CO2 och tillverkning

Hur kommer hållbarhetsdrivkraften (förstärkt av digitaliseringen) att förändra såväl tillverkning som affärslogik?

Digitalisering som modeord har varit kärnan i alltför många sammanhang och det har minskat dess verkliga värde. Som modeord används digitalisering frikopplat från helheten. Ändå är det fortfarande en av de stora drivkrafterna i näringslivet. Det andra aktuella ämnet, Hållbarhet och CO2, kan vara ännu större än digitalisering. Faktum är att CO2 driver ny affärslogik med digitalisering.

Vilka är huvudkomponenterna i CO2 inom tillverkningsindustrin? Låt oss titta på fallet med utgående logistik (värdena ändras lite men i rätt balans, och fallet är förenklat).

Transporter är den självklara källan till CO2, men hur kan man påverka den. Vanligtvis var behovet av att leverera en reservdel "igår", så den kommer att levereras snabbast med flyg. Andra källor skulle vara mindre CO2-förbrukande som sjöfrakt. Låt oss börja simulera fallet med utgående logistik genom att påverka tonkilometer (Tkm). Ett sätt att minska trafiken är att fördubbla reservdelars livslängd. Teoretiskt sett, om livslängden för alla delar skulle fördubblas, kommer årliga Tkm att sjunka till hälften och CO2-utsläppen kommer att sjunka från 50 Mkg till 15 Mkg. Om vi ​​gör lite våld på det verkliga fallet och antar att allt har levererats med flygfrakt. Sedan ändrar vi resten till sjöfrakt igen och glömmer bort att vi behöver leverera delarna till kundens lokaler Inland från hamnen. CO2 i hamnen kommer att sjunka upp till 0,25 Mkg. Exemplet ger bara riktning på lång sikt. Det är orealistiskt att förvänta sig en idealisk situation. Men detta kommer att visa att tillförlitlighet vetenskapligt en tråkig fråga kommer att ta upp till kärnämnet i framtiden.

Men förändring har kulturella hinder. Vi är vana vid snabba förändringar, jagar kostnadsminskning och minskar nätverkskapital. Långsam transport till sjöss kräver förmodligen ökat nätverkskapital – alla stora företags nyckeltal. Även om Climate Change på något sätt står på agendan för varje företag är det lätt att undvika ekonomiska konflikter med ädla uttalanden i årsredovisningen. Larry Flints (Black Rock – en av världens största investerare) budskap till VD:n - "Putting Sustainability at the center of how we invest" - kommer att påverka beteendet. BlackRock investerar inte i något företag som inte kommer att ha hållbarhet på sin agenda.

Låt oss lämna aktieägarna och marknadsföringsutmaningarna till VD-nivå och börja lösa problemet – ingenjörsgrejer! Trötthet och tillförlitlighet är naturligtvis komplexa fenomen. Hemligheten är gömd i materiella egenskaper (efter den strukturella optimeringen). Om vi ​​tittar på effekttrender till exempel i bilväxellådor, kan vi se den kontinuerliga krafttillväxten. Mer kraft genom växellådan och mindre komponenter. Effektbehovet tenderar att öka. Historien säger oss att gränserna utvidgas och design kräver extrem kunskap och kontroll i tillverkningsprocesser.

Vad kan vi göra med materiella egenskaper? Hur artikuleras materialegenskaper i tekniska ritningar? Definitionen av material är ganska mager: en materialstandard, kanske hårdhet och hårdhetsdjup eller i större strukturer endast materialstandard. Standarder har toleranser i sina egenskaper och ändringar av råvaruleverantörer kan ändra ursprungliga mål. Det som gör kontroll suddigare är konflikten mellan tillverkningsprocessen och ritningarna - separation till designkrav som inte ger tillräckligt med krav för tillverkningsprocessen. Till exempel kommer värmebehandling trollkarlar att göra sin egen process som följer hårdhets- och djupmålen. Bearbetningsfaser är i ett kapplöpning hur snabbt du kan göra detaljen och hålla det dyra bearbetningscentret i full last. Hastighet och krafter "plana ut", vilket betyder tillväxt av kvarvarande spänningar. Även grovsvarvning kan orsaka svårigheter vid värmebehandling och orsaka förvrängningar. Hård svarvning är att erövra utrymme från långsam slipprocess. Slipning är en metod för att skapa tryckspänning på delytan. Å andra sidan kommer slipning att minska variationen i toleransområdet.

Som första intryck kan mikrostrukturoptimering höra mer till hexes än verkligt tillverkningsliv. Det är dock kärnan för att öka utmattningslivet. Vi manipulerar mikrostruktur från materialval till tillverkningsfaserna. En blank yta döljer hemligheter som du bara kan se med några speciella mätverktyg, vanligtvis genom att bryta sönder biten och ta ett prov till metalllaboratoriet.

I den senaste forskningen har vi hittat källorna hur man sätter mikrostrukturmålet. Inte perfekt men riktningen är tydlig. Vi behöver fortfarande forskning och tester. Att multiplicera det nuvarande trötthetslivet är bara en tidsfråga. De första och smärtsamma stegen skulle förmodligen kunna tas genom att minska produktionen och använda balanserade parametrar för mikrostrukturmål. Malning är en metod som jag tror är viktigare än någonsin när man försöker påverka CO2-mål. Slipprocessen är ännu inte klar och kräver forskning. Jag har haft ett nöje att arbeta med forskargruppen Grinding i WZL der RWTH Aachen ( https://www.wzl.rwth-aachen.de/go/id/bpssc/lidx/1 ) och många talanger bland (AI, digitalt tvillingar, materialvetenskap, …) vid Tammerfors universitet samt finska företag som deltar i projektet " Intelligent Manufacturing in Ecosystem ".

Svetsning är en mycket liknande influencer som materialborttagning vid tillverkning. Samma grunder finns bara i en annan form: noggrannhet vid spridning av smält metall mellan två delar. I den här artikeln lämnar vi ytterligare en viktig tillverkningsmetod för att öppnas mer i framtiden. Det pågår verkligen spännande forskning!

Vad är materialvetenskapens bidrag när det finns en aning om mikrostrukturorienterad revolution? Det finns två tillvägagångssätt - experimentell och simulering. Den experimentella metoden har verkliga delar som en lärplattform. Simulering försöker hitta målmikrostrukturen genom att kombinera materialkarakterisering och simulering – till exempel VTT Propertune-programpaketet https://www.vttresearch.com/en/ourservices/computational-material-design-vtt-propertune . Tammerfors universitets forskare inom materialvetenskap har utvecklat världens största utmattningstestbänk för att kunna studera de olika kombinationerna av mikrostrukturer. Mikrostrukturfokuserade delar skapade av olika tillverkningsparametrar kan utmattningstestas i bänken.

Barkhausens bullermätningsteknik är en annan faktor som kommer att betona slipning (Barkhausen är inte praktiskt för bearbetning). Moderna matematiska algoritmer (AI) kommer att stärka Barkhausen-metoden och ge insikt i mikrostrukturernas värld. Forskning inom detta område är nära genombrott när man använder maskininlärning som ett nytt tillvägagångssätt.

Vi får inte glömma kraften i digitaliseringen. När OEMs maskiner har sensorer för att skapa data och maskiner är anslutna till fabriker, kommer verkliga livet och verkliga laster att öppna ett nytt fönster för att förutsäga delfel innan kunden har klistrat det. Delar kan sedan levereras med den lägsta CO2-genereringen och kanske kommer detta att innebära lägre nätverkskapital också. Det ser ut som att vi går in i tillförlitlighetseran med stöd av digitalisering, men bara ett verktyg.

Tillverkning kommer att spela en allt större roll i affärsmodellinnovation - särskilt insamling av tillverkningsdata som förvandlar data till företag. Det innebär kravet att hantera varje del som individuell och tillverkningsdata i molnet. Variationskontroll är ett av delarna i CO2. Det kommer att innebära mer noggrannhet i tillverkningsprocessen genom att pressa toleransfördelningen. Vikten av kontrollerad råvara gör att företag måste hantera pålitliga råvarufabriker – inte nödvändigtvis med de billigaste.

Den nya världen kommer att respektera långsammare processer. Ständiga förändringar av delar kommer att vara utanför det nya normala. Resultaträkningen och balansräkningen kan också behöva en ny dimension. Men CO2-reduktion kommer troligen att minska kundkostnaderna på grund av ökad tillförlitlighet samtidigt som det sannolikt ökar tillverkningskostnaderna. Fokus bör höjas till kundvärde och möjligheter för nya intäktskällor.

Snälla, ge ditt bidrag till diskussionen. Faktum är att vi måste skynda oss att lösa hållbarhetsproblem. Ju fler hjärnor, desto bättre lösningar!

6 oktober 2020 Pasi Julkunen