Thorkild Amdi Christensen

Dansk produktionsindustri opdateres med MADE Digital

Det nationale MADE-initiativ blev i slutningen af 2016 udvidet med MADE Digital, et samarbejde som DTU Mekanik kommer til at præge store dele af i forbindelse med produktionens digitalisering i Danmark, en vigtig del af et dansk bud på Industri 4.0.

DTU Mekanik modtog i slutningen af 2016 en bevilling på 14 millioner kr. af Innovationsfonden til projektet ”MADE Digital, driving growth and productivity in manufacturing by digitalization”. Bevillingen vil blandt andet finansiere 3 ph.d.er, 3 postdoc-stillinger og en erhvervs ph.d. Instituttet er allerede projektpartner i SPIR-projektet MADE.

MADE og MADE Digital er initiativer som arbejder for at beholde produktionsvirksomheder og innovationskompetencer i Danmark. Samarbejdspartnerne forholder sig til hvordan produktion kan fungere optimalt under danske forhold som f.eks. høje kvalitetskrav, hurtig levering og nærhed til kunden. Som medlem af MADE kan virksomheder få adgang til f.eks. seminarer og workshops. Med MADE Digital vil danske virksomheder i fremtiden få adgang til vigtig viden om digitalisering af produktionen.

Digital kvalitetssikring af produktionen
Professor Jesper Hattel leder arbejdspakke 4, Digital Manufacturing Processes, en arbejdspakke hvor forskerne kommer til at beskæftige sig med tre vigtige områder indenfor digitalisering: modellering af både materialer og processer, nuldefektproduktion og 3D – print. -forskerne deltager også i arbejdspakke 3, Sensorteknologier og produktionsdata, sammen DTU Compute. Her vil man undersøge hvordan man ved hjælp af datainput fra sensorer kan digitalisere den fysiske produktion og derigennem opnå en højere kvalitet.

”DTU Mekanik er sammen med DTU Compute engageret i arbejdet med sensorteknologier, som handler om kvalitetssikring af de processer som vi kigger på,” siger Hans Nørgaard Hansen. ”Ideen er at bruge de registrerede data på tværs, så man kan styre processerne proaktivt og justere produktionen mens den er i gang i stedet for at vente til bagefter.” På den måde vil man kunne opnå en højere kvalitet hos produkterne, og en meget lavere grad af ressource- og tidsspild.

Produktionens digitale tvilling
Modellering af både materialer og design vil altså sige en modellering på tværs af hele værdikæden. Det vil betyde at man i sidste ende vil være i stand til at modellere de vigtigste fysiske aspekter af produkt og produktionsforhold. Dette kalder DTU Mekanik forskerne den digitale tvilling.

”Det billede vi gerne vi tegne er, at hvis vi har en række fysiske aktiviteter, det vil sige lige fra produktdesignet, over fremstillingsprocesserne til produktionssystemet, og overordnet set fabrikslayoutet og til hele brugen af produktet – så vil vi lave en digital afbildning af det hele,” siger Jesper Hattel.

”Når vi kan det, så vil vi være i stand til at bruge den digitale tvilling til at styre, forudsige og optimere på den fysiske del. Det interessante bliver at se på hvert element i den digitale del og hvert element i værdikæden, men det bliver også spændende at se hvordan det hænger sammen. Bindeleddet mellem den digitale og den fysiske verden vil i høj grad være baseret på sensorteknologi.”

Et problem: Mange forskellige design og høje kvalitetskrav
Mange virksomheder arbejder i dag med meget omfattende og komplekse (produktarkitekturer) og design som er udviklet fra grunden til bestemte løsninger, og hvor produkternes enkelte dele ofte ikke kan kombineres på tværs. Det betyder en unødvendig lang time to market fra at virksomheden laver en aftale med en kunde om at løse et problem, og til kunden rent faktisk modtager en ny designløsning. Design er netop det som sektionsleder og professor, Niels Henrik Mortensen fra Konstruktion og Produktion på DTU Mekanik, har arbejdet med i MADE. I MADE Digital er han leder af arbejdspakke 9, Digitalt Design, og deltager også i arbejdspakke 3, Sensorteknologier og produktionsdata.

”Et stort problem for produktionsvirksomheder er at de ofte har rigtig mange designvariationer og at alle produkter mødes med høje kvalitetskrav,” fortæller Niels Henrik Mortensen. ”Man kan selvfølgelig ikke slække på kvalitetskravene, men kombinationen af de mange designvariationer og de mange test og certificeringer som den voldsomme mængde af forskellige design medfører, betyder at vi får sværere og sværere ved at reagerer rettidigt ud mod markedet og kundens behov.”

Et eksempel på stor designkompleksitet kan være de hydrauliske cylindre som bruges i offshore kraner eller i vindturbiner, hvor de drejer vindmøllens blade indad eller udad, så vinden udnyttes bedst muligt. ”Når man så designer en ny cylinder fra grunden hver gang virksomheden har et nyt projekt, så ender man pludselig med en stor mængde af meget forskellige designvarianter med hver sine dimensioner, materialetyper og i sidste ende nye testopstillinger og dokumentationer,” siger Niels Henrik Mortensen.

”Konklusionen er, at det tager længere og længere tid at udvikle nye produkter, det bliver dyrt og kompliceret, og intet kan genbruges.” Mange virksomheder kommer så til at være meget længe om at komme med en ny løsning til kunden, og når den endelig kommer, så er den dyr og kunden og markedet har sandsynligvis fået nye behov. Derfor har man i den første del af MADE netop arbejdet med designforenkling. 

Modularisering skaber orden i de mange design
Den store mængde af specialudviklede design kan forenkles med modularisering, så forskellige delelementer kan kombineres og danne nye løsninger. Modularisering er også en designstruktur som er velegnet til digitalisering på grund af ensartetheden.

”Vores bidrag fra K&P til MADE var modularisering, som man også kalder modulær arkitektur,” fortæller Niels Henrik Mortensen. ”Det betyder, at i stedet for at finde på nye designprincipper hver gang, så træffer vi nogle beslutninger om interfaces, og vi bestemmer at nu er nogle af nøgle interfacene på en bestemt måde. Det betyder så at nu kan man samle tingene på nye måder i produktionen uden at redesigne enkeltdelen. Modularisering betyder basalt set at vi afkobler afhængigheder – nu kan vi ændre på egenskaberne ved det endelige produkt uden at ændre på alle enkeltdele.”

Modularisering betyder langt færre komponenter i et produktprogram. ”Det interessante er nu hvad der så sker ovre i produktionen,” siger Niels Henrik Mortensen, ”Når komponenterne bliver meget ens, så kan det nemlig lade sig gøre at automatisere den første del af produktionen. Vi får færre testopstillinger, færre dokumentationskrav og virksomheden kan reagere hurtigere mod kunden og markedet, og i løbet af produktets levetid er det meget enklere at vedligeholde og reparere, og dermed billigere. Vi behøver ikke at genopfinde hjulet hver eneste gang. ”

 
Den store mængde af specialudviklede design (tv) kan forenkles med modularisering (th), så forskellige delelementer kan kombineres og danne nye løsninger. Modularisering er en designstruktur som er velegnet til digitalisering på grund af ensartetheden.

Klar til automatisering af produktionen: digitalisering af forenklede design
MADE Digital bygger videre på disse forenklede design og skal komme med konkrete løsninger til hvordan de implementeres i IT – systemerne, så en del af produktionen kan automatiseres. Her kommer løsningerne f.eks. til at bestå af at udvikle nye systemer til konfigureringssystemer, bedre biblioteker til organisering af CAD-tegningerne og PLM – systemer, product lifecycle management systemer.

”Et konfigureringssystem er en form for ekspertsystem som hjælper os til at se hurtigt hvilke komponenter der kan kombineres med hinanden, og hvilke der ikke kan kombineres indbyrdes,” forklarer Niels Henrik Mortensen. ”I tilbudsfasen kan virksomheden så lynhurtigt lave en konkret løsning og give et tilbud på hvad det koster. Man kan også hurtigt håndtere nye krav om ændringer ved bare at lave en ny konfiguration.” Alt i alt betyder det at virksomheden kan lave løsningerne i en tæt dialog med kunden.

De nye design af komponenter skal være også tilgængelige, så virksomheden straks kan finde de rigtige design frem, og derfor er det også vigtigt at man udvikler gode biblioteker til CAD-tegningerne. På den måde kan man hurtigt søge og genfinde designløsninger, og man kan rette og ændre design effektivt.

PLM – systemer er systemer som kan lave en komplet dokumentation i forbindelse med et produkt, dvs. lige fra tegninger, beregninger og simuleringer. ”Det er simpelthen et redskab til at håndtere ingeniørmæssige temaer på tværs af mekanik-, elektronik og software problemstillinger. På den måde bliver virksomheden langt bedre til at håndtere ændringer fordi systemet er intelligent. Det ”ved” at hvis man laver en ændring det ene sted, så skal man f.eks. opdatere styring og software et andet sted. I dag har vi enkeltstående systemer for mekanik, software og elektronik og det er dyrt,” slutter Niels Henrik Mortens af.

I løbet af det første halvår af 2017 vil DTU Mekanik rekruttere og ansætte de nye forskere.

Fakta
MADE-organisationen blev etableret i 2014 som et SPIR initiativ under Uddannelses- og Forskningsministeriet, og MADE Digital er en fortsættelse af samarbejdet. Formålet med initiativet er at styrke innovation, konkurrencedygtighed og produktivitet hos den danske fremstillingsindustri for at beholde arbejdspladser i landet og tiltrække virksomheder udefra.

Fakta:
MADE Digital konsortiet består af:
5 universiteter: DTU, SDU, AU, AAU og CBS.
3 GTS institutter: Teknologisk Institut, Force Technology og Alexandra Instituttet
44 virksomheder: MT Højgaard, Grundfos, Haldor Topsøe, Danfoss, LEGO Group, Vestas, Rockwool, Terma, Sjørring, GEA, Arla, GPV, DMRI, B&O, Electronic, Danish Crown, FLSchmidt, Universal Robots, Aasted, 3D Printhuset, Altan.dk, Applicate IT, C.C. Jensen, CIM, CorePaths Robotics, Gabriel, Gripa, Hounö, IHFood, Inmould, IPU, JLI Vision, Kecon, NIL Techn, QualiWare, Resiewe, Scape Technologies, Sentio, Skywatch, Technicon, Thürmer, TRESU, VOLA, xtel.

 

Kontakt

Hans Nørgaard Hansen
Institutdirektør, Professor, Ph.d.
DTU Mekanik
45 25 48 16

Kontakt

Jesper Henri Hattel
Sektionsleder, Professor
DTU Mekanik
45 25 47 10

Kontakt

Niels Henrik Mortensen
Sektionsleder, Professor
DTU Mekanik
45 25 62 75