Produktion 2025 Katalog for udviklings- og forskningstemaer Juni 2010 Version 1.2 1
Indledning Dette katalog er en oversigt over forsknings- og udviklingstemaer, der er identificeret i projektet Produktion2025. Projektet er gennemført i et samarbejde mellem fem fremstillingsvirksomheder (Danfoss, Lego, Grundfos, Terma og Danish Crown), tre universiteter (AAU, DTU og SDU) samt CO-I og DI. I Produktion 2025 er der taget bestik af, hvordan danske fremstillingsvirksomheder kan organisere deres ressourcer og indsatser, så de meningsfuldt kan fastholde en produktion i Danmark i 2025. Samtidig er der peget på, hvilket videnbehov det rejser hvad angår både uddannelse og forskning. I nærværende katalog uddybes den forskningsindsats, der er behov for at få sat ind på de kommende år. Fremstillingssektorens virksomheder er allerede i dag rammen om en lang række forskningsmæssige og innovative aktiviteter, men forskning i fremtidens produktionssystemer bør styrkes og løftes til et strategisk væsentligt forskningsområde for Danmark. Den indsats, som dette katalog peger på, bidrager til at uddybe og forstærke denne indsats ud fra de behov, der er blevet identificeret i Produktion 2025. Formålet med Produktion 2025 er at formulere en ambition for fremtidens produktion. Det er udviklet fem fremtidsbilleder for danske produktionsvirksomheder, der gælder på tværs af størrelse, brancher og teknologier 1. Fremtidsbillederne har bidraget til at definere retning for produktionsudviklingen i Danmark, ud fra de særlige danske forhold og erhvervsvilkår der gælder, og til at identificere relevante forsknings- og udviklingsopgaver. Dette katalog indeholder en uddybning af forskningsbehovene, der er identificeret på tværs af de fem fremtidsbilleder. Det er samlet i syv temaer: 1. Bæredygtige fremstillingssystemer 2. Produktion som videnscontainer og generator 3. Værdikæder i netværk 4. Modulære fremstillingssystemer 5. Nye organisations- og samarbejdsformer 6. Hyper fleksibel automation 7. Nye modeller for strategi og ledelse Der er ikke gennemført en state-of-the-art undersøgelse for hvert af temaerne og opgaverne. De syv temaer er områder, hvor Produktion 2025 deltagerne finder, der mangler viden, og områder det er relevant at arbejde videre med. De forslåede forskningstemaer er heller ikke en komplet liste, men væsentlige områder for produktionsforskning i Danmark. De syv temaer er uddybet i det følgende. 1 En beskrivelse af ambitionen og billederne kan findes i: Produktion 2025 - Fem fremtidsbilleder for danske produktionsvirksomheder. 2
1. Bæredygtige produktionssystemer Problemstilling/rationale Mangel på råvarer, vand og energi samt krav om at reducere eller helt at eliminere industriens klimapåvirkning (e.g. igennem CO 2 reduktion) vil stille nye krav til bæredygtig design og drift af produktionssystemer. Bæredygtighed opnås i dag ofte på bekostning af tab af komparative fordele på grund af de forøgede omkostninger, der er forbundet med indførelsen af nye materialer og investering i nye klimavenlige energiformer og produktionsmetoder. Fremtidens vindere vil være de virksomheder, som overvinder dette dilemma - altså virksomheder som på samme tid både er bæredygtige og omkostningseffektive. Dette tema knytter sig direkte til Produktion 2025 ambitionen: Bæredygtighed hvor ambitionen er: Produktionens økologiske fodaftryk er nul og dens omkostninger lavere, end den er i konventionel produktion. Mange af opgaverne, der skal løses for at nå hen imod denne ambition, er meget store, hvorfor de med fordel kan realiseres via et Industrielt kraftcenter. Mulige forsknings- og udviklingsopgaver under dette tema: 1. Udvikling af nye principper, systemer og teknologier som fremmer mulighederne for genbrug af materialer og mere energivenlige og bæredygtige produktionsprocesser, herunder Reverse Logistics 2. Udvikling af IT-støtte systemer til design af bæredygtige produktionssystemer herunder simuleringsmodeller til vurdering af nye produktionssystemers økologiske fodaftryk 3. Udvikling af effektive metoder til kortlægning af produktionsvirksomheders økologiske fodaftryk og efterfølgende afdækning af Best Practice 4. Udvikling af metoder, teknologier og systemer der understøtter bæredygtige supply chain 5. Organisatorisk design af bæredygtighedsindsatsen, herunder modeller for og anbefalinger til hvordan en indsats bæredygtighedsindsats kan etableres i en virksomhed på grundlag af erfaringer indsamlet i front runners indenfor området 3
2. Produktion som en videncontainer og -generator Problemstilling/rationale Frem for alene at blive vurderet på omkostninger og produktivitet skal produktion i fremtiden i højere grad opfattes som en videncontainer, der bidrager til forretningsskabelse og innovation. Derudover skal produktionen hurtigt og effektivt kunne generere ny viden, således nye forretningsideer kan vurderes og realiseres hurtigt og effektivt. Vigtige opgaver for produktionen som videncontainer og generator er: Opsamling af viden og best-practice vedrørende realiseringen af produktegenskaber Udvikling af metoder til realisering af nye produktfunktionaliteter Fremstilling af prototyper til test af nye produkter, e.g. rapid prototyping, fast ramp-up Fremstilling af små-serie produktioner, som kan sendes ud på et prøvemarked for at få et grundlag for at vurdere kundernes reaktion på de nye produkter Formålet med denne forskningsindsats er at udvikle og implementere metoder og produktionsteknologier, som vil indgå i Innovationsfabrikken. Mulige temaer for forskning og udvikling: 1. Integrerede simuleringsmodeller for design-, fremstillings- og brugsfasen af komponenter og produkter som beslutningsgrundlag for ny teknologi 2. Nye produktionsteknologier, der muliggør hurtig fremstilling af produkter i små seriestørrelser, herunder udvikling af mere effektive rapid prototyping teknologier 3. Nye materialer og nye produktionsteknologier, der kan realisere nye produktegenskaber og som imødekommer skærpede krav til især kvalitet, tolerancer, fleksibilitet og produktivitet. 4. Udforske og udvikle metoder til at skabe sammenhænge mellem design, produktionens videnopbygning, innovation og produktudviklingsprocesser 5. Nye forretningsmodeller og forretningsbaserede målingsmetoder (metrikker), der understøtter videnopbygning i produktionssystemer frem for standard-cost-modeller 6. Udvikling af innovative processer i produktionsmiljøerne herunder udvikling af modeller for og kompetencer til at sikre lokale (afdelingsvise) kontinuerlige forbedringer jvf. forskningen i lean 4
3. Værdikæder i netværk Problemstilling/rationale Fremstilling foregår i dag i åbne globale værdikæder. Det gælder også for danske produktionsvirksomheder, hvor specielt de større virksomheder organiserer deres fremstillingsaktiviteter i globale værdikæder. Det giver ikke alene virksomhederne optimal adgang til nye markeder, men også til teknologi, forskning samt højtuddannet og kvalificeret arbejdskraft. Dansk industri består imidlertid overvejende af små og mellemstore virksomheder, hvor en meget stor andel fungerer som fleksible underleverandørvirksomheder, der på grund af størrelse og ressourcer primært fokuserer på nærmarkeder. Problemet for mange af disse virksomheder er, at selv om de besidder en høj kompetence inden for hvert deres felt, så kan de ikke alene matche de store internationale kunders krav. De har ikke adgang til et netværk af samarbejdspartnere, der komplementerer deres specialer og de har ikke kapitalstyrke eller opgaver nok til at kunne opretholde specialistkompetencer. Der ligger derfor store muligheder for Danske underleverandører, hvis mulighederne for samarbejde i netværk forbedres. Formålet med dette tema er at genere viden, som kan bidrage til at realisere Den fleksible værdikædeintegrator og den virtuelle virksomhed Mulige forsknings og udviklingsopgaver: 1. Udvikle metoder og teorier for, hvordan man optimerer/opdeler og skaber øget værdi i komplekse værdikæder, herunder integration mellem OEM s og mindre leverandørers produktionssystemer 2. Udvikling af metoder og teknologier der understøtter distribueret produktion, R&D og Innovativ udvikling i netværk, e.g. i sammen med kunden, leverandører og videncentre 3. Udforskning af konceptet Intelligente forsyningskæder, herunder udvikling af konceptuelle modeller for netværk og tilsvarende produktionssystemer samt fleksible, modulære IT systemer, der kan samle værdikæder i et netværk med ukendte partnere, herunder udvikling af en virtuel markedsplads til hurtig udbygning af netværk 4. Udvikle nye metoder og teorier for forretningsudvikling i netværk samt koncepter, som bringer dem op på et langsigtet vedvarende kompetitivt niveau I denne opgaver ligger der i udviklingen af begrebet koncepter en udvikling af et overordnet begrebsapparat til beskrivelse af kapabiliteter og kapaciteter 5. Modeller for risikoanalyse i forhold til arbejde med virksomheder i netværk herunder hvordan man vurderer de risici, der knytter sig til et etableret netværk og hvordan man kan imødegå de største risici 5
4. Modulære produktionssystemer Problemstilling/baggrund Modularisering er et stadig vigtigere indsatsområde. I forbindelse med produktion i netværk spiller modularisering en rolle i nemmere at integrere forskellige partnere i et netværk. I forbindelse med bæredygtighed kan modularisering bidrage til øget genbrug (mindre moduler udskiftes frem for hele produkter) og i forbindelse med Innovations fabrikken kan udstrakt brug af moduler bidrage til at forøge videngenereringen (hurtigere udvikling af produktionsapparatet) og forbedre mulighederne for opsamling af Best-Practice. Systematisk modularisering kan bidrage til realiseringen af Den fleksible værdikædeintegrator og Innovationsfabrikken. Mulige forsknings og udviklingsopgaver: 1. Udvikling af modulariserede platforme (evt. IKT-baserede), som giver mulighed for Plug/Play integration af teknologi og samarbejdsformer 2. Udvikling af metoder til modularisering i engineering-to-order virksomheder og således en enabler for Mass Customization 3. Modeller og metoder til at designe skalerbare systemer/organisationer - fremstilling og administration 4. Modeller og metoder som understøtter system-tankegang vedr. fremstilling og som afspejler modulære og transaktionsorienterede forretningssystemer 6
5. Nye organisations og samarbejdsformer Problemstilling/baggrund Fremtidens virksomhed vil bl.a. være kendetegnet ved: 1) Større videnindhold i produkter og ydelser, 2) Dynamiske omgivelser både hvad angår marked og teknologi, 3) Samspil i globale netværk og med mange partnere. I det hele taget vil fremtidens virksomhed være kendetegnet ved stor omstillingsevne og agilitet, hvilket kræver nye organisations- og samarbejdsformer. Der er behov for at søge nye løsninger som understøtter selv-drevne medarbejdere, som er i stand til sammen med andre løbende at udbygge virksomhedens kompetencer bl.a. igennem accelereret, fælles læring. For at kunne realisere de udfordringer, som er nævnt under de øvrige temaer, bl.a. nr. 2 og 3, må der sideløbende forskes i udvikling af nye organisations- og samarbejdsformer. I fremtidens dynamiske og komplekse verden må der udvikles nye organisations- og samarbejdsformer, som - igennem motiverede og kompetente medarbejdere og principper for selv-organisering - sætter virksomheden i stand til (1) at tilpasse sig lokale forhold inden for rammerne af en global strategi, (2) at kunne adoptere nye produkter, produktionsprocesser og systemer samtidig med at kerneprocesser og viden fastholdes, og (3) at agere kortsigtet med et langsigtet perspektiv. Grundelementer i nye organisations- og samarbejdsformer er: Identifikation og styrkelse af virksomhedens værdier, kultur og DNA Vision for fremtidige forretningsområder, produktprogram, produktionssystemer, der kan formidles til alle medarbejdere Evne hos medarbejdere som enkeltpersoner og i grupper til at tage initiativ, til at gennemføre og udvikle forretningsprocesser, og til løbende at udbygge deres kompetence igennem refleksion og eksperimentering Udvikling af organisatoriske rammer og systemer, herunder læringsarenaer, IT støttesystemer drevet af medarbejderne til gennemførelse af både daglige forretningsprocesser og innovation. Nye organisations- og samarbejdsformer kan bidrage til at udvikle den højkompetente virksomhed og de øvrige fremtidige modeller. Mulige forsknings- og udviklingsopgaver under dette tema: 1. Afdækning af Best Practice for virksomheders arbejde med værdier og kultur 2. Metoder til udvikling af visioner for fremtidig produktion og leverancesystemer, herunder konfigurering af globale leverancesystemer, medarbejderinvolvering i gennemspilning af fremtidsscenarier som fælles læreprocesser 3. Principper for og metoder til selv-organisering, herunder virtuelt samarbejde på tværs af kulturer og lande, varetagelse af både drift og udvikling, og accelereret læring 4. Udvikling af IT-støtte til design af leverancesystemer, herunder analyse af robusthed og reaktionsevne 5. Selvorganisering og styrede processer, herunder behovet for at opsætte styrede rammer i form af tydeliggjorte processer. 7
6. Hyper fleksibel automation Problemstilling/baggrund Danske fremstillingsvirksomheder er under et stadigt stigende pres fra lavindkomstlande som Kina og Indien. Svaret på dette pres er ikke automation alene. Det er hele det produktionsmæssige set-up, der skal udvikles. Omvendt så er automation nødvendigt i fremtidens produktion og udvikling af automationsteknologier, som er tilpasset danske forhold, kan bidrage til at fastholde produktion i Danmark. I 2025 vil der være et væsentligt øget krav om variantskabelse. Medvirkende årsager hertil er reduktion i produktlevetiden og øget behov for individuelt designede produkter. Derudover er der større usikkerhed forbundet med markedet (markedsstørrelser, konkurrenter, kapacitetsbehov mv.), hvilket stiller store krav til evnen til at håndtere usikkerhed. Samtidig ventes prisen for de leverede produkter ikke øget tilsvarende. Der er altså et krav om, at fremstillingsindustrien skal være effektiv og fleksibel på samme tid. Et krav som eksisterende automationsudstyr generelt ikke kan leve op til. Dette tema knytter sig direkte til Produktion 2025 ambitionen: Diversitet ctr. cost, hvor visionen er: - I 2025 er enhedsomkostningerne uafhængige af volumen Da mange af opgaverne, der skal løses for at nå hen imod denne ambition, er meget store og komplekse kan gennemførelsen hensigtsmæssigt realiseres via et Industrielt kraftcenter. Mulige forsknings og udviklingsopgaver: 1. Udvikling og implementering af nye fleksible højydelses produktionsprocesser 2. Udvikling af mere effektive metoder til design af automatiske produktionslinjer herunder nye integrerede simuleringsværktøjer 3. Udvikling af bedre mand-maskine interfaces (Human centered automation) 4. Udvikling af intelligent (selvkonfigurerende og selvoptimerende) automatisk produktionsudstyr 5. Automatiseringskoncepter, der muliggør hurtig og fleksibel automatisering og Robotteknologi der udnytter udviklingen indenfor industri-ikt, kognition, autonome styresystemer samt sensorer 6. Udvikling af en ny lineal-fabrik, herunder udvikling af et relativt simpelt simuleringsværktøj, der gør det muligt for alle at arbejde med vanskelighederne i sådanne systemer 8
7. Nye modeller for strategi og ledelse Problemstilling/baggrund Fremstillingsvirksomheder vil i fremtiden foregå globalt produktionen vil være spredt geografisk, R&D og innovation foregår forskellige steder og med mange forskellige partnere, logistikken vil være interkontinental. Der bliver tale om komplekse strukturer, hvor ledelse, beslutninger og produktion vil være spredt både geografisk og juridisk. Der bliver også tale om at lede et system uden klare grænser og ejerskab, og som vil berøre mange forskellige kulturer. Der er behov for at udvikle nye modeller for strategi og ledelse, som på trods af virksomhedernes virtualitet og udbredelse er i stand til at samle virksomheden både strategisk og ledelsesmæssigt således at den kan agere som en sammenhængende enhed. Metoder som også favner en tværkulturel dimension. Mulige forsknings og udviklingsopgaver: 1. Produktionsledelse ift. at fastholde og udvikle kompetencer og produkter, spredning af teknologisk viden og en kompetent business intelligence i netværk og i egen enhed 2. Metoder til opbygning af platforme af viden, teknologi og kompetencer 3. Metoder til at innovere i dele af kæden samtidig med, at der optimeres og skabes større produktivitet i dens andre dele, når ingen ejer værdikæden 4. Modeller for strategier og ledelse af netværk og virksomheders egne produktionssystemer, som også inkluderer kulturelle forskelle 5. Udvikling, spredning og internalisering af strategier i en organisation, samt udvikling af modeller for hvordan man sikrer, at det ikke kun er dem der har arbejdet med strategien, der kender og har internaliseret den 6. Strategi, marked og modularitet, herunder analyse af hvordan man kobler markedsforståelse, strategi og modulære produktionssystemer med henblik på at indkredse det optimale niveau for modularisering 9