När produkten styr produktionen kan industrin bli mer flexibel

Hur kan industrin ställa om snabbare när produkter blir mer kundanpassade och variationen ökar? I en ny avhandling från Högskolan Väst visar Anders Nilsson att automatiserade produktionssystem kan bli både mer flexibla och mer tillgängliga, genom att flytta fokus från programmering till konfigurering.

Dagens tillverkningsindustri står inför en tydlig utmaning. Många kunder efterfrågar skräddarsydda lösningar, vilket ökar kraven på variation i produktionen, samtidigt som tillverkningsprocessen måste vara effektiv och lönsam. De automationslösningar som finns idag är ofta byggda för stabil massproduktion, inte för snabba förändringar.

– Nästan ingen som tillverkar direkt mot kund kan fullt ut automatisera, eftersom variationen är så stor. Det blir för dyrt och för komplext att programmera om systemen varje gång, säger Anders Nilsson som nyligen disputerat på Högskolan Väst.

Han arbetade i många år som projektingenjör med programmering av industriella styrsystem innan han blev lärare och doktorand inom produktionsteknik vid Högskolan Väst 2009. Här har Anders arbetat nära industrin i projekt kring automatisering och tillverkning. I sin avhandling har han undersökt hur automatiserade system kan göras mer omställbara utan att kräva avancerad specialistkompetens varje gång något ändras.

Utgår från produkten – inte maskinen

En central utgångspunkt i forskningen är att dagens automationssystem är starkt maskinfokuserade. Varje maskin programmeras i detalj för att utföra specifika moment. När produkten förändras måste koden ofta skrivas om – en tidskrävande och kostsam process. Anders har istället utvecklat ett ramverk där fokus flyttas till produkten och tillverkningsprocessen.

– I dag ligger mycket av “tänket” i maskinerna. Man programmerar exakt hur varje steg ska göras. Vi flyttar det till produkten istället, så att den ”vet” vad som ska göras med den, till exempel var ett hål ska göras eller hur något ska monteras.

Det innebär att information om produkten, till exempel från CAD-modeller, kan användas direkt i produktionen. På så sätt kan produktionen utgå från produktens behov, istället för från varje enskild maskins programmering.

Multiagentsystem som stöd

För att systemet ska kunna avgöra hur jobbet ska göras använder Anders ett så kallat multiagentsystem. Det innebär att både produkter och resurser, som maskiner, robotar och verktyg, representeras av digitala agenter som kan kommunicera med varandra.

– Om flera maskiner kan utföra samma moment avgör systemet själv vilken som ska göra jobbet. Det väljer helt enkelt den som är ledig eller passar bäst just då.

På så sätt kan resurser kopplas in och användas efter behov. Resultatet blir en lösning som är betydligt enklare att anpassa när något förändras, utan att behöva programmeras om från grunden.

Kan hanteras av den egna personalen
En viktig del i avhandlingen är det som kallas ett människocentrerat Plug & Produce-system. Tanken är att den kunskap som redan finns i företaget ska kunna användas i högre utsträckning. I traditionella system krävs ofta externa experter för att göra förändringar. Här är ambitionen att operatörer och processplanerare själva ska kunna konfigurera systemet.

– De som jobbar i produktionen har redan kunskap om både produkter och processer. Då är det rimligt att systemen också är anpassade efter det, snarare än efter avancerad programmering.

När produktberoende information kan flyttas bort från maskinernas styrsystem och istället hanteras i konfigurerbara strukturer kan också samma utrustning användas för flera olika produkter utan att behöva programmeras om. Det blir dessutom möjligt att koppla in nya resurser i produktionen efter behov. Systemet kan då automatiskt börja använda dem, till exempel för att öka kapaciteten eller avlasta andra delar av produktionen.

Testat i realistiska miljöer

Ramverket har testats i flera så kallade testbäddar, bland annat i produktion av träväggar och i system för materialkittning. I båda fallen handlar det om tillämpningar där variationen i det som ska tillverkas är stor, vilket ställer höga krav på flexibilitet. Det har gett möjlighet att pröva hur systemet hanterar förändringar, till exempel när resurser läggs till eller när förutsättningarna skiftar.

– Det är i sådana fall man ser om lösningen håller. När varje order ser lite olika ut måste systemet kunna ställa om hela tiden. Vi har kunnat ändra i upplägget och direkt se hur det slår igenom i produktionen. Det ger en helt annan förståelse än om man bara jobbar teoretiskt.

Kan bygga flexibla automationssystem

Det återstår en del arbete innan lösningen kan användas brett i industrin. Fler typer av resurser behöver integreras och systemen behöver skalas upp till större produktionsmiljöer. Men resultaten pekar helt klart mot möjligheten till ett annat sätt att organisera automatiserad tillverkning. Forskningen visar att det är möjligt att bygga automationssystem som är både flexibla och tillgängliga – genom att utgå från människan, produkten och processen, snarare än från maskinernas begränsningar.

Flexibelt för kundanpassade produkter

Slutsatserna kan spela stor roll för företag som arbetar med kundanpassade produkter och mindre serier där automation idag ofta är svårt att motivera.

– Jag skulle framför allt vilja att det här kan användas av mindre företag, så att de kan bli mer konkurrenskraftiga på marknaden. Men det är till nytta för alla företag som har en stor och varierande produktflora.

På Högskolan Väst fortsätter Anders nu sitt arbete som lärare och forskningsingenjör, samtidigt som han vill utveckla forskningen kring samspelet mellan människa och maskin.
– Ja, det handlar främst om hur vi kan styra processerna istället för att låta dem styra oss, avslutar Anders.

Här hittar du Anders Nilssons avhandling: A human-centric framework for next-generation Plug & Produce manufacturing

Kontakt: Anders Nilsson, doktor i produktionsteknik, Högskolan Väst

På Högskolan Väst bedriver vi forskning i samverkan med omvärlden för att skapa en bättre framtid.