Η προσθετική κατασκευή προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε ό,τι έχει να κάνει με την κατασκευή προϊόντων, αλλά πλέον η καινούργια πρόκληση είναι η οικονομική παραγωγή μέσω των εργαλειομηχανών.
Tων κ. Δημήτρη Μπάρκα και Αγαθοκλή Κριμπένη*
Η μεταποίηση μπορεί να οριστεί ως η δραστηριότητα μετατροπής της πρώτης ύλης σε μια πιο πολύτιμη μορφή από τον άνθρωπο. Σήμερα τα περισσότερα προϊόντα κατασκευάζονται με τη βοήθεια εργαλείων και μηχανών, και η έλευση της προσθετικής κατασκευής έχει προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα.
Η προσθετική κατασκευή προσφέρει τη δυνατότητα κατανεμημένης κατασκευής όπου ο σχεδιασμός του προϊόντος μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ένα κεντρικό σημείο, το οποίο μπορεί να μεταδοθεί σε διάφορες τοποθεσίες, όπου μπορεί να εμφανιστεί το φυσικό προϊόν. Έτσι, μπορούν να κατασκευαστούν οικονομικά προϊόντα κατά παραγγελία, ανάλογα με τις ανάγκες των πελατών.
Αυτό θα μπορούσε να άρει τον περιορισμό της μαζικής παραγωγής, όπου πρέπει να κατασκευαστούν πολλά αντίγραφα του προϊόντος. Προς το παρόν, η τεχνολογία της προσθετικής κατασκευής είναι επαρκώς ανεπτυγμένη, και τα εξατομικευμένα προϊόντα μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα, αλλά ίσως όχι οικονομικά. Η πρόκληση είναι να κατασκευαστούν τα προϊόντα μέσω της προσθετικής κατασκευής με οικονομικό τρόπο. Το μηδενικό ελάττωμα αφορά τη διασφάλιση της ποιότητας, και το μηδενικό αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι δεν πρέπει να υπάρχουν δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον.
Η αυτοματοποίηση στον τομέα της μεταποίησης δεν είναι κάτι καινούργιο. Σήμερα, εκτός από τα τεχνολογικά ζητήματα, στην απόφαση για το επίπεδο αυτοματοποίησης παίζουν ρόλο κοινωνικά και ηθικά ζητήματα. Ποιο είναι το μέλλον της μεταποίησης; Ποιο επίπεδο αυτοματοποίησης θα χρησιμοποιείται συνήθως; Προς ποια κατεύθυνση θα πρέπει να επικεντρωθεί η έρευνα; Αυτά είναι ορισμένα ερωτήματα που απασχολούν τους επαγγελματίες της μεταποίησης.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, επινοήθηκε το ευέλικτο σύστημα παραγωγής (FMS). Στο FMS, πολλές εργαλειομηχανές ελέγχονται αριθμητικά από ένα κεντρικό σύστημα, και μια εργασία μετακινείται από τη μια μηχανή στην άλλη με τη βοήθεια ρομπότ και αυτοματοποιημένων οδηγούμενων οχημάτων. Αλλάζοντας την ακολουθία των εργασιών, μπορεί να παραχθεί μια ποικιλία εξαρτημάτων χωρίς να γίνουν αλλαγές στη φυσική διάταξη των μηχανών.
Αειφορία
Στη μεταποίηση, τα προβλήματα δεν αφορούν μόνο την κατανάλωση πρώτων υλών και ενέργειας. Οι περισσότερες διεργασίες παραγωγής προκαλούν ρύπανση, η οποία επηρεάζει τον άνθρωπο, καθώς επίσης τη χλωρίδα και την πανίδα, με πολύ αρνητικό τρόπο.
Σήμερα η προσθετική κατασκευή κερδίζει ολοένα και μεγαλύτερη δημοτικότητα, αλλά πρέπει να εξεταστούν οι πτυχές της βιωσιμότητας. Κατά τη μοντελοποίηση με τη μέθοδο της τήξης, λιώνουν διάφορα πολυμερή, τα οποία όμως ενδέχεται να έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία.
Ορισμένες χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για τη μετεπεξεργασία είναι επιβλαβείς, ενώ πολλά υλικά που χρησιμοποιούνται στην προσθετική κατασκευή δεν είναι βιοδιασπώμενα.
Ανάλυση όγκου δεδομένων
Τα μεγάλα δεδομένα είναι περιουσιακά στοιχεία πληροφοριών μεγάλου όγκου, ταχύτητας και ποικιλίας, που απαιτούν οικονομικά αποδοτικές και καινοτόμες μορφές επεξεργασίας πληροφοριών για βελτιωμένη διορατικότητα και λήψη αποφάσεων. Τα μεγάλα δεδομένα μπορεί να είναι τόσο δομημένα όσο και μη δομημένα. Η δυσκολία επεξεργασίας δεν εξαρτάται μόνο από τον όγκο των δεδομένων αλλά και από την ποικιλία τους.
Μπορεί να είναι δύσκολη η επεξεργασία δεδομένων που περιλαμβάνουν μια ποικιλία πληροφοριών, ακόμη και αν πρόκειται για μικρό όγκο, σε σύγκριση με την επεξεργασία μεγάλων ποσοτήτων δομημένων δεδομένων. Επιπλέον, η διαχείριση δυναμικών δεδομένων μπορεί να είναι ακόμη πιο δύσκολη αποστολή.
Συνεπώς, δεν είναι ένας μόνο παράγοντας που χαρακτηρίζει τα μεγάλα δεδομένα, αλλά πρόκειται για συνδυασμό του όγκου, της ταχύτητας και της ποικιλίας των δεδομένων. Συνολικά, μπορεί να διαπιστωθεί ότι οι προηγούμενες εφαρμογές των εμπειρικών τεχνικών στη μεταποίηση εμφανίστηκαν με τη μορφή μοντελοποίησης βάσει δεδομένων και ανάλυσης δεδομένων.
Αυτοματοποίηση
H εποχή της αυτοματοποίησης ξεκίνησε τον 18ο αιώνα, όταν ένας εργάτης κλωστοϋφαντουργίας, ο Μπασίλ Μπουσόν, εφηύρε μια μέθοδο ελέγχου ενός αργαλειού με διάτρητη ταινία το 1725. Στην πορεία, το 1945, ο Γιάκες Βάουκασον την αυτοματοποίησε. Ωστόσο, ο πρώτος προγραμματιζόμενος αργαλειός αναπτύχθηκε από τον Ζόσεφ Μαρί Ζαγκάρντ το 1804, και αποτέλεσε κίνητρο για την ανάπτυξη άλλων τύπων αυτόματων συσκευών.
Εν τω μεταξύ, οι προσπάθειες για την αυτοματοποίηση των εργαλειομηχανών είχαν ξεκινήσει τη δεκαετία του 1950. Η πρώτη μηχανή αριθμητικού ελέγχου (NC) εμφανίστηκε το 1952 και η πρώτη μηχανή αριθμητικού ελέγχου υπολογιστή (CNC) το 1957, ενώ το πρώτο αυτοματοποιημένο καθοδηγούμενο όχημα εμφανίστηκε τη δεκαετία του 1950. Σήμερα τα μη επανδρωμένα οχήματα και τα μη επανδρωμένα εργοστάσια γίνονται πραγματικότητα.
Ωστόσο, πάντα θα υπάρχει ανάγκη για ανθρώπινη παρέμβαση. Έτσι, τα περισσότερα συστήματα είναι στην πραγματικότητα συστήματα υποστήριξης του ανθρώπου. Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1990, οι εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης (AI) αυξήθηκαν, και μένει να παρατηρηθεί το επίπεδο νοημοσύνης το οποίο θα επιτύχουν αυτά τα συστήματα.
Βιομηχανική παραγωγή
Η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν φέρει μεγάλη πρόοδο, αλλά έχουν επίσης δημιουργήσει πολλές παρενέργειες, λόγω της διατάραξης του φυσικού τρόπου ζωής. Για να αμβλυνθούν αυτές οι αρνητικές παρενέργειες, πρέπει να αναζητηθούν λύσεις μόνο στην επιστήμη και την τεχνολογία. Συγκεκριμένα:
- Στη σύγχρονη εποχή, η σημασία του ατόμου έχει μειωθεί προς όφελος της μάζας. Αντί να παράγουν αγαθά σύμφωνα με τις ανάγκες του ατόμου, οι κατασκευαστές προσπάθησαν να τα κατασκευάσουν για μαζική κατανάλωση. Ως εκ τούτου, οι προδιαγραφές των προϊόντων δεν ήταν για να ανταποκρίνονται στις ανάγκες ενός συγκεκριμένου πελάτη, αλλά ήταν στην καλύτερη περίπτωση οι βέλτιστες προδιαγραφές για τις μάζες. Ακόμη και σήμερα αρκετά προϊόντα κατά παραγγελία είναι πολύ ακριβά.
- Η μετάβαση από το οικιακό στο εργοστασιακό σύστημα παραγωγής επηρέασε το οικογενειακό σύστημα και είχε αρνητικές επιπτώσεις στον πολιτισμό, καθώς οι εργάτες έπρεπε να εγκαταλείψουν τις γεωγραφικές τους ρίζες. Η υπερβολική αστικοποίηση ανάγκασε τους ανθρώπους να ζουν σε πυρηνικές οικογένειες, αντί για κοινοβιακές οικογένειες, και να απαρνηθούν την πολιτιστική τους ταυτότητα.
- Λόγω της μεγάλης κατανάλωσης φυσικών πόρων και της ρύπανσης από τον τομέα της μεταποίησης, το περιβάλλον αντιμετωπίζει σοβαρή απειλή.
Έννοια των μη επανδρωμένων εργοστασίων που συνδέονται μέσω του διαδικτύου και λαμβάνουν βοήθεια από το υπολογιστικό νέφος.
Για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, ο τομέας της μεταποίησης μεταρρυθμίζεται / μετασχηματίζεται με τους ακόλουθους τρόπους:
– Η τεχνολογία της προσθετικής κατασκευής φέρνει και πάλι το άτομο στο προσκήνιο. Όταν η τεχνολογία αυτή ωριμάσει, θα είναι δυνατή η παραγωγή οικονομικών προϊόντων κατά παραγγελία.
– Σχεδόν όλα τα εργοστάσια θα ακολουθήσουν μια μεθοδολογία κατασκευής μη επανδρωμένων εργοστασίων, χάρη στις εξελίξεις στο IoT και τα κυβερνοφυσικά συστήματα, όπου με τη βοήθεια της επιστήμης των δεδομένων και του υπολογιστικού νέφους θα είναι δυνατός ο εξ αποστάσεως έλεγχος των εργοστασίων.
Στο σχήμα 1 απεικονίζεται η ιδέα του ελέγχου μη επανδρωμένων εργοστασίων (lights-out) με τη βοήθεια του διαδικτύου και του υπολογιστικού νέφους. Το σχήμα 2 απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα από διάφορες μηχανές μπορούν να συλλεχθούν και να κατατεθούν σε ένα κεντρικό αποθετήριο δεδομένων (CDR), όπου μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία με τη χρήση τεχνικών ανάλυσης δεδομένων.
Κατά συνέπεια, μπορούν να παρέχονται οδηγίες σε διάφορες μηχανές εξ αποστάσεως, και η εργασία από το σπίτι θα γίνει κοινός κανόνας. Αυτό θα είναι επίσης οικονομικό, καθώς θα μειωθεί το κόστος μετακίνησης στο χώρο εργασίας. Επιπλέον, οι πόλεις δεν θα υποφέρουν από προβλήματα κυκλοφορίας και ρύπανσης.
Αποτελεσματικός έλεγχος των εργαλειομηχανών με τη βοήθεια ενός κεντρικού αποθετηρίου βάσεων δεδομένων (CDR).
Διά ταύτα
Δίνεται ολοένα και μεγαλύτερη έμφαση στα φιλικά προς το περιβάλλον και βιώσιμα συστήματα παραγωγής. Οι νέες τεχνολογίες, όπως η προσθετική κατασκευή, είναι φαινομενικά πιο καθαρές.
Είναι αλήθεια ότι στην ανάλυση της βιωσιμότητας πρέπει να εξετάζεται ολόκληρος ο κύκλος ζωής του προϊόντος. Για παράδειγμα, κατά την αξιολόγηση της βιωσιμότητας μιας διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων, όπως είναι η επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM), θα πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη το κόστος και οι επιπτώσεις στο περιβάλλον της διαδικασίας παραγωγής μεταλλικής σκόνης.
Είναι πιθανό η διαδικασία αυτή να μην είναι εντελώς φιλική προς το περιβάλλον. Ωστόσο, η παραγωγή σκόνης μπορεί να συγκεντρωθεί για την παραγωγή μαζικής ποσότητας, και η εγκατάσταση παραγωγής μπορεί να κρατηθεί μακριά από το κύριο τμήμα μιας πόλης. Η μεταλλική σκόνη μπορεί να διανέμεται σε διάφορες μονάδες μέσω ενός μη επανδρωμένου συστήματος μεταφοράς. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας και των συστημάτων παραγωγής μπορεί να απεικονιστεί ως κίνηση σε κύκλο με αυξανόμενη εφαπτομενική ταχύτητα.
*O κ. Δημήτριος Μπάρκας είναι μηχανολόγος μηχανικός, καθηγητής ΕΠΑ.Λ. και υπ. διδάκτορας ΕΚΠΑ. Ο κ. Αγαθοκλής Κριμπένης είναι μηχανολόγος μηχανικός και επίκουρος καθηγητής του Εθνικού & Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών.
