1
Mensen, Machines en Robots in de Slimme Industrie Prof. Dr. Ir. F.J.A.M. van Houten Design Engineering UniversiteitTwente f.j.a.m.vanhouten@utwente.nl
U-MEET SMART INDUSTRY
Donderdag 2 october 2014
Dr. Ir. Dennis Schipper (Demcon) Dick van der Pijl (Focal Meditech) Ir. Peter van Dam (Saxion) Prof. Dr. Vanessa Evers (UT)
Prof. Dr. Ir. Stefano Stramigioli (UT) Prof. Dr. Hans Rietman (UT)
Prof. Dr. Ir. Fred van Houten (UT) Alex van Geldrop MSc. 05/10/2014
3
05/10/2014
4
Duitse Industrie 4.0
05/10/2014
5
De hoeveelste Industriele Revolutie?
05/10/2014
6
速 evolutie?
05/10/2014
7
1760: Fabrieken: Verzamelplaatsen van Aandrijving, Machines en Mensen De eerste “fabriek” Soho Manufactory
Handsworth, UK ,1761 Start van de “Industrie”
Aandrijving Waterrad aangedreven wals voor het pletten van zilver
Later stoommachine aangedreven muntpersen
1790: Betrouwbare aandrijving van weefgetouwen met stoom
 James Watt
(1736-1819)
Dramatische efficiencyverbetering Dubbelwerking, Rotatie, Regulateur
Betere en goedkopere materialen  Kosten van staalproductie gereduceerd met factor 10  Cementeren 18e eeuw
Bessemer proces 19e eeuw
Ontwerpmethoden: De enablers van de industriële productie 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
productie van uitwisselbare onderdelen mogelijk
1801: Ponskaart maakt weefgetouw flexibel Joseph Marie Jacquard (1752-1834) Aandrijving: Spierkracht Inspireerde Charles Babbage
en Herman Hollerith
1829: Stoom + Staal = Sneller Transport + Grotere Markt
De 19e eeuw van de werktuigbouwers 1820-1850: De 1e Industriële revolutie Ontstaan van de Gereedschapswerktuigenindustrie (maakte hogere nauwkeurigheden en reproduceerbaarheid mogelijk) Opkomst van de Katoen- en Textielindustrie (internationale handel) Centrale aandrijving met stoommachine
1830 Charles Babbage “Vader van de Computer” Difference engine
Analog engine (met ponskaarten) Mogelijk gemaakt door
de toegenomen nauwkeurigheid van gereedschapswerktuigen On the Economy of Machinery and Manufactures (1832) Productieorganisatie
Uitvinder van de arbeidsdeling 05/10/2014
15
Hengelo 1868 Charles T. Stork
1860-1885 Verbrandingsmotoren
1889 Gottlieb Daimler “eerste” auto
Thomas Edison 1879 Gloeilamp
1883 Edison Effect (Fleming 1904 electronenbuis) 1889 Drie-fasen wisselstroommotor
1892 Elektriciteitsnetwerk (General Electric) De 27 jarige Henry Ford
was een van zijn werknemers
05/10/2014
19
Herman Hollerith  An Electric Tabulating System (1889), PhD thesis
05/10/2014
20
1913: Stroomlijning van de fabrikage maakt massaproducten goedkoop Uitvinder HSS (High Speed Steel) (Slijtvast gereedschapsmateriaal)
Flow productie – arbeidsdeling - tijdstudies F.W. Taylor: Scientific Management Ford: Hoge efficiency + Hoge lonen
Elektrificatie: De 2e Industriele revolutie Meer flexibiliteit voor fabrieksinrichting  Begin 20e eeuw: Massieve invoering
3 fasen motoren (Krachtstroom)  minder beperkingen aan
fabriekslayout
1915
Link
Massa productie Ford verlaagde de prijs van zijn Model T van $850 (1908) to $575 (1912)
De lonen gingen omhoog van 3$ naar 5$ per day Auto’s werden betaalbaar voor de nieuwe middenklasse Voordelen van assembly lines (volgens Henry Ford)
Medewerkers hoeven geen zware dingen te tillen Ze hoeven niet op hun tenen of krom te staan En geen speciale opleiding te hebben Iedereen kon dat eenvoudig werk doen Dat gaf werkgelegenheid aan ongeschoolde immigranten.
05/10/2014
26
1920-1960 Starre Mechanisering: Hoge efficiency, lage flexibiliteit  Transfer straten
 Minder mensen
1921:Robota Science Fiction toneelstuk R.U.R. (Rossum’s Universal Robots)
Tsjechische schrijver Karel Capek Dwangarbeid Niet van metaal maar van een chemische substantie
Zien er precies uit als mensen Kosten 150$
Doen het werk 2.5 maal zo effectief Geeft de mens de kans om zich met leukere dingen bezig te houden 05/10/2014
28
Kunstmatige intelligentie 1912-1954 Alan Turing
Electronische kopie van de hersenen Manchester ACE computer
Theory of computation - Formalismen voor algorithmes en programma’s Turing test
05/10/2014
29
Industriele Automatisering (2e Industriele Revolutie) 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)
DE PONSKAART VAN PARSONS
05/10/2014
31
IBM Mainframe met vacuum electronenbuizen
32
Drum geheugen
Link
05/10/2014
33
1954 -1961: Devol & Engelberger ontwikkelen de Unimate, de eerste industriele robot Link
05/10/2014
34
Bijna 60 jaar Service Robotics
05/10/2014
35
APT: Programmertaal voor Gereedschapswerktuigen 1960 Douglas Taylor "Doug" Ross (1929 – 2007) PARTNO / APT-1 CLPRNT UNITS / MM NOPOST CUTTER / 10.0 $$GEOMETRY DEFINITION SETPT = POINT / 0.0, 0.0, 0.0 STRTPT = POINT / 70,70,0 P1 = POINT / 50, 50, 0 P2 = POINT / 20, -20, 0 C1 = CIRCLE / CENTER, P2, RADIUS, 30 P3 = POINT / -50, -50, 0 P4 = POINT / -30, 30, 0 C2 = CIRCLE / CENTER, P3, RADIUS, 20 P5 = POINT / 50, -20, 0 L1 = LINE / P1, P5 L2 = LINE / P3, PERPTO, L1 L3 = LINE / P3, PARLEL, L1 L4 = LINE / P1, PERPTO, L1 PLAN1 = PLANE / P1, P2, P3 PLAN2 = PARLEL, PLAN1, ZSMALL, 16 $$MOTION COMMANDS SPINDL / 3000, CW FEDRAT / 100, 0 FROM / STRTPT GO/TO L1, TO, PLAN2, TO, L4 TLLFT, GOFWD / L1, TANTO, C1 GOFWD / C1, TANTO, L2 GOFWD / L2, PAST, L3 GORGT / L3, TANTO, C2 GOFWD / C2, TANTO, L4 GOFWD / L4, PAST, L1 NOPS GOTO / STRTPT FINI
de vader van APT uitvinder van de term CAD:
Computer Aided Design
Midden 60er jaren: de transistor rukt op IBM Bill Of Material Planning - Het begin van MRP
37
1965 DEC 12 bit PDP8 minicomputer voor lab en industrie
05/10/2014
38
1967 Molins system 24: Eerste flexibele fabrikagesysteem
39
3D 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)
1972 -1990 16 bit minicomputers (PDP11)
41
De 70er Jaren: De derde Industriele Revolutie Computers in de Fabrikage (DNC-> CNC -> CIM)
Direct Numerical Control (centrale computer bestuurt meerdere machines)
Computer Numerical Control (Individuele besturing door minicomputers) Computer Integrated Manufacturing (gekoppelde systemen) DE ROBOTINDUSTIE KOMT WERELDWIJD VAN DE GROND
1973 ASEA IRB6, eerste volledig electrisch aangedreven 6 assige robot 1973 KUKA FAMULUS 1978 Japan begint massaal robots te produceren: Kawasaki (licentie van Unimation), FANUC, Toyota,Yaskawa, Nachi, OTC, Panasonic
05/10/2014
42
ABB/ASEA IRB6
Link
05/10/2014
43
1974 Cincinatti Milacron T3 Robot
05/10/2014
44
Supercomputers 1976 Cray-1
80 MHz, 1Mword 64 bit mem
US $8.86 million
2014 iPhone 6 2 GHz ~ 25 keer sneller 128 Gb mem (64 bit) ~8000 X $500 ~ 17000 X goedkoper
45
1978 Universiteit Twente: Tweedehandse Kearney and Trecker Milwaukeematic E uit 1968 1980 Nieuwe SMT Swedturn 10
Hard Wired Rapac Square D besturing
cnc 220 (pdp 8 architecture) 46
1980 Scara robots (Selective Compliance Assembly Robot Arm)
05/10/2014
47
1980 DEC 32 bit VAX 750 Supermini
48
1980: Geboorte van Internet 1982 TCP/IP protocol standard, SMTP 1983 DNS 1985 Eerste .com domein 1988 ISO-OSI standard
1991 World Wide Web 1993 Mosaik browser
1995 Amazon, e-bay 1996 Hotmail
1998 Google, PayPal 1999 Draadloos internet IEEE 802.11b, Napster 2000 dot.com zeepbel gebarsten
05/10/2014
49
1981: IBM 5150
05/10/2014
50
1981: Robotpaniek in Nederland Japan heeft wel duizend keer meer robots dan Nederland!!!!! 1981 Robot Exhibition Chicago Laser voor industriele productie
05/10/2014
51
1983 Additive Manufacturing Chuck Hull richtte 3D systems op
Stereolithografie Uitharden fotopolymeer met laser.
05/10/2014
52
Kunstmatige Intelligentie 70er Jaren “AI winter” 1985 opleving van AI
Expert systems Predicate Logic
Prolog, Smalltalk
Hoge verwachtingen……..weinig succes
05/10/2014
53
Hype Curves
05/10/2014
54
1986 SPIN-FLAIR Programma SPIN – Informatica Stimulerings Plan
FLAIR – Flexibele Automatisering en Industriele Robots Delft – CIM centrum (Hubert de Haas) Eindhoven – Lasrobots
Twente – Automatisering van de Werkvoorbereiding TNO Metaalinstituut – Flexibele Fabrikagecellen
05/10/2014
55
1986 Feature based manufacturing
1985: Werkstations (-> UNIX), Coax Ethernet Apollo
SUN
DEC
Silicon Graphics
57
PART CAPP SYSTEEM (1987-1991)
Feature based Manufacturing
Automated process planning Line balancing
Bedrijf C3 opgericht in 1991
MAP/TOP: Manufacturing Automation Protocol 1982-2004: Token bus architectuur
Betrouwbaar en veilige network voor de industrie
1992 CIRP Keynote “Manufacturing Interfaces”
59
1980-1990 Flexibele Fabrikagesystemen (FMS)  Hoge verwachtingen – tegenvallende resultaten
05/10/2014
60
3D visualisatie: Silicon Graphics Irix Workstations
61
1995 Simulatie van freesbewerkingen (C3 -> Tecnomatix -> UGS -> Siemens)
1997: Kunstmatige Intelligentie: IBM Deep Blue
Link
05/10/2014
63
1990- 2000: Offshoring naar China
05/10/2014
64
2000: Robots zijn gevaarlijk
05/10/2014
65
Zorgen in Europa: 2004 Manufuture
The mission of the European Technology Platform Manufuture is to propose, develop and implement a strategy based on Research and Innovation, capable of speeding up the rate of industrial transformation to high-added-value products, processes and services, securing high-skills employment and winning a major share of world Manufacturing output in the future knowledge-driven economy.
05/10/2014
66
2004 Manufuture
05/10/2014
67
Massief naar China
05/10/2014
68
Foxconn bouwt robots samen met Google
05/10/2014
69
PUNTLASSEN, EEN SUCCESVOLLE ROBOTAPPLICATIE
70
Digitale Fabrieksmodellen
Link
05/10/2014
71
2010: 3D PRINTEN
Patenten verlopen
Consumentenversies (<500$) Post Industrial Production Hype De professionele markt profiteert
Metalen (RVS, Titanium, Keramiek) Processen (SLS,SLM) Probleem: Nog steeds veel te langzaam maar: In niche markten functioneert het prima
72
5 ASSIGN ROBOT FREZEN
HOGE NAUWKEURIGHEID EN HOGE STIJFHEID
73
ROBOTFREZEN
Link
74
De grenzen vervagen
Link
05/10/2014
75
CYBER PHYSICAL SYSTEMS / INTERNET OF THINGS
Veiligheid
Betrouwbaarheid Beheersbaarheid
Vertrouwlijkheid Etc.
Link
76
247 Tailorsteel
Link
05/10/2014
77
Lely Melkrobot - Wereldmarktleider
Link
05/10/2014
78
TIMO BOLL VERSUS KUKA
Link
79
SENSOREN IN PLAATS VAN HEKKEN
Link
80
RESHORING - TERUG UIT CHINA
ď&#x201A;§ Philips haalde produktie shavers terug uit China
81
INTELLIGENTE VEILIGE LICHTGEWICHT ROBOTS
Link
82
Mensvriendelijke Robots
Link
05/10/2014
83
Baxter is een goedkope tweearmige â&#x20AC;&#x153;industrieleâ&#x20AC;? robot: $22.000 (relatief lage stijfheid en nauwkeurigheid) Link
05/10/2014
84
ABB ROBOTICS YUMI
Link
Maar deze ABB is al een stuk beter! Prijs nog niet bekend. Introductie 15 april 2015
85
AUGUSTUS 2013 VOLKSWAGEN INSTALLEERT DE EERSTE COOPERATIEVE UR5 ROBOTS IN HAAR PRODUCTIELIJN IN SALZGITTER VEILIGHEIDSNORM EN ISO 10218, ISO/TS 15066 PRIJS $34.000
86
Al 250 jaar angst dat technologische ontwikkeling banen gaat kosten
Link
05/10/2014
87
Fraunhofer Leitprojekt E3 produktion
Link
05/10/2014
88
E3 Produktion Effizient â&#x20AC;&#x201C; Emissionsneutral â&#x20AC;&#x201C; Einbindung des Menschen Samenwerkingsproject tussen 12 Fraunhofer instituten
1. Energie- en resource-efficiente produktie 2. Emissieneutrale fabrieken 3. Positionering van de mens in de geautomatiseerde productie 4. Integratie
05/10/2014
89
Slimme fabriek in de regio
Task Allocation Module DDS Peripheral Device
CAD2CAM Capability Software Module Monitor Data-Gathering Sensor System
Operator
Monitor
Data-Gathering Sensor System
05/10/2014
90
05/10/2014
91
Link 05/10/2014
92
Nederland FME
TNO EZ
VNO NCW KVK
05/10/2014
93
Smart Industry De vierde industriële revolutie is een feit. Door nieuwe productietechnologieën en de verdere integratie van ict in het hele proces van ontwerpen, fabriceren en distribueren, verandert de industrie radicaal. Mede door de sterke positie van Nederland in design, systeemontwerp en logistiek biedt deze ontwikkeling veel kansen voor de industrie. In navolging van het Duitse programma ‘Industrie 4.0', is er nu het Nederlandse initiatief ’Smart Industry – Dutch Industry fit for the future’. Op 7 april 2014 is deze industriële verkenning door de voorzitter van de FME aangeboden aan premier Rutte tijdens de Hannover Messe.
www.smartindustry.nl 05/10/2014
94
Rutte: industrie 4.0 omarmen 7 april 2014 - De komst van nieuwe economische grootmachten, zorgt voor een verschuiving. Volgens premier Rutte moet Nederland dat als een aansporing zien tot een vierde industriële revolutie. “Industrie 4.0 is echt meer dan alleen maar product en prijs. Het draait steeds meer ook om het delen van kennis.” Bij de opening van business summit ‘The future of industry’ op de Hannover Messe sprak Rutte in bijzijn van onder meer de Duitse onderwijsminister Wanka lovende woorden, over de wereldtop in high tech kennis die hij al had gezien. “De toekomst van de industrie ziet er veelbelovend uit.”
Maar, de Nederlandse overheidsuitgaven voor innovatie dalen van 2,1 miljard euro dit jaar tot 1,6 miljard in 2018 05/10/2014
95
Agenda Smart Industry Versneld ontwikkelen en toepassen van nieuwe producten, productietechnologieën en businessmodellen op basis van reeds beschikbare kennis: ‘New business with Smart Industry’. Bevordering van cross-sectorale kennisontwikkeling en –overdracht: ‘New knowlegde with impact for Smart Industry’. Meer kennis en vaardigheden van de werknemers. De arbeidsmarkt vraagt om ‘New skills for Smart Industry’.
Het scheppen van de juiste randvoorwaarden voor de ondersteuning van de Smart Industry-revolutie zoals een excellente ict infrastructuur. 05/10/2014
96
Kenmerken Maakindustrie in Nederland Cumulatieve toegevoegde waarde:13% of BBP in 2012 (CBS). (Maakindustrie € 68 miljard, totaal BBP €540 miljard,) Hoogste toegevoegde waarde per gewerkt uur € 52,- (=productiviteit)
Nummer 8 op de Global Competitiveness Index 2013 van de WEF Naar verhouding werken weinig mensen bij grote bedrijven (32 %)
Weinig OEM’s 50% van de productie wordt geexporteerd
80% van de geexporteerde goederen komt van de maakindustrie Duitsland is met 25% het belangrijkste exportland (BE 11%, FR 8%, UK 8%) Onze OEM’s zitten voor een groot deel in Duitsland! 05/10/2014
97
RoSF • • • • • • •
Fokker Philips vele regionale MKB-ondernemingen, Kennisinstellingen SRON en ASTRON IBM Center for Exascale Technology Universiteit van Groningen (RUG) de drie noordelijke HBO ’s
• Oost-Nederland is tot de groep toegetreden waaronder TenCate en Universiteit Twente
05/10/2014
98
Duitse Industrie 4.0
05/10/2014
99
De uitsmijter
Link
05/10/2014
100
DANK U VOOR UW AANDACHT
06/06/2013
Prof. Dr. Ir. F.J.A.M. van Houten, Design Production and
101