1. No category

2015-08-28
Strategisk färdplan
inom satsningen Fordonsstrategisk
Forskning och Innovation (FFI)
Hållbar produktion
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
1
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1 Bakgrund och syfte
3 2 Bakgrund till färdplanen
Bokmärket är inte definierat. Fel!
3 Utmaningar och förväntade resultat
5 4 Nuläge och önskade framtida lägen för projektportföljen
5 5 Programområden och tidplan
6 6 5.1 Nya produkter med hög livscykeleffektivitet
6 5.2 Konkurrenskraft
7 5.3 Miljö
8 5.4 Kvalitet
8 5.5 Ledtid
9 5.6 Flexibilitet
10 FFI HPs anknytning till närliggande Strategiska innovationsprogram
11 6.1 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Produktion2030
11 6.2 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Metalliska material
11 6.3 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet Lättvikt
11 7 Bilaga: Automotive Technology and Manufacturing Readiness Levels: A guide to
recognised stages of development within the Automotive Industry
12 FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
2
1 Bakgrund
Denna strategiska färdplan beskriver utmaningar, forskning- och utvecklingsbehov samt förväntade
resultat för programområdet Hållbar produktion inom samverkansprogrammet Fordonsstrategisk
Forskning och Innovation1 – FFI.
Syftet är att bidra till ökad förmåga att gemensamt identifiera forskning- och utvecklingsaktiviteter
inom områden som bidrar till en ökad tillverkningseffektivitet och minskad miljöpåverkan i
tillverkningsprocesserna. Färdplanen är även ett instrument för uppföljning och utvärdering. Genom
att illustrera sambandet mellan finansierade aktiviteter och förväntade effekter inom programområdet,
ska färdplanen även bidra till ökad förståelse för FFI-programmet och konkretisera vad som behöver
göras för att nå dess övergripande mål att:
•
•
•
minska vägtransporternas miljöpåverkan
minska antalet skadade och dödade i trafiken
stärka den internationella konkurrenskraften
För detta kommer krävas ett uthålligt och systematiskt arbetssätt.
I det löpande programarbetet sker styrningen av FFIs programområden primärt genom prioritering av
olika identifierade målsättningar för en tidsperiod - milstolpar. Milstolparna uttrycks i en önskad
fördelning av forsknings- och utvecklingsinsatser för respektive tidsperiod. På en övergripande nivå
kan man se arbetet som ett ständigt växelspel mellan forskning, utveckling och implementering, se
bild 1. Det förväntade utvecklingstillståndet vid en milstolpe för ett utvecklingsområde är ungefär att
forskning är färdig och utveckling i samspel med skarp implementering är i gång någonstans, se bild 3.
2010
2013
2015
2017
2020
2023
2025
2027
2030
Milstolpe 1, 2015
Forskning
Utveckling
Implementering
Milstolpe 2, 2020
Forskning
Utveckling
Implementering
Milstolpe 3, 2025
Forskning
Utveckling
Implementering
Löpande ”avtappning” och utnyttjande av ny kunskap
Löpande avläsning av indikatorer
Programrådet för Hållbar Produktionsteknik 2011
Bild 1. Principskiss för produktionsrelaterade forsknings-, utvecklings- och implementeringsaktiviteter inom FFI-programmet.
1
http://www.vinnova.se/sv/ffi/
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
3
2 Syfte och mål
Fordonsindustrin är helt beroende av att konkurrenskraften upprätthålls och förbättras.
Programområdet Hållbar produktion syftar i första hand till att möjliggöra tillverkning av nya
fordonslösningar, samt till en stärkt global konkurrenskraft som medger minimerad miljöpåverkan och
ökad fordonssäkerhet. Det drivande perspektivet är att minska fordonsindustrins koldioxidutsläpp sett
ur ett livscykelperspektiv. Två huvudspår i denna strävan är viktminskning och en ökad
elektrifieringsgrad, vilka bägge ställer ökade krav på produktionssystemet, bild 2.
Bild 2. Fordonstillverkning ur ett livscykelperspektiv2. De blå stapeldelarna visar omfattningen av
produktionssystemets bidrag. ICEV=förbränningsmotorfordon, HEV=hybridfordon, PHEV=plug-in
hybrid, BEV=batteridrivet fordon.
Även ur ett trafiksäkerhetsperspektiv ställs krav på material- och processval i produktframtagningen.
Behovet av att kombinera aktiva, t ex när fordonet själv kan ta över och undvika kollision, och passiva
säkerhetssystem, t ex krocksäkra karosser, för att säkerställa hög säkerhet för förare, passagerare och
medtrafikanter kommer finnas under en relativt lång tidperiod.
För att nå målen krävs inte enbart ny kunskap, utan forskningsresultaten måste även snabbt kunna
omsättas i praktisk tillämpning. Inom ramen för FFI finansieras dock inte forskning- och
utvecklingsprojekt hela vägen tillfullt implementerade lösningar och teknologier, utan endast till en
nivå från vilken företagen själva måste anpassa lösningarna till sina produktionssystem.
Ett enskilt projekt kan innefatta både applikationsutveckling med nya material och utmaningar som rör
hantering av dessa i produktionssystemet. Därför kan utvecklingsnivån vara relevant att beskriva
enligt såväl TRL-skalan (Technology Readiness Level) som MRL-skalan (Manufacturing Readiness
Level). Programmet stödjer i första hand projekt inom spannet TRL 2 till 8 eller MRL 1 till 6 enligt
definitionerna i skriften Automotive Technology and Manufacturing Readiness Levels - A guide to
recognised stages of development within the Automotive Industry3.
2
3
Ur Life Cycle CO2 Assessment of Low Carbon Cars 2020-2030, for the Lov Carbon Vehicle Partnership
Se bilaga i detta dokument.
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
4
3 Programområden
En global konkurrenskraftig produktion av innovativa, miljövänliga och säkra produkter är av
avgörande betydelse för den svenska fordonsindustrins målsättningar, tidsperspektiv och
produktionstekniska utmaningar. Delprogrammet Hållbar produktion drivs därför i huvudsak av
följande övergripande utmaning:
•
Förmåga att kunna producera nya produkter, komponenter och material.
Tillverkningsprocesser och produktionssystem måste dessutom vara flexibla och kapabla till
produkttillverkning med hög kvalitet, korta leveranstider och till konkurrenskraftiga kostnader. Detta
leder fram till formuleringen av följande prioriterade delutmaningar:
•
•
•
Robust och effektiv produktion och beredning
Ökade krav på volym- och variantflexibilitet
Resurseffektivitet och minimerade utsläpp i produktion
Utifrån detta har programrådet identifierat sex programområden att adressera (och koppla till) i
projektförslagens forsknings- och utvecklingsinsatser:
1. Nya produkter med hög livscykeleffektivitet: Förmåga att hantera nya produkter och material i
produktionssystemet
2. Konkurrenskraft: Kostnadseffektiva nya produktionssystem i ett globalt perspektiv
3. Miljö: Miljöneutral produktion och kretslopp för restprodukter och energi.
4. Kvalitet: Säkerställd önskad kvalitet
5. Ledtid: Kortare ledtid genom hela försörjningskedjan i utveckling och produktion
6. Flexibilitet: Tillräckligt flexibla produktionssystem för efterfrågade komponenter
Se mer detaljerade beskrivningar i avsnitt 5.
4 Nuläge och önskade framtida lägen för projektportföljen
För att nå de identifierade förväntade målen förväntas projektförslag med olika inriktningar variera
något över åren framöver enligt nedan stapeldiagram.
30% 25% 20% 15% 2015 10% 2020 5% 0% 2025 2030 Bild 3. Programrådets förväntningar på projektportföljen för att nå angivna milstolpar.
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
5
5 Programområden och tidplan
För varje programområde finns dels allmänna överväganden och dels ett antal mer specifikt utryckta
önskade förmågor och exempel. För varje önskad förmåga anges även en milstolpe (årtal) mot vilken
huvuddelen av forsknings- och utvecklingsarbetet ska inriktas.
Även behovet av kompetent personal med relevant produktionsteknisk utbildning behöver lyftas fram.
I ett arbete utfört 2011-2012 inom ramen för FFI Innovationssystemets färdplan har viktiga
kompetensgap identifierats. Dessa finns redovisade under rubriken ”viktiga kompetensområden”.
Grundtanken är att projekten om möjligt ska bidra till att minska dessa kunskapsgap genom
tillsättandet av doktorander, framtagande av kursmaterial, genomförande av olika spridningsaktiviteter
mm.
5.1 Nya produkter med hög livscykeleffektivitet
5.1.1
Övergripande beskrivning
För effektiva produktionssystem och liten koldioxidpåverkan kommer material inte kunna användas i
överflöd utan behöver nyttjas mer optimerat. Detta driver fram lättviktslösningar och integrerade
funktioner och ställer helt andra krav på material, såsom låg vikt och hög passiv säkerhet. Kravet på
helhetsperspektiv med förbättrad prestanda genom hela livscykeln ökar, där t ex smarta funktioner hos
materialet, så som energilagring, transport av energi eller data, värmeledning, ljudisolering, etc. kan
användas. I sin tur innebär detta att fler och olika typer av konstruktionsmaterial kommer utnyttjas,
och även utvecklingsbehov av alla de teknologier och processer som tillkommer för att kunna skapa
konkurrenskraftiga produktionssystem för dessa.
5.1.2
•
•
•
•
•
5.1.3
•
•
5.1.4
Önskade förmågor och milstolpar
Sammanfogning av avancerade material och materialkombinationer, 2020
Kunna skapa produktplaner och affärsmodeller som säkerställer en hög livscykeleffektivitet,
2025
Ytbehandling av nya material och materialkombinationer, 2025
Kompetens avseende tillverkning av elektrifierade drivlinor, 2025
Hantera bristsituationer på vissa råvaror där alternativ och lösningar måste utvecklas, 2030
Exempel
Elektrostatisk sprutmålning av plastmaterial
Förmåga att enkelt ta isär fogar i sammanfogade komplexa materialkombinationer
Viktiga kompetensområden
Nya lätta, beständiga och starka material i produktion:
• Funktionella ytor
• Fogning
• Formning
• Bearbetning
• Specifika tillverkningsmetoder för vissa material
• Materialmodeller
• Ytbehandling och målning
Nya produktionsmetoder:
• För befintliga material
• För nya material
• För återanvändning och demontering
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
6
5.2 Konkurrenskraft
5.2.1
Övergripande beskrivning
Hög produktivitet, korta ledtider och förmåga till en hög förändringstakt är viktiga konkurrensmedel
som påverkas av hur nya produktionssystemslösningar planeras, utformas och införs. Människans roll
i produktionssystemet behöver präglas av god arbetsmiljö, de demografiska förutsättningarna, val av
teknologi för produktframtagningen och val av automationslösningar.
5.2.2
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
5.2.3
•
•
5.2.4
Önskade förmågor och milstolpar
Handlingskraftiga, kompetenta, engagerade, friska medarbetare i alla funktioner i alla led,
2020
Effektiva och användarvänliga virtuella verktyg för ergonomiutvärdering och
arbetsplatsutformning, 2020
Effektiva och tillgängliga utbildningssystem, 2020
Utnyttjandet av att lagra och länka projektresultat, utbildningsmaterial, handböcker för
rutinmässig användning i utbildning inom industri, akademi och institut, 2020
Återanvändning av information genom ett obrutet kontinuerligt dataflöde, 2020
Automationssystem som kan konfigureras och hanteras utan krav på expertkompetens, 2025
Planeringssystem som tar omhand alltmer komplexa produktionsnätverk och som
kompenserar för osäkerheter och störningar i försörjningskedjorna, 2025
Dynamiska strategier för att bemöta ökad förändringstakt och kundbehov på en global
spelplan, 2025
Kombinera olika informationskällor, beräkna, visualisera och analysera informationen för att
ge beslutsfattarna ett optimalt underlag, 2025
Standardiserade informationssystem för ”den digitala fabriken” som kan utvecklas med tiden
och lätt ändras för att passa nya krav i tillverkningssystemet, 2030
Exempel
Reducerad monteringskostnad per fordon genom innovativ implementering av automation.
En ständigt uppdaterad lista för gemensamma och möjliga kurser för industrin och akademin,
på olika nivåer från BSc till DSc.
Viktiga kompetensområden
Globalt konkurrenskraftig produktion:
• Industristrukturer och försörjningskedjor
• Produktivitet
• Effektivt kompetensutnyttjande
• Långsiktig innovationskraft
• Optimal automation
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
7
5.3 Miljö
5.3.1
Övergripande beskrivning
Visionen är att all produktion är miljöneutral och att det finns slutna kretslopp för såväl rest- och
biprodukter som energi. Det behöver också finnas metoder och tekniker för att ständigt minska mängd
insatsmaterial, media och energi. Spill i alla dess former bör elimineras.
5.3.2
•
•
•
•
•
5.3.3
•
•
•
5.3.4
Önskade förmågor och milstolpar
Utvecklade tekniker för minskad miljöpåverkan vid applicering av färg, 2020
Utvecklade tekniker för minskad miljöpåverkan vid förbehandling, 2020
Väsentligt minskad miljöpåverkan från processvätskor och restprodukter, 2025
Väsentligt minskad energiförbrukning per producerad enhet, 2025
Verklig integrering av ett ekonomiskt, ekologiskt och socialt hållbarhetsperspektiv vid
produkt-, produktions- och processutveckling, 2030
Exempel
Utveckling av metoder för minskad materialförbrukning och minskad användning av
lösningsmedel i måleriet vid applicering av färg.
Utveckling av metoder för minskad material- och energiförbrukning vid förbehandling.
Slutna system för processvätskor.
Viktiga kompetensområden
Kretsloppsfabriken:
• Minimering av restprodukter
• Nya/utvecklade ytbehandlingssystem
• Energismarta fabriker och maskiner
• Rening av processvätskor
• Renovering, uppgradering, återanvändning
5.4 Kvalitet
5.4.1
Övergripande beskrivning
Allmänt handlar programområdet om krav och hantering av geometriska egenskaper och metoder för
att arbeta för en geometrisäkrad process. Det handlar också om att kunna möta fabrikens processer
utifrån människans förutsättningar.
5.4.2
•
•
•
•
•
Önskade förmågor och milstolpar
En gemensam industriell och akademisk kursplan för utbildning och träning på olika nivåer,
2020
Tillämpbara metoder för oförstörande provning in-line, 2025
En effektiv, säker och sömlös samverkan mellan människor och automatiska system i
monteringen, 2025
Full kontroll och spårbarhet av alla kritiska processer och produkter, 2025
Virtuell verifiering av fysiska egenskaper som matchar verkligheten, 2030
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
8
5.4.3
Exempel
Metoder för återföring av in-line mätdata till processtyrning.
5.4.4
Viktiga kompetensområden
Människan i fabriken
• Ergonomi
• Samverkan människa - maskin
• Kognitiva aspekter/information
• Säkerhet och skadliga miljöer
• Attraktiva arbetsplatser och minimering av diskriminering
5.5 Ledtid
5.5.1
Övergripande beskrivning
De alltmer ökade kraven på volym- och variantflexibilitet påverkar förmågan att planera och styra
produktframtagningens olika faser, dvs. att snabbt komma från koncept till lanserad produkt. Det
handlar om såväl framtagning av principer, metoder och verktyg för att minska ledtiden i konstruktion
(TTM – time to market), som industrialisering (TTV – time to volume) och orderprocess (TTC – time
to customer). Datorstöd och virtuella verktyg bedöms ha en stor roll i detta.
5.5.2
•
•
•
5.5.3
•
•
5.5.4
Önskade förmågor och milstolpar
Metoder för reduktion av inkörningstid, 2020
Metoder för reduktion av ledtid för att installera nya tillverkningslinjer, 2025
Modellbaserade metoder för beredning av nya produkter, 2030
Exempel
Utveckling av metoder för radikalt reducerad inkörningstid för nya komponenter i
bearbetningsprocesser.
Modellbaserad produktintroduktion och beredning.
Viktiga kompetensområden
Effektiv produktionsutveckling:
• Nya metoder för produktionsberedning (virtuella verktyg)
• Materialförsörjningssystem
• Händelsestyrd produktionsplanering
• Design och installation av produktionssystem för befintliga och nya produkttyper
• Optimala underhållssystem (förebyggande/tillståndsbaserat)
• Mätteknik
• Integrerad produkt- och produktionsutveckling i tidiga faser (inkl. leverantörer)
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
9
5.6 Flexibilitet
5.6.1
Övergripande beskrivning
Fordonsindustrins krav på “mass customization” behöver effektiv försörjning och exponering av
enormt många och varierande artikelnummer till produktion. Detta måste ske utan materialbrister, utan
kvalitetsavvikelser, på små ytor och utan ökande kostnader. Utöver förmågan att kunna tillverka en
mångfald varianter, är även logistik och produktionsplanering viktiga aspekter för
produktionssystemets flexibilitet och koppling till leverantörsled samt för servicenivå och ledtid till
kund.
5.6.2
•
•
•
•
•
•
•
5.6.3
•
•
•
5.6.4
Önskade förmågor och milstolpar
Monteringsteknik som stödjer introduktion av nya material och materialkombinationer, 2020
Snabba och kostnadseffektiva omställningar vid tillverkning av multipla varianter och
alternativa drivlinor, 2020
Simulering av färgfilmens uppbyggnad vid applicering med olika färg och sprututrustning,
2025
Användning av förpackningar och förpackningsstandard som effektivt stödjer och tillgodoser
försörjande och förbrukande processers krav, och som samtidigt är transport- och
hanteringseffektiva, 2025
Standardiserade användargränssnitt för olika automationslösningar, 2030
Standardiserade och modulariserade informationssystem som kan utvecklas över tid för att
tillgodose förändrade krav, 2030
Utvecklade modeller och metoder för snabbare design, verifiering och värdering av nya och
förändrade försörjningskedjor, 2030
Exempel
Utnyttjande av additiv tillverkning för tillverkning av komponenter
Etablering av ny monterings- och fogningsteknik som stödjer introduktion av nya material och
materialkombinationer.
Simulering av färgfilmens uppbyggnad för olika typer av färg och sprututrustning.
Viktiga kompetensområden
Robusthet och flexibilitet i produktionsprocesser:
• Kvalitet
• Geometrisäkring
• Tillförlitlighet
• Omställning
• Volym- och variantflexibilitet
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
10
6 FFI HPs anknytning till närliggande Strategiska
innovationsprogram
Färdplanen avser även att vägleda sökanden avseende övriga pågående initiativ och olika aktörer vid
FoU-projektansökningar men även som insats till programledningarna om samarbetsområden. Sedan
2013 drivs ett flertal Strategiska innovationsprogram i samverkan mellan VINNOVA,
Energimyndigheten och forskningsrådet Formas, varav flera överlappar ämnesmässigt med FFIs
delprogram Hållbar produktion. Som tidigare nämnt har FFI HP målsättningen att skapa
konkurrenskraft genom förbättrad produktivitet produktionssystemet samt genom minskad
miljöpåverkan i tillverkningsprocesserna. De Strategiska innovationsprogrammen har som uppgift att
samordna och stärka forskning, utveckling och innovation inom sina respektive definierade
ämnesområden. Varje Strategiskt innovationsprogram har sin egna autonoma programlogik och
intressentbas vilket gör att en sökande inte kan förvänta sig samordning mellan de olika programmen
annat än om det speciellt är uttryckt.
6.1 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet
Produktion2030
Skillnader: Det som i huvudsak skiljer en relevant ansökan är att projektförslag inom FFI HP måste
vara specifikt riktade mot fordonsindustrin och svara mot FFI-programmets mål och färdplaner medan
projekt inom Produktion2030 ska ha en mer holistisk ansats och inkludera bredare
användningsområden och branscher inom ramarna för sex prioriterade svenska styrkeområden. Dessa
är definierade i den strategiska innovationsagendan ”Made in Sweden 2030” (www.produktion2030).
FoU-projekt inom Produktion2030 positionerar sig just nu mellan 4 och 7 på TRL-skalan, medan FFI
HP även har en ambition att ha FoU-projekt med lägre mognadsgrader (TRL-nivåer från 2).
Produktion2030 har även ett krav på minst tre industriparter och två akademiska parter.
Samverkansområden: Programöverskridande frågeställningar finns inom aktivering av SMF-företag,
kompetens och utbildning samt internationella FoU-frågeställningar (Horisont 2020).
Kontakt: Cecilia Warrol (Programledare vid Teknikföretagen), Tero Stjernstoft (VINNOVA)
6.2 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet
Metalliska material
Skillnader: Det som i huvudsak skiljer en relevant ansökan är att projektförslag inom FFI HP
behandlar materialfrågeställningar i kombination med tillverkningsprocessfrågeställningar för
komponenttillverkning. Metalliska Material rör i huvudsak frågeställningar kring
materialframställning, där tre av de sju definierade insatsområden är resurseffektivitet, ökad
materialutvecklingstakt samt flexibilitet för framtagning av nischprodukter. Effektmål och uttalade
insatsområden finns definierade i den strategiska innovationsagendan ”Nationell samling kring
Metalliska material” (http://www.jernkontoret.se/forskning/agendan/index.php).
Samverkansområden: Programöverskridande frågeställningar finns inom Energi och miljö,
resurseffektivitet och realisering av produktfunktioner (t ex härdbarhet).
Kontakt: Gert Nilsson (Programledare vid Jernkontoret), Anders Maren (VINNOVA)
6.3 FFI HP i förhållande till Strategiska innovationsprogrammet
Lättvikt
Skillnader: Det som i huvudsak skiljer FFI HP mot Strategiska innovationsprogrammet Lättvikt är det
begränsade applikationsområdet. Fordonsapplikationer och frågeställningar av kombinerad material
och tillverkningsgrund lär passa bättre i FFI HP. Det Strategiska innovationsprogrammets
industriförankrade utvecklingsprojekt positionerar sig just nu på resultat mellan 4 och 6 på TRLskalan och kräver aktivt deltagande och behov från minst två branscher. Lätta och tunga fordon räknas
här som en enda bransch. Insatserna bör även innefatta många discipliner liksom omfattande
experimentell verifiering och demonstration.
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
11
Samverkansområden: Ökad aktivering av SMF-företag, kompetens-frågeställningar och realisering
av funktionen vikteffektivitet inom fordon.
Kontakt: Stefan Gustafsson-Ledell (Programledare vid LIGHTer arena), Claes de Serves och Maria
Öhman (VINNOVA)
7 Bilaga: Automotive Technology and Manufacturing
Readiness Levels: A guide to recognised stages of
development within the Automotive Industry
FFI – Fordonsstrategisk Forskning och Innovation
12