Główne tezy Strategicznej Wieloletniej Mapy wyznaczającej kierunki

Edward Chlebus, Jarosław Chrobot, Joanna Krawczyk
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny,
Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji
[email protected]
jarosł[email protected]
[email protected]
Główne tezy Strategicznej Wieloletniej Mapy wyznaczającej kierunki
badawcze dla Partnerstwa Publiczno-Prywatnego „Fabryki Przyszłości”
Wprowadzenie
Partnerstwo Publiczno-Prywatne "Fabryki Przyszłości" (PPP FoF – ang. Public-Private
Partnership „Factories of the Future”) wspiera rozwój Europejskiego przemysłu wytwórczego
o wysokiej wartości dodanej. Instrument „Fabryki Przyszłości” jest jednym z trzech
Partnerstw Publiczno-Prywatnych zawartych w Pakiecie Naprawczym Komisji Europejskiej.
Składa się on z programu badawczego na kwotę 1,2 biliona Euro, która ma wspierać przemysł
wytwórczy w rozwijaniu nowych i zrównoważonych technologii. Program jest finansowany
wspólnie przez przemysł i Komisję Europejską w ramach 7 Programu Ramowego [3].
Poprzez rozwijanie Partnerstwa Publiczno-Prywatnego powstało zobowiązanie stron
(publicznych i prywatnych) w celu inwestowania w nowe technologie i innowacje, które
utrzymają biznesy w dobrych warunkach. W celu wyznaczenia kierunk badawczych dla PPP
FoF opracowano Strategiczną Wieloletnią Mapę (ang. Startegic Multi-Annual Roadmap).
Głównym celem tej mapy jest zainspirowanie przemysłu do rozwijania i wykazywania
innowacji opartych na wiedzy, które doprowadzą do zrównoważonego i konkurencyjnego
wytwarzania w Europie [1].
Ten krótki artykuł prezentuje cztery najważniejsze priorytety badawcze, które są
prowadzone w ramach Partnerstwa Publiczno–Prywatnego „Fabryki Przyszłości jako
zgromadzone w ramach Strategicznej Wieloletniej Mapy (SWM). Są one następujące [2]:
1. Zrównoważone wytwarzanie:
 Fabryki zorientowane na ludzi
 Fabryki przyjazne środowisku
2. Technologie ICT umożliwiające inteligentne wytwarzanie:
 Inteligentne fabryki
 Cyfrowe fabryki
 Wirtualne fabryki
3. Wytwarzanie o wysokiej wydajności:
 Adaptacyjne wyposażenie produkcji
 Wysoka precyzyjność w wytwarzaniu
 Brak defektów w procesie wytwarzania
4. Materiały w wytwarzaniu:
 Efektywność materiałów
 Procesy wytwarzania dla nowych wysokiej klasy materiałów
1. Zrównoważone wytwarzanie
Zrównoważone wytwarzanie jest ważnym zagadnieniem dla kreowania trwałej ekonomii
opartej na wzroście ciągłych inwestycji w kreowaniu miejsc pracy i polityki zdrowotnej.
Można zatem wyróżnić:

Fabryki zorientowane na ludzi
W świetle zmian demograficznych, takich jak zmniejszanie się liczby urodzeń oraz
rosnące starzenie się społeczeństwa zdolnego do pracy, firmy muszą znaleźć nowe
możliwości zapewnienia takiego środowiska pracy, w jakim chcieliby pracować ich
pracownicy. Fabryki muszą zostać zmodernizowane, aby móc przyciągnąć do siebie dużo
szerszą społeczność, w tym ludzi starszych, kobiety i młodzież. To zapewni stworzenie miejsc
pracy, w których ludzie będą z ochotą pracować, przez co będą mogli być bardziej
produktywni i gdzie będą czuli się szanowani i otoczeni opieką.
Kluczowym elementem jest kultywowanie nowych form interakcji pomiędzy maszynami
i ludźmi, tak aby fabryki pozostały zyskowne, jednocześnie przyciągając siłę roboczą
o wysokich kwalifikacjach. W szczególności należy zadbać o ergonomię połączenia
człowiek-robot, indywidualne dostosowanie urządzeń oraz optymalizację warunków i metod
pracy.

Fabryki przyjazne środowisku
Głównym celem jest stworzenie procesu produkcyjnego bardziej przyjaznego środowisku,
przy utrzymaniu produktywności i konkurencyjności. Aby to osiągnąć, należy dążyć do
wprowadzenia nowych rozwiązań, takich jak techniki monitorowania wpływu na
środowisko stosowanych zmian w różnych produktach wspólnie z mechanizmami
decyzyjnymi, które biorą pod uwagę środowisko naturalne. Kluczowym elementem jest
wynalezienie nowych rozwiązań w celu redukcji gazów cieplarnianych poprzez większe
użycie zasobów odnawialnych, co doprowadzi do obniżenia zużycia energii. To z kolei będzie
skutkowało stworzeniem procesów wytwórczych bardziej kosztowo efektywnych oraz
wspierających środowisko.
2. Technologie ICT umożliwiające inteligentne wytwarzanie
Technologie informacyjne i komunikacyjne (ang. Information and Communications
technology - ICT) są istotnym komponentem w procesie wytwarzania. Usprawniają one
skuteczność, zdolność przystosowania się i zrównoważenie systemów produkcyjnych.
W technologiach tych wyróżniamy:

Inteligentne fabryki
W przyszłości produkcja wyszukanych produktów o dużej różnorodności zaoferuje
skrócony czas cyklu oraz zdolność sterowania zmiennością procesu wytwarzania. Z powodu
wzrostu integracji sterowania maszyn i technologii komputerowych, przewidywany jest
również rozwój w robotyce, automatyzacji, planowaniu, symulacji oraz optymalizacji.

Cyfrowe fabryki
Cyfrowe fabryki pomagają zredukować potrzebę fizycznego prototypowania podczas
projektowania fabryk przyszłości. Specjaliści, tacy jak mechanicy, programiści i inżynierowie
materiałowi będą używać cyfrowych fabryk by udoskonalić symulacje, modelowanie
i zarządzanie wiedzą.

Wirtualne fabryki
Wirtualne fabryki wspomagają kompleksowo zarządzanie łańcuchem dostaw pomiędzy
przedsiębiorstwami wytwórczymi na całym świecie. Zawierają one sieć urządzeń jak np.
urządzenia wykorzystujące identyfikację pracy w toku przez fale radiowe (RFID),
bezprzewodowe sieci czujników, komunikacja pomiędzy maszynami.
3. Wytwarzanie o wysokiej wydajności
Europejski średni współczynnik rozwoju jest mniejszy niż głównych konkurentów,
głównie z powodu luki produkcyjnej, która rozszerzyła się przez ostatnią dekadę.
W większości jest to spowodowane dużymi różnicami struktur biznesowych w Europie
i powstawaniem pewnych barier rynkowych, ale kluczowym powodem są strukturalnie
mniejsze inwestycje na badania i innowacje.

Adaptacyjne wyposażenie produkcji
Produkcja adaptacyjna odnosi się do potrzeby tworzenia systemów wytwórczych, które są
elastyczne, a jednocześnie solidne, niezawodne i efektywne. Innowacje spełniające te wymogi
zawierają nowe wysokowydajne technologie produkcyjne wykorzystujące samo-adaptujące
się urządzenia wymagające mniejszej powierzchni. Co więcej, procesy produkcyjne będą
bardziej płynne a proces planowania bardziej wydajny.

Wysoka precyzyjność w wytwarzaniu
Miniaturyzacja produktów oraz wyposażenie produkcji będą istotnymi czynnikami
odnośnie do wytwarzania w przyszłości. Innowacyjne technologie wytwórcze, takie jak
szybkie mikro-wytwarzanie, przeniosą do przestrzeni trójwymiarowej (3D) zoptymalizowane
części w skali mikro, które mają kompleksową strukturę wewnętrzną np. zaawansowane
kanały chłodzące oraz materiały o strukturach gradientowych. Taki system mikrowytwarzania pozwoli łatwo konfigurować linie montażowe, które potrzebują mniej
przestrzeni do montażu oraz testowania małych partii. Partie takie zawierają
elektromechaniczne systemy w skali mikro (ang. Micro Electro-Mechanical Systems MEMS), które obejmują sensory oraz siłowniki wśród innych komponentów.

Brak defektów w procesie wytwarzania
Indywidualizacja powoduje znaczny wzrost kosztów produkcji z powodu kosztów
konieczności częstych zmian ustawień oraz potrzeby adaptowania procesów oraz
wyposażenia produkcji. Obecnie potrzebne są innowacyjne rozwiązania, aby wesprzeć
strategię typu „produkty wytwarzane na zamówienie” ulepszając sterowanie jakością
i zwiększając efektywność. Potrzebne są nowe metody monitorowania oparte na nadzorze
parametrów procesu i kontroli pro-aktywnej. Innowacje w tym obszarze zawierają
zaawansowane narzędzia wspomagające podejmowanie decyzji i w konsekwencji pomagają
stworzyć proces efektywny pod względem kosztów. Możliwe jest to dzięki wdrożeniu
narzędzia „jakość przy projektowaniu” (ang. „quality by design”) oraz zastosowaniu
konfiguracji nietolerujących braków.
4. Materiały w wytwarzaniu

Efektywność materiałów
Badania w tym obszarze pozwalają prześledzić efektywność użycia zasobów, takich jak
metal, woda, smar oraz rzadkie pierwiastki. Efektywność wykorzystania zasobu może być
poprawiona poprzez recykling na rożnych etapach produkcji. Kluczowym elementem jest
zastosowanie sensorów i narzędzi oprogramowania do śledzenia przepływu zasobów oraz
porównanie efektywności alternatywnych metod produkcji. Integracja parametrów zużycia
zasobów w modelowaniu algorytmów pozwala na analizę opartą na symulacji oraz
optymalizację całego łańcucha wytwórczego w warunkach wykorzystania zasobów.

Procesy wytwarzania dla nowych wysokiej klasy materiałów
Nowoczesne, wysokiej klasy materiały, takie jak stopy, materiały międzymetaliczne,
materiały bioceramiczne, kompozyty metaloceramiczne, nanofazowe komponenty, prezentują
nowe wyzwania dla wytwarzania i zarazem wymagają nowych procesów produkcyjnych. Ten
obszar badań obejmuje także działania, które dodają nowe właściwości do materiałów
podczas procesu wytwórczego, co w konsekwencji podnosi wartość produktu finalnego.
Więcej informacji na temat PPP „Fabryki Przyszłości” można uzyskać na stronie
internetowej Komisji Europejskiej (http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies) oraz
dokumentach przygotowanych przez stowarzyszenie EFFRA ([1], [2]).
Niniejszy artykuł powstał w ramach projektu M-FUTURE2011 finansowanego przez
Komisję Europejską (finansowanie z 7PR (FP7/2007-2013) pod numerem grantu 266976).
Akcja promująca 7 Program Ramowy organizowana jest jako działanie towarzyszące
konferencji Fumat 2011, która odbywa się w dniach 23-24 września 2011 w Warszawie
(www.fumat2011.eu) oraz konferencji Manufuture 2011, która odbywa się w dniach 24-25
października 2011 we Wrocławiu (www.manufuture2011.eu).
Literatura:
1. http://www.manufuture.org/manufacturing/wpcontent/uploads/Technology_Roadmap-Full_Version.pdf
2.http://www.manufuture.org/manufacturing/wpcontent/uploads/Research_Executive_Summary.pdf
3.http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/factories-of-thefuture_en.html