Mobil produktionskapacitet

Transkript

1 Mobil produktionskapacitet ProViking Utställning vid Tekniska Mässan 2007, Monter A18:40

2 Denna folder presenterar forskningsprojektet Factory-in-a-Box, som har utförts i samarbete mellan fyra högskolor och ett antal industriella partners. Foldern presenterar forskningsprojektet, dess olika delprojekt samt hur dessa delprojekt tillsammans kan generera en mer konkurrenskraftig produktion i Sverige. En digital rendering av den robotcell som presenteras i monter A18:40 på Tekniska Mässan i Stockholm mellan den 16:e och 19:e oktober år 2007.

3 Tänk dig att det fanns ett företag, låt oss kalla det Factory-in-a-Box AB, som kan hyra ut produktionskapacitet. Då skulle små företag som behöver hjälp med att klara av en tillfällig produktionstopp kunna hyra en sådan utrustning under den tid som företaget behöver. När den tillfälliga toppen är över så kan företaget bestämma sig för om de vill behålla utrustningen eller lämna tillbaka den till Factory-in-a-Box AB. För att detta skall kunna bli verklighet så behövs det mobila och flexibla produktionsmoduler som är snabba att sätta igång och enkla att använda. Factory-in-a-Box Factory-in-a-Box samlar svensk tillverkningsindustri och ledande produktionsforskare kring ett treårigt forskningsprojekt med målet att ge konkurrenskraftig produktion i Sverige. Flexibla, snabba och mobila produktionsmoduler har utvecklats och testats i verkliga industriella miljöer. Modulerna som innehåller olika grad av flexibel automation och flexibel produktionsutrustning installeras i till exempel en container och kan flyttas inom ett företag eller mellan företag på lastbil eller tåg. Styrelsen för ProViking och dess Vetenskapliga råd vid Stiftelsen Strategisk Forskning (SSF, ProViking) utsåg "Factory-in-a-Box" till vinnare den 1 december 2004 i den tredje utlysningen och garanterade därmed finansiering i 3 år med start januari Deltagande högskolor är: Mälardalens Högskola, Chalmers Tekniska Högskola, Högskolan i Jönköping, Linköpings Universitet. Chalmers Tekniska Högskola Kontaktperson och huvudprojektledare Mats Jackson Mälardalens Högskola Institutionen för innovation, design och produktutveckling Postadress: Box 325, Eskilstuna Besöksadress: Smedjegatan 37 Telefon: E-post: mats.jackson@mdh.se

4 Konceptet Inom projektet Factory-in-a-Box har konceptet med mobil produktionskapacitet utvecklats. Syftet med projektet har varit att exemplifiera att det är möjligt att producera konkurrenskraftigt i Sverige samt inspirera andra att ta fram innovativa produktionslösningar. Konceptet Factory-in-a- Box är uppbyggt på de tre ledorden mobilitet, flexibilitet och snabbhet. Om man kunde tillverka produktionsmoduler som var flyttbara mellan olika produktionsenheter som är flexibla nog att kunna ställas om för nya operationer och produkter och som även var snabba att starta upp och använda då skulle vi kunna skapa fler kundvärden och en konkurrenskraftigare produktion i Sverige. Det koncept som tagits fram kan illustreras med den livscykel som visas nedan. Cykeln startar med ett industribehov från kund, övergår i en projekteringsfas med konstruktion, simulering och fysisk uppbyggnad, för att sedan skickas till företaget. När modulen väl står på plats hos företaget så kan den rekonfigureras för nya operationer eller produkter, och när företaget inte vill använda den mer så kan den skickas tillbaka till ägaren och sedan återanvändas till andra kunder. Målet med projektet har varit att exemplifiera Factory-in-a- Box konceptet genom att utveckla fem operativa demonstratorer fysiska exempel på fungerande Factory-in-a- Box enheter. Dessa har realiserats och testats i industriell miljö i nära samarbete med industrin. Möjliga tillämpningar - Leasing av produktionskapacitet Ett företag kan leasa ut produktionskapacitet till andra företag som behöver det en begränsad tidsperiod. - Flyttbar produktionskapacitet Ett företag kan investera i en utrustning som kan utnyttjas på flera olika produktionsplatser. - Hjälpa underleverantörer Ett större företag skulle kunna investera i en mobil produktionsmodul som sedan lånas ut till underleverantörer, för att garantera säkra leveranser och god kvalitet. Factory-in-a-Box projektet startade med utgångspunkt från fyra olika tidigare forskningsprojekt: DYNAMO, ExAct, FlexAA samt Robust Design och Variationssimulering. Dessa fyra projekt har alla bidragit till Factory-in-a-Box konceptet och deras resultat kan ses som möjliggörare för att konceptet skall kunna realiseras framgångsrikt. Dessa fyra projekt beskrivs på följande sidor i denna presentation. De fem demonstratorer i projektet visar på olika typer av konkurrensfördelar som kan genereras genom att tillämpa Factory-in-a-Box konceptet. De fem demonstratorerna som har utvecklats i projektet är väldigt olika till utseende och funktion, men de belyser fem olika sätt att tillämpa konceptet och har alla bidragit till att utveckla tanken runt mobil produktionskapacitet och funktionsförsäljning. De fem demonstratorerna beskrivs mer i detalj senare i denna presentation Factory-in-a-Box Mobil produktionskapacitet 8 1, Intresse från kund 2, Design 3, Fysisk konfiguration 4, Transport till kund 5, Uppstart 6, Produktion 7, Transport tillbaka 8, Demontage 9, Återanvända komponenter

5 Vanliga frågor och svar Nedan så presenteras några korta frågor och svar runt forskningsprojektet och konceptet Factory-in-a- Box. Vad är en Factory-in-a-Box? Factory-in-a-Box är ett nytt koncept för framtidens produktion, där produktionskapacitet kan hyras ut till kunder. Factory-in-a-Box är en flyttbar produktionsenhet som är snabb och flexibel så att man enkelt kan tillverka var man vill och när man vill. Med Factory-in-a-Box konceptet kan man snabbt sätta igång produktion och också anpassa produktionsenheten för olika uppgifter. Varför Factory-in-a-Box? För att stärka konkurrenskraften hos Svensk tillverkningsindustri. Exakt hur konceptet kan hjälpa till beror på företagets specifika behov, men generellt är syftet: att öka företagets flexibilitet och förmåga till att anpassa sig till omvärldens krav, att kunna utnyttja sina resurser effektivare (till exempel flytta sin produktionskapacitet inom företaget eller mellan fabriker eller genom att dela boxen mellan flera företag), samt att på ett enkelt sätt tillfälligt kunna få tillgång till extra produktionskapacitet genom att hyra/leasa en Factory-in-a-Box Vad är resultaten? Ett koncept har utvecklats och ett antal enheter, så kallade demonstratorer, har byggts som faktiska exempel som visar att konceptet fungerar. De olika underliggande forskningsprojekten har bidragit med tekniska lösningar och metoder som möjliggör att konceptet kan realiseras. Projektet har visat på möjligheten med samverkan mellan industri och akademi. Att vi har kunnat samla så stor del av svensk produktionsforskning under ett och samma projekt med ett gemensamt mål och tillsammans med olika företag utveckla konceptet och utvärdera det i olika situationer. Hur hänger de olika demonstratorerna som är utvecklade ihop? Demonstratorerna är olika exempel på mobil produktion, de ger var och en exempel på olika delar av konceptet Factory-in-a-Box. Demonstratorerna är utvecklade efter specifika behov på företagen vi samarbetat med. De olika demonstratorerna har även bidragit med ny kunskap och erfarenhet som i sig har vidareutvecklat konceptet. Varför kan vi realisera en Factory-in-a-Box nu och inte tidigare? Det är nu vi har samlat på oss så mycket kunskap och erfarenheter att detta är realiserbart. De underliggande forskningsprojekten har haft möjlighet att testa och verifiera sina resultat, vilket leder till att deras lösningar nu kan realiseras och möjliggöra att Factory-in-a-Box blir verklighet. Kan vi leverera en Factory-in-a-Box nu? Konceptet finns och tillsammans med ett företag kan vi utveckla en konkret lösning på samma sätt som vi gjort med ABB Robotics, Pharmadule, Bombardier och så vidare. Vi har nu som resultat av forskningsprojektet kunskap för att realisera konceptet.

6 DYNAMO Man måste veta varför man automatiserar och hur det kan bidra till konkurrensförmågan. För låg automation ger till exempel låg prestanda och höga kostnader. En för hög automation leder bland annat till höga investeringskostnader och svårhanterliga produktionssystem. Ett lämpligt val av automationsnivå leder däremot till strategiska fördelar och konkurrenskraft. Produktionsstrategier och automation Var behandlas automation strategiskt? Produktionsstrategiskt tänkande ser automation bara som en faktor i processteknologin. Men Automation är mycket mer än så och påverkar många beslutskriterier. Automation är till exempel kopplat till kompetens, kvalitetssäkring och samarbete med underleverantörer. Automation är ingen egen isolerad strategi utan en del av produktionsstrategin. Strategiprocessen består av formulering och implementering. Innehållet i strategin består i ett antal beslut som tas om t.ex. utrustningsnivå, layout, fortbildning, kvalitetsstyrning och underhåll. Implementeringen ses oftast som den svåraste delen, då man måste ta hänsyn till alla olika aspekter och konsekvenser av att ändra automationsnivå. Begreppet Automationsnivå Automationsnivå är fördelningen av uppgifter mellan människa och teknik. Alltså hur mycket av en uppgift som är manuellt, mekaniskt eller datoriserat arbete. Ju lägre automationsnivå desto mer mänskligt arbetsinnehåll finns det i en arbetsuppgift. Ju högre automationsnivån är, desto mer av arbetsinnehållet utförs av mekanisk och datoriserad utrustning. Automationsnivå kan också kallas Level of Automation eller LoA. DYNAMO-projektet har skapat två referensskalor. En av skalorna visar gradvisa skillnader mellan mänskligt fysiskt arbete och mekaniserat arbete (LoA M ) Den andra skalan beskriver mänskligt beslutsarbete i förhållande till informationstekniskt arbetsinnehåll (LoA I ). Konkurrensförmåga Konkurrenskraftig Ej konkurrenskraftig Underautomatiserat Rightomation 1 Automationsnivå 7 Diagram som visar förhållandet mellan konkurrensförmåga och automationsnivå. Överautomatiserat Automationsnivåer för mekaniskt arbete: 1. Helt manuellt 2. Statiskt handverktyg 3. Flexibelt handverktyg 4. Automatiskt handverktyg 5. Statisk arbetsstation 6. Flexibel arbetsstation 7. Helt automatiskt Automationsnivåer för Information och kontroll: 1. Helt manuellt 2. Förslagsgivande 3. Instruerande 4. Ifrågasättande 5. Övervakande 6. Ingripande 7. Helt automatiskt Kontaktpersoner Johan Stahre Chalmers Tekniska Högskola Produktionssystem Telefon: E-post: johan.stahre@chalmers.se Mats Winroth Tekniska Högskolan i Jönköping Industriell organisation och produktion Telefon: E-post: mats.winroth@jth.hj.se

7 Mäta automationsnivån Genom att mäta arbetsuppgifters automationsnivå kan man analysera om nuvarande automationsnivåer är korrekta i förhållande till förutsättningarna. I mätmetoden ingår en visualisering av flödet och en identifiering av uppgifter och deluppgifter i ett produktionsflöde. Uppgifterna bedöms sedan mot referensskalor för automationsnivåer. Även maximal och minimal automationsnivå bedöms för varje uppgift. Analysera automationsnivån När resultaten skall analyseras så identifierar man först teoretisk (uppskattad utifrån operationsbeskrivningen), observerad, maximal och minimal automationsnivå för varje uppgift. Analysresultatet kan vara underlag för utveckling av automationsutrustning och beslutsstöd. Tolkning och analys av resultatet gör man i grupp, för att öka lärandet och förståelsen för mätresultaten. Hur möjliggör DYNAMO konceptet Factory-in-a-Box? DYNAMO kommer in i planerings- och designfasen av Factory-in-a-Box konceptets livscykel. Att mäta och analysera nivån av automation kan vara extra viktigt då man har föränderliga produktionssystem där man flyttar produktionsutrustning. För att underlätta mobilitet så är det viktigt att förutse vad införandet av en automatisk produktionsmodul innebär för hela produktionssystemet. Konceptet mobil produktionskapacitet bygger på att det skall vara snabbt och enkelt att komma igång med produktionen då en mobil produktionsenhet integreras i ett produktionssystem. För att underlätta denna integration så kan man med resultaten från DYNAMO-projektet visualisera, simulera och analysera vilka effekter och konsekvenser som införandet av nya produktionsmoduler får i produktionssystemet. För- och nackdelar med olika automationsnivåer kan analyseras med programvaror för simulering av produktionsflöden. Olika automationsnivåer kan testas och förståelsen för automationsnivåns olika effekter på systemet ökar. Det ger bättre beslut och bättre strategier. Manuella stationer har andra egenskaper än maskiner. Vissa skillnader är tydliga, till exempel cykeltid, investeringskostnad och ergonomi. Andra skillnader är svåra att se, till exempel maskiners och människors felbeteende, svårigheter att förändra automation, eller dynamiska effekter i hela systemet. Helt automatiserade uppgifter - kan inte utföras av människan 7 max Information / kontroll min min max Uppmätt automationsnivå för en speciell uppgift 1 1 Fysisk / Mekanisk 7 Manuella uppgifter kan inte utföras av tekniken

8 ExAct Det blir allt viktigare för företag att behålla och återanvända den kunskap och erfarenhet som kontinuerligt byggs upp. Inom artificiell intelligens finns flera intressanta metoder och tekniker som erbjuder effektiva lösningar. Fallbaserat resonerade är en av dem som visat sig mycket lämpligt för erfarenhetsåteranvändning inom industrin. Projektets mål har varit att utveckla metoder och verktyg för effektiv hantering av kunskap och erfarenhet inom produktionsindustrin. Fallbaserat resonerande Fallbaserat resonerande är baserad på en kognitiv modell om hur man lär sig från erfarenhet. När man ställs inför ett nytt problem tänker man sig oftast tillbaka och försöker hitta en liknande situation för att återanvända den tidigare lösningen till det nya problemet. Ett exempel kan vara att bilen inte startar en kall vintermorgon. Vi kanske minns ett liknande problem och hur vi löste det och använder då den gamla lösningen som bas för att lösa det nya problemet. Genom att anpassa den gamla lösningen till den aktuella situationen och kanske även ta hänsyn till tidigare misstag och problem vi råkat ut för kan vi förhoppningsvis lösa det aktuella problemet utan att vi egentligen förstår hur en motor fungerar i detalj. I det här fallet räcker det med att känna igen likheten mellan två problem. Experter tenderar att resonera på detta sätt ganska ofta när de ska lösa ett problem. I ett fallbaserat system finns ett fallbibliotek i centrum (eng case library) där alla lösta problem lagras som fall. Biblioteket utökas kontinuerligt och därmed kan systemet bygga upp sin kunskap och anpassa sig till en förändrande omvärld. En schematisk bild över hur ett nytt fall utvärderas och läggs till i databasen. Fallbaserad diagnos av industriutrustning Ett fallbaserat system har utvecklats som erbjuder beslutsstöd vid diagnos av industriutrustning. I systemet används metoder från artificiell intelligens (bl. a. fallbaserat resonerande) för att diagnostisera olika typer av sensordata som inhämtas med sensorer på en industriutrustning. Systemet bygger på ett ramverk med moduler för inhämtning, bearbetning och klassificering av sensordata. En tekniker kan använda systemet som beslutstöd för att snabbt fatta ett beslut om vad som behöver åtgärdas. Systemet blir bättre med tiden då det kontinuerligt samlar på sig nya erfarenheter i form av feedback och nya sensordata som lagras som fall i fallbiblioteket. I ett fall finns information om bl. a. vad problemet är, dess symptom, ställd diagnos, åtgärd och resultat. Också möjligheter till prognostisering finns. Kontaktpersoner Peter Funk Mälardalens högskola Institutionen för datorvetenskap och elektronik Box Västerås Telefon: Mobiltelefon: peter.funk@mdh.se Erik Olsson Mälardalens högskola Institutionen för datorvetenskap och elektronik Box Västerås Telefon: erik.m.olsson@mdh.se

9 Hur möjliggör ExAct konceptet Factory-in-a-Box? ExAct kommer in i Factory-in-a-Box projektet både som ett sätt att diagnostisera industriutrustning, till exempel industrirobotar, under körning samt med system för att hantera erfarenhet mellan personer och företag. Fallbaserad diagnos av industriutrustning Systemet kan snabba upp felsökning och åtgärdande av eventuella fel som kan inträffa under produktionen. Det kan fortlöpande övervaka den utrustning som används inom produktionen. Också produktionsförfarandet och produkten kan kontrolleras. Systemet kan ögonblickligen stänga ner en process eller en maskin som fallerat och rapportera händelsen till en tekniker. Systemet kan anpassas till olika produktionskonfigurationer och bidrar därmed med flexibilitet. Systemet har många olika möjligheter att diagnostisera och rapportera fel som kan inträffa under produktion. Många typer av sensordata kan användas som bas för beslut, till exempel: ljud, ström, temperatur och vibrationer. Systemet kan också ge olika felkoder be- roende på hur allvarligt felet är. Fallbaserad erfarenhetshantering Kunskap och erfarenhet kan sparas i olika for- t ex kan textbaserad erfarenhet lagras till- mat, sammans med mätvärden och sensordata för att flexibelt beskriva de olika erfarenhetsfall som kan uppkomma i en varierande produk- Andra gången en tekniker löser ett tionsmiljö. problem går det ofta fem gånger så snabbt som första gången. Denna snabbhet kan sy- erbjuda genom att förse teknikern med stemet ett liknande fall som automatiskt har identifie- av rats systemet. Machine Sound Sensor Module Microphone Recorded Sound Medfinansiärer Signal Processing Module Feature Extraction Filtered Sound Preprocessing Mål 2 Norra Feature Vector [Amp(f 1 ),Amp(f 2 ),,Amp(f n )] Condition Monitor and Diagnosis Module Classification Case Library Diagnosis En schematisk illustration över hur en fallbaserad diagnos av industriutrustning kan se ut.

10 FlexAA Projektet FlexAA, Flexible and Accurate Assembly syftar till att kombinera flexibilitet med precision vid montering. De fysiska komponenterna ska sammanfalla med sina CAD-modeller i monteringssystemet och kunna sammanfogas till noggranna produkter även under inverkan av krafter. Linköpings Universitet har bidragit med flexibla fixturer, metoder för offline-programmering av robotar samt mätteknik i sluten reglerkrets för positionering med hög noggrannhet relativt CAD-modeller. Lunds Tekniska Högskola har bidragit med reglerteknik och kraftbaserad styrteknik för att kompensera för de fjädringar och utböjningar som annars ger avvikelser relativt CAD-modellerna. Omställbara fixturer Många företag har idag starkt behov av att minimera kostnaderna för monteringsfixturer i sin produk- där kostnaden för traditionella, dedicerade, monteringsfix- tion. Det gäller särskilt vid fåtalstillverkning turer i många fall är orimligt höga. FlexAA har medverkat i utvecklingen av en ny kostnadsminimerad fixturteknik för det nya obemannade flygplanet Neuron. Ställbara byggstöd i form av hexapoder, även kallade flexapoder, har vidareutvecklats för att hålla k omponenterna i position under monteringen. En särskild inställningsteknik baserad på mätning av fixturens referenspunkter har tagits fram. Den genomförda utvecklingen kommer nu att industrialiseras i ett internt projekt vid Saab Aerostructures kallat IndusFlexAA. Robotborrning i flygplansstrukturer Den traditionella metoden att framställa nit- och bultförband inom flygindustrin är att samborra med stöd av kostsamma jiggar som styr borrverktygen till de ritningsbestämda positionerna. En lockande möjlighet är att istället använda robotar som fritt kan programmeras att positionera en borrmaskin till de ritningsbestämda positionerna. En tryckfot måste då användas för att stabilisera borren relativt ar- mellan tryckfoten och arbetsstycket deformationer betsstycket. Tyvärr skapar de krafter som utvecklas som förskjuter hålens lägen utanför tolerans. FlexAA-projektet har, i samverkan med Saab Aerostructures, utvecklat en styrteknik för robotar som kompenserar för de förskjutningar som annars uppstår vid kontakten med tryckfot och arbetsstycke. En kraftgivare tar upp värden på kontaktkrafterna och styr med höghastighetsreglering roboten att följa arbetsstyckets rörelser. Testning av den utvecklade tekniken för kraftstyrd robotborrning har med framgång gjorts i labprototyper vid Lunds Tekniska Högskola samt Linköpings Universitet. För att ge roboten en högre absolut noggrannhet (< 0.1mm) har en lasertracker använts som återkopplar till robotens styrsystem för automatisk korrigering av robotens position. Offline-programmering och simulering av robotceller. Kraftstyrning av robot vid borrning i plåt. Kontaktpersoner Mats Björkman Rolf Johansson Monteringsteknik/Produktionssystem Institutionen för Reglerteknik Tekniska högskolan vid Linköpings universitet Lunds tekniska högskola vid Lunds universitet Telefon: Telefon: E-post. mats.bjorkman@liu.se E-post: rolf.johansson@control.lth.se

11 Hur möjliggör FlexAA konceptet Factory-in-a-Box? FlexAA kommer in i Factory-in-a-Box dels under designfasen av en produktionsmodul, då man simulerar och programmerar robotar, samt untionen mellan olika der produktionsfasen då man ställer om produk- produkter. Flexibel fixturteknik möjliggör flexibilitet vid uppspänning av nya produkter med varierade geometrier utan att man får de ledtider och de kostnader som sammanhänger med dedicerade fixturer. Ett av de koncept som utvecklats för uppspänning av material i robotceller är fixturer uppbyggda av så kallade hexapoder. Denna form av fixturering leder till flexibla lösningar som kan ställas om mellan olika produkter. Simulering av en manuell inställning av en hexapodfixturering med hjälp av en lasertracker. Kraftstyrd robotreglering möjliggör inte bara borrning av noggranna hål utan även snabbhet i utförandet av många andra processer till exempel vid gjutgodsrensning. Roboten kan pro- grammeras att följa ritningsvärden och sedan via kraftstyrning kompensera för ojämnheter och felaktigheter i mått. Projektet har även vidareutvecklat metoder för offline-programmering av robotar. Offlineprogrammering leder ofta till ökad snabbhet vid programmering, samt möjligheter att optimera robotrörelser. FlexAA har aktivt medverkat i utvecklingen av Demonstrator 1 genom konceptarbete och simuleringar, man har även varit med och utvecklat fixturlösningar för Demonstrator 2. FlexAA har även arbetat intensivt med Demonstrator 3, där koncept genererats och olika tekniker utvärderats. Konceptutveckling inom FlexAA projektet. Simulering av två robotar som samarbetar, från utvecklingen av Demonstrator 1.

12 Robust Design och Variationssimulering Projektet har två övergripande mål: ta fram verktyg för att minimera effekten av geometrisk variation, samt skapa kollisionsfria robotrörelser i komplexa situationer. Projektet utförs vid Chalmers Tekniska Högskola, Wingquist Laboratoriet, samt Fraunhofer-Chalmers Centret. Robust Design Projektet omfattar simulering av hela processen från idé till slutmontering samt konstruktion av verktyg i form av demonstratorer för att visa att det fungerar. Två olika företag och tre högskolor/institut samarbetar. Utveckling av stöd för robust konstruktion och variationsimulering (toleransanalys) för att kunna utvärdera hur geometrisk robusthet och effekten av tillverkningsvariation inverkar på produktens egenskaper och utseende. Syftet är att göra produkten okänslig för tillverkningsvariation för att tillåta snabb uppstart av produktion och global produktion. Automatisk Banplanering En automatisk banplanerare hittar krockfria rörelser mellan olika robotpositioner med avancerade matematiska algoritmer. Val av rörelser sker med hänsyn till processvillkor, cykeltid och slitage. Kollisionsfria robotrörelser genereras automatiskt med hjälp av nyutvecklad simuleringsprogramvara. Kontaktpersoner Rikard Söderberg Chalmers Tekniska Högskola Avdelningen för Produkt och Produktionsutveckling Göteborg Besöksadress: Hörsalsvägen 7A Telefon: Fax: rikard.soderberg@me.chalmers.se Johan Carlson Fraunhofer-Chalmers Centre Chalmers Teknikpark Göteborg Telefon: Fax: johan.carlson@fcc.chalmers.se

13 Omkonstruktion av produkter En robust lösning är okänslig för variation i tillverknings- och monteringsprocessen. Robusta koncept bygger på optimal placering av infästnings/kontaktpunkter mellan komponenter. Val av toleranser sker med hänsyn till känslighet och kostnad. Egenutvecklad simuleringsmjukvara hjälper till att optimera robusthet och toleranser. Automatisk generering av robotbanor En automatisk banplanerare hittar krockfria rörelser mellan olika robotpositioner med avancerade matematiska algoritmer. Val av rörelser sker med hänsyn till processvillkor, cykeltid och slitage. En egenutvecklad simuleringsmjukvara genererar automatiskt kollisionsfria robotrörelser, även om roboten är placerad i en kontainer med begränsade rörelseområden. Hur möjliggör projektet konceptet Factory-in-a-Box? Robust Design och Variationssimulering kommer in i designfasen av Factory-in-a-Box konceptet. Unatt se till att den är väl anpassad till att produceras i der denna fas så görs förstudier på produkten för produktionsmodulen. Om modulen innehåller robotar så genomförs även simuleringar där robotens rörelser automatiskt kan genereras i den virtuella miljön. Robust Design Robusta produkt- och produktionskoncept bidrar till snabbhet genom färre justeringar och enklare omställningar. Robusta produkt- och produktionskoncept bidrar till flexibilitet genom effektivare varianthantering. Automatisk Banplanering Automatisk kollisionsfri banplanering bidrar till snabbhet genom att robotprogrammen kan genereras på timmar istället för veckor. Automatisk kollisionsfri banplanering bidrar till flexibilitet genom att program enkelt kan uppdateras när förutsättningarna i boxen förändras. Robust Design och Varianssimulering har aktivt medverkat i utvecklingen av de fem demonstratorer som tagits fram i Factory-in-a-Box projektet genom att de gjort studier och simuleringar på olika produkter, t.ex. ABB Robotics robotkontroller IRC5, samt jobbat med simuleringar av robotrörelser. De olika studier som forskningsprojktet genomfört har inkluderat både seniora forskare och studenter från Chalmers ingenjörsutbildningar.

14 ABB Robotics Demonstrator 1 Demonstrator 1 har utvecklats i samarbete med ABB Robotics i Västerås. Syftet med Demonstrator 1 har varit att ta fram en robotiserad lösning för att montera robotstyrskåpet IRC5. Huvudmålet med utvecklingen har varit att skapa en flexibel lösning som kan anpassas vartefter nya operationer skall introduceras i cellen eller om produkten ändras. ABB Robotics är en av de ledande industrirobottillverkarna i världen. Inom robotområdet så har ABB cirka 4500 anställda i över 100 olika länder runtom i världen. ABB har sitt centrum för forskning och utveckling i Sverige. Tillverkning av robotar sker i Sverige, Norge samt Kina. Det är totalt sett mer än 150,000 ABB robotar installerade värl- den över. Demonstrator 1 är utvecklad för att montera ABB:s styrskåp IRC5. Detta montage var tidigare gjort för hand, men detta var ett ergono- i Demonstrator 1 är en robotcell med två robotar som samarbetar då miskt krävande arbete som innebar vissa kvalitetsproblem. Lösningen de monterar styrskåpet. Då ABB Robotics på ett enkelt sätt ville kun- så ut- na bygga om i robotcellen och lägga till utrustning efter hand vecklades teknologier och mjukvarustöd för hög flexibilitet och snabb rekonfigurering av cellen. Utvecklingen har skett i samarbete mellan olika högskolor och ABB Robotics. Factory-in-a-Box konceptet Den robotcell som utvecklades under Demonstrator 1 projektet hade tre krav på flexibilitet: (1) alla befintliga varianter som finns av produkten skall kunna produceras i cellen, (2) det skall gå att föra in framtida produktvarianter på ett enkelt sätt, och (3) ABB Robotics ville kunna skala upp cellen genom att föra in nya operationer och robotar vid behov. Mobilitet har byggts in i cellen genom att varje utrustning i cellen är konstruerad så att den går att flytta oberoende av de andra delarna i cellen. Olika tekniska lösningar har utvecklats och testats för att möjliggöra snabb omkonfiguration efter det att utrustning flyttats. Kriteriet snabbhet har beaktats i Demonstrator 1 då det gäller omställningstid vid t.ex. införandet av en ny produkt. Ett stort fokus under utvecklingen av Demonstrator 1 låg på att möjliggöra så att ABB Robotics snabbt skulle kunna föra in nya produktvarianter och operationer in i robotcellen. Demonstrator 1 utvecklades först i labbmiljö, där de olika teknologier som användes testades och ut så står Demonstrator 1 i produktion på ABB Robotics i Västerås. värderades. Sedan december Några nyckelfaktorer för Demonstrator 1 har varit snabb och enkel cellprogrammering, taktila givare för robotarna samt trådlös I/O kommunikation. Kontaktperson Mikael Hedelind Mälardalens högskola Postadress: Box 325, Eskilstuna Besöksadress: Smedjegatan 37 Telefon: E-post: mikael.hedelind@mdh.se

15 Demonstrator 2 Demonstrator 2 har utvecklats i samarbete med Pharmadule. Syftet med Demonstrator 2 har varit att industrialisera svetsningen av svar- läkemedelsfa- ta rör som sedan installeras i Pharmadules modulära briker. Huvudmålet är att sänka tillverkningskostnader och korta ledtider. Detta har skett genom att ta fram en flexibel, snabb och mobil svetscell i samverkan med SA svetsteknik. Pharmadule Pharmadule är en världsledande leverantör av högteknologiska modulära läkemedelsfabriker och har sedan starten 1986 levererat 50 anläggningar, till exempelvis Eli Lilly, Merck, Genentech, AstraZene- är starka drivkrafter för kunderna att anlita ca, Baxter och Pharmacia. Snabbhet och förutsägbarhet Pharmadule. Företaget har en unik kompetens att ta sig an kompletta åtaganden, innefattande projek- tering, tillverkning, installation och validering. Demonstrator 2 är utvecklad för att ersätta ett arbete som idag är manuellt, ergonomiskt påfrestande och tidskrävande, genom att använda en halvautomatiserad produktionsenhet för svetsning av svarta rör. Rören installeras sedan i Pharmadules moduler, som slutligen sätts samma till en komplett fabrik hos slutkunden. Produktion förekommer på två olika orter i Sverige och i Estland. Vanligtvis sker sedan slutmontage av anläggningarna utomlands. Tillverkningen är helt kundorderstyrd, vilket gör att det är en stor utmaning att få ett jämnt flöde genom produktionen. Demonstrator 2 ger då stora möjligheter att frigöra kapacitet, utjämna produktionstoppar, samt att flytta eller hyra ut delar av produktionsanläggningen vid låg beläggning i en av tillverkningsorterna. Dessutom får man en jämnare kvalitet. Demonstrator 2 kan utföra kapning och fogberedning av rör, manuell svetsning för att nästa samman rördelar och slutligen orbitalsvetsning. Demonstratorn har även punktutsugar för svetsgaser, belysning, kontrollutrustning, förvaring, PC och kontorsplats. Manuell svetsning Halvautomatisk svetsning Factory-in-a-Box konceptet Demonstrator är på flera sätt flexibel, då den hanterar flera dimensioner på rör och godstjocklekar, samt olika varianter av komponenter, som raka rör, böjar, T-stycken och flänsar. Flera arbetsmoment hanteras inom cellen, som kapning av rör, fogberedning, svetsning och kontroll. Demonstrator 2 har en hög grad av Mobilitet och kan snabbt flyttas mellan/inom produktionssystemet, ort, eller land. Demonstratorn kan enkelt lyftas och transporteras på lastbil eller inom produktionssystemet. Demonstator 2 är snabb med kort tid för etablering (order - produktion), max 1 dygn (inkluderar kortare transport, testning och uppstart, dvs. full produktion inom en dag). Demonstratorn är även snabb relativt dagens manuella metod, en del av detta kan tillskrivas de ergonomiska fördelarna som demonstratorn ger. Demonstrator 2 är färdigutvecklad och för närvarande pågår upphandling av den slutgiltiga demon- stratorn som skall gå i produktion sent hösten Kontaktperson Björn Fagerström Ohde&Co AB och Mälardalens Högskola Postadress: Vasagatan 45, Göteborg Telefon: E-post: bjorn.fagerstrom@ohde.se

16 Varnäsföretagen AB Demonstrator 3 Demonstrator 3 har utvecklats i samarbete med Varnäsföretagen AB. Syftet har varit att visa hur Factory-in-a-Box konceptet kan användas för automatiserad gjutgodsrensning vid små partistorlekar och starkt varierade produkter. Ett viktigt motiv har varit att komma tillrätta med den svåra arbetsmiljön i denna typ av arbete. Sänkta kostnader och bättre genomströmning har även varit önskemål. Företaget har ca 200 anställda och framställer aluminiumgjutgods med höga kvalitetskrav för bland annat fordonsindustrin. Produkterna utgörs av bland annat oljetråg, topplock och insugningsrör till stör- maskinbearbetning samt re dieselmotorer. Processtegen innefattar kärntillverkning, gjutning, rensning, ibland målning. Varnäsföretagen har två gjuterier, ett i Eskilstuna samt ett i Kolbäck, maskinbearbet- i Sörstafors. Den utspridda lokalisering har varit ett av skälen till att eftersträva den för- ningen sker flyttningsmöjlighet, som erbjuds i Factory-in-a-Box konceptet. Factory-in-a-Box konceptet Intresset har i detta fall koncentrerats på borttagningen av ingjutsystem och skägg samt på tillhörande kvalitets kontroller. En huvudtanke har varit att inrymma roboten och tillhörande maskiner i en contai- mellan olika orter och ner av standardtyp. Då uppnås den mobilitet som eftersträvas vid omplacering uppställningsplatser. Samtidigt fungerar transportbehållaren som inneslutning och arbetsmiljöskydd för själva processen. Ett andra fokus har även varit att dra nytta av den utveckling av omställbara fixturer, som har gjorts i det angränsande projektet FlexAA. Där har bland annat en typ av anpassningsbara stödelement ut- som möjliggör enkel omställning mellan olika produkt- vecklats av hexapodtyp, så kallade flexapoder, geometrier. Roboten medverkar i omställningen genom att gripa tag i flexapoderna och förskjuta deras stödytor till nya lägen, där de låses fast. Man uppnår flexibilitet inom produkternas geometriska variationer utan att behöva investera i dedicerade fixturer. En tredje huvudtanke har varit att använda offline-programmering och avancerad kraftstyrning av roboten, för att uppnå hög grad av snabbhet i såväl programmeringen som i den ordinarie processcykeln. Den avancerade kraftstyrningen för ändamålet är under utveckling av Lunds Tekniska Högskola och Linköpings Universitet. Demonstrator 3 har utvecklats helt i virtuell miljö och delvis realiserats i labb. Eventuell fortsatt utveckling samt realisering av demonstratorn ligger i händerna på Varnäsföretagen eller eventuella nya partners. Kontaktpersoner Mats Björkman Monteringsteknik/Produktionssystem Tekniska högskolan vid Linköpings universitet Telefon: E-post: mats.björkman@liu.se Gilbert Ossbahr Monteringsteknik/Produktionssystem Tekniska högskolan vid Linköpings universitet Telefon: E-post: gilbert.ossbahr@liu.se

17 Demonstrator 4 Demonstrator 4 har utvecklats i samarbete med FlexLink i Göteborg. Målet med Demonstrator 4 har varit att genomföra en affärsmässig utveckling där en Factory-in-a-Box säljs eller hyrs ut till en kund utanför projektgruppen. Ett stort antal företag har kontaktats och en verklig offert har gått ut till ett företag. FlexLink är en ledande leverantör till tillverknings- och monteringsindustrin världen över. FlexLink s fokus är förenklad automation. FlexLink automa- inom följande tillverk- tiserar produktionsflöden ningsprocesser: bearbetning fyllning monte- ring förpackning. Demonstrator 4 inriktar sig på att påvisa lönsamhet med funktionsförsäljning av tjänsten producera. Målet har varit att göra en teknisk, ekono- och marknadsmässig studie för en flexibel, misk mobil och snabb Factory-in-a-Box tillsammans med ett möjligt FlexLink-kundprojekt. Factory-in-a-Box konceptet De företag som väljer att använda Factory-in-a-Box får konkurrensfördelar, del s igenom snabb och flexibel anpassningsförmåga till konsumenters behov, och dels igenom möjligheten att ta in order i andra länder utan att investera i dyra anläggningar där. FlexLink är ett innovativt företag som utveck- flexibla och samtidigt las i snabb takt. R&D och produktutveckling för ökad konkurrenskraft igenom robusta automationslösningar ligger i företagets filosofi, därmed är satsningen på forskningsprojektet Factory-in-a-Box en naturlig satsning för FlexLink i synergi med satsningen på konkurrenskraftig svensk industri. Lösningsförslaget för demonstrator 4 byggde på att använda FlexLink s DAS (Dynamic Assembly Syför a tt få företag att använda stem) för uthyrning till kunder. Funktionsförsäljning som angreppssätt Factory-in-a-Box har undersökts genom en marknadsundersökning och s karp offereringsprocess. Demonstrator 4 har dock inte ännu blivit en kommersiell produktionsmodul. Studien har resulterat i att man fastslagit att det finns behov av denna form av möjlighet till att hyra produktionskapacitet, men att det finns en viss osäkerhet inom industrin och det krävs ett skarpt fall där företag kan se att denna form av lösning ger alla fördelar, utan för stor risk. Kontaktperson Björn Johansson Chalmers Tekniska Högskola Produktionssystem Telefon: E-post: bjorn.johansson@chalmers.se

18 Demonstrator 5 Demonstrator 5 kräver flexibilitet eftersom den enkelt ska gå att anpassa och ställa om mellan några utvalda produkttyper. Ökad flexibilitet kan dessutom skapas genom att produktionskapaciteten placeras på olika platser i produktionens olika faser. Exempelvis kan den placeras nära komponenttill- och i Västerås när ex- verkare under tidig produktutveckling, tra kapacitet behövs där. Demonstrator 5 har utvecklats i samarbete med Bombardier Transportation i Västerås. Bombardiers behov av mobil produktionskapacitet grundar sig i att kunder i många länder har starka önskemål om att en viss del av en importorder ska utföras i kundens land. Detta innebär att möjligheterna att komma in på nya marknader ökar om leverantörer effektivt kan förlägga en del av sin produktion nära kunden. Ett mobilt produktionssystem innebär att leverantören kan behålla kontrollen av sin produktion och samtidigt möta dessa kundkrav. Bombardier Bombardier Propulsion & Control är en världsledande leverantör av kompletta driv- och styrsystem för tåg. I Västerås finns den största anläggningen som ansvarar för leverans till en stor andel av applikationerna globalt och dessutom för utvecklingen av basteknologi såsom halvledarebaserade strömriktare och styrelektronik. 1/3 av världens nya tåg innehåller utrustning från Västerås. Demonstrator 5 utvecklades som ett mobilt produktionskoncept där manuell montering och provning av delar av drivsystem till tåg ska utföras. Med hjälp av detta koncept ska produktionsutrustning enkelt kunna transporteras och tas i bruk var som helst i världen. Demonstrator 5 ska vara ett komplett produktionssystem och innefattar därför inte bara den fysiska produktionsutrustningen utan dessutom lösningar på hur företaget enkelt ska hantera områden som logistik, materialförsörjning, styrning och utbildning av personal. Demonstrator 5 består av ett utvecklat produktionskoncept, den fysiska produktionskapaciteten är ännu inte utvecklad. Factory-in-a-Box konceptet Den monterings- och testningsanläggning som utvecklades inom Demonstrator 5 har krav på flexibilitet, mobilitet och snabbhet. Mobiliteten är den huvudsakliga möjliggöraren för att förflytta sig nära kund. Genom väl dokumenterade arbetsmetoder kan en snabb och enkel förflyttning säkerställas mellan de platser där arbetet utförs. Kontaktperson Carin Stillström Tekniska Högskolan Högskolan i Jönköping Postadress: Box 1026, Jönköping Besöksadress: Gjuterigatan 5 Telefon: E-post: carin.stillstrom@jth.hj.se

19 Nuläge för Factory-in-a-Box Forskningsprojektet Factory-in-a-Box kommer att avslutas i och med årsskiftet Resultatet från projektet har varit mycket bra, med hjälp av detta produktionskoncept kan ett företag producera var de vill och när de vill. Produktionsutrustning kan snabbt och enkelt flyttas mellan olika platser, installeras och tas i full produktion. Kanske vill företaget flytta kapacitet inom sin fabrik, mellan företagets egna fabriker, eller till helt andra platser. Med konceptet Factory-in-a-Box öppnas nya möjligheter att förflytta produktionskapacitet mellan platser samtidigt som kontrollen behålls inom företaget. Konceptet Factory-in-a-Box har demonstrerats och exemplifierats i ett antal olika verkliga demonstra- som har behov av snabb, flexibel och mobil pro- torer i samarbete med ett antal företag. Flera företag duktionskapacitet, har tillsammans med svensk produktionsforskning, utvecklat konkurrenskraftiga produktionslösningar. På plats på Tekniska Mässan finns en av demonstratorerna för att exemplifiera, visualisera och inspirera konceptet Factory-in-a-Box. Tillsammans har vi, svensk industri tillsammans med ledande produktionsforskare, utvecklat ett allde- företag stannar i Sverige och därmed räddas ock- les nytt produktionskoncept som kan bidra till att fler så arbetstillfällen, säger professor Mats Jackson projektledare för Factory-in-a-Box. Vi söker nu fler tillämpningar för konceptet Factory-in-a-Box. Passar detta dig, är du intresserad av att samarbeta och realisera nästa Factory-in-a-Box? För mer information om projektet gå in på vår webbsida eller kontakta professor Mats Jackson vid Mälardalens Högskola via e-post, mats.jackson@mdh.se.

20 ProViking Wingquist Laboratory