Svensk produktion Strategisk forsknings- och innovationsagenda för att möta de globala utmaningarna

Transkript

1 Svensk produktion 2025 Strategisk forsknings- och innovationsagenda för att möta de globala utmaningarna

2

3 Svensk produktion 2025 Strategisk forsknings- och innovationsagenda för att möta de globala utmaningarna 1

4 Innehåll Förord 3 Sammanfattning 4 Förslag till strategiska satsningar inom produktionsområdet 5 Produktion i Sverige 7 Kunskapstriangeln som medel för konkurrenskraftig och hållbar produktion 9 Avgörande utmaningar för framtida produktion i Sverige 11 Sammanställning av industriella utmaningar 12 Visioner för produktion i Sverige Hållbarhet i alla steg 14 Hög kompetens 14 Global närvaro med hjälp av innovation 14 Effektivt och flexibelt 14 Prioriterade produktionsforskningsområden 16 Listning av prioriterade forskningsområden 16 Beskrivning av prioriterade forskningsområden 17 A Produktionssystem 17 B Integrerad produktions- och produktutveckling 20 C Tillverkningsprocesser 21 Bilaga 1 Omvärldsbevakning av framsyner som berör produktionsområdet 25 Referenser omvärldsbevakning 28 Bilaga 2 Pågående forskningsprogram och andra initiativ relaterade till produktion 29 Bilaga 3 Process för framtagning av agendan 33 Bilaga 4 Personer som deltagit i framtagningen av agendan 35 2

5 Förord Produktion i världsklass är en förutsättning för att svensk tillverkningsindustri ska kunna konkurrera framgångsrikt globalt. Sverige har starka traditioner i industrin, men även på institut och högskola att falla tillbaka på. Vi har dock konstaterat att kunnandet urholkats, att intresset för produktionstekniska utbildningar är för lågt samt att forskningen tunnats ut. Därför tog Teknikföretagen, tillsammans med bl.a. VINNOVA, initiativ till IVA-projektet Produktion för konkurrenskraft, som bland flera nyckelfrågor lyfte fram behovet av en stärkt samordnad forskning inom produktionsområdet. Även från fordonssidan har på senare år betydande insatser gjorts inom det s.k. MERA-projektet, Manufacturing Engineering Research Area, i syfte att lyfta produktionsforskningen. Produktionens avgörande betydelse för samhällets utveckling har även lyfts upp på Europanivå i framtagning av kommissionens agenda Manufuture. Inför forskningspropositionen 2008 tog därför Teknikföretagen tillsammans med akademi och institut, fram en nationell forskningsagenda Svensk Produktionsforskning 2020, som lade grunden för Produktion som ett av flera strategiska forskningsområden. Nu nästan fyra år senare har vi här utvecklat denna agenda till en Svensk produktion 2025 Strategisk forsknings- och innovationsagenda för att möta globala utmaningar. Vi betonar starkare vikten av att omsätta forskningsresultat i industrirelevanta innovationer och s.k. demonstratorer. Vidare blir kopplingen till utbildning och behovet av kvalificerade ingenjörer och tekniker alltmer tydlig. Vi vill från Teknikföretagen att den här presenterade agendan skall fungera som riktmärke för industrins och samhällets satsningar på produktionsrelaterad forskning och innovation. Tillsammans med våra medlemsföretag vill vi också medverka till att agendan omsätts till strategier och projekt. Åke Svensson Vd Teknikföretagen 3

6 Sammanfattning Svensk tillverkningsindustri och svenska produkter mötte efter den senaste ekonomiska krisen en kraftigt ökad efterfrågan på många marknader och ökade sina marknadsandelar. Svensk kvalitet, miljöanpassning och svenska värderingar är en fortsatt stabil grund när osäkerheten om den ekonomiska utvecklingen nu åter är stor. Denna agenda syftar till att svensk tillverkningsindustri även på lång sikt ska kunna hävda sig i den pågående strukturomvandlingen. De globala förutsättningarna ändras allt snabbare och det kräver en nationell strategi för att lyfta tillverkningsindustrin till den nivå som en ledande roll kommer att kräva framöver. Teknikföretagen, Produktionsforum, Svenska Produktionsakademien och forskningsinstitutet Swerea IVF föreslår att Sverige gör en offensiv satsning genom: Fortsättning och utvidgning av de strategiska forskningsområdena inom produktion. Nya innovations- och demonstratorsatsningar med program för industrinära realisering av forskningsresultat och program för industriella demonstratorer. En sammanhållen satsning på utbildning inom produktion på alla nivåer. VINNOVA föreslås bli huvudman för en sådan nationell satsning. Agendan gör en tydlig markering för ett helhetsgrepp enligt kunskapstriangeln och påtalar att samtidiga satsningar måste göras på forskning, innovation och utbildning för att effekterna skall bli bestående i industrin. Forskningsagendan kommer att kompletteras med en innovationsagenda och en utbildningsagenda. 4

7 Förslag till strategiska satsningar inom produktionsområdet Svensk tillverkningsindustri står väl rustad i den globala konkurrensen. Trots den omfattande krisen under finns det förutsättningar att hantera nya efterfrågefall på ett bra sätt. För att stärka denna konkurrensförmåga måste stora utmaningar antas med hjälp av betydande insatser från staten. För att få bästa effekt av satsningarna behöver Kunskapstriangelns alla tre dimensioner, forskning, innovation och utbildning, täckas. Det är vår uppfattning att huvudansvaret för organisation av dessa statliga insatser bör läggas på VINNOVA, som tillsammans med representanter från industri, akademi och institut gemensamt formulerar detaljerade planer för kommande satsningar. Vi föreslår följande fortsatta, strategiska, statliga satsningar inom produktionsområdet: Strategiskt forskningsområde Produktion En fortsatt satsning på de högskoledrivna strategiska forskningsområdena inom produktion som initierades 2008 är av största vikt. Forskningen bör inriktas mot de områden som föreslås i vår forskningsagenda. En tydlig profilering mot kunskapstriangelns övriga delar med tydlig industriinvolvering är väsentlig. Även en koppling mot EU:s ramprogram inom relevanta områden bör säkerställas. Innovations- och demonstratorsatsning För att förstärka de kommersiella effekterna av satsningar på forskning behöver företagens förmåga att använda resultaten stärkas. En innovationssatsning inom produktionsområdet bör därför skapas, där statligt finansierad forskning också följs upp med satsningar på implementering och införande av ny teknik och nya metoder. Innovationssatsningen bör delas upp i två program: ett med fokus på industridriven realisering av forskningsresultat och ett med fokus på industriella demonstratorer i fullskala. Program: Industridriven realisering av forskningsresultat Syftet är en industridriven realisering i tidiga skeden där forskningsresultat prövas under realistiska förhållanden. En långsiktigt fungerande samverkan mellan de olika parterna i innovationssystemet är avgörande för programmets genomförande. Utmärkande för programmet är att industrin tillsammans med akademi och institut driver processen från behovsformulering till realisering. Projekten är normalt branschöverskridande och utförs i nära samarbete mellan industri och forskningsutförare. Resultatet av projekt i programmet är forskningsresultat som är färdiga för industriell implementering. Programmet skall innehålla delar som är speciellt anpassade till mindre företag inom tillverkningsindustrin, för att ta till vara deras potential till förnyelse. Programmet drivs mot hög industriell och vetenskaplig nytta. 5

8 Program: Industriella demonstratorer i fullskala Syftet med demonstratorprogrammet är att möjliggöra ett större risktagande vid tidig industriell implementering av radikalt nya tekniker och metoder. Genom programmet kan marknadsintroduktion av ny teknik underlättas. En demonstrator kan vara en enskild teknisk lösning eller ett komplett produktionssystem som kan tjäna som en förebild eller flaggskepp och skapa starka kompetenskluster. Programmet behöver anpassas efter industrins behov på snabbhet och bygger på att företagen får möjlighet att använda sig av kompetensen hos de forskare som står för den bakomliggande kunskapen. Strategiskt utbildningsområde Produktion Produktionsutbildningen i Sverige behöver utvecklas i takt med industrins behov och integreras med produktionsforskning och produktionsinnovation i kunskapstriangeln. En ny strategi och ett nytt nationellt program för produktionsinriktad utbildning håller på att tas fram av Svenska Produktionsakademien i samarbete med industrin representerad av Teknikföretagen. Programmet skall täcka samtliga utbildningssteg, från universitetsbaserad doktorandutbildning, via master- och grundutbildning till industribaserad fortbildning. Förslaget på utbildningsstrategi och nationellt program för produktionsutbildning kommer att beskrivas i detalj i den kommande produktionsutbildningsagendan. 6

9 Produktion i Sverige Produktion i Sverige är en fundamental förutsättning för fortsatt svensk välfärd. Tillverkningsindustrin står för cirka 50 % av svensk varuexport [SCB 2009] och sysselsätter direkt människor [SCB 2008]. Svensk tillverkningsindustri har jämfört med industrin i liknande länder varit framgångsrika i att etablera global närvaro. Svenska underleverantörer, som många är små i internationell jämförelse, tvingas av flera skäl att etablera sig internationellt. De stora kunderna kräver att leverantören kan agera globalt samtidigt som man måste upp i tillräckliga volymer för att orka motsvara kundernas krav på egen teknikutveckling. Detta är svårt för många av de mindre leverantörerna. Svensk tillverkningsindustri återhämtade sig mycket starkt efter den förra finansiella krisen. Även om svenska industriprodukter är fortsatt efterfrågade inom de växande ekonomierna i Asien innebär nu den nya ekonomiska osäkerheten nya utmaningar. Förmågan till innovation och nyutveckling utmanas i tilltagande grad genom den omfattande omställning mot miljövänliga produkter som påverkar hela tillverkningsindustrin. Anpassning mot villkoren på de nya marknaderna innebär också en utmaning för hela det industriella systemet. Nya sätt att göra affärer och nya, mer öppna metoder för produktutveckling kommer att påverka den framgångsrika fabrikens utformning. Det är i denna belysning man ska se satsningar på forskning, utbildning och innovation inom produktionsområdet. Efter en längre kräftgång med splittrade resurser på området togs ett antal initiativ på området utifrån bland annat IVA projektet Produktion för Konkurrenskraft år Den Produktionsforskningsagenda togs fram gemensamt av industri och akademi inför forskningspropositionen 2008 resulterade i att Produktion blev ett av de strategiska forskningsområdena med två tunga Excellence Center på Chalmers respektive KTH. Parallellt har stora satsningar gjorts på produktionsområdet kopplat till fordonsindustrin bland annat inom nuvarande forskningsprogram FFI (Fordonsstrategisk forskning och innovation) och tidigare forskningsprogram MERA (Manufacturing Engineering Research Area) På Europanivå har kommissionens Manufuture initiativ från 2003, då det främst kom att handla om analys och bedömning av konsekvenser av minskad produktionsbas i Europa, numera kopplats till EU:s Recovery plan med betydande forskningsfinansierade projekt. 7

10 För att svensk tillverkningsindustri ska kunna hävda sig framöver bortom den starka konjunkturdrivna återhämtningen kommer att krävas: Betydande och stärkta insatser på forskningsområdet Kraftfulla initiativ på innovationsområdet En stärkt ingenjörsutbildning såväl kvantitativt som kvalitativt på områden som krävs för framgångsrik produktion Därför kommer den nu framtagna samlade forskningsagendan innefatta alla dessa tre aspekter liksom koppling till de mera specifika satsningar som görs på fordonssidan, och även kopplas till de breda insatserna på Europaområdet. 8

11 Kunskapstriangeln som medel för konkurrenskraftig och hållbar produktion För att Sverige skall kunna vidareutveckla positionen som en ledande industrination, måste forskning, utbildning och innovation bilda ett väl fungerande sammanhang. Detta beskrivs av den så kallade kunskapstriangeln som antogs av EU:s ministrar för högre utbildning i Göteborg november Kunskapstriangeln var en av Sveriges prioriteringar på utbildningsområdet under EU-ordförandeskapet och har sedan dess utvecklats som en möjliggörare för euro peisk konkurrenskraft. Innovation Produktion Forskning Utbildning Figur 1 Kunskapstriangeln Kunskapstriangeln beskriver den nödvändiga samverkan mellan forskning, utbildning och innovation för att klara framtida konkurrenskraft. Forskningen skall vara av mycket hög kvalitet, för att effektivt bidra till den internationella kunskapsutvecklingen. Samtidigt måste forskningen och dess resultat vara anpassade till industrins framtida behov. Svenska forskningsresultat måste omvandlas till industriell tillämpning snabbare än i omvärlden. Forskningsresultaten skall även snabbt spridas i utbildningssystemet för att ge industrin de förmågor som möjliggör snabb tillämpning av ny teknik och nya arbetssätt. Alla personalkategorier berörs då en av hörnpelarna för svensk industri är en långt driven decentralisering av initiativ och beslut. Att utveckla verkstadsarbetet till ett i allt högre grad intellektuellt arbete kommer att ställa stora krav på utbildningssystemets samtliga nivåer. Alla kommer att behöva expanderade kunskaper också utanför den rent tekniska yrkeskunskapen. Tillverkningsindustrin genomgår en snabb omställning från att i huvudsak tillverka varor till att tillfredsställa utökade behov hos kunderna, ett större mått av tjänster kopplade till produkterna och ett större innehåll av upplevelse. Förändringen drivs av den globala konkurrensen och sker samtidigt som man möter 9

12 stora utmaningar att ställa om hela verksamheten till att bli miljöneutral. För att åstadkomma detta krävs ett excellent innovationsklimat och väl utvecklad förmåga att industrialisera nya innovationer. Kopplingen mellan forskningsutförare och industri kommer att behöva intensifieras och fördjupas, samtidigt som industrin måste tillämpa mer innovationsfrämjande arbetssätt. Detta dokument har naturligt sin tyngdpunkt på Forskning. Svenska Produktionsakademien arbetar i samarbete med industrin representerad av Teknikföretagen parallellt med att utveckla en Utbildningsagenda. Forskningsagendan och Utbildningsagendan kommer att därefter att kompletteras med en Innovationsagenda inriktad mot produktionsinnovation. 10

13 Avgörande utmaningar för framtida produktion i Sverige Intrycket från de internationella forskningsstrategier som redovisas i Bilaga 1 är att miljöanpassning snabbt håller på att bli en konkurrensfaktor av samma dignitet som funktion och pris. Långt driven miljöanpassning kommer att medföra radikala teknologiskiften. För att klara snabba och omfattande teknologiskiften och för att kunna hantera allt kortare produktlivscykler och tilltagande kundanpassning, kommer flexibilitet i hela produktionskedjan att vara en avgörande egenskap. Ett mer resurssnålt konsumtionsmönster kommer också att driva fram radikalt nya affärsmodeller, vilket kommer att påverka produktionsapparaten. Det är dock värt att notera att ingen av de internationella strategierna på något tydligt sätt betonar organisation eller personal i produktionen. För Sverige finns det en stor potential att ytterligare stärka en redan stark industriell position om vi kan vidareutveckla nya arbetsformer som tar till vara vår tradition av snabba delegerade beslutsformer, baserade på en kombination av organisation och kompetens. VINNOVA har i ett pågående strategiarbete betonat att tillverkningsindustrins förändring styrs av drivkrafterna individualiserade produkter, resurssmart design och produktion samt accentuerad kundnytta. Detta stämmer väl överens med de utmaningar som denna agenda centreras runt. Resurssmart design och produktion: ekologiskt ekonomiskt socialt Individualiserade produkter: utvecklingsadaptivitet leveransflexibilitet Accentuerad kundnytta: ökat tjänsteinnehåll innovativa affärsmodeller Kundanpassning och efterfrågan av individualiserade produkter driver utvecklingen av produktionsflexibilitet som konkurrensfaktor. Kundkrav och klimatmål innebär radikala förändringar av produkter, produktionsprocesser och system inkl. organisation samt materialval mot resurssmart design och produktion. Konkurrensen driver den accentuerade kundnytta, förmågan att tillfredsställa kundernas uttalade och abstrakta behov t.ex. genom mer avancerade produkter innehållande nya material, fler funktioner och tjänster. Figur 2. Beskrivning av drivkrafter från strategisk studie utförd av VINNOVA

14 Sammanställning av industriella utmaningar Uthållig produktion av uthålliga produkter Sustainable Production of sustainable products Uthållig produktion ur ekologiska, sociala och ekonomiska perspektiv är obevekliga förutsättningar för tillverkande industrier. Konkurrensfördelar finns i metoder och teknik för resurs effektivitet och globala synsätt på miljöpåverkan i alla produkt framtagningsled, från idé till återvunnen produkt. Hållbar produktion och hållbara produkter är avgörande konkurrensfaktorer. Återtillverkning (engelska: remanufacturing), att återanvända inte bara material utan även komponenter och produkter och produktionssystem är nästa steg för att minimera miljöpåverkan. Förändringsbar produktion Produktionsprocesser, produktionssystem, kompetenser och organisationer i kunskapsbaserade företag måste snabbt kunna utnyttja förändrade förutsättningar, kundpreferenser, innovationer eller samhällskrav. Behovet att hantera omvärldens snabba förändringar i form av kriser, ändrade priser på råvaror och energi och kundpreferenser ökar ständigt. Produktionssystem som hanterar integration av mjukvara, hårdvara och tjänster är en möjliggörare. Människan i produktionen Arbete i framtidens produktion är ett kvalificerat kunskapsarbete där kommunikation och samverkan mellan människa och produktionssystem är avgörande. Effektiva och lättanvända kommunikationsverktyg krävs för innovation, problemlösning och snabb anpassning till nya situationer. Kunskapsarbetet möjliggör maximal synergi mellan människa och teknik. Bred kompetens, stort ansvar och distribuerat beslutsfattande i hela organisationen är en av nycklarna till framtida konkurrenskraft. Digital och kunskapsbaserad produktion Ny teknik måste möjliggöra effektiv omvandling av data och information till användbar kunskap. Ständig tillgång till enorma informationsmängder kräver nya sätt att bearbeta och omforma information. Informationsteknik, informationsstandarder, sensorer, automatiserad informations behandling samt gränssnitt mot människan måste utvecklas radikalt. Innovativa produkter och produktionssystem Framtida produkter som integrerar hårdvara, mjukvara och tjänster kommer att kräva helt nya produktionssystem. För att tillvarata potentialen hos nya material, mikro- och nanoteknik kommer produktionssystemen att utvecklas för att klara nya förutsättningar. Utveckling av produkter som skall tillfredställa abstrakta kundkrav, som upplevelser och känslor kommer också att utmana hela produktframtagningskedjan. 12

15 Parallell produktframtagning Samtidighet i hela produktframtagningskedjan. Tiden från idé till levererad produkt måste minimeras. Hänsyn måste tas till produktens hela livscykel. Kartläggning av kundbehov skall ske samtidigt som produktutveckling och förberedelser för produktion och distribution pågår. Logistikkedjorna behöver utvecklas. Utmaningen främjar snabb innovation inom alla led i produktframtagningsprocessen. Utmaningarna beskriver centrala och långsiktiga forsknings- och utvecklingsområden. Samtliga utmaningar ställer krav på tvärvetenskapliga eller mångvetenskapliga ansatser. Dagens teknik och metoder räcker inte för att ta till vara möjligheterna eller lösa problemen som skapas av utmaningarna. Ett långsiktigt samarbete mellan industri, akademi och institut är nödvändigt för att öka konkurrenskraften i svenska tillverkningsföretag. Utmaningarna är långsiktiga målsättningar för industriell och akademisk utveckling. En bortre tidsgräns i detta dokument är satt till 2025, men flera av utmaningarna kommer att vara aktuella långt därefter. De forskningsområden som identifierats genom systematisk matchning mellan industrins och akademins uppfattningar utgör en konkret beskrivning av prioriterade, svenska forskningsbehov. Såväl utmaningarna som de forskningsområden som beskrivs i följande kapitel är generiska och därför fullt tillämpbara i flertalet av de svenska industribranscherna. 13

16 Visioner för produktion i Sverige 2025 Hållbarhet i alla steg Hållbar produktion och hållbara produkter är en av våra viktigaste konkurrens faktorer. Svensk tillverkningsindustri har en långt driven förmåga att utveckla och tillverka produkter som byggs på nya miljövänliga material och materialkombinationer. Återtillverkning, att återanvända inte bara material utan även komponenter, produkter och produktionssystem, utgör ett viktigt inslag i svensk tillverkningsindustris strävan att minimera miljöpåverkan och resursanvändning. Hög kompetens Den svenska arbetskraften har förmågor som möjliggör snabb tillämpning av ny teknik och nya arbetssätt. Svensk tillverkningsindustri uppvisar konkurrensfördelar genom bred kompetens, stort ansvar och distribuerat beslutsfattande i hela organisationen. Utbildningssystemet har ett holistiskt perspektiv och ger eleverna expanderade kunskaper också utanför den strikt tekniska yrkeskunskapen. Global närvaro med hjälp av innovation Svensk tillverkningsindustri har genom fokuserade satsningar på komplexa och miljömässigt framstående produkter och produktionssystem kraftigt ökat sina globala marknadsandelar. I de växande ekonomierna i Asien och Sydamerika har svenska företag och produkter en stark position, grundad på innovation, kvalitet, miljöriktighet och ett tydligt socialt ansvar. Svensk tillverkningsindustri har vidareutvecklat sin starka position på världsmarknaden genom att bygga på ett stort kunskapsinnehåll på alla nivåer. Styrkorna är innovativa produkter, tjänster knutna till produkterna samt innovativa sätt att arbeta och göra affärer. Produkternas framgångar bygger på innovationsförmåga inom avancerade produktionssystem, produktionsprocesser samt metoder för att snabbt omsätta kundkrav till leveranser. 14

17 Effektivt och flexibelt Tiden från idé till levererad produkt har reducerats radikalt genom samtidighet i hela produktframtagningskedjan. Snabb innovation är möjlig och sker i alla led i produktframtagningsprocessen. Hänsyn tas till produktens hela livscykel. Kartläggning av kundbehov sker samtidigt som produktutveckling och förberedelser för produktion och distribution pågår. Logistikkedjorna har utvecklats. Produktionsprocesser, produktionssystem, kompetenser och organisationer i svenska kunskapsbaserade företag kan snabbt anpassas till förändrade förutsättningar, kundpreferenser, innovationer eller samhällskrav. Produktionssystemen är avsevärt bättre på att hantera integrationen av mjukvara, hårdvara och tjänster än En konsekvent tillämpning av principerna bakom Lean Produktion och Lean Produktutveckling över hela den svenska industrin gör att effektiviteten är optimal i alla operationer. 15

18 Prioriterade produktionsforskningsområden Såväl industri som akademi har problemorienterade synsätt på forskning och utveckling. Under utvecklingen av denna forskningsagenda lyfte Teknikföretagens intervjuundersökning fram ett antal forskningsområden som sedan prioriterades av representanter för industri och akademi. De prioriterade forskningsområdena har grupperats i tre huvudområdena som beskriver den industriella produktionssituationen ur olika perspektiv: A Produktionssystem B Integrerad produkt- och produktionsutveckling C Tillverkningsprocesser Listning av prioriterade forskningsområden A Produktionssystem Resurseffektiva, robusta och tillförlitliga produktionssystem Människan och produktionssystemet Flexibel och moduluppbyggd produktion och automation Adaptiva produktionssystem Virtuell fabriks- och flödesutveckling Kompetens, lärande och organisation i produktionen Produktionslokalisering och produktionslogistik B Integrerad produktions- och produktutveckling Produktionssystem för hållbara produkter Produktionskrav i tidiga produktutvecklingsfaser Livscykelbaserad produktionssystemsutveckling Metoder för virtuell produktions- och produktutveckling Metoder för analys och optimering av produktions- och produktutveckling C Tillverkningsprocesser Resurs- och energieffektiva tillverkningsprocesser Bearbetningsprocesser för nya material och materialkombinationer Virtuella utvecklingsmetoder för materialbearbetning och materialformning Processer för yt- och värmebehandling Tillverkningsteknik för mikro- och nanostrukturer Mätning och mätdatahantering Materialkarakterisering ur processperspektiv 16

19 Beskrivning av prioriterade forskningsområden Nedan följer beskrivningar av prioriterade forskningsområden framtagna i nära samarbete mellan industri, akademi och institut. A Produktionssystem I avancerade produktionssystem samverkar kompetenta människor effektivt med informationsteknik och komplexa maskiner, exempelvis robotar. Systemen kännetecknas av hög komplexitet och innehåller flöden av både material och information. Alla delsystem och komponenter måste samarbeta väl och ständigt kunna förändras för att tillverka nya produkter. Ny teknik och nya material måste kunna integreras i det befintliga produktionssystemet utan att generera störningar. Systemet skall kunna hantera stora produktvariationer. Alla produkter måste tillverkas utan kvalitetsbrister och kostnaden för tillverkning skall vara minsta möjliga. Flödet av produkter får inte störas av problem eller brist på råmaterial. Modern produktionsutveckling fokuserar ofta på resurseffektivitet och på effektiva flöden genom systemen. Produktionssystemen skall även integreras effektivt i globala material- och informationsflöden. Produktionssystem för service, underhåll och eftermarknad samt reverserade produktionsförlopp för demontering och återtillverkning blir allt mer centrala. Under utveckling av produktionssystem, bidrar experter från många tekniska discipliner för att lösa komplexa och detaljerade frågeställningar. Människor deltar ofta som flexibla och effektiva resurser i tillverkningen och den mänskliga arbetssituationen måste alltid utformas utifrån behov av säkerhet och motivation. Arbetsmiljön bör därför vara god och systemen utformade så att effektivt samarbete mellan människor respektive mellan människa och tekniskt system blir möjligt. Personalen måste behärska systemen och vid behov gå in och lösa komplicerade situationer. Sverige har en unik möjlighet att organisera arbetet i produktion så att många initiativ och beslut kan tas på golvet, vilket radikalt kan öka flexibilitet och snabbhet. Automationsnivån, d.v.s. fördelningen av arbetsuppgifter mellan mänskliga och automatiserade resurser är inte självklar utan förändras över tiden. Varje produktionssystem måste uppfylla krav på ekologisk, social och ekonomisk uthållighet. En stor utmaning är därför att kretsloppsanpassa produktionen, exempelvis genom att minimera miljöpåverkande utsläpp och energiförbrukning. Följande delområden har prioriterats inom området Produktionssystem: Resurseffektiva, robusta och tillförlitliga produktionssystem Produktionssystem måste fungera kontinuerligt, störningsfritt, resurs- och kostnadseffektivt. Systemen utsätts för ständig påverkan och måste robust kunna hantera många former av avvikelser. Ny teknik skall kunna införas parallellt med existerande och känslighet för produktvariationer måste minimeras. Människor med rätt kompetens skapar ökad robusthet i systemen genom sin unika förmåga att hantera oförutsedda problem. Robust produktion omfattar även stabilitet mot störningar som hotar den ekologiska, sociala eller ekonomiska balansen. Att minska produktionens resursförbrukning ökar i betydelse. 17

20 Människan och produktionssystemet Människan är en nyckelresurs i ett socialt, ekologiskt och ekonomiskt hållbart produktionssystem. En förutsättning för hög konkurrenskraft är att i hela företaget ha tillgång till kunskapsarbetare, det vill säga kompetenta och motiverade människor med distribuerat ansvar, som kan hantera störningar, skapa hög flexibilitet och minska ledtiderna. En annan förutsättning är sömlös samverkan genom hela företaget, mellan utvecklingsavdelningar, supportavdelningar och operatörer. Människans unika förmåga som innovatör och beslutsfattare måste utvecklas genom ökad möjlighet till integration mellan människor och teknik. Exempelvis bör möjligheter till förändring av automationsnivåer samt samarbete mellan robotar och människor utvecklas, utan avkall på säkerhet. Andra viktiga forskningsområden är avancerade användargränssnitt, mobil och gömd informationsteknik, sociala nätverk för problemlösning, produktionsergonomi samt virtuella representationer av människor i produktionssimuleringar. Ny teknik behövs vidare för att stödja mänskligt beslutsfattande vid problemlösning. Ett avgörande område är snabb återkoppling av processerfarenheter från operatörer till produktionsoch produktutvecklare. Flexibel och moduluppbyggd produktion och automation Förändringstakten ökar i industrin, därför måste maskiner och kringutrustning för produktion och automation snabbt kunna anpassas till nya förutsättningar. Exempel på variationer som behöver kunna hanteras är olika produktmix i en produktionslinje samt snabba upp- och nerrampningar i seriestorlek. Automationsnivån beskriver mekaniska och fysiska uppgifter men omfattar även informations- och beslutsuppgifter. Hög automationsnivå ger normalt goda högvolymegenskaper men ofta minskad flexibilitet samtidigt som störningar blir kostsamma. Nya produkter kan inte enkelt introduceras i produktionssystemet utan omfattande omprogrammering. Svensk forskning bör utveckla metoder för att mäta och välja automationsnivåer. Vidare krävs modulära och smarta system för att stegvis kunna öka respektive minska automationssnivån. Speciellt mindre företag med små investeringsmöjligheter behöver bättre metoder för utformning och specifikation av maskiner och automatiseringslösningar för att enkelt klara snabba förändringar. Adaptiva produktionssystem Morgondagens produktionsutrustningar kräver att många olika tänkbara händelser och tillstånd är väl förberedda i styrprogrammen. Vidare krävs extremt snabba uppföljningssystem för registrering, felidentifiering och anpassning av produktionen vid störningar. Adaptiva och sensorstyrda produktions system anpassar sig själva efter uppkomna situationer eller störningar. Utveckling av självprogrammering eller modulprogrammering kommer att skapa möjligheter att förenkla beredningsarbetet. Avancerade robotar kan reglera greppkrafter med sensorer som efterliknar känsel. Adaptiva verktygsmaskiner måste kunna korrigera för varierande utböjningar och förslitning av verktyg. Ny sensor- och signalteknik skapar förutsättningar för produktion som idag är omöjlig p.g.a. alltför omfattande störningar. Ett mål är med området är att skapa förutsättningar för produktion med nollfel. 18

21 Virtuell fabriks- och flödesutveckling Simulering och visualisering skapar idag enkel överblick av mycket komplexa tekniska system av maskiner, människor, produktflöden, produktionssystem, verkstäder och leverantörsnätverk. Virtuella verktyg blir därför alltmer effektiva hjälpmedel för samverkan mellan olika specialistfunktioner och ett sätt att radikalt minska risken för framtida problem. Verktyg och nya arbetssätt måste utvecklas kraftfullt och ges högre kapacitet att kunna simulera fler och komplexare situationer, exempelvis miljöeffekter, informations flöden, mänskligt beteende samt resurseffektivitet. Det tidsödande och kostsamma arbetet att skapa och kontinuerligt underhålla de digitala modeller som krävs för simuleringar måste effektiviseras. Nya metoder och standarder för framtagning och återanvändning av digitala modeller är viktiga. Metoder och verktyg måste även omfatta effektiva sätt att samla in korrekt underlag och data för simuleringsmodellerna från den verkliga produktionssituationen. En stor utmaning är att få simuleringarna att visualisera de svårförutsägbara störningar som ofta uppstår i verkliga driftssituationer. En vision är kopplade simuleringsmodeller från mikronivå (materialpåverkan vid bearbetning) till makronivå (flöden, hela fabriker). Kompetens, lärande och organisation i produktionen Nya former för kompetensutveckling och lärande i produktionen skapar möjligheter och utnyttjar ofta annan pedagogik än traditionell utbildning. Kombinationer av teoretiskt, praktiskt och datorstött lärande utvecklas snabbt, bl.a. med stöd av simuleringstekniker. Kunskapsarbetare med hög baskompetens kommer att kräva nya former av kontinuerlig fortbildning i högteknologisk miljö. Social uthållighet kräver organisationer med förmåga att identifiera och utveckla kompetens och talanger hos individer och grupper. Företags konkurrenskraft bestäms av både individers spetskompetens och personalens medelkompetens vilket ställer krav på god förmåga att attrahera kompetent personal samt att man klarar kompetensöverföring vid generationsväxlingar. Att skapa förutsättningar för kompetensöverföring vid generationsskiften. Inom sammansättning och montering med generellt sett lägre automationsnivåer krävs snabb upplärning på monteringssekvenser och kvalitetshöjande uppgifter. Kraftiga forskningsinsatser krävs för utveckling av nya organisationsformer och produktionsstrategier, såsom resurseffektiv produktion och dess efterföljande koncept. Produktionslokalisering och produktionslogistik Optimering av produktionsstruktur samt utformning och styrning av materialflöden och produktionskapacitet är avgörande för företagens konkurrenskraft. Tillgängligheten på material påverkar direkt möjligheterna att leverera samt möjligheter till störningsfri produktionen. Ökad kundanpassning av produkter, skärpta ledtidskrav, globaliseringens möjligheter och hot, m.m. ökar behovet av kunskap inom logistik och nätverk. Viktiga forskningsutmaningar är bl.a. koordinering och synkronisering av materialflöden och produktionsresurser i produktionsnätverket samt anpassning av system och metoder för händelsestyrd planering i svårförutsägbara produktionsmiljöer. Effektivitet i systemen samt allokering och lokalisering av aktiviteter, produkter och efterfrågan avgör produktiviteten hos helheten. Forskningsinsatser inom produktionslogistik måste skapa arbetssätt som fokuserar på värdeska- 19

22 pande processer där både det fysiska flödet och informationsflödet utformas optimalt. Aktivitetsmönstret och materialförsörjningsprocesser, val av hanteringsmetoder, förpacknings utformning, etc., styr kostnader, genomloppstider, kvalitetsrisknivå och ytbehov i materialförsörjningen och påverkar därför starkt förutsättningarna för effektivitet i den direkta produktionsprocessen. B Integrerad produktions- och produktutveckling Tiden från kundens önskemål till leverans av produkten är helt avgörande för konkurrenskraft och lönsamhet. En nära koppling mellan produktions- och produktutvecklingsprocessen är en absolut förutsättning för att man skall kunna nå korta ledtider. Produktionsprocessens förutsättningar måste beaktas redan i tidiga faser. I många fall måste produktionssystemet kunna användas för att tillverka många produktgenerationer. Produktionssystemet sätter därför ramarna för produktutvecklingen under lång tid. Samtidigt måste eventuella anpassningar av produktionssystemet göras redan under produktutvecklingsfasen, om ändringar i fabriken initieras för sent kan det få långtgående konsekvenser på lönsamheten. Kraftfulla forskningsinsatser bör riktas mot effektiv omvandling av information från många vitt spridda källor till användbar integrerad kunskap. Fabrikens utrustnings- och automatiseringsnivå måste optimeras med avseende på förväntade volymer och nya produkter. Verktyg och annan kostsam utrustning måste kunna optimeras med hänsyn till förväntad volym. I framtiden introduceras nya produkter allt snabbare och för att klara av detta krävs billigare, mer flexibla och snabbare processer, utan överprestanda. Följande delområden har prioriterats inom området Integrerad produktionsoch produktutveckling: Produktionssystem för produkter med radikalt ändrad uppbyggnad Accelererade miljökrav kommer att tvinga fram produktionssystem som klarar att hantera nya material och därmed nya tillverkningsprocesser parallellt med de etablerade. I många fall kan också hela fabriksupplägg komma att behöva omprövas för att kunna inkorporera de nya processerna. Ett exempel på detta är krav på minskade utsläpp från fordon, vilket kräver införande av nya lättviktsmaterial som inte kan svetsas på samma sätt som tidigare använd stålplåt, utan kräver att nya fogningsmetoder införs. De nya systemen behöver nå samma robusta prestanda som de etablerade. Det är också en speciell utmaning säkerställa att de anläggningar som planeras idag lämnar öppningar för anpassning till kommande processer. Produktionskrav i tidiga produktutvecklingsfaser Förutsättningarna för effektiv produktion skapas parallellt med produktutvecklingsprocessen. Metoder och strategier för att hantera och återanvända information från systematiska analyser av produktionen i produktutvecklingsarbetet måste utvecklas. Ju snabbare produktförnyelsen är, ju viktigare blir forskningsområdet, eftersom en befintlig anläggning skall kunna användas för många versioner av en produkt. Exempel på viktiga områden är systematisk kravanalys och feature -baserad konstruktion där produkterna delas 20

23 in i mindre standardiserade formelement till vilka produktionskunnande kan kopplas. Utveckling av produktionssystem som baseras livscykelanalys. Att i högre grad återanvända inte bara material utan även komponenter, delsystem och produktionssystem är ett verktyg för att minska resursförbrukning. Viktiga komponenter måste redan vid konstruktion anpassas för återanvändning och demonterings- och renoveringsprocesserna måste utvecklas till samma effektivitetsgrad som nytillverkning. Metoder för virtuell produktions- och produktutveckling Simulering och virtuell modellering används för att kraftigt reducera tiden från design till produktion och ersätter fysiska modeller och tester. Dessa nya IT-verktyg gör det möjligt att förkorta utvecklingstiden för nya produkter radikalt. Metoder för geometrisimulering kan också användas för att skapa produkter som är mer förlåtande för avvikelser i enskilda detaljers geometri, vilket i sin tur minskar kraven på precision i tillverkningsprocesserna. Användning av robust simulering ökar säkerheten i utveckling av produktionsprocesserna under produktutvecklingsfasen. En avgörande utmaning är att skapa virtuella modellbeskrivningar som har nödvändig, men ändå hanterbar detaljeringsgrad för att pröva nya produktkonstruktioner. Metoder för analys och optimering av produktions- och produktutveckling Med behov av allt kortare utvecklingstider och ledtider kommer seriestorlekarna i de flesta fall att minska. Det kommer att bli en allt större utmaning att välja optimal investeringsnivå i förhållande till förväntade volymer. Beslut om investering i ny produktionsutrustning måste i framtiden optimeras betydligt bättre och ekonomiska, tekniska samt tidsmässiga faktorer vägas in. Utveckling av beslutsstöd i form av kostnadssimuleringar är av stor betydelse för att kunna utveckla produkter med hög producerbarhet. C Tillverkningsprocesser Den accelererande utvecklingen av högpresterande material ger helt nya möjligheter för utformning av produkter, med lägre vikt samt bibehållen eller ökad prestanda. Nanoteknik och i förlängningen även bioteknik kan komma att radikalt förändra förutsättningarna för industrins tillverkningsprocesser. Nya processer för friformsframställning och additiva tillverkningsprocesser måste utforskas för att komplettera dagens bearbetnings- och monteringsmetoder. Här måste svensk industri snabbt nyttiggöra framväxande tillverkningsteknologier för att skapa konkurrensfördelar. Utveckling av nya material och tillverkningsprocesser är avgörande för industrins konkurrenskraft. Det gäller exempelvis produkter som fordon, som måste göras lättare för att klara ökande kundkrav på bränslesnålhet och miljökrav på minskade utsläpp. Det gäller även mekatroniska konsumentprodukter. Totaloptimering av energikrävande och miljöpåverkande tillverkningsprocesser blir därmed allt viktigare. Ökad användning av mikromekaniska komponenter och integration av elektronik medför ökade 21

24 krav på nytänkande inom materialteknik samt val av tillverkningsprocess och mätmetoder för kvalitetssäkring. Tribologiska egenskaper är en viktig faktor för minimering av slitage och friktion. Nya och utvecklade tillverkningsmetoder ger nya möjligheter som medför att hela produktionsföljden kan behöva ändras. Därmed påverkas både utformningen av produkter och tillverkningssystem. Nya material, förändrade processer och krav på låg kassaktionsnivå medför ett ökat behov av adaptiva styrmetoder och in-line mätmetoder. Långsiktigt hållbara tillverkningsprocesser kräver nya tekniker för demontering, återvinning av material och komponenter samt återvinning eller omhändertagande av giftiga material samt utveckling av processer som kräver reducering av mängden kyl- och smörjmedel. Dessa nya tekniker ger möjlighet till påverkan på yttre miljö och arbetsmiljön i positiv riktning. Följande delområden har prioriterats inom området Tillverkningsprocesser: Resurs- och energieffektiva tillverkningsprocesser Dagens tillverkningsprocesser kommer fortsatt vara dominerande, arbete med vidareutveckling av befintliga tillverkningsprocesser för att minska användning av konstruktions- och förbrukningsmaterial samt minska användning av energi är därför centralt. För materialavskiljande processer är fokus minskning av skrotmängd, för omvandlande processer (exempelvis värmebehandling) är energiförbrukning i fokus. Att ha säkra processer med låg kassationsgrad ger i sig låg resursförbrukning. Parallellt sker utveckling och industriell implementering av nya tillverkningsprocesser med låg materialoch energianvändning, där ett exempel är friformsframställning. Bearbetningsprocesser för nya material och materialkombinationer Förädling av avancerade och högpresterande material kräver ny forskning kring extrem verktygsprestanda och förändrade processer. Förändrade miljökrav för fogning och ytbehandling av nya materialkombinationer som t.ex. fiberkompositer och stål kräver helt nya processupplägg. Nya metoder för optimering av sekventiella förädlingsprocesser måste utvecklas. Behovet av metoder för att uppnå hög produktionssäkerhet med minimal andel förluster i form av kassationer, stillestånd och reducerad produktionstakt ökar kraftigt. Radikala förändringar av bearbetningsprocesser krävs för serieflexibel ekonomisk tillverkning med minimala omställningstider. Principer för miljömässig hållbarhet och kretsloppstänkande måste bilda grundförutsättningar för framtida bearbetningsmetoder. Reversibla fogningsmetoder måste utvecklas för att möta krav på separering av material vid skrotning. Virtuella utvecklingsmetoder för materialbearbetning och materialformning Verktygsutveckling för formande operationer är dyr, tidskrävande och en källa till stora förseningar. För att minimera tiden till produktionsstart måste man göra rätt vid första försöket. Simulering av formningsoperationer kan möjliggöra att verktyg ger rätt resultat vid första försöket. För att lyckas med processimulering och förutsäga processresultatet krävs stora experimentella forskningsinsatser. Ett tydligt exempel är simuleringsmetoder för skärande bearbetning. Kvalificerad verifierande mätteknik måste utvecklas. Metoder för processoptimering och intelligenta stödsystem som utnyttjar prestanda 22

25 i hela tillverkningssystemet måste utvecklas för skärande bearbetning och andra formningsmetoder. Robust simulering är ett verktyg för att undersöka hur variationer i material och process påverkar processäkerheten. Processer för yt- och värmebehandling Forskning riktad mot olika typer av ytbehandling och värmebehandling skapar nya processer för att skydda produkten och ge ytan kundbeställda utseenden. Drivkrafter för utveckling av processerna är miljöanpassning, energieffektivitet och möjliggörande av ökad flexibilitet i seriestorlek, bland annat genom nya in-lineprocesser och processövervakning. Utvecklingen behöver skapa tillverkningsprocesser som kan förse produkter med helt nya funktioner och egenskaper genom så kallade smarta beläggningar. Allt fler produkter byggs upp av en kombination av flera material för bl. a. viktopti mering, vilket ställer radikalt nya krav på ytbehandlingen. Värmebehandling utgör en viktig förädlingsmetod för att skapa ökade produktprestanda. Utveckling av nya uppvärmningsteknologier möjliggör ökad energieffektivisering. Tillverkningsprocesser för mikro- och nanostrukturer Utvecklingen av nanostrukturer och nya ytstrukturer skapar möjligheter för radikalt förändrade produktegenskaper. Tillämpningar inom bl.a. verktygsområdet, ställer extrema krav på ytkaraktären för att ge produkten avsedd funktion och prestanda. I nuläget är flera av sambanden mellan ytans funktion och dess utseende outforskade. Mikro- och nanoteknik kommer att ha avgörande effekter på ekologisk uthållighet genom ytfunktioner i olika produkter som leder till minskat slitage samt minskad energi- och bränsleförbrukning Mätning och användning av mätdata Sensorer och system för realtidsövervakning möjliggör adaptivitet och realtidsoptimering av produktionsprocesserna, samt minskar känsligheten för störningar. Samtidig återkoppling av processdata till företagets produktutvecklings- och beredningsfunktioner ger stor förbättringspotential och kraftigt förkortade ledtider. Forskningen behöver utveckla verktyg för mätning och analysmetoder för exempelvis krafter, temperaturer, geometrier och ytegenskaper. Stora utmaningar återstår för att åstadkomma snabb analys och konvertering av enorma mängder mätdata till användbar information med målet nollfelstillverkning. Materialkarakterisering ur processperspektiv Simuleringar och beräkningar för avancerade tillverkningsprocesser måste utgå från experimentella material- och processdata. För att kunna förutsäga processutfall i tillverkningen måste ingående material karaktäriseras och kartläggas. Genom att utveckla processlik materialkarakterisering kan man öka simuleringsteknikens precision, snabbhet och breda användning. Möjligheter att bedöma nya materialegenskaper och processuppträdande samt variationer måste bli avgörande för producerbarheten, speciellt i samband med tillverkningsprocesser i sekvens där olika förädlingssteg ställer olika krav på arbetsmaterialets egenskaper. 23

26 24

27 Bilaga 1 Omvärldsbevakning av framsyner som berör produktionsområdet Konkurrenter i Asien, USA och övriga Europa inom produktionsområdet står inför samma globala utmaningar som svensk tillverkningsindustri och akademiska forskning. Sveriges konkurrenskraft beror på hur väl företag och forskare lyckas identifiera och klara de utmaningarna. Under 2009 och 2010 har flera nya strategiska studier publicerats, där flera har gjorts på relativt kort horisont, delvis motiverade av den ekonomiska krisen under Trender som understryks är: Uppfyllandet av miljömål kommer kräva stora förändringar av hela samhället, vilket ställer ökade krav på resurs-, material- och energiförbrukning vid produktion. Nya typer av kvalificerad kompetens behövs för framtidens produktion. Produkter som integrerar hårdvara, mjukvara och tjänst ökar kraftigt. Virtuell och reell produktion blir fullt integrerade. Nya kundkrav medför förändrade affärsmodeller och nya typer av produkter. Föränderligheten kommer att öka, produktionen måste klara snabbt förändrade förutsättningar. Foresight Process On behalf of the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) New future fields, Tyskland, augusti 2009 (1) En brett upplagd studie med tidshorisont på medellång sikt, som pekar ut nya forskningsområden. Några av dessa har tydlig bäring på produktionsutveckling. Production Consumption 2.0. Där man hävdar att det kommer att krävas ett paradigmskifte, med en helt annan modell för produktion/konsumtion, för att de nödvändiga miljömålen skall uppnås. Man föreslår en tysk Apollo Mission, för att driva fram nya mönster för industri/konsumenter, detta skall givetvis innefatta stora mått av återvinning, samt helt nya materialanvändningar. Human-technology cooperation Rapporten menar att utveckling av maskiner/datorer nu går så långt att man måste anpassa datorer till att samarbeta med den mäskliga hjärnan för att t.ex. skapa team mellan maskiner och människor. Uttrycket etikett för robotar förekommer. 25

28 Produktion 2025 Fem fremtidsbilleder for danske produktionsvirksomheder, Danmark, maj 2010 (2) Manufuture-DK har gjort en idéskrift som beskriver fem möjliga målbilder för den relativt begränsade tillverkningsindustri som finns i Danmark. Man fokuserar på att man är ett litet land med avancerade konsumenter och därför på olika sätt kan utgöra en snabbrörlig testmiljö. De bilder som målas upp är: Den virtuella verksamheten Den flexibla värdeindikatorn Innovationsfabriken Den högkompetenta verksamheten Det industriella kraftcentrat High Value Manufacturing, Key Technology Area, Storbritannien 2008 (3) UK Technology Strategy Board gjorde 2008 en rad strategier för utveckling av det brittiska näringslivet. Strategierna syftar till satsningar inom den mycket snäva tidsramen Man vill få den brittiska tillverkningsindustrin att förflytta sig: Från Till traditionella produkter produkter med ett större värdeinnehåll ren produktion integrerat produktservice utbud manuellt arbete ökad produktivitet genom automatisering traditionella affärsmodeller mer avancerade affärsmodeller De teknologiområden som man lyfter fram för att understödja en sådan utveckling är: Modelling, analysis & simulation High value products Resource efficient and sustainable processes Disposal & recycling Whole life planning Innovative service solutions & condition diagnosis Design & innovation process Collaboration within extended operations & resulting in global value networks Materials & metrology 2020 Sustainable Manufacturing Systems Capable of Producing Innovative Environmentally Friendly and Safe Products, Sverige 2010 (4) Den svenska fordonsindustrins produktionskluster har i januari 2010 gjort en tredje utgåva av sitt förslag till forskningsprogram för att säkra konkurrenskraftig fordonstillverkning Sverige. 26