Strategiske forskningsområder - Produksjon - Fakultet for ingeniørvitenskap
Produkter og tilvirkningsprosesser
Produkter og systemer som skal utvikles og produseres i Norge vil være kjennetegnet ved at de har relativt høy pris som forsvarer produksjon i et høykostland. Det forventes at produktene og systemene i større og større grad vil ha innebygget sensorteknologi og datakraft for selvdiagnose, integrasjon med andre produkter osv. I lys av det grønne skifte vil også bærekraft og sirkulær økonomi bli avgjørende på alle plan for fremtidens produkter og systemer. Sentrale forskningsutfordringer knyttet til produktutvikling er (i) nye paradigmer og verktøy for intelligent produktdesign og produktutvikling, (ii) videreutvikling av lean produktutvikling, (iii) utvikle intelligente IoT produkter med innebygget sensorteknologi og datakraft som gjennom oppdatering under produktets levetid kan øke funksjonalitet og vedlikeholdsvennlighet, og (iv) videreutvikling av metoder som sikrer gode geometri- og materialegenskaper, lang levetid og høy pålitelighet.
Teknologiutviklingen på forskjellige tilvirkningsprosesser gir nye muligheter for å produsere slike smarte produkter i Norge. Videre er det også viktig å produktutviklingen og produktegenskapene i relasjon til produksjonen. Sentrale forskningsutfordringer knyttet til tilvirkningsprosessene er (v) forstå hvordan man kan optimalisere prosessparametere i tilvirkningsprosessen for å oppnå optimale produktegenskaper, (vi) Additiv tilvirkning for utvikling av geometrier hvor ordinær maskinering ikke er mulig eller gir svært stort svinn, (vii) sammenføyningsteknologi og termisk sprøyting, (ix) metallforming, (x) Varmforming (smiing) og Kaldforming, samt (xi) sprøytestøping av termoplaster.
FiskeoppdrettMaterialers egenskaper
For å utvikle produkter med tilstrekkelig funksjonsevne over tid er det avgjørende å velge geometrier og materialer i produktene som i størst mulig grad eliminerer feilmekanismer og sikrer lang levetid. Forskningen på materialer spenner fra materialbruk i de minste skurer til materialbruk i store skrog i et skip eller bærestrukturer i en oljeplattform. Sentrale forskningsutfordringer belyses nedenfor.
Etablere forståelse for materialegenskaper på multiskala nivå (nano til makro) gjennom: (i) fundamental teoretisk forståelse, (ii) eksperimentelt arbeid, og (iii) modellering/simulering.
Ved anvendt nanoteknologi:(i) utvikle nye materialer og innovativ løsninger, (ii) designe nanostrukturerte overflater, og (iii) etablere metodikk og utføre «Multi-physical» karakterisering av materialegenskaper.
Design og fremstilling av konstruksjoner, komponenter og utstyr: (i) modellering/simulering/virtuell presentasjon av design, egenskaper og oppførsel, (ii) verifikasjon av design gjennom kombinasjon av multi-fysiske og multi-skala modeller og testing, (iii) innovative, bærekraftige og robuste løsninger som omfatter samspill mellom material og konstruksjon/komponent/utstyr, og (iv) optimalisering av produksjonsmetoder og –prosesser.
Digitalisering og automatisering av produksjon
Det foreslås en strategisk satsing på digitalisert produksjon basert på Industri 4.0. Dette vil ha fokus på kyber-fysiske systemer med stor grad av funksjonell integrasjon basert på lokal intelligens og sammenkobling med åpne protokoller som IoT. Funksjonell integrasjon innebærer at de kyber-fysiske systemene har kapabilitet for automatisk konfigurasjon, kalibrering og sammenkobling i avanserte kyber-fysiske produksjonssystemer. Kyber-fysiske systemer inkluderer intelligente IoT produkter, industriroboter, mobile roboter, kamerasystemer, sensorer og verktøymaskiner, og funksjonell integrasjon innebærer at arbeidsoppgaver kunne beskrives på et høyere abstraksjonsnivå enn hva som er mulig i dag. Dette vil være avgjørende for å muliggjøre effektiv utvikling av kyber-fysiske produksjonssystemer samt programmering og omstilling av automatiserte produksjonsprosesser. Videre er det planlagt kapabilitet for automatisk generering av simulatorer og digitale tvillinger basert på matematiske modeller.
Et sentralt punkt vil være robotisert produksjon under industri 4.0 tilpasset norsk industri med små serier og spesialiserte produkter med stor merverdi. Spesielt vil det være fokus på hurtig omstilling for avanserte produkter i små serier som gjerne må spesialiseres for hver leveranse. Slike produktkategorier kan typisk beskrives med en felles CAD-modell med et antall parametere, og det vil være mulig å inkludere produksjonsdata som sveisebaner og sveiseparametere i CAD-modellen. Dette kan brukes for automatisk oppsett og omstilling av produksjonsprosessen. Dette er et første steg i en utvikling av en full digital integrasjon av de ulike faser i produktets livsløp som design, simulering, produksjon, validering, dokumentasjon, akkumulering av kunnskap, og vedlikehold. Bruk av åpne kommunikasjonsprotokoller som IoT gir potensielle sikkerhetsproblemer, og det er viktig å utvikle løsninger som gir tilfredsstillende sikkerhet. Dette vil inkludere spesialiserte protokoller for tilkobling av kyber-fysiske systemer til nettverk basert på IoT. I denne sammenheng er det også viktig med analyseverktøy for datasikkerhet og risikostyring.
Sentrale forskningsutfordringer for å nå målet om digitalisering og automatisering av produksjon oppsummeres ved: (i) Robotisert produksjon i et digitalisert rammeverk basert på industri 4.0 tilpasset norsk industri med små serier og spesialiserte produkter med stor merverdi. (ii) Industri 4.0 med fokus på kyber-fysiske systemer med stor grad av funksjonell integrasjon basert på lokal intelligens og sammenkobling med åpne protokoller som IoT. Dette inkluderer automatisk konfigurasjon og sammenkobling av kyber-fysiske enheter i avanserte kyber-fysiske produksjonssystemer og automatisk generering av simulatorer og digitale tvillinger basert på matematiske modeller (iii) Digital integrasjon av de ulike faser i produktets livsløp som design, simulering, produksjon, validering, dokumentasjon, akkumulering av kunnskap, og vedlikehold. (iv) Analyseverktøy for datasikkerhet og risikostyring.
Det er avgjørende å utvikle digitalisering og automatisering av produksjon i samarbeid med norsk industri. Her trekkes spesielt fram samarbeidet med industriklynger for vareproduksjon på Raufoss og Kongsberg og verftsindustri på Nord-Vestlandet. Men vi ser også et stort potensiale for digitalisering og automatisering på «nye» områder, f eks trelastindustrien på Østlandet og fiskeindustrien langs hele kysten.
Robot Produksjon
Material TestVerdikjeder og industrialisering
Framveksten av Supply Chain Management (verdikjedestyring) bygger videre på at det ikke lenger er tilstrekkelig bare å forbedre og styre logistikken i egen bedrift, idet potensialet for forbedringer kan være vesentlig større i verdikjeden end i egen bedrift. Like nødvendig er det å involvere alle aktører som bidrar til verdiskapingen av produktet/tjenesten, direkte eller indirekte, helt fra råvarekilde til sluttbruker, inklusive resirkulering og gjenbruk. For å oppnå størst mulig fordeler og konkurransemessige fortrinn fra logistikken er det altså behov for å utvide det interne logistikkperspektivet oppstrøms til å omfatte leverandører, leverandørers leverandører etc. og nedstrøms til å omfatte kunder, kunders kunder etc. Dette er på mange måter kjernen i tankegangen som ligger til grunn for Supply Chain Management. Teknologiske fremskrittene muliggjort av den fjerde industrielle revolusjonen, Industri 4.0, kan bidra til økt konkurransekraft i det stadig tøffere globale markedet. Disse teknologiske fremskrittene kombinert med raffinering av eksisterende teorier, samt utvikling av nye teorier, kan føre til innovative løsninger innen logistikk, nye produkter og forretningsmodeller med fokus på å tilby nye tjenester. Dette skal sikre norske produksjonsbedrifter økt konkurranseevne i et globalt marked med stadig større kundekrav.
Supply Chain Management gir også et perspektiv hvor man kan se ut over de konkrete tilvirkningsprosessene – Hvilke prosesser er det mest hensiktsmessig å automatisere, og hvordan kan virksomhetene utvikle kompetanse for å lykkes med digitalisering og automatisering.
Alt dette må ses i lys av behovet for bærekraftighet i fremtidens verdikjeder. Med en stadig økende befolkning og økonomisk vekst er presset på miljøet stort. Markedet har et ønske om bærekraftige produkter og tjenester, og tilgang til ressurser reduseres stadig. Derfor er det viktig å planlegge og styre ressursene i hele verdikjeden for å sikre bærekraftig virksomhet for fremtidige generasjoner. Dette oppnås både med nye teknologier og nye teorier med fokus på å utnytte ressursene på best mulig måte med minst innvirkning på miljøet.
Sentrale forskningsutfordringer er: (i) Innovative forretningsmodeller med basis i Industri 4.0 konsepter, (ii) Horisontal integrering av verdikjeder – konfigurering av leverandørnettverket for å fullt ut dra nytte av nye teknologier og løsninger, (iii) Smarte fabrikker med et integrert produksjonssystem hvor smarte maskiner og produkter kommuniserer med hverandre, samler data og tilrettelegger for fleksibel, optimalisert og synkronisert drift, vedlikehold og produksjon. (iv) konfigurasjon av produksjonsnettverk definert i form av hvordan hele nettverket av aktører, prosesser og aktiviteter, materiell og informasjonsflyt er sammensatt og organisert. Utformingen av produksjonsnettverk inkluderer også relasjonene med leverandører, (iv) Bruk av stordata, maskinlæring at analytiske metoder for sanntidsstyring av logistikk og verdikjeder.
Lavvolumproduksjon
Skandinavisk og spesielt norsk produksjon kjennetegnes ved å tilby varer og tjenester med differensiert design og innovasjon. Norske selskaper innen maritim, olje og gass, offshore, subsea, tung utstyrsindustri, fiskeindustri, møbler og elektronikk designer og produserer kapitalintensive, avanserte og tilpassede produkter. Videre tilpasser produsenten seg kundens spesifikke behov. Dette produksjonsmiljøet kalles engineer to order (ETO) eller One-Of-a-Kind-Production. Produksjonen preges av lave produksjonsvolumer (ofte volumer av en), arbeidsintensitet, lange ledetider, høye nivåer av etterspørselsusikkerhet og hyppige endringer i produktspesifikasjoner. Produksjonsbedriftene er også preget av midlertidige og unike forsyningskjedestrukturer, siden det ofte er behov for å ha leverandører som kan tilby svært spesifikke produkter eller tjenester. Varierende rammebetingelser og økende global konkurranse krever fleksible, dynamiske og tilpasningsdyktige produksjons- og verdikjedestrukturer
Hovedmålet for forskningsområdet er å utvikle løsninger for bærekraftig og smart produksjon i norske One-Of-a-Kind produksjonsbedrifter gjennom utvikling og bruk av smarte produkter, prosedyrer og prosesser i produksjon og forsyningskjeder for å øke konkurransekraften til disse virksomhetene i globale markeder. Et viktig mål for å realisere dette er å få etablert et senter for forskningsbasert innovasjon (SFI).
Det er viktig å søke forskningsprosjekter som involverer ulike norske selskaper som spesialiserer seg på lavvolumproduksjon: skipsbygging og marinutstyr, olje- og gassindustri, flyindustri, fiskeoppdrett og fiskeforedling, samt undervannsutstyr og annet tungt utstyr. Det er også viktig å involvere norske selskaper som jobber for et høyere nivå på produkttilpasning, for eksempel møbler og elektronikk.
Sentrale forskningsutfordringer er: (i) Digitaliserte sanntidskonsepter for prosjektering, planlegging og kontroll av lavvolumsproduksjon, (ii) Digitaliserte sanntidskonsepter for optimalisering av smarte fabrikker når det gjelder logistikk og integrasjon med EDB baserte styringsverktøy, (iii) Bruk av sanntidsinformasjon for forbedret logistikkvirksomhet, planlegging og kontroll og styring av forsyningskjeden i lavvolumproduksjon, (iv) Utvikle metoder for datainnsamling og analyse for å styrke bærekraften i lavvolumproduksjon, (v) Metoder for å redusere ledetidene i produksjonen (effektive kontraktsforhandlinger og verifikasjon, concurrent engineering, håndtering av endringsordrer osv), og (vi) Konkurransedyktige byggestrategier for lavvolumproduksjon (bruk av automatisering, offshoring, modularisering osv).
Metallproduksjon