Strategisk färdplan INOM SATSNINGEN FORDONSSTRATEGISK FORSKNING OCH INNOVATION (FFI)

Transkript

1 Strategisk färdplan INOM SATSNINGEN FORDONSSTRATEGISK FORSKNING OCH INNOVATION (FFI) Hållbar produktion

2 Innehållsförteckning 1 Bakgrund Syfte och mål Programområden Nuläge och önskade framtida lägen för projektportföljen Programområden och tidplan Nya produkter med hög livscykeleffektivitet Konkurrenskraft Miljö Kvalitet Ledtid Flexibilitet FFI HPs anknytning till närliggande Strategiska innovationsprogram FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Produktion FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Metalliska material FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Lättvikt Bilaga: Automotive Technology and Manufacturing Readiness Levels: A guide to recognised stages of development within the Automotive Industry FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 2

3 1 Bakgrund Denna strategiska färdplan beskriver utmaningar, forskning- och utvecklingsbehov samt förväntade resultat för programområdet Hållbar produktion inom samverkansprogrammet Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 1 FFI. Syftet är att bidra till ökad förmåga att gemensamt identifiera forskning- och utvecklingsaktiviteter inom områden som bidrar till en ökad tillverkningseffektivitet och minskad miljöpåverkan i tillverkningsprocesserna. Färdplanen är även ett instrument för uppföljning och utvärdering. Genom att illustrera sambandet mellan finansierade aktiviteter och förväntade effekter inom programområdet, ska färdplanen även bidra till ökad förståelse för FFI-programmet och konkretisera vad som behöver göras för att nå dess övergripande mål att: minska vägtransporternas miljöpåverkan minska antalet skadade och dödade i trafiken stärka den internationella konkurrenskraften För detta kommer krävas ett uthålligt och systematiskt arbetssätt. I det löpande programarbetet sker styrningen av FFIs programområden primärt genom prioritering av olika identifierade målsättningar för en tidsperiod - milstolpar. Milstolparna uttrycks i en önskad fördelning av forsknings- och utvecklingsinsatser för respektive tidsperiod. På en övergripande nivå kan man se arbetet som ett ständigt växelspel mellan forskning, utveckling och implementering, se bild 1. Det förväntade utvecklingstillståndet vid en milstolpe för ett utvecklingsområde är ungefär att forskning är färdig och utveckling i samspel med skarp implementering är i gång någonstans, se bild 3. Bild 1. Principskiss för produktionsrelaterade forsknings-, utvecklings- och implementeringsaktiviteter inom FFIprogrammet. 1 FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 3

4 2 Syfte och mål Fordonsindustrin är helt beroende av att konkurrenskraften upprätthålls och förbättras. Programområdet Hållbar produktion syftar i första hand till att möjliggöra tillverkning av nya fordonslösningar, samt till en stärkt global konkurrenskraft som medger minimerad miljöpåverkan och ökad fordonssäkerhet. Det drivande perspektivet är att minska fordonsindustrins koldioxidutsläpp sett ur ett livscykelperspektiv. Två huvudspår i denna strävan är viktminskning och en ökad elektrifieringsgrad, vilka bägge ställer ökade krav på produktionssystemet, bild 2. Bild 2. Fordonstillverkning ur ett livscykelperspektiv 2. De blå stapeldelarna visar omfattningen av produktionssystemets bidrag. ICEV=förbränningsmotorfordon, HEV=hybridfordon, PHEV=plug-in hybrid, BEV=batteridrivet fordon. Även ur ett trafiksäkerhetsperspektiv ställs krav på material- och processval i produktframtagningen. Behovet av att kombinera aktiva, t ex när fordonet själv kan ta över och undvika kollision, och passiva säkerhetssystem, t ex krocksäkra karosser, för att säkerställa hög säkerhet för förare, passagerare och medtrafikanter kommer finnas under en relativt lång tidperiod. För att nå målen krävs inte enbart ny kunskap, utan forskningsresultaten måste även snabbt kunna omsättas i praktisk tillämpning. Inom ramen för FFI finansieras dock inte forskning- och utvecklingsprojekt hela vägen tillfullt implementerade lösningar och teknologier, utan endast till en nivå från vilken företagen själva måste anpassa lösningarna till sina produktionssystem. Ett enskilt projekt kan innefatta både applikationsutveckling med nya material och utmaningar som rör hantering av dessa i produktionssystemet. Därför kan utvecklingsnivån vara relevant att beskriva enligt såväl TRL-skalan (Technology Readiness Level) som MRL-skalan (Manufacturing Readiness Level). Programmet stödjer i första hand projekt inom spannet TRL 2 till 8 eller MRL 1 till 6 enligt definitionerna i skriften Automotive Technology and Manufacturing Readiness Levels - A guide to recognised stages of development within the Automotive Industry 3. 2 Ur Life Cycle CO 2 Assessment of Low Carbon Cars , for the Lov Carbon Vehicle Partnership 3 Se bilaga i detta dokument. FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 4

5 3 Programområden En global konkurrenskraftig produktion av innovativa, miljövänliga och säkra produkter är av avgörande betydelse för den svenska fordonsindustrins målsättningar, tidsperspektiv och produktionstekniska utmaningar. Delprogrammet Hållbar produktion drivs därför i huvudsak av följande övergripande utmaning: Förmåga att kunna producera nya produkter, komponenter och material. Tillverkningsprocesser och produktionssystem måste dessutom vara flexibla och kapabla till produkttillverkning med hög kvalitet, korta leveranstider och till konkurrenskraftiga kostnader. Detta leder fram till formuleringen av följande prioriterade delutmaningar: Robust och effektiv produktion och beredning Ökade krav på volym- och variantflexibilitet Resurseffektivitet och minimerade utsläpp i produktion Utifrån detta har programrådet identifierat sex programområden att adressera (och koppla till) i projektförslagens forsknings- och utvecklingsinsatser: 1. Nya produkter med hög livscykeleffektivitet: Förmåga att hantera nya produkter och material i produktionssystemet 2. Konkurrenskraft: Kostnadseffektiva nya produktionssystem i ett globalt perspektiv 3. Miljö: Miljöneutral produktion och kretslopp för restprodukter och energi. 4. Kvalitet: Säkerställd önskad kvalitet 5. Ledtid: Kortare ledtid genom hela försörjningskedjan i utveckling och produktion 6. Flexibilitet: Tillräckligt flexibla produktionssystem för efterfrågade komponenter Se mer detaljerade beskrivningar i avsnitt 5. 4 Nuläge och önskade framtida lägen för projektportföljen För att nå de identifierade förväntade målen förväntas projektförslag med olika inriktningar variera något över åren framöver enligt nedan stapeldiagram. 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Bild 3. Programrådets förväntningar på projektportföljen för att nå angivna milstolpar. FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 5

6 5 Programområden och tidplan För varje programområde finns dels allmänna överväganden och dels ett antal mer specifikt utryckta önskade förmågor och exempel. För varje önskad förmåga anges även en milstolpe (årtal) mot vilken huvuddelen av forsknings- och utvecklingsarbetet ska inriktas. Även behovet av kompetent personal med relevant produktionsteknisk utbildning behöver lyftas fram. I ett arbete utfört inom ramen för FFI Innovationssystemets färdplan har viktiga kompetensgap identifierats. Dessa finns redovisade under rubriken viktiga kompetensområden. Grundtanken är att projekten om möjligt ska bidra till att minska dessa kunskapsgap genom tillsättandet av doktorander, framtagande av kursmaterial, genomförande av olika spridningsaktiviteter mm. 5.1 Nya produkter med hög livscykeleffektivitet Övergripande beskrivning För effektiva produktionssystem och liten koldioxidpåverkan kommer material inte kunna användas i överflöd utan behöver nyttjas mer optimerat. Detta driver fram lättviktslösningar och integrerade funktioner och ställer helt andra krav på material, såsom låg vikt och hög passiv säkerhet. Kravet på helhetsperspektiv med förbättrad prestanda genom hela livscykeln ökar, där t ex smarta funktioner hos materialet, så som energilagring, transport av energi eller data, värmeledning, ljudisolering, etc. kan användas. I sin tur innebär detta att fler och olika typer av konstruktionsmaterial kommer utnyttjas, och även utvecklingsbehov av alla de teknologier och processer som tillkommer för att kunna skapa konkurrenskraftiga produktionssystem för dessa Önskade förmågor och milstolpar Sammanfogning av avancerade material och materialkombinationer, 2020 Kunna skapa produktplaner och affärsmodeller som säkerställer en hög livscykeleffektivitet, 2025 Ytbehandling av nya material och materialkombinationer, 2025 Kompetens avseende tillverkning av elektrifierade drivlinor, 2025 Hantera bristsituationer på vissa råvaror där alternativ och lösningar måste utvecklas, Exempel Elektrostatisk sprutmålning av plastmaterial Förmåga att enkelt ta isär fogar i sammanfogade komplexa materialkombinationer Viktiga kompetensområden Nya lätta, beständiga och starka material i produktion: Funktionella ytor Fogning Formning Bearbetning Specifika tillverkningsmetoder för vissa material Materialmodeller Ytbehandling och målning Nya produktionsmetoder: För befintliga material För nya material För återanvändning och demontering FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 6

7 5.2 Konkurrenskraft Övergripande beskrivning Hög produktivitet, korta ledtider och förmåga till en hög förändringstakt är viktiga konkurrensmedel som påverkas av hur nya produktionssystemslösningar planeras, utformas och införs. Människans roll i produktionssystemet behöver präglas av god arbetsmiljö, de demografiska förutsättningarna, val av teknologi för produktframtagningen och val av automationslösningar Önskade förmågor och milstolpar Handlingskraftiga, kompetenta, engagerade, friska medarbetare i alla funktioner i alla led, 2020 Effektiva och användarvänliga virtuella verktyg för ergonomiutvärdering och arbetsplatsutformning, 2020 Effektiva och tillgängliga utbildningssystem, 2020 Utnyttjandet av att lagra och länka projektresultat, utbildningsmaterial, handböcker för rutinmässig användning i utbildning inom industri, akademi och institut, 2020 Återanvändning av information genom ett obrutet kontinuerligt dataflöde, 2020 Automationssystem som kan konfigureras och hanteras utan krav på expertkompetens, 2025 Planeringssystem som tar omhand alltmer komplexa produktionsnätverk och som kompenserar för osäkerheter och störningar i försörjningskedjorna, 2025 Dynamiska strategier för att bemöta ökad förändringstakt och kundbehov på en global spelplan, 2025 Kombinera olika informationskällor, beräkna, visualisera och analysera informationen för att ge beslutsfattarna ett optimalt underlag, 2025 Standardiserade informationssystem för den digitala fabriken som kan utvecklas med tiden och lätt ändras för att passa nya krav i tillverkningssystemet, Exempel Reducerad monteringskostnad per fordon genom innovativ implementering av automation. En ständigt uppdaterad lista för gemensamma och möjliga kurser för industrin och akademin, på olika nivåer från BSc till DSc Viktiga kompetensområden Globalt konkurrenskraftig produktion: Industristrukturer och försörjningskedjor Produktivitet Effektivt kompetensutnyttjande Långsiktig innovationskraft Optimal automation FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 7

8 5.3 Miljö Övergripande beskrivning Visionen är att all produktion är miljöneutral och att det finns slutna kretslopp för såväl rest- och biprodukter som energi. Det behöver också finnas metoder och tekniker för att ständigt minska mängd insatsmaterial, media och energi. Spill i alla dess former bör elimineras Önskade förmågor och milstolpar Utvecklade tekniker för minskad miljöpåverkan vid applicering av färg, 2020 Utvecklade tekniker för minskad miljöpåverkan vid förbehandling, 2020 Väsentligt minskad miljöpåverkan från processvätskor och restprodukter, 2025 Väsentligt minskad energiförbrukning per producerad enhet, 2025 Verklig integrering av ett ekonomiskt, ekologiskt och socialt hållbarhetsperspektiv vid produkt-, produktions- och processutveckling, Exempel Utveckling av metoder för minskad materialförbrukning och minskad användning av lösningsmedel i måleriet vid applicering av färg. Utveckling av metoder för minskad material- och energiförbrukning vid förbehandling. Slutna system för processvätskor Viktiga kompetensområden Kretsloppsfabriken: Minimering av restprodukter Nya/utvecklade ytbehandlingssystem Energismarta fabriker och maskiner Rening av processvätskor Renovering, uppgradering, återanvändning 5.4 Kvalitet Övergripande beskrivning Allmänt handlar programområdet om krav och hantering av geometriska egenskaper och metoder för att arbeta för en geometrisäkrad process. Det handlar också om att kunna möta fabrikens processer utifrån människans förutsättningar Önskade förmågor och milstolpar En gemensam industriell och akademisk kursplan för utbildning och träning på olika nivåer, 2020 Tillämpbara metoder för oförstörande provning in-line, 2025 En effektiv, säker och sömlös samverkan mellan människor och automatiska system i monteringen, 2025 Full kontroll och spårbarhet av alla kritiska processer och produkter, 2025 Virtuell verifiering av fysiska egenskaper som matchar verkligheten, 2030 FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 8

9 5.4.3 Exempel Metoder för återföring av in-line mätdata till processtyrning Viktiga kompetensområden Människan i fabriken Ergonomi Samverkan människa - maskin Kognitiva aspekter/information Säkerhet och skadliga miljöer Attraktiva arbetsplatser och minimering av diskriminering 5.5 Ledtid Övergripande beskrivning De alltmer ökade kraven på volym- och variantflexibilitet påverkar förmågan att planera och styra produktframtagningens olika faser, dvs. att snabbt komma från koncept till lanserad produkt. Det handlar om såväl framtagning av principer, metoder och verktyg för att minska ledtiden i konstruktion (TTM time to market), som industrialisering (TTV time to volume) och orderprocess (TTC time to customer). Datorstöd och virtuella verktyg bedöms ha en stor roll i detta Önskade förmågor och milstolpar Metoder för reduktion av inkörningstid, 2020 Metoder för reduktion av ledtid för att installera nya tillverkningslinjer, 2025 Modellbaserade metoder för beredning av nya produkter, Exempel Utveckling av metoder för radikalt reducerad inkörningstid för nya komponenter i bearbetningsprocesser. Modellbaserad produktintroduktion och beredning Viktiga kompetensområden Effektiv produktionsutveckling: Nya metoder för produktionsberedning (virtuella verktyg) Materialförsörjningssystem Händelsestyrd produktionsplanering Design och installation av produktionssystem för befintliga och nya produkttyper Optimala underhållssystem (förebyggande/tillståndsbaserat) Mätteknik Integrerad produkt- och produktionsutveckling i tidiga faser (inkl. leverantörer) FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 9

10 5.6 Flexibilitet Övergripande beskrivning Fordonsindustrins krav på mass customization behöver effektiv försörjning och exponering av enormt många och varierande artikelnummer till produktion. Detta måste ske utan materialbrister, utan kvalitetsavvikelser, på små ytor och utan ökande kostnader. Utöver förmågan att kunna tillverka en mångfald varianter, är även logistik och produktionsplanering viktiga aspekter för produktionssystemets flexibilitet och koppling till leverantörsled samt för servicenivå och ledtid till kund Önskade förmågor och milstolpar Monteringsteknik som stödjer introduktion av nya material och materialkombinationer, 2020 Snabba och kostnadseffektiva omställningar vid tillverkning av multipla varianter och alternativa drivlinor, 2020 Simulering av färgfilmens uppbyggnad vid applicering med olika färg och sprututrustning, 2025 Användning av förpackningar och förpackningsstandard som effektivt stödjer och tillgodoser försörjande och förbrukande processers krav, och som samtidigt är transport- och hanteringseffektiva, 2025 Standardiserade användargränssnitt för olika automationslösningar, 2030 Standardiserade och modulariserade informationssystem som kan utvecklas över tid för att tillgodose förändrade krav, 2030 Utvecklade modeller och metoder för snabbare design, verifiering och värdering av nya och förändrade försörjningskedjor, Exempel Utnyttjande av additiv tillverkning för tillverkning av komponenter Etablering av ny monterings- och fogningsteknik som stödjer introduktion av nya material och materialkombinationer. Simulering av färgfilmens uppbyggnad för olika typer av färg och sprututrustning Viktiga kompetensområden Robusthet och flexibilitet i produktionsprocesser: Kvalitet Geometrisäkring Tillförlitlighet Omställning Volym- och variantflexibilitet FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 10

11 6 FFI HPs anknytning till närliggande Strategiska innovationsprogram Färdplanen avser även att vägleda sökanden avseende övriga pågående initiativ och olika aktörer vid FoUprojektansökningar men även som insats till programledningarna om samarbetsområden. Sedan 2013 drivs ett flertal Strategiska innovationsprogram i samverkan mellan VINNOVA, Energimyndigheten och forskningsrådet Formas, varav flera överlappar ämnesmässigt med FFIs delprogram Hållbar produktion. Som tidigare nämnt har FFI HP målsättningen att skapa konkurrenskraft genom förbättrad produktivitet produktionssystemet samt genom minskad miljöpåverkan i tillverkningsprocesserna. De Strategiska innovationsprogrammen har som uppgift att samordna och stärka forskning, utveckling och innovation inom sina respektive definierade ämnesområden. Varje Strategiskt innovationsprogram har sin egna autonoma programlogik och intressentbas vilket gör att en sökande inte kan förvänta sig samordning mellan de olika programmen annat än om det speciellt är uttryckt. 6.1 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Produktion2030 Skillnader: Det som i huvudsak skiljer en relevant ansökan är att projektförslag inom FFI HP måste vara specifikt riktade mot fordonsindustrin och svara mot FFI-programmets mål och färdplaner medan projekt inom Produktion2030 ska ha en mer holistisk ansats och inkludera bredare användningsområden och branscher inom ramarna för sex prioriterade svenska styrkeområden. Dessa är definierade i den strategiska innovationsagendan Made in Sweden 2030 ( FoU-projekt inom Produktion2030 positionerar sig just nu mellan 4 och 7 på TRL-skalan, medan FFI HP även har en ambition att ha FoU-projekt med lägre mognadsgrader (TRL-nivåer från 2). Produktion2030 har även ett krav på minst tre industriparter och två akademiska parter. Samverkansområden: Programöverskridande frågeställningar finns inom aktivering av SMF-företag, kompetens och utbildning samt internationella FoU-frågeställningar (Horisont 2020). Kontakt: Cecilia Warrol (Programledare vid Teknikföretagen), Tero Stjernstoft (VINNOVA) 6.2 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Metalliska material Skillnader: Det som i huvudsak skiljer en relevant ansökan är att projektförslag inom FFI HP behandlar materialfrågeställningar i kombination med tillverkningsprocessfrågeställningar för komponenttillverkning. Metalliska Material rör i huvudsak frågeställningar kring materialframställning, där tre av de sju definierade insatsområden är resurseffektivitet, ökad materialutvecklingstakt samt flexibilitet för framtagning av nischprodukter. Effektmål och uttalade insatsområden finns definierade i den strategiska innovationsagendan Nationell samling kring Metalliska material ( Samverkansområden: Programöverskridande frågeställningar finns inom Energi och miljö, resurseffektivitet och realisering av produktfunktioner (t ex härdbarhet). Kontakt: Gert Nilsson (Programledare vid Jernkontoret), Anders Maren (VINNOVA) 6.3 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Lättvikt Skillnader: Det som i huvudsak skiljer FFI HP mot Strategiska innovationsprogrammet Lättvikt är det begränsade applikationsområdet. Fordonsapplikationer och frågeställningar av kombinerad material och tillverkningsgrund lär passa bättre i FFI HP. Det Strategiska innovationsprogrammets industriförankrade utvecklingsprojekt positionerar sig just nu på resultat mellan 4 och 6 på TRL-skalan och kräver aktivt deltagande och behov från minst två branscher. Lätta och tunga fordon räknas här som en enda bransch. Insatserna bör även innefatta många discipliner liksom omfattande experimentell verifiering och demonstration. FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 11

12 Samverkansområden: Ökad aktivering av SMF-företag, kompetens-frågeställningar och realisering av funktionen vikteffektivitet inom fordon. Kontakt: Stefan Gustafsson-Ledell (Programledare vid LIGHTer arena), Claes de Serves och Maria Öhman (VINNOVA) 7 Bilaga: Automotive Technology and Manufacturing Readiness Levels: A guide to recognised stages of development within the Automotive Industry FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation 12