Kapittel 15: Industriroboter

Olav Egeland er professor i produksjonsautomatisering ved Institutt for maskinteknikk og produksjon ved NTNU. Han er utdannet som siv.ing. og dr.ing. i teknisk kybernetikk ved NTNU og var professor i robotteknikk ved Institutt for teknisk kybernetikk i 15 år fra 1989. Han forlot universitetet for å starte opp Marine Cybernetics AS, hvor han jobbet i sju år før han kom tilbake til NTNU. Han er i dag gruppeleder for faggruppe i produksjonssystemer og jobber med robotteknikk for automatisk produksjon og kontrollsystemer for offshore automatisering.

Denne artikkelen er hentet fra boken Teknologien endrer samfunnet utgitt på Fagbokforlaget i 2017 (ISBN 978-82-450-2297-1).

Boken kan bestilles her: https://www.fagbokforlaget.no/sok/?q=978-82-450-2297-1

Roboter i bøker og film

Roboter er velkjent fra bøker, TV-serier og spillefilmer – helt siden Karel Čapeks introduserte begrepet i et skuespill i 1920. Etter dette ble robotbegrepet utviklet videre av Isaac Asimov, som skrev science fiction-noveller om intelligente og menneskelignende roboter og presenterte de tre robotlovene i novellen Runaround i 1942. Roboter er sentrale i filmserien Star Wars, hvor roboter ble kalt droider. De to robotene C-3PO og R2-D2 er gjennomgangsfigurer i Star Wars. C-3PO er en menneskelignende robot med engelsk aksent, og R2-D2 er en mobil robot på hjul. I filmserien Terminator spiller Arnold Schwarzenegger en robot som ser ut som et menneske, men som har voldsomme krefter, sensorer i god science fiction-tradisjon, og som tåler skudd uten å bli skadd. I filmen er Arnold Schwarzenegger kjent for å ha to ansiktsuttrykk: med og uten solbriller. En annen tradisjon innen filmens verden er bioniske mennesker. Dette er mennesker med innebygde robotdeler som gir overmenneskelig kapasitet. Dette tema finnes i filmen RoboCop fra 1987, hvor en dødelig såret politimann får en robotkropp med voldsom styrke.

Roboter i den virkelige verden

I sammenligning med den robotverden som ble fremstilt i media, har de virkelige roboter ikke vært på nivå med de fantastiske robotene vi ser på film.

På 80-tallet var det stor optimisme hos forskningslaboratoriene som jobbet med roboter. Den mekaniske delen av roboten skulle tilsvare menneskets kropp, og kunstig intelligens skulle være robotens hjerne. Roboter skulle tas i bruk i industri, romfart og innen farlige omgivelser som radioaktive områder, undervannsoperasjoner og brannslukking. Videre skulle roboter kunne tas i bruk som assistenter i hjemmene. Det viste seg å være mye vanskeligere å få til dette enn mange hadde håpet, og i første omgang ble roboter tatt i bruk i rutinemessige industrioperasjoner og som fjernstyrte manipulatorer i romfart, undervannsoperasjoner og forskningslaboratorier. Hovedproblemet med å få roboter til å virke innen mer eksotiske områder, slik vi kjenner det fra filmens verden, var at oppgaver som mennesker oppfatter som relativt enkle å utføre, viser seg å være vanskelig å utføre med en robot. Dette gjaldt spesielt evne til resonnering og bruk av intuisjon, og kombinasjon av dette med sanser som syn, hørsel og deteksjon av berøring. Grunnleggende utfordringer var selve beskrivelsen av en robots operasjon med beslutningsprosesser i samspill med omgivelsene, og hvordan dette skulle implementeres datateknisk i programvare. Dette viste seg å være så vidt komplisert at drømmen om en intelligent og menneskelignende robot kunne se urealistisk ut. På 90-tallet var det mange roboter i industrien. Spesielt gjaldt dette bilindustrien, hvor industriroboter ble brukt til punktsveising av karosserideler, montasje og sprøytelakkering. Bilindustrien ble det dominerende markedet for robotprodusentene, og robotsystemene ble etter hvert spesialtilpasset for bilindustrien, hvor en typisk fabrikk lager noen tusen biler om dagen. Robotene ble satt inn i automatisk produksjon hvor arbeidsoppgaver var standardiserte og hvor intelligens og sensorteknologi ikke ble brukt. Den industrielle tenkningen var at for svært store serier ville det lønne seg å benytte spesialbygde automater i produksjon. Slike automater må bygges om ved endring av produksjon, og derfor var de kun egnet for produkter som ble laget uten endring i store antall, slik som fiskekroker, binders og melkekartonger. I mellomstore seriestørrelser var det lønnsomt å bruke roboter som kunne omprogrammeres til nye arbeidsoppgaver uten fysisk ombygging, mens små seriestørrelser ble utført manuelt. I bilindustrien vil en produksjonslinje lage en type bilmodell i ett år før omstilling må gjøres til neste års modell. Dette betyr at robotene kan kjøre samme produksjonssekvens i ett år før de må omprogrammeres. Dette fungerte meget godt med den tilgjengelige teknologien hvor det kunne være flere dagers arbeid å omprogrammere en robot.

Samtidig ble roboter brukt i helsefarlige og utilgjengelige omgivelser ved hjelp av telemanipulering, hvor de var fjernstyrt av en operatør. Et tidlig eksempel på dette var reparasjoner og vedlikehold i partikkelakseleratoren i CERN, hvor det var radioaktivitet som gjorde det helseskadelig for mennesker å gå inn i akseleratoren. Andre kjente eksempler er romfergens telemanipulator som hentet inn satellitter til romfergen under styring av en astronaut som var om bord. I norsk sammenheng var første generasjon undervannsroboter viktig i oljeindustrien. Dette var relativt enkle, fjernstyrte manipulatorer som etter hvert ble utviklet til systemer som kunne erstatte dykkere. Dette var avgjørende for utbyggingen av dypvannsfeltene på norsk sokkel, og det reduserte også behovet for dykkere, som hadde en svært risikabel jobb i de første årene av norsk oljevirksomhet.

Hvor anvendes roboter i industrien?

I industriell sammenheng brukes begrepet robot om en industrirobot. Dette er en robot hvor den fysiske delen er en manipulator. Ytterst på manipulatoren har industriroboten enten en griper eller et verktøysystem. En manipulator vil normalt ha 6 armelementer som er koblet sammen i ledd, hvor bevegelsen til hvert ledd er styrt av en motor. En industrirobot kan programmeres og omprogrammeres til å utføre ulike funksjoner, som flytting og håndtering av deler, håndtering av verktøy og annet spesialisert utstyr for å utføre ulike oppgaver uten fysisk ombygging av manipulatoren. Den første industriroboten var den amerikanske Unimate, som var en hydraulisk industrirobot som kom på markedet i 1961. Norske Trallfa Robot var tidlig ute med sin første hydraulikkdrevne sprøytelakkeringsrobot, som ble ferdig i 1969. Deretter kom den amerikanske Cincinnati Milacron T3 i 1973 med hydraulisk drift. I samme år kom svenske ASEA og tyske KUKA med elektrisk drevne industriroboter, mens japanske Yaskawa Motoman kom med sin første industrirobot i 1977.

Industrirobotene har fortsatt store likheter med robotene som ble introdusert på 1970-tallet. Det mekaniske designet er blitt optimalisert slik at robotene har større løfteevne. Videre er styresystemene blitt stadig bedre, og det er utviklet datasystemer som gjør det mer effektivt å benytte roboter i produksjonssystemer. Likevel er utviklingen preget av at det største markedet er innen bilindustrien med dens relativt store seriestørrelser. Det er derfor fortsatt store utfordringer med å ta i bruk roboter i småserieproduksjon.

Punktsveising

Roboter ble tatt i bruk til punktsveising i bilindustrien allerede på 1960-tallet, og General Motors installerte 26 Unimate-roboter for punktsveising av karosserideler i 1969. I manuell utførelse er punktsveiseverktøyet relativt tungt for en operatør, mens det er lett å håndtere for en robot. Ved robotisert punktsveising utføres omkring 60 punktsveiser i minuttet. For en bil med 400 punktsveiser vil da en arbeidsstasjon med seks roboter kunne produsere 50 biler i timen.

Figur 1 Sammensveisning av to rør med en sveiserobot i robotlaboratoriet på Institutt for maskinteknikk og produksjon ved NTNU. De to rørene holdes av hver sin robot for fleksibel produksjon – uten behov for spesiallagede fiksturer (NTNU, Institutt for maskinteknikk og produksjon).

Buesveising
Buesveising er en av de viktigste anvendelsene for industriroboter. Buesveising utføres med elektrisk sveising hvor metallet smeltes med lysbue fra elektroden i sveiseverktøyet til metallet som skal sveises. Manuell sveising kan gi helseskader pga. skarpt lys, skadelige gasser, støy og belastningsskader ved håndtering av utstyret. Automatisering av buesveising gir derfor en klar HMS-gevinst.

Kostnadsmessig er den store gevinsten med robotisert sveising at det gir en mye høyere sveisehastighet enn manuell sveising.

Ved robotisert sveising må robotens bevegelser programmeres inn, og dette må synkroniseres med sveise- programmet som angir når sveising skal slås av og på, hvilken vinkel sveiseverktøyet skal ha, matehastighet av sveisetråd og størrelsen på sveisestrømmen. Denne type integrasjon mellom robot og sveisesystem er tilgjengelig i kommersielle sveisesystemer. En kritisk faktor for å sikre lønnsomhet er at programmeringen av robotiserte sveiseoperasjoner kan utføres effektivt.

Lasersveising

Lasersveising er en relativt ny teknologi. Dette er en autonom sveisemetode, som betyr at det ikke tilføres metall ved sveising. Delene må derfor posisjoneres nøyaktig inntil hverandre med liten klaring slik at de sveises sammen ved oppvarming fra laseren. For at dette skal lykkes, stilles det strenge krav til nøyaktigheten ved føring av laseren slik at laserstrålen treffer kontaktflaten mellom delene. Det er åpenbart ut fra en HMS-betraktning at lasersveising ikke kan utføres manuelt. Lyset er så sterkt at lasersveisingen må foregå i et spesialbygd rom hvor laseren slås av hvis det registreres at laserstrålen treffer veggen på rommet. Videre må denne type sveising utføres med robot for at nøyaktigheten skal være god nok. Det er mulig med stor sveisehastighet.

Skipsverft
Ved produksjon av skip på verft er roboter brukt i sveising av skrog. Dette arbeidet har en annen karakter enn robotisert produksjon i bilindustrien. Delene er mye større, og det lages bare ett eksemplar av hver del. Dette betyr at programmering av roboter vil ta betydelig tid i forhold til det arbeidet som roboten skal utføre. Samtidig er det svært omfattende sveisearbeid på et skrog, og dette gjør at det er viktig å kunne robotisere sveisingen for å kunne produsere lønnsomt i Norge.

Ved å produsere skipet i moduler er det mulig å utvikle produksjonslinjer for skipsmoduler som ligner mer på det man finner i annen industri. Det vil gjerne være lange sveisefuger på skroget, og dette gjør at stor sveisehastighet kan utnyttes. Det er derfor svært interessant å benytte hybridlasersveising, som gir høy sveisehastighet. Kleven Verft har er en pioner på dette i Norge.

Det er vanlig at skipets design utarbeides av en selvstendig skipsdesigner som leverer CAD-modeller som underlag for produksjon av skipet. For å kunne få til en effektiv programmering av robotsveisingen er det viktig å ha systemer som kan utnytte CAD-underlaget for å generere sveisebaner for robotene.

Offshoreinstallasjoner
Ved produksjon av offshore boreplattformer er det store konstruksjoner og omfattende sveisearbeid. I understellet til en plattform er det vanlig at bærende rør av ulike dimensjoner skal sveises sammen i knutepunkt. Dette gir sveisebaner med relativt komplisert geometri, og det er store mengder sveisemetall som skal påføres. Dette har mye til felles med skipsbygging, men sveisefugene er gjerne større, og det er spesielle kravspesifikasjoner for offshoreinstallasjoner som må oppfylles. I dette tilfelle er det ikke mulig å benytte noen produksjonslinje. I stedet må roboten flyttes til knutepunktet som skal sveises. Denne type robotinstallasjoner vil inkludere betydelig omfang av prosjektering. Samtidig er det omfattende sveisearbeid, slik at det vil kunne være lønnsomt å robotisere sveisearbeidet.

Bygningsindustrien
Byggebransjen er ennå i liten grad blitt automatisert. Det er nå kommet interessante eksempler på robotisering av byggeprosessen. Dette er spesielt aktuelt for store bygg, hvor digitale konstruksjonsdata er tilgjengelig i form av bygningsinformasjonsmodellering (BIM: building information modeling). Dette inkluderer geometridata, elektroinstallasjoner og VVS-anlegg. En norskprodusert robotløsning gjør automatisk boring av hull for oppsetting av lysarmaturer. Det er god grunn til å tro at dette kan videreutvikles til en automatisering av en rekke operasjoner i byggebransjen.

Støperi
I støperier med serieproduksjon kan roboter brukes til å flytte deler fra ett trinn til et annet i prosessen. Videre kan roboter brukes for å sette inn støpekjerner og montere støpeformer. Det kan være klare HMS-gevinster med dette. Det er flere oppgaver hvor det er høy varme og helsefarlige avgasser.

Næringsmiddelindustrien
Næringsmiddelindustrien er en bransje som har tatt i bruk roboter. I denne næringen er det mye produksjon med store serier basert på bruk av spesialbygde automater og roboter. Det er mange krevende oppgaver innen slakterier som gradvis blir automatisert. En standardapplikasjon er palletering, hvor spesialbygde roboter brukes til å stable pakker på en palle for transport.

Fresing og bearbeiding
Under produksjon er bearbeiding av metall vanlig. Dette omfatter fresing og dreiing, utført i CNC-maskiner, som er numerisk styrte verktøymaskiner. En robot vil være vesentlig billigere enn en CNC-maskin, og det er derfor interessant å bruke roboter til bearbeiding hvis det er mulig. Ved fresing vil det imidlertid oppstå vibrasjoner fra freseverktøyet, og hvis dette treffer en resonans i systemet, vil overflaten få en karakteristisk og uønsket bølgeform. Sandvik-Teeness AS i Trondheim er verdensledende på verktøyholdere med mekaniske dempere som reduserer slike resonanser for CNC-maskiner. En robot er ikke like stiv som en verktøymaskin, og dette gir problemer med resonanser ved fresing av harde metaller som stål. For mykere metaller, som aluminium, kan det være mulig å frese med roboter.

Sprøytelakkering

Norge har vært ledende i utvikling av roboter for sprøytelakkering. Dette startet på Bryne i trillebårfabrikken Trallfa, hvor trillebårene ble sprøytelakkert manuelt. Et stort problem med denne produksjonen var at arbeiderne kunne få skader av løsemidlene i lakken. Allerede i 1966 tok Trallfa i bruk en egenutviklet robot til å lakkere trillebårene. Utviklingen av denne roboten var et eksempel på stor ingeniørkunst. Utviklingen var basert på en sterk industrikultur på Jæren, hvor det var solid kompetanse på mekanisk konstruksjon og oljehydraulikk i bedrifter som gravemaskinprodusenten Brøyt og Kverneland, som lager ploger og landbruksmaskiner. Roboten var en lett robotmekanisme styrt av hydrauliske sylindre og motorer med servoventiler. Servoventilene kunne frikobles slik at roboten lett kunne ledes gjennom en bane. Roboten ble utstyrt med en sprøytelakkeringspistol, og robotens bevegelser ble programmert inn ved at en erfaren lakkeringsarbeider førte roboten gjennom en komplett lakkering av en trillebår. Denne banen ble registrert av sensorer i hvert av leddene og spilt inn på en båndopptager. Båndopptageren ble spolt tilbake til start og programmet ble avspilt slik at roboten fulgte den programmerte banen ved tilbakekobling. Dette fungerte meget godt, og roboten lakkerte med hastigheter opp til 1 m/s, og kvaliteten på lakkeringen var like god som ved manuell utførelse. Trallfa-roboten var dermed et faktum.

Figur 2 Sprøytelakkeringsrobot som ble lansert i 1973 av TRALLFA Robot. Denne roboten hadde hydraulisk drift og et meget elegant design. Roboten hadde en stor markedsandel innen sprøytelakkering for bilindustrien (TRALLFA Nils Underhaug A/S / DOGA).

Den spesielle konstruksjonen med hydrauliske motorer var viktig for å kunne komme inn på markedet innen sprøytelakkering, siden det var krav til eksplosjonssikkerhet i lakkeringsceller med brennbare løsemidler. Siden hydrauliske motorer gjerne er bare en tidel av vekten til en tilsvarende elektrisk motor, kunne roboten ha en lett konstruksjon. Det førte til at den var lett å lede under programmering av baner. Bruken av hydraulikk var derfor svært viktig de første årene.

Trallfa utviklet robotteknologien sin videre og fikk implementert mikroprosessorstyring tidlig på 1980-tallet. På markedssiden ble bilindustrien stadig viktigere, og Trallfa lyktes i den grad at de ble verdensledende på sprøytelakkering for bilindustrien.

AGV-er
En AGV (Automatically Guided Vehicle) er et automatisk styrt kjøretøy, gjerne betegnet som en mobil robot. AGV-er brukes i produksjonsbedrifter for å sikre automatisk materialflyt gjennom produksjonssystemet. AGV-er bruker gjerne elektroniske systemer for å finne frem. Dette kan være en signalkabel som legges ned i gulvet, eller det kan være radiofyr som settes opp omkring rutene den skal kjøre. Det er også brukt linjer som males på gulvet med kontrastfarger. AGV-er brukes vanligvis i strukturerte omgivelser som er godt kartlagt. Dette kan være en produksjonshall, et lager eller et kontorbygg. Ulike kjøreruter kan derfor planlegges på forhånd og utføres automatisk. Systemet må likevel ha sensorer som kan oppdage uventede hindringer som mennesker og gjenstander som står i veien. Slike sensorer kan være kontaktsensorer eller avstandssensorer som ligner på parkeringssensorer som brukes i biler.

Plenklippere og støvsugere
Roboter for plenklipping benytter avstandssensorer og kamera for å registrere hvor den er på plenen som skal klippes. Dette bruker den til å lage et kart av plenen. Dermed kan det genereres en plan for hvordan klippingen skal foregå. Dette er et eksempel på SLAM (Simultaneous localization and mapping). Systemet bruker elektronisk merking av området som roboten registrerer og lærer. På samme måte er det mobile roboter som støvsuger innendørs, på egen hånd, ved å lære rommets geometri.

Undervannsroboter
Undervannsrobotteknikk har vært svært viktig i offshoreindustrien, og dette har gjort det mulig å bygge ut og drive offshoreinstallasjoner uten dykkere. Dagens systemer er basert på bruk av en ROV (Remotely Operated Vehicle), som er en fjernstyrt undervannsfarkost. En ROV er knyttet til et skip med en kabel som overfører energi og styresignaler til ROV-en, og som overfører signaler fra ROV-ens sensorer og kamera tilbake til skipet. På skipet er det to operatører som styrer ROV-en og ROV-ens robotarm. Det foregår omfattende forskning for å utvikle neste generasjons systemer, som forventes å kunne operere autonomt. Undervannsroboter brukes også til kartlegging av havbunnen, og til undervannsarkeologi. Et berømt eksempel er undervannsroboten Argo, som ble brukt til å finne Titanic i 1985 på 3800 meters dybde.

Roboter i næringsmiddelindustrien
Produksjon i næringsmiddelindustrien er ikke satt til lavkostland i samme grad som annen produksjon. Dette skyldes at det er behov for nærhet til råstoff og marked siden produktene kan ha begrenset holdbarhet. Videre er det tollbarrierer og importrestriksjoner på mange næringsmidler. Innen meierier, bryggerier og produksjon av ferdigmat, foregår noe av produksjonen i store serier, og det benyttes derfor automatiserte produksjonslinjer med spesialbygde maskiner. Andre deler av produksjonen, som håndtering, pakking og palletering, egner seg godt for roboter, og dette er en betydelig anvendelse av roboter i Norge. I slakteriene er det krevende operasjoner i forbindelse med håndtering og oppdeling av slakt som i økende grad blir utført av roboter.

I havbruk brukes undervannsroboter til å inspisere og vedlikeholde fiskemerdene. I tillegg brukes roboter til flere operasjoner i forbindelse med slakting og prosessering av fisk. Laksen kommer inn i slakteriet på samlebånd og blir automatisk bedøvet med elektrisk støt. Deretter blir laksen bløgget av en robot som bruker robotsyn for å lokalisere gjellelokket. Roboter brukes til håndtering og pakking i den videre prosesseringen. En standardapplikasjon for roboter er palletering, hvor spesialbygde roboter brukes til å stable pakker med ferdigprodusert fisk på paller for transport. En ny applikasjon er roboter for automatisk vasking av produksjonslinjer i lakseslakterier.

Design og produksjon integreres

Moderne design av produkter gjøres ved bruk av CAD (Computer-Aided Design). Slike systemer er veletablerte for innlegging av geometridata som angir de fysiske dimensjonene til produktet. I tillegg kan det legges inn en rekke parametere i CAD-modellen. Dette inkluderer produksjonsdata som sveiseparametere. En CAD-modell kan så importeres til et grafisk datasystem for simulering av produksjonsprosessen. I det grafiske datasystemet er det mulig å programmere roboter som skal brukes i produksjonen og studere produksjonsforløpet i tredimensjonal grafikk før produksjonen startes opp. Deretter kan robotprogrammet eksporteres til robotens kontrollsystem for automatisk utførelse. Denne type løsning er spesielt interessant for produksjon i små serier hvor produktene har samme form og geometri, men hvor størrelsen varierer.

Figur 3 Eksempel på offl programmering av en sveiseoperasjon i et tredimensjonalt grafikksystem er vist i venstre del av figuren Denne type offline programmeringssystemer kan brukes til å bygge opp en robotcelle i en simulator, og robotens arbeidsoppgaver kan programmeres uten at produksjonen må stoppes opp. Når dette er utført, kan programmet lastes ned til robotsystemet som utfører programmet og sveiser delene. Dette er vist i høyre del av figuren (NTNU, Institutt for maskinteknikk og produksjon).

Europa satser på produksjonsteknologi

En tilsvarende trend som i Norge sees også i utlysninger innen Horizon 2020, hvor det poengteres at produksjonsteknologi er viktig muliggjørende teknologi for industriutvikling i Europa. Strategien er at europeiske produksjonsbedrifter skal ha en langsiktig overgang fra et kostnadsfokus til konkurranse basert på produkter med stor merverdi – og som produseres med svært effektive prosesser. Europeisk FoU skal bidra til dette ved å forbedre dagens robotteknologi slik at robotisert produksjon skal være lønnsom å ta i bruk for kompliserte oppgaver, små serier og krav til omstilling av produksjon.

Tyskland utmerker seg med sin strategi Industrie 4.0, hvor tett integrasjon av datateknikk, produksjonsteknologi og produktdesign er et sentralt element. Denne strategien er utviklet i samarbeid mellom universiteter, forskningsinstitutter, industribedrifter og myndigheter hvor det er etablert en sterk konsensus. Den nye strategien er i stor grad en videreutvikling av konseptet Computer-Integrated Manufacturing (CIM), som er datastyrt integrasjon av produktdesign og produksjon. Det nye i Industrie 4.0 er en betydelig forbedring av de datatekniske aspektene ved produktdesign og produksjon, og en tilpasning av teknologien for produksjon i små serier med stadig omstilling av produksjon. Det nye konseptet inkluderer utstrakt bruk av sensorer gjennom produksjonsprosessen for logging av produksjonsdata, korreksjon under produksjon og oppdatering av produktets status. Videre vil et produkt kunne ha lokal datakraft når den går gjennom produksjonen. Et sentralt teknologisk element som inngår, er kybernetiske systemer (cyber-physical systems), som er fysiske systemer med innebygd datakraft, sensorer og Internett-tilkobling i tingenes Internett (Internet of Things). Kybernetiske systemer omfatter i dette konseptet produkter under bearbeiding, roboter, verktøymaskiner, samlebånd og mobile roboter som kobles sammen og koordineres i et nettverk. Et annet sentralt konsept er den digitale fabrikk.

Dette er en simulert fabrikk som kan benyttes for å teste ut en ny fabrikk gjennom simuleringer før den bygges. Den digitale fabrikk kan også brukes for å prøve ut produksjonsplanlegging i simulering før den implementeres, og for simulering av robotisert utførelse av en arbeidsoppgave. Videre kan den kjøres som en digital tvilling i parallell med den virkelige fabrikken. I dette oppsettet vil den digitale fabrikken kopiere virksomheten i den virkelige fabrikken i sann tid, slik at virksomhet og utførelse kan studeres i 3D-grafikk i den digitale modellen. Geometrien til eksisterende fabrikker kan skannes og legges inn i den digitale representasjonen sammen med modeller for roboter, samlebånd, verktøymaskiner og sensorer.

Teknologi for produktutvikling og produksjon er i stor grad tilpasset produksjon i store serier, som er typisk for bilindustrien, og det kan forventes at dette vil være tilfelle også for teknologien som vil bli utviklet under Industrie 4.0. Norsk industri har i tillegg et spesielt behov for å robotisere produksjon i små serier med kundetilpassede produkter som er viktig for leverandører til oljevirksomhet, maritim industri, havbruk og fornybar energi. Det er derfor avgjørende for norsk industri at teknologien tilpasses produksjon i små serier for disse industrisegmentene. Spesielt er det viktig at omstilling av robotisert produksjon mellom ulike varianter i en produktfamilie kan automatiseres ved bruk av parametrisert design hvor produksjonsdata som sveiseparametere inngår. Dette gjelder også i skipsbygging, hvor betydelige kostnadsreduksjoner kan oppnås ved å legge sveiseparametere inn i designet slik at skrogmoduler kan sveises automatisk med roboter med datasyn.

Hva med produksjon i Norge?

Norsk industri har de siste 20 årene vært preget av en strategi hvor produksjon settes ut til lavkostland. Dette har nok vært en riktig strategi for masseproduksjon av enkle produkter.

For avanserte produkter hvor norske bedrifter har en unik kompetanse, er situasjonen en annen. En utsetting av produksjon til et lavkostland vil alltid føre med seg en viss kompetanseoverføring til den produserende bedriften. I noen tilfeller kan det bli kvalitetsproblemer i produksjonen som gjør at den norske bedriften må sende sine fremste eksperter for å hjelpe til. Dette kan føre til en videre kompetanseoverføring, som til og med kan omfatte implisitt kompetanse. Dette kan på lengre sikt føre til en oppbygging av konkurrenter i utlandet.

I mange tilfeller erfarer norske bedrifter at kostnadsbesparelser ved utsetting av produksjon ikke blir realisert i den grad de hadde antatt. Dette er ikke en bærekraftig utvikling av norsk industri. Et annet poeng er at det er viktig at produktutvikling og produksjon utføres i tett kontakt. Dette er spesielt viktig for norsk industri, som i stor grad har kundetilpassede produkter og produksjon i små serier. Det er nå enighet om at det er viktig at norske bedrifter må kunne produsere i Norge, og at automatisk robotisert produksjon vil være et viktig hjelpemiddel for å oppnå dette.

Det har vært fokus på ulike industriklynger i Norge. En viktig klynge som har fått mye oppmerksomhet, finnes på Raufoss, hvor det produseres aluminiumsdeler til bilindustrien. Dette er serieproduksjon for bilindustrien med produksjon av flere tusen deler om dagen. Dette er en industri med strenge krav til effektivitet og kostnadsbesparelser, og kompetanse fra dette miljøet vil være viktig for å få fokus på effektivitet i andre industrisektorer. Samtidig er det en industri som kan nyte godt av kommersielt tilgjengelig teknologi innen produksjonsautomatisering og robotteknikk, i og med at dagens robotteknikk i stor grad er spesialutviklet for bilindustrien. Klyngen på Kongsberg produserer avanserte produkter for flyindustri, våpenteknologi, maritim industri og undervannsteknologi. Dette er produksjon i små serier, med strenge krav til toleranser og dokumentasjon, og nødvendig produksjonsteknologi må i stor grad spesialtilpasses.

Den maritime klyngen på Sunnmøre produserer skip og skipsutstyr. Dette er kundetilpasset produksjon i meget små serier, hvor det er utviklet en unik industriell tradisjon og kompetanse. Kleven verft er et godt kjent eksempel innen denne klyngen. Kleven har besluttet å hente hjem produksjonen av kritiske skipsmoduler til verftet i Ulsteinvik. For å få til dette er robotisert sveising en kritisk teknologi, og spesielt robotisert lasersveising. En annen bedrift på Sunnmøre er Ekornes, som har en utviklet en meget effektiv produksjon av møbler basert på omfattende bruk av roboter. Også her er det spesielle problemstillinger omkring sying av møbler og bruk av robotsyn som krever egen teknologiutvikling. Norsk produksjon av oljeplattformer har møtt sterk konkurranse fra asiatiske verft. Samtidig er det mange eksempler på kvalitetsproblemer og forsinkelser ved utenlandske verft, mens norske verft har vært gode på sine leveranser. Som for maritim produksjon er det i dag høye kostnader forbundet med manuell sveising, og store kostnadsbesparelser er mulig ved utvikling av effektiv, robotisert sveising, og da spesielt lasersveising. I og med at dette er en type produksjon som ikke finnes i bilindustrien, er ikke denne teknologien tilstrekkelig utviklet av robotindustrien, og det vil være nødvendig med et nasjonalt initiativ for å utvikle den nødvendige teknologien.

Har norsk industri god nok kompetanse?

Robotisert produksjon i norsk industri håndteres i stor grad av fagarbeidere med god kompetanse. Dette fungerer i mange tilfeller godt så lenge det er mulig å bruke standardløsninger basert på kommersielt tilgjengelig teknologi. Ved innføring av Industri 4.0 vil det kreves datakunnskaper på et nivå som ikke vil kunne ivaretas av fagarbeidere.

Norsk utdanning på bachelor- og masternivå er preget av den dominerende strategien de to siste tiår, som gikk ut på at produksjon skulle settes ut til lavkostland. Dette har ført til at det en periode har vært redusert undervisning og forskning innen produksjonsteknologi, som igjen har ført til en stor mangel på produksjonsteknisk kompetanse på bachelor- og masternivå. Dette gjelder spesielt robotisert produksjon og datateknisk kompetanse innen produksjonssystemer, som begge er kritiske faktorer ved implementering av Industri 4.0. Dette reflekteres i en spørreundersøkelse rettet mot industrien, hvor mange bedrifter svarer at de ønsker å innføre robotisert produksjon, men at de ikke har kompetanse til å gjøre det. Denne trenden er nå snudd, og det utdannes stadig flere på bachelor- og masternivå innen robotisert produksjon, men det er fortsatt stort behov for videre kompetanseutvikling.

Etter- og videreutdanning på bachelor- og masternivå innen robotisert produksjon gir mulighet for å bedre dagens situasjon.

Det er behov for satsing på produksjonsteknologi i Norge

Mye av den gjenværende produksjonen i Norge er kapitalintensiv, spesialisert og omfatter kundetilpassede produkter i små volum. Dette fører gjerne til at kommersielt tilgjengelig produksjonsteknologi ikke er tilstrekkelig for å implementere en ny industriell produksjonslinje. På grunn av usikkerhet rundt kostnader og utviklingstid, vil det for en bedrift være betydelig risiko forbundet med ny produksjonsteknologi. Det er derfor viktig at det norske forskningsmiljøet etablerer en teknologisk infrastruktur som gjør det mulig å redusere denne risikoen til et akseptabelt nivå. En slik infrastruktur må omfatte både grunnleggende teknologiutvikling og samtidig detaljert kunnskap om implementering og industrialisering av forskningsresultater. Norsk industri vil da kunne utvikle avansert produksjonsteknologi med forutsigbare kostnader og tidsforbruk.

Norge har spesielle konkurransefortrinn innen offshore og subsea virksomhet. Vi har utviklet en betydelig leverandørindustri med god lønnsomhet innenfor disse sektorene. Videre har vi nasjonale fortrinn innen marin og maritim virksomhet. Disse industriene er karakterisert av avanserte produkter med høy verdiskaping, og de er videre karakterisert av et behov for fleksibel automatisert produksjon tilpasset små serier, kundetilpasset produksjon og hurtig rekonfigurering. Norske bedrifter kan videreutvikle sin ledende posisjon innen denne sektoren, og opprettholde en vesentlig del av produksjonen i Norge, ved utvikling av spesialisert produksjonsteknologi for denne type industri.