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

Fred van Houten Hoogleraar Ontwerptechniek Ontwerp, Productie en Management

© 2015 Eaton. All Rights Reserved.

1

De industriele ® evolutie?


2

Industrie 4.0 ?


3

De 19e eeuw van de werktuigbouwers 1820-1850: De 1e Industriële revolutie Ontstaan van de Gereedschapswerktuigenindustrie Opkomst van de Katoen- en Textielindustrie Centrale aandrijving met stoommachine


4


INDUSTRIE 1.0

5

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

1915


6

Industrie 2.0 1913: 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

1952 Numerieke Besturing

John T. Parsons (1913 – 2007) “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

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


9

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


10

Industriële Laser Toepassingen

1958 Uitvinding van de Laser

1965 Laserboren 1970 Lasersnijden


11

1984 Additive Manufacturing

Charles “Chuck” Hull richtte 3D systems op Stereolithografie Uitharden fotopolymeer met laser


12

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


13

Flexibel? --------en veel te duur!


14


15

Opkomende economieën 1991 EUR 3,451 bn

Africa 2% Other developed countries 2%

South America 7%

Verlies van marktaandeel Europa van 36 naar 25%

Asia excl. Japan 8%

Russia and Eastern Europe 4%

Western Europe 36%

Share of emerging economies: 21%

North America 24%

Wat is hieraan te doen? Hoe zit dat binnen Europa? Hoe zit dat in Nederland?

Japan 18%

2011 EUR 6,577 bn

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

MANY LOSERS, FEW WINNERS

INDUSTRIAL 1) SHARE OF VALUE ADDED IN SELEC TED COUNTRIES

Industriële bijdrage aan bruto nationaal product

20%

17%

2001

2011

EU 2) AVER AGE: SWEDEN

15%

26%

Nederland 14% Trend: Blijft ongeveer gelijk

15%

22%

11%

23%

24% 16%

18%

UK

15%

11%

CZECH REPUBLIC

POL AND

GERMAN Y

17%

FRANCE

14%

20%

16%

11%

10%

SPAIN

GREECE

ITALY

1) Excluding electricity, mining and quarrying

2) EU 27, 2011

Source: UNCTAD


18

PROFITABILIT Y 1)

INDUSTRY 4.0

High

Return expected by investors (ROCE)3) = 15%

RB Industry 4.0 Readiness Index1)2) 5

Europe 2030

Denmark

Belgium

Finland

Germany

FRONTRUNNERS

Sweden

Ireland

Netherlands 4

TR ADITIONAL INDUSTRY

POTENTIALISTS

Austria UK

France

Europe 2012

3

TR ADITIONALISTS

Czech Republic

Italy

France 2012

Spain

Slovakia

Slovenia

Portugal

HESITATORS

Lithuania

Hungary

Estonia

2

Germany 2012

Poland

Croatia

Bulgaria

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

1 1

2

3

4 5 Manufacturing share (% of GDP; index)1)

1) 1 = low, 5 = high

2) Adjusted for outliers Cyprus, Latvia, Luxemburg, Romania, Greece


19

Industrie 4.0


20

LOONONTWIKKELING IN CHINA (1 RMB = 0.14 Euro)


21

ICT en industriële automatisering komen samen


22

Ingrediënten voor de flexibele fabriek


23

Van TRL naar MRL


24

Intelligente machines


25

Robots als bewerkingsmachines


26

Samenwerken met mensen ----- intrinsiek veilig


27

(Re)configureerbaar


28

Geautomatiseerd transport


29


30

Samenwerkende robots


31


32


33


34


35


36

Tweearmig Lassen


37


38

Verfstripper


39

Virtuele voorbereiding


40


41


42

Tape laying


43


45

Kan zelfs de machinebediener vervangen


46

Reconfigureerbare gereedschappen


47


48

Configureerbare machines


49


50

Modulaire bouwwijze


51

Fabriek van de Toekomst (FoF)


52


53

Tabletop productielijn


54


55


56


57

Ten Cate Factory of the Future


58

Nederland • • • • •

FME TNO EZ VNO NCW KVK

• • • •

BOM NOM OOSTNV Innovation Quarter Nederland ICT

•


59

Robots, 3D printers, Big Data en Netwerken


60


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

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

North and East Netherlands: Region of Smart Factories Foutloze productie en ‘First Time Right’ producten procesontwikkeling leiden tot een succesvolle vraaggestuurde maakindustrie.

.


64

Region of Smart Factories Reshoring Production


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

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


67

Wetenschappelijke Agenda (STW/TNO)


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

Aandachtspunten SMART INDUSTRY

Versnelling van de productontwikkeling: •

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. •

Creatief, multidisciplinair, flexibel,…….

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


71


72

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


73

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


74

STYLING


75

Medisch


76

COMPLEX SYSTEEM: BAGAGEAFHANDLING Vele mogelijke oplossingen

Ontwerp methoden en gereedschappen


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 © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

7 8

78

INDUSTRIELE MACHINES MOGEN OOK MOOI ZIJN!


79

ONTWERPMETHODEN Pahl & Beitz (VDI 2221) Prescriptief


80

Eisen

Topsnelheid Brandstofverbruik

Eisen

Eisen

Ontwerp Strategie

?

V8 Automaat? 4 Wiel aandrijving?

PPP P PP P P P PP P P P P P PP PPP P P Afmetingen PEisen P P PPP P Oppervlaktekwaliteit P P P PPP PP P P Spelingen P P P P PP PP PP P Toleranties P PP P P P © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

Bottom-up Top-down Combinatie 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 © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

82

Lateraal Denken Edward de Bono


83

TRIZ: Theorie van het oplossen van ontwerpproblemen

Altshuller © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

84

Generalisatie Hergebruik Gegeneraliseerde oplossing

Gegeneraliseerd probleem

Specifieke oplossing

Specifiek probleem


85

Design for X Levenscyclus gericht ontwerpen

Onderdelenproductie Assemblage Testen Installatie / Levering Gebruiksfase Onderhoud Reparatie Hergebruik van onderdelen Recycling


86

ONTWERPGEREEDSCHAPPEN


87

GEREEDSCHAPPEN VOOR HET MAKEN VAN PROTOTYPEN


88

EN COMPUTERGEREEDSCHAPPEN...


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

1815 Eenduidige specificatie van geometrie • • •

Gaspard Monge (1746-1818) 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

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 (1910-1999) 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

Analysegereedschappen – Modelleren van materiaalgedrag

1960-1970 Analyse van constructies en fabricageprocessen Argyris (Universiteit Stuttgart), Clough (Berkeley), Zienkiewicz (Swansea) NASTRAN open source project gesponsord door NASA


93

Geometrieoptimalisatie


94

MOGELIJKE TOEKOMSTEN VIRTUAL REALITY ALS ONTWERPGEREEDSCHAP?


95

VRLAB: TXCHANGE JOINT VENTURE MET THALES


96

GESCHIKT VOOR HET MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN IN GROEPEN


97

VOORBEELDEN


98

WERELDWIJDE VIRTUELE SAMENWERKING


99

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


100

VAN VIRTUEEL NAAR REËEL EN TERUG: SCANNEN EN PRINTEN


101

HAPTISCHE INTERACTIE


102

Ontwerpsynthese Gewenste specificaties

Synthese

CDS Evaluatie

Behaalde performance

Ontwerpkennis CA E

Model van de ontwerpp g oplossing

Analyse / Optimalisering CAD © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

11/2

1

103

Trends in productontwikkeling (McKinsey) Information Based versus Time Based

Holman R., Keeling D. The future of product development. The McKinsey Quarterly, 2003(3). © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

104

CAM Designer

Mechatronic Designer

Composite designer

Mechanism Designer


105


106

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


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

Compression Moulded Structural Parts


109

Fixed Wing Leading Edge

Nacelle Liner


110

NIEUWE PRODUCTIEMETHODEN:


DIGITALE TEXTIELDRUK

111


112

Nieuwe productiemethoden • •

Samenwerkende Mobiele Robots


113

Flexibele fabrikage van Koolstofvezel versterkte producten


114

3D printen is volwassen geworden Persoonlijk en Industrieel gebruik


115

Functionele metalen producten: LaserCusing of SLM


116

3D tandprothese “printers”


117

3D bio “printers”


118

3D betonsculpturen-printer


119

House printing


120

Creativiteit wordt niet meer gehinderd door fabrikageproces


121

Vormgeving gebaseerd op 3D printing


122


123

NIEUWE BUSINESSMODELLEN – THE FAST EAT THE SLOW OPEN SOURCE IN PLAATS VAN IP GEBASEERD Kickstarter Pebble toucheert in 2012 10 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 2011. 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 © 2015 Eaton. All Rights Reserved.

124


125

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

Recommend Documents