Pdf prof. Van Houten U-meet 2014

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