Fred van Houten. Hoogleraar Ontwerptechniek Ontwerp, Productie en Management Eaton. All Rights Reserved.

Transcriptie

1 Fred van Houten Hoogleraar Ontwerptechniek Ontwerp, Productie en Management 1

2 De industriele evolutie? 2

3 Industrie 4.0? 3

4 De 19 e eeuw van de werktuigbouwers : De 1 e Industriële revolutie Ontstaan van de Gereedschapswerktuigenindustrie Opkomst van de Katoen- en Textielindustrie Centrale aandrijving met stoommachine 4

5 INDUSTRIE 1.0 5

6 Elektrificatie: De 2 e Industriele revolutie Meer flexibiliteit voor fabrieksinrichting Begin 20e eeuw: Massieve invoering 3 fasen motoren (Krachtstroom) minder beperkingen aan fabriekslayout

7 Industrie : Stroomlijning van de fabricage maakt massaproducten goedkoop Elektrische aandrijving van machines F.W. Taylor: Scientific Management Uitvinder High Speed Steel (Slijtvast gereedschapsmateriaal) Flow productie arbeidsdeling - tijdstudies Ford: Hoge efficiency + Hoge lonen 7

8 1952 Numerieke Besturing John T. Parsons ( ) Vader van de Numerieke Besturing Berekening van de instelling van machinecoordinaten met een computerprogramma Electrische aandrijving van de instellingsbewegingen door middel van een ponskaartlezer Patent: Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool (ingediend 1952, verleend 1958) 8

9 Industrie 3.0: Numerieke Besturing 1961: de Unimate, de eerste industriele robot bij GM 9

10 Midden 60-er jaren: IBM Bill Of Material Planning - Het begin van ERP 10

11 Industriële Laser Toepassingen 1958 Uitvinding van de Laser 1965 Laserboren 1970 Lasersnijden 11

12 1984 Additive Manufacturing Charles Chuck Hull richtte 3D systems op Stereolithografie Uitharden fotopolymeer met laser 12

13 1990 Flexibele Fabrikagesystemen (FMS) en Computer Integrated Manufacuring (CIM) 13

14 Flexibel? en veel te duur! 14

15 15

16 Opkomende economieën 1991 EUR 3,451 bn Verlies van marktaandeel Europa van 36 naar 25% Wat is hieraan te doen? Hoe zit dat binnen Europa? Hoe zit dat in Nederland? South America 7% Asia excl. Japan 8% Russia and Eastern Europe 4% North America 24% 2011 EUR 6,577 bn Africa 2% Share of emerging economies: 21% Other developed countries 2% Japan 18% Western Europe 36% Africa 1% Other developed countries 1% South America 6% Western Europe 25% Asia excl. Japan 31% Share of emerging economies: 40% Japan 11% Russia and Eastern Europe 2% North America 22% 1) UNCTAD data in constant 2005 USD, converted into EUR (2005 exchange rate) Traditional industrial economies Emerging economies 16

17 17

18 MAN Y LOSERS, FEW WINNERS Industriële bijdrage aan INDUSTRIAL 1) SHARE OF VALUE ADDED IN SELEC TED COUN TRIES % 17% bruto nationaal product Nederland 14% Trend: Blijft ongeveer gelijk EU 2) AVER AGE: 15% 15% 11% 22% SWEDEN 26% 24% 23% 16% 18% UK 15% 11% GERMAN Y CZECH REPUBLIC POL AND 17% 20% 14% FRANCE 16% 11% 10% SPAIN ITALY GREECE 1) Excluding electricity, mining and quarrying 2) EU 27, 2011 Source: UNCTAD 18

19 PROFI TABILIT Y 1) High INDUSTRY 4.0 Return expected by investors (ROCE) 3) = 15% Europe 2030 RB Industry 4.0 Readiness Index 1)2) 5 Belgium Finland Germany TR ADITIONAL INDUSTRY Germany 2012 Denmark 4 POTENTIALISTS UK Netherlands Sweden FRONTRUNNERS Austria Ireland Europe France TR ADITIONALISTS Czech Republic France Italy Spain Estonia Portugal Poland HESITATORS Croatia Slovakia Slovenia Hungary Lithuania Low Low CAPITAL INTENSIT Y 2) High 1) EBIT as % of value added; margin: Low = below 5%, High = above 20% 2) Capital employed/value-added; margin: Low = below 0.5, High = above 1.3 3) ROCE (Return On Capital Employed) = profitability x capital intensity Bulgaria Manufacturing share (% of GDP; index) 1) 1) 1 = low, 5 = high 2) Adjusted for outliers Cyprus, Latvia, Luxemburg, Romania, Greece 19

20 Industrie

21 LOONONTWIKKELING IN CHINA (1 RMB = 0.14 Euro) 21

22 ICT en industriële automatisering komen samen 22

23 Ingrediënten voor de flexibele fabriek 23

24 Van TRL naar MRL 24

25 Intelligente machines 25

26 Robots als bewerkingsmachines 26

27 Samenwerken met mensen intrinsiek veilig 27

28 (Re)configureerbaar 28

29 Geautomatiseerd transport 29

30 30

31 Samenwerkende robots 31

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 Tweearmig Lassen 37

38 38

39 Verfstripper 39

40 Virtuele voorbereiding 40

41 41

42 42

43 Tape laying 43

44 45

45 Kan zelfs de machinebediener vervangen 46

46 Reconfigureerbare gereedschappen 47

47 48

48 Configureerbare machines 49

49 50

50 Modulaire bouwwijze 51

51 Fabriek van de Toekomst (FoF) 52

52 53

53 Tabletop productielijn 54

54 55

55 56

56 57

57 Ten Cate Factory of the Future 58

58 Nederland FME TNO EZ VNO NCW KVK BOM NOM OOSTNV Innovation Quarter Nederland ICT 59

59 Robots, 3D printers, Big Data en Netwerken 60

60 61

61 Fieldlabs Fieldlabs bieden de mogelijkheid laagdrempelig (lage kosten, weinig eigen risico) te onderzoeken wat Smart Industry innovaties voor een bedrijf kunnen betekenen. Zo kan een bedrijf nieuwe technologieën testen zonder zelf dure machines te hoeven aanschaffen. Verder wordt vanuit de Fieldlabs een structurele samenwerking gezocht met kennisinstellingen, vakgroepen aan universiteiten en onderwijsinstellingen. 62

62 Smart bending Factory Wereldwijd innovatie-toonbeeld worden in maatwerk voor de metaalindustrie om kleine series 25% goedkoper en 5 keer sneller op de markt te brengen. 63

63 North and East Netherlands: Region of Smart Factories Foutloze productie en First Time Right product- en procesontwikkeling leiden tot een succesvolle vraaggestuurde maakindustrie.. 64

64 Region of Smart Factories Reshoring Production 65

65 Designing Ultra Personalised Products and Services: UPPS Het ontwikkelen van radicale nieuwe productproposities voor de maakindustrie door middel van innovatief gebruik van data en door producten volledig op maat te maken. 23/1 6 66

66 Flexible Manufacturing Radicaal doel: In kleine series flexibel en volledig geautomatiseerd produceren middels robots en zonder programmeringstijd. 67

67 Wetenschappelijke Agenda (STW/TNO) 68

68 WAT BETEKENT SMART INDUSTRY VOOR U? Nieuwe materialen en nieuwe maakprocessen leiden tot nieuwe randvoorwaarden voor productontwikkeling. Toename complexiteit van producten en voortbrengingsketens Ontwikkeltempo gaat alsmaar omhoog Meer verantwoordelijkheid van toeleveranciers gevraagd Nieuwe bedrijfsvormen en businessmodellen Product-diensten combinaties Welke aanpak/gereedschappen kunnen hierbij helpen? 69

69 Aandachtspunten SMART INDUSTRY Versnelling van de productontwikkeling: Creatief, multidisciplinair, flexibel,. De keten: integratie, openheid, informatie delen, decentrale aansturing. Veiligheid, vertrouwelijkheid, samenwerking,.. De mens centraal: human capital. Opleiding en training, verantwoordelijkheid, vaardigheid Open platform voor productieautomatisering van de toekomst. Hoe integreren we ERP, PLM en machinebesturingen Behoud van productie in West-Europa = Behoud van werk? Welke banen blijven behouden in de industrie, welke nieuwe komen erbij 70

70 71

71 72

72 Hoe maakt U het? Wat betekent Industrie 4.0 voor Uw product? Fred van Houten 73

73 DUTCH DESIGN? Intuitief Origineel / Disruptief Eenvoudig Repetitief / Procedureel Incrementeel / Voorspelbaar Complex 74

74 STYLING 75

75 Medisch 76

76 COMPLEX SYSTEEM: BAGAGEAFHANDLING Vele mogelijke oplossingen Ontwerp methoden en gereedschappen 77

77 MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN VEREIST SYSTEM ENGINEERING Verschillen in achtergrond Werktuigbouwers denken in CAD Elektrotechnici denken in schema s Informatici denken in klassen en objecten Marketeers denken in opportunities Maar ze moeten samenwerken aan een gemeenschapplijk doel

78 INDUSTRIELE MACHINES MOGEN OOK MOOI ZIJN! 79

79 ONTWERPMETHODEN Pahl & Beitz (VDI 2221) Prescriptief 80

80 Eisen Eisen Topsnelheid Brandstofverbruik Ontwerp Strategie Eisen? V8 Automaat? 4 Wiel aandrijving? PP P P P P P P P P P PP P P P P P P Eisen P P P PP P P P P P P P P P P P P P Afmetingen Oppervlaktekwaliteit Spelingen Toleranties Combinatie Top-down Bottom-up 81

81 EEN GOEDE ONTWERPER WERKT ZOWEL INTUÏTIEF ALS GESTRUCTUREERD Creatief, OUT OF THE BOX denken Kritisch: Is dit wel het juiste uitgangspunt? Analytisch (convergent) Associatief (divergent) Kennis, breed en diep Abstractievermogen Ervaring, leren van fouten Teamgeest, samen lukt het beter Methodische aanpak Geschikte gereedschappen 82

82 Lateraal Denken Edward de Bono 83

83 TRIZ: Theorie van het oplossen van ontwerpproblemen Altshuller 84

84 Generalisatie Hergebruik Gegeneraliseerd probleem Gegeneraliseerde oplossing Specifiek probleem Specifieke oplossing 85

85 Design for X Levenscyclus gericht ontwerpen Onderdelenproductie Assemblage Testen Installatie / Levering Gebruiksfase Onderhoud Reparatie Hergebruik van onderdelen Recycling 86

86 ONTWERPGEREEDSCHAPPEN 87

87 GEREEDSCHAPPEN VOOR HET MAKEN VAN PROTOTYPEN 88

88 EN COMPUTERGEREEDSCHAPPEN... 89

89 Maakbaarheid heeft grote invloed op het ontwerpen Historisch perspectief: Eenduidige specificatie van onderdelen en samenstellingen Nauwkeurigheid en Reproduceerbaarheid in de fabrikage Computerbesturing van fabrikage en assemblage Nieuwe processen Contactloos Additief Nieuwe materialen 90

90 1815 Eenduidige specificatie van geometrie Gaspard Monge ( ) Directeur van de Ecole Polytechnique Uitvinder van de Descriptieve Geometrie: Orthografische projectie van voorwerpen in sets van 2D aanzichten Maakte eenduidige specificatie en reproduceerbare productie van uitwisselbare onderdelen mogelijk 91

91 3D CAD Modellering Patrick Hanratty Pronto NC programmeertaal (1957) Oprichter van MCS Vader van 3D CAD (1971) Hanratty code (ADAM) was de basis van bijna alle CAD systemen van de 70er jaren Pierre Bezier ( ) Curves en dubbelgekromde oppervlakken voor CAD systemen (1968) Ian Braid, Alan Grayer, en Charles Lang Vaders van Boundary Representation Solid Modelling (Romulus 1978, ACIS 1985) 92

92 Analysegereedschappen Modelleren van materiaalgedrag Analyse van constructies en fabricageprocessen Argyris (Universiteit Stuttgart), Clough (Berkeley), Zienkiewicz (Swansea) NASTRAN open source project gesponsord door NASA 93

93 Geometrieoptimalisatie 94

94 MOGELIJKE TOEKOMSTEN VIRTUAL REALITY ALS ONTWERPGEREEDSCHAP? 95

95 VRLAB: TXCHANGE JOINT VENTURE MET THALES 96

96 GESCHIKT VOOR HET MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN IN GROEPEN 97

97 VOORBEELDEN 98

98 WERELDWIJDE VIRTUELE SAMENWERKING 99

99 Armen en handen van alle deelnemers worden afgebeeld op de tafel Virtuele objecten aanwijzen Fysieke objecten delen 100

100 VAN VIRTUEEL NAAR REËEL EN TERUG: SCANNEN EN PRINTEN 101

101 HAPTISCHE INTERACTIE 102

102 Ontwerpsynthese Gewenste specificaties Evaluatie Behaalde performance Synthese CDS Ontwerpkennis CA E Analyse / Optimalisering Model van de ontwerpoplossing CAD 11/

103 Trends in productontwikkeling (McKinsey) Information Based versus Time Based Holman R., Keeling D. The future of product development. The McKinsey Quarterly, 2003(3). 104

104 CAM Designer Mechatronic Designer Composite designer Mechanism Designer 105

105 106

106 Nieuwe materialen: drivers voor innovatief ontwerpen Percentage vezelversterkte kunststoffen in vliegtuigen 107

107 Ten Cate Aerospace Composites werkt samen in Thermoplasic Research Center 1991: First series production: Fairchild Dornier ribs 1995: First primary structure: GV pressure floors 1997: First welded assembly: MUC door Fo50 108

108 Compression Moulded Structural Parts 109

109 Fixed Wing Leading Edge Nacelle Liner 110

110 NIEUWE PRODUCTIEMETHODEN: DIGITALE TEXTIELDRUK 111

111 112

112 Nieuwe productiemethoden Samenwerkende Mobiele Robots 113

113 Flexibele fabrikage van Koolstofvezel versterkte producten 114

114 3D printen is volwassen geworden Persoonlijk en Industrieel gebruik 115

115 Functionele metalen producten: LaserCusing of SLM 116

116 3D tandprothese printers 117

117 3D bio printers 118

118 3D betonsculpturen-printer 119

119 House printing 120

120 Creativiteit wordt niet meer gehinderd door fabrikageproces 121

121 Vormgeving gebaseerd op 3D printing 122

122 123

123 NIEUWE BUSINESSMODELLEN THE FAST EAT THE SLOW OPEN SOURCE IN PLAATS VAN IP GEBASEERD Kickstarter Pebble toucheert in M$ binnen een paar weken We have grown a lot -- from one founder, to nine employees, to a team somewhere around 130. But we still make the same watch we thought was cool back in It is used for more things everyday and big and serious companies are partnering with us. But we are still Pebble. We are making a watch that people love using everyday. $99 124

124 125