nanočastice a ďalšie nanoštruktúry mohli byť hromadne vyrábané za prísne kontrolovaných podmienok a aby mohli byť následne začlenené do materiálov a výrobkov. Táto „cesta“ sa ešte len začína. Už sme si vedomí potenciálnych rizík nanočastíc - môžu byť neúmyselne vypustené do životného prostredia alebo na pracovisku. Práve preto bude ich použitie prísne kontrolované a budú vytvorené prospešné spôsoby na to, ako kontrolovať toky odpadov vychádzajúcich z budúcich tovární. Okrem toho, sa musíme zaoberať aj s ekonomikou zavádzania nových nanokompozít, aj keď sa zameriavame na postupné inovácie. Vo väčšine priemyselných odvetví je hlavnou paradigmou to, že „náklad je kráľom“ a trh určuje, či malý prínos vo výkone môže odôvodniť zvýšenie výrobných nákladov. V budúcnosti budú oveľa podrobnejšie analýzy životného cyklu výroby. Postupne sa to ukazuje v oblasti kompozitov, pretože v prípade takýchto materiálov je veľmi ťažké získať pôvodnú surovinu pre recykláciu. Akonáhle budú zdroje obmedzené, vzniknú nové koncepcie tovární na recykláciu.

Odvetvia, v ktorých budú potrebné nové koncepty tovární:

Vo farmaceutickom priemysle je pravdepodobné, že čoskoro nastanú radikálne zmeny. Mnohé z tradičných spôsobov výroby nových liekov budú zachované, ale aby sa zabezpečila kvalita a udržali nízke náklady, procesy budú neustále automatizované a budú zavádzané ďalšie prístroje. Zavedenie nanotechnológie s cieľom vytvoriť nové metódy dodávania liekov a diagnóz bude viesť k veľkým zmenám predovšetkým vo výrobe produktov. Môže sa to udiať postupne, na začiatku bude „predĺženie života“ existujúcich prostriedkov a dodávanie liekov pomocou nanočastíc alebo nanokapsúl. Obzvlášť to môže platiť pre inhalačné lieky. Všetky tieto nanočastice budú mať aj pomerne sofistikovanú povrchovú vrstvu, ktorá dokáže rozpoznať cieľ, a tak sa dostať na správne miesto v tele. Vytvorenie výrobného procesu na zabezpečenie možnosti reprodukcie bude náročné, dokonca tak, aby to vyhovovalo regulačným orgánom.

Energetický sektor bude vyžadovať nové výrobné metódy. Nanočastice a mnoho biotechnológických aspektov sa stali stredobodom nových metód akumulácie a výroby energie. Väčšina požiadaviek v oblasti batérií sa spolieha na vývoj nových materiálov na akumuláciu a uvoľnenie nabitých iónov. Vyžaduje si to integráciu nových materiálov na báze uhlíka, ktoré môžu byť navrhnuté tak, aby mali v takýchto batériách obrovský vnútorný povrch. Šoféri nie sú obmedzení na priemysel hybridných a elektrických vozidiel, pretože sa možnosti na skladovanie energie rozšírili a môžu sa využívať aj obnoviteľné zdroje, akými sú vietor a slnko. Pre katalýzu budú potrebné nanočastice v ešte sofistikovanejšej forme. Je tu veľký potenciál pre výrobu katalyzátorov a reaktorov, ktoré by mohli pomôcť premeniť „nevyužitý elektrický výkon“ na plyn alebo pomocou elektrolýzy alebo fotoelektrolýzy získať z vody vodík, prípadne vyrobiť metán z oxidu uhličitého a vody. Katalyzátory a nové špecializované reaktory budú potrebné aj pri premene plynu na kvapalinu, pretože či sa to páči alebo nie, uhľovodíkové palivá sú veľmi efektívnym spôsobom prenášania energie.



Dopravný a automobilový priemysel zavedie veľmi prísne požiadavky na nové materiály v záujme zníženia hmotnosti, pričom sa má zachovať pevnosť a integrita. Zmeny u vozidiel už nastali z hľadiska zníženia hmotnosti, a to prechodom z ocele na hliník. Dokonca táto všeobecná zmena môže pokračovať. Úloha kompozitov nahradiť oceľ je obzvlášť náročná kvôli problému recyklácie, ktorá bola už skôr spomínaná. Získanie energie z odpadového tepla povedie ku vzniku nových typov tepelných čerpadiel a ďalších energetických prevodníkov v automobilovom priemysle, ako aj v stavebníctve.

Školenie:

Je zrejmé, že odborná príprava ľudí je skutočnou a naliehavou potrebou budúcich tovární. Bolo množstvo európskych iniciatív ako napríklad "Manufuture". Kontrastné situácie s USA a Japonskom pekne zhrnul Mavrikios a kolektív (2013). Globálne trendy v tejto oblasti zhrnul a analyzoval v štúdiu Secundo a kolektív (2013). Boli zistené najmä spoločenské potreby v oblasti zachovania obmedzených zdrojov, s ohľadom na zmenu klímy a znižovanie chudoby. Okrem toho, spomenuté programy Manufuture a IMS2020 vedené Európou, Japonskom, Kóreou, USA a Švajčiarskom riešia všetky tieto problémy, ako aj normalizáciu, inovácie a všetky dôležité aspekty rozvoja kompetencií a vzdelávania.

Spojené Kráľovstvo napríklad zavádza prípravu na niekoľkých úrovniach. Prostredníctvom odbornej prípravy sa zvyšuje kapacita na počiatočné vzdelávanie zamerané na zručnosti. Vznikli nové špeciálne technologické univerzity s cieľom zlepšiť inštitúcie ďalšieho vzdelávania. Existujú rôzne Centrá doktorandského štúdia na vyššej, vysokoškolskej úrovni. Medzera, ktorá je v súčasnej dobe badateľná vo Veľkej Británii, ale aj inde, sa nachádza pravdepodobne v postgraduálnej praxi a v zabezpečení kurzov pre ďalší profesijný rozvoj. Úprimne povedané, treba to vyriešiť.

EPSRC (Rada výskumu technických a fyzikálnych vied) nedávno predstavila veľmi sústredenú iniciatívu na zlepšenie vzdelávania a prenosu znalostí v oblasti výroby a vytvorila 16 nových Centier pre inovačnú výrobu. Toto ustanovenie, ktoré sa vzťahuje na počiatočný výskum a vývoj na úrovniach technologickej pripravenosti 1 až 3, dopĺňa nová iniciatíva InnovateUK Catapult vzťahujúca sa na vyššie úrovne TRL. V súčasnej dobe existuje 7 z nich, ktoré sa nachádzajú po celej krajine a predstavujú investície vo výške 140 miliónov libier po dobu 6 rokov.

Ďalší aspekt, ktorý nebol doteraz spomenutý, sa týka otázky, ako udržať funkčnosť budúcich tovární. V priebehu niekoľkých rokov bola prijatá istá forma sledovania stavu a preventívnej údržby, a to najmä v leteckom a automobilovom priemysle. Ak budú výrobné procesy rozmanitejšie a viac automatizované, treba dbať na to, aby nedošlo k zlyhaniu zariadení a najmä k ľudským chybám. Problémy sú dobre popísané v nedávnom štúdiu Dhillona (2014).

Aké regionálne a národné politiky sa objavujú na podporu rozvoja budúcich tovární?

Ohľadom odpovede existuje rozsiahly konsenzus a zdá sa, že spoločným cieľom je rozvoj.

Európska komisia vydala dokument, ktorého vypracovanie si objednala združenie EFFRA: V dokumente „Továrne budúcnosti“ je stanovený podrobný plán pre program Horizont 2020. Tento dokument sa zoširoka zaoberá technickými, spoločenskými a organizačnými aspektmi.

Britská vláda vydala dokument, ktorý bol zadaný ako súčasť výrobného projektu „Foresight Future“: Továreň budúcnosti (Ridgeway et al (2013). Tento dokument odporúča:
  • Väčšiu integráciu dodávateľských reťazcov
  • Užšie pracovné vzťahy medzi priemyslom a britskými univerzitami
  • Zamerať sa na organizačné a technické inovácie
  • Pohľad „Integrácia systémov“
  • Návrh rekonfigurovateľných tovární a prevádzok
  • Priaznivý regulačný rámec pre nové závody, a to najmä v oblasti prírodných vied
  • Britská vízia, ktorá podporuje inovácie a siete talentov
  • Uznanie toho, že musí dôjsť k zmene kultúry.

Existujú presvedčivé dôkazy o tom, že regionálne politiky pre vytvorenie tovární budúcnosti začínajú naberať obrátky. Napríklad koncept modulárneho prístupu „plug and play“ sa uplatňuje v chemickej výrobe v Bayer Technology Services v Nemecku a je podporovaný z fondov EÚ. Veľký výrobca chemických produktov BASF so sídlom v Ludwigshafene je príkladom plne integrovanej výroby tam, kde je minimum odpadových materiálov alebo energie.

Je jasné, že plán na vytvorenie týchto tovární budúcnosti už existuje a čaká nás vzrušujúce a náročné obdobie realizácie.

Odkazy:
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. SBN-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]

Peter Dobson bio

Peter je popredným odborníkom v oblasti výroby, pokročilých materiálov a nanotechnológie V súčasnej dobe je hlavným spolupracovníkom výrobnej skupiny na univerzite Warwick, je členom niekoľkých výborov a komisií EPSRC a vedie rozsiahle konzultácie ohľadne priemyslu. Od roku 2002 do roku 2013 viedol Begbroke Science Park na Oxfordskej univerzite a založil niekoľko nadväzujúcich spoločností. Ako uznanie jeho práce v oblasti vedy a techniky mu bol v roku 2013 udelený Rad britského impéria. V tom istom roku odišiel z Oxfordskej univerzity, kde bol strategický poradca pre nanotechnológiu Rady pre výskum vo Veľkej Británii (2009-2013).

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

SKF logo