KANSEN EN KENTERINGEN IN DE SCHEEPSBOUW
s.
Hengst juni,1998Bibliotheek
TUDelft
1111111111111111111111111111111111 C Oiill1lli52414
549
6
Delft Maritiem 8
SERIE DELFT MARITIEM
1. TotaI QuaIity Management. Theorie of praktijk? 2. De toekomst van het vervoer over water. 3. Binnenvaart in beeld.
4. Scheepsbouw en technologie in Nederland.
5. 'Tekenen met bits en bytes.' Waar gaat het in de scheepsbouw naar toe? 6. De leerstoel scheepsbouw in perspectief Jaarverslag 1996.
7. De concurrentiepositie van de maritieme sector. 8. Kansen en kenteringen in de scheepsbouw.
~ -
---KANSEN EN KENTERINGEN IN DE
SCHEEPSBOUW
EEN SCHETS VAN DE ONTWIKKELINGEN
IN DE SCHEEPSBOUW EN DE INVLOED DAARVAN
OP HET ONDERZOEK EN ONDERWIJS BIJ DE
TU DELFT
Author: Prof ir. S. Hengst
Uitgegeven door: Delft University Press Mekelweg4 2628 CD Delft tel. +31.15.2783254 fax +31.15.2781661 e-mail: dup@dup.tudelft.nl In opdracht van:
Technische Universiteit Delft
Faculteit Ontwerp, Constructie en Productie Afdeling Maritieme Techniek
Sectie Scheepsbouw
Delft University of Technology
Faculty Design, Construction and Production Department of Marine Technology
Section Shipbuilding Mekelweg2 2628 CD Delft tel. +31.15.2783882 fax +31.15.2784264
e-mail: S.Hengst@wbmt.tudelft.nl
ISBN: 90-407-1772-9
Trefwoorden: scheepvaart, scheepsbouw, transport Copyright © S. Hengst, 1998
All rights reserved.
No part of the material protected by this copyright notice may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, inciuding photocopying, recording, or by any information storage and retrieval system, without written permission from the publisher: Delft University Press.
Printed in The Netherlands
INHOUD
Voorwoord 2 Summary . . .... ... ... ... ... ... 3 2.1 Introduction . . . 3 2.1.1 Research . . . 3 2.1.2 Education .. .... ... .... . . . 42.2 Research in Ship Production and Inland Waterway Transportation .. .. ... .... 4
2.3 Financial performance ofthe section shipbuilding ... ... 7
2.4 Past performance . . . 7
2.5 Education .... ... .. . ... ... 8
2.5.1 Naval architects graduated in 'Ship Production' ... ... 8
2.5.2 Programme ... . . .. 8
2.5.3 Revision and Renewal ofprograrnme ... ... 8
2.5.4 Description of courses (first three years) ... .. 9
2.6 PhD students ... ... .... ... ... .... ... ... 12
3 Een visie op het onderzoek ... . . . .. 15
4 3.1 Overwegingen . . . .. 15
3.2 Het thema 'scheepsbouw' ... ... ... 17
3.2.1 De bijdrage van de scheepsbouw aan de Nederlandse economie . . . .. 17
3.2.2 De positie van de Nederlandse scheepsbouw in de markt ... .... 18
3.2.3 De opkomst van nieuwe technologieën ... ... ... ... 19
3.2.4 Het onderzoek in Nederland . . . . . . .. 19
3.2.5 Een integrale aanpak ... ... ... .. 20
3.2.6 De definitiestudie . . . . . .. 22
3.2.7 Overwegingen en spin-off .... ... ... ... ... ... 22
3.2.8 Beoordeling van de resultaten van het onderzoek ... .... ... ... 26
3.2.9 Derde geldstroom projecten in 1997 ... .. ... ... ... .. 27
3.3 Het thema 'binnenvaart' . . . . . . 29
3.3.1 Inleiding ... . . . . ... ... . 29
3.3.2 Achtergrond .. . . . . . . .. 30
3.3.3 De positie van de binnenvaart ... ... 30
3.3.4 De aanpak van het onderzoek . . . 30
3.3.5 De resultaten van het onderzoek ... 31
3.3.6 Projecten in 1997 . . . .. . ... ... ... ... 32
3.4 De financiering van het onderzoek.. ... . .. .... ... ... 33 Het onderwijs .. .
4.1 Vernieuwingen in het onderwijs. . . . ... .
35 35
4.2 Project-college Werfinrichting en werfbedrijf(mt711) ... ... . 36
4.3 Project-college 'Financiering van schepen' ... .... ... ... 45
4.3.1 Introductie ... .... ... ... ... 45
4.3.2 Colleges .... ... ... ... 46
5 Afgestudeerde ingenieurs scheepsbouw . . . 49
6 Overige activiteiten .... ... ... ... 51
6.1 Maatschappelijke dienstverlening ... .... ... 51
6.2 Contacten met het buitenland. . . . 51
6.3 Publikaties, presentaties en lezingen. . . 51
Annex 1 De stafvan de sectie scheepsbouw in 1997 ... 53
Annex 2 Financieel overzicht van de sectie scheepsbouw (budget 1998) ... 55
Annex 3 Overzicht van rapporten en publikaties in 1997 ... ... 57
Annex 4 Colleges basisstudie (eerste drie jaar) ... .... 63
Annex 5 Herziene opzet facultatieve vakken . . . 65
Annex 6 Afstudeerders sinds 1983 ... .... ... ... 73
1
Voorwoord
De scheepsbouw verandert. Van een opleiding Maritieme Techniek en in het bijzonder van de leerstoel Scheepsbouw mag worden verwacht dat er op veranderingen wordt geanticipeerd en er een visie is op de toekomst van deze industrie. Dit is een aanzet daartoe. Het doel van dit boek is om aan te geven waarom bepaalde keuzes in onderwijs en onderzoek worden gemaakt, wat het onderzoek inhoudt, welke projecten worden uitgevoerd en wat de resultaten daarvan zijn. De perceptie die bij de leerstoel Scheepsbouw van het vak bestaat moet duidelijk zijn. Het onderwijsprogramma van de leerstoel is op een aantal plaatsen vernieuwd, zowel in de basis van de studie, als in het afstudeerprogramma. Met name voor de eerstejaars studenten dient de opleiding motiverend en herkenbaar te zijn. De 'rate of success' en de 'kwaliteit' (een begrip dat in het onderwijs te pas en te onpas wordt misbruikt) worden vooral door de motivatie bepaald. Een reden voor een zware maritieme component in het eerste jaar. Een deel van het programma wordt in de vorm van projecten verzorgd, waarbij de studenten zelfstandig moeten werken en met het bedrijfsleven contact moeten zoeken. Tevens worden studenten als student-assistent ingeschakeld bij onderdelen van de onderzoeksprojecten.
Het onderzoek behoort op nieuwe ontwikkelingen in de technologie voor te lopen. Om de lezer een oordeel te kunnen laten vellen of dit inderdaad het geval is, worden de thema's van het onderzoek beschreven met samenvattingen van de projecten.
Er is een visie op het onderzoek voor de komende jaren opgesteld, waarin de waargenomen ontwikkelingen in het buitenland mede zijn verwerkt. Aangegeven is hoe de lopende projecten daarin passen.
Omdat de TU Delft internationaliseert en met ingang van september 1998 een tweejarig programma voor buitenlandse studenten met een 'bachelors degree' start, zijn eveneens samenvattingen van de colleges in de Engelse taal opgenomen en is het boek voorzien van een 'summary'.
Een woord van dank voor deze uitgave is op zijn plaats voor het commentaar en de bijdragen van het Nederlands Instituut voor Maritiem Onderzoek (NIM), in het bijzonder drs. F.M. Roschar, dr.ir. U. Nienhuis MBA en ir. E.W.H. Keizer. Tevens mogen de bijdragen van ir. C. Dirkse en ir. R.J.J.F. Takken en student-assistent PJ.F. Klooster niet onvermeld blijven. Dit boekje heeft eveneens tot doel de lezer uit te dagen tot een reactie. Commentaar en suggesties voor verbeteringen of aanvullingen zijn welkom.
Ik wens U veel leesplezier. Prof ir. S. Hengst Delft, juni 1998
2
Summary
The section 'Shipbuilding' is responsible for education and R&D in two areas i.e. 'Ship Production' and 'Inland Waterway Transportation'.
The educational programme, the courses and the background of the R&D programme for the industry and ofPhD students are briefly described.
The subjects ofthe thesis ofMsc students, mostly in relation with R&D projects, are listed. The aim of this summary is to provide insight in the goals, methods of working and achievements of the section 'Shipbuilding' of the department of Marine Technology of the Delft University ofTechnology.
2.1 Introduction
Based on past experience, the achievements over the last years and the trends in the development in shipyard technology and the developments in communication- and information technology, a policy for the coming years is formulated and regularly updated.
The focus for R&D has been, and will remain, on R&D relevant for the Dutch Shipbuilding Industry and the 'output' of naval architects specialized in ship-production / operations management.
2.1.1 Research
This policy is based on the specific conditions and characteristics of the Dutch shipbuilding industry. Size and types of ships are the main reasons that new technologies applied in the so-called 'large size' shipbuilding cannot be applied to the medium and small size shipyards in the Netherlands without careful study, analysis and evaluation. The approach for R&D on new technologies is the result of economical constraints and the different production systems as weil as the experience that a measurable step by step development is needed.
The international performance, is the result ofthe R&D for the 'home market', which has to perform in an international competitive market.
The participation in international (European) R&D programmes is lirnited to subjects of general interest. In general, the European R&D prograrnmes are controlled by the larger shipyards. A careful selection of the topics for R&D is required to make an effective use of the capacity in manpower.
The economical cycIes do have an impact on the volume of R&D work initiated by the industry. The support provided by the govemment for R&D - through the Netherlands' Institute for Maritime research (NIM) - has a stabilizing effect and makes it possible to combine the R&D for the industry with R&D for the longer term.
On the other hand, the policy trom the government towards project oriented financing is pushing the focus ofR&D towards the industrial needs. Because financing is possible through contract research for the industry, this type of R&D is getting priority. The turn-over is gradually increasing.
The trend seems to be towards 'laboratories at the shipyards'.
The reasons are understandable. The R&D is carried out under the 'real' circumstances and conditions at the production sites, which is neccesary to obtain reliable results. Precautions must be taken to avoid disturbanees during production. Clear targets wiIl stimulate the interest of the industry in R&D increases and the wiIlingness to cooperate and to increase the size and duration of the projects. The industry is faced with the fact that emerging technologies e.g. cad-cam and robot applications do require naval architects with another background.
Examples of projects are:
t/ Improving methods and technologies in ship-repair. R&D in cooperation with eight shipyards, carried out in nine projects. The lead time of each project varies trom six months to two years. Two new R&D projects have been initiated.
t/ Accuracy and dimensional control. Two shipyards and two suppliers are participating. The lead time ofthe project is two years. The first project will be fina1ized in 1998 and continued. t/ Robotization of welding. Participating are shipyards and suppliers. The lead time of the projects is two to three years. New projects are being prepared in cooperation with TNO. For reasons of capacity and complementary know-how the 'supply side' for R&D is cooperating in all projects. PROGRESS (pRoject Oriented Research for Shipbuilding and Shipping) combines the R&D institutes active in shipproduction.
2.1.2 Education
Allthough the maritime market is extremely sensible for econornical 'ups and downs', neither the intake of students nor the demand for naval architects seems to be etfected by the economical cycles. The appeal of the maritime studies in the Netherlands studies seems not to be influenced by the econornica1 developments and (external) market conditions.
The basic prograrnme (fust three years) and the MSc-prograrnme for naval architects specializing in ship-production do have an international orientation. Since a major part of the naval architects wiJl have to work in an international environment, the specific aspects of ship-production are treated in this context.
The evaluations given by the shipbuilding industry, indicate that the quality ofthe education of the naval architect is good.The value of the 'MSc-product' is weil known and appreciated in the market, both on national and international level.
2.2 Research in Ship Production and Inland Waterway Transportation
Shipbuilding is defined as: Gaining knowledge and developing methods and technologies to 'efficiently obtain and execute contracts for the building of ships' .
Aims
o IdentifY, and improve the knowledge about factors influencing the shipbuilding process, i.e
. the relation between the product and the production process.@ Develop, analyze, evaluate and validate (economical potential) production systems or methods to build ships.
e Obtain insight in the constraints for the industrialization ofthe production proces.
o
Develop 'quality' to a practice which can be related to the day to day operational performance of shipyards and shipowners, based on parameters which are applicable on the shop floor.This requires methods to:
t/ analyze and evaluate constraints,
t/ find, compare and validate solutions,
t/ evaluate concepts for production facilities, including marketing & sales and product-development,
t/ measure the impact oftechnology,
for the small and medium-size shipyards in the Netherlands. Approach
A long term R&D prograrnme in cooperation with shipyards, suppliers and other R&D institutes in the Netherlands, taking into consideration that the shipyards are different in size, trom small to medium size, and operating in different markets. Expertise is drawn trom all available sources (shipyards, university, consultants and R & D institutes).
Projects do cover all the stages of production, trom product-development (effects on production) up till and including final assembly.
In cooperation with the industry and R&D institutes proposals are prepared, organized, controlled and evaluated. Most projects are limited in size and time (approx. 12 month). Four main lines define the projects:
o
Management and organization of the production process, with the aim to develop methods to improve the manufacturing process through analysis of the different stages of the process (engineering), plate and profile handling (assembly) and modelling the interrelation.@ The relation between the design of the (steel)construction, and the production process, considering the available production technology, and facilities.
e
Analyzing, evaluating and validating new technologies in ship production, i.e. automation, mechanization and robotization.o
Inland waterway transportation and the capabilities of the shipyards specialized in inland waterway ships; product development is a function ofboth market and production facilities. Within each topic projects and sub-projects are formulated. Some projects do have a theoretical background and focus on the research for general methods on production- and operations management. The aim is to enable the industry to measure productivity, evaluate new production technologies or organizational tools.Ii1
Achievements
The contract-research for the industry and the government has an annual turnover close to one million guilders. From 1992 till 1998 some 18 projects have been completed. Until the year 2000 six projects are en route, six are in a preparatory stage.
The projects are sponsored by shipyards, related industries and the government within the so-called SMO-programme (a specific maritime R&D programme, for the maritime sector, proposals are ranked by an independent committee to stay within the available budget). The focus is on the evaluation and impact of information technology for e.g. robotization and dimensional control (projects with different yards). Some 50 reports have been delivered to the industry since 1992.
For international symposia (a.o. the shipproduction symposia in the USA, Duisburg in Germany, IMDC etc.) an average of one paper and one publication are produced annually. In the Netherlands regular presentations are made on meetings of the Koninklijke NVTS (four sections) and published.
Since 1992 nine books have been published in Dutch and two in English. Approximately one seminar is organized annually.
A method usefull for small and medium size yards to apply Electronic Data Processing, combining estimating and planning, has been developed.
Novel structural designs which can be built against minimal costs have been developed in cooperation with some shipyards for inland waterway vessels.
Prospective
A long term R&D prograrnme for the shipbuilding industry which comprises: ti' on the short term, re-evaluation of present shipyard production methods.
ti' on the medium term, the development of(new) parameters to prepare (revised) cost-benefit analyses for the validation of new technologies (robots) for small and medium size yards, taking consideration of the different shipyards in size, specialization and production systems. ti' on the long term the development of methods to define prospective technologies for competitve production systems.
For inland waterway transportation:
ti' innovative shiptypes for inland waterways, based on reliable cost-benefit analyses. Impacts
The development and transfer of knowledge about the shipbuilding proces, keeping the shipyards involved in the development of new technologies which have a potential to improve competitiveness.
Light weight, low cost, environment al fiiendly ships for inland waterway transportation. Remark
The problems related to the product development, production and facilities of shipyards for inland waterway vessels are much different trom sea-going vessels. This is illustrated by e.g. the impact of the development of intermodal transportation which is changing the traditional
6
lay-out of the containerships on inland waterways and the ships for the transport of gas and
chemicals which are demanding different safety requirements due to the extemal risks etc. The
overall dimensions are for a great extent controlled by the physical conditions of the waterways (Jocks, bridges, waterdepths etc.).
The approx. 50 shipyards working in the market for inland waterway shipping are usually small size yards. Since the Netherlands have a large share in the inland waterway shipping (some 7000 of a total of 12000 ships in northwest Europe are sailing under Dutch flag, some 6000 are privately owned) and the average age ofthe vessels is over 30 ears, there is a close relationship between builders and owners.
This results in a very competitive market with smal! margins for all parties concerned. Overhead is small, design and engineering are based on skill, operational knowledge and experience on the behaviour of ships on rivers and canals. Contrary to what might be expected, many ships are equipped with advanced, today's technology. R&D efforts must have short term measurable effects.
2.3 Financial performance of the section shipbuilding
The financial performance is based on the output (production) of the section. The model is used for all departments in the faculty and is based on different performance indicators for education and research.
Project financing is obtained trom different sources:
ti' E.U. (BRITE- EURAM, CRAFT),
ti' a R&D prograrnme for the maritime industries, the so called SMO prograrnme, ti' prograrnmes for specific R&D topics, such as sustainable development, ti' direct contracts with the industry.
A review is given in annex 2 (in Dutch).
2.4 Past performance
The combination of technology (construction and manufacturing), economical analysis and
shipyard organization forms the basic elements for R&D and education since 1887 of the chair 'shipbuilding' in the department ofnaval architecture.
During a century shipyard technology and organization went through fundamental changes effecting both education and R&D due to the introduction of new technologies and the resulting alterations in equipment, lay-out, working methods and organization of shipyards. From wood to steel and GRP, trom riveting to welding in steel construction. Lofting changes to numerically controlled cutting and bending of plates and profiles. Modularization and pre-outfitting are introduced, effecting the appearance of the yards.
Shipyard technology and -organization, production preparation and engineering, pre-fabrication and assembly are leading to continuous changes in shipyard lay-out.
The introduction of new materiais, automation, robotization, information- and communication
technology will again change the shipyard in the coming decades.
The chair 'shipbuilding' has continuously been involved in these developments. At present shipyards are involved in R&D projects on dimensional control, robotization, the development of information systems for production technology, organizational studies etc, both in new-building and shiprepair. Through the participation in the R&D projects the msc students are
directly involved in the industrial developments, to the benefit of the industry and the education. This is based on a long standing cooperation.
2.5 Education
2.5.1 Naval architects graduated in 'Ship Production'
Since 1945 some 210 naval architects graduated in 'shipbuilding'. The most ofthem (approx. 60%) are employed by shipyards.
Based on the present developments this number is expected to increase in the coming years. The importance of improving the production methods in the shipbuilding industry, getting better insight in the opportunities to increase productivity in both new construction and ship repair is acknowledged by the industry. Apart from economical reasons tbis is a1so driven by the need to adopt the production processes to governmental rules and requirements for working conditions pushing the industry to look into further automation and robotization -and requirements for environmental friendly production systems.
Annex 6 gives a review ofMSc graduates since 1983, Annex 7 lists the MSc students in sbip-production on the fust ofjanuary 1998.
2.5.2 Programme
The courses ofthe fust three years are described in paragraph 2.5.4.
The first year covers the steel construction of the ship and the metal processes wel ding, cutting and forming. The aim is to introduce the student in the primary processes of the shipbuilding and a1so to prepare the student for his first stage of practical work.
The second year covers work preparation, CAD/CAM, the lay-out of yards, means of transportation, launcbing etc.
The tbird year covers the organizational aspects. Marketing, sales, planning, engineering and assembly are related to the overall performance of a shipyard.
The MSc student is specializing in the theory of unique manufacturing and operations research in combination with the management aspects such as project-management, finance, law, labor relations and organization.
Teamwork is combined with individual tasks. Msc thesis
The subjects for an MSc thesis are in general chosen in cooperation with the industry. The work is done by the MSc-students in the industry.
2.5.3 Revision and Renewal of program me
Since 1993 gradually changes and improvements have been introduced in courses, courseware etc. Apart from the 'Lecture notes', English textbooks have been introduced for the first three years, a1lowing students to take a broader look into shipbuilding. In cooperation with Trondheim an English textbook is under preparation.
The presence of the Maritime Information Centre (MIC) provides the students with an excellent access to world-wide specialized data-bases.
There is a gradual and carefull movement towards 'Project Oriented' courses. In 1994 a so called 'Projectweek' has been introduced as an experiment in cooperation with the Ship Design Group.
8
I
The experiment proved to be successfuI. Students are working in groups on subjects provided by the industry. The industrial partners are providing guidance in cooperation with the staff The practical exercises have been integrated to an integrated design-engineer-build and test activity.
In 1998-1999 the courses for ship construction and ship production will be integrated into project-oriented course with the integration of structural design and production.
Second year
As in the first year, practical excercises have been integrated where possible (mt7lO). Third year
The course mt711 has been completely changed and tumed into a project, the students are working in groups.
The project is linked to the design-project. The study of production and operations management in shipbuilding is organized in working sessions.
Students are studying subjects and perform a presentation (for the group) on subjects linked to production and operations management. The group has to prepare a design of a shipyard suitable for the production of certain ship types.
Forth and fifth year
The fourth and fifth years courses are organized around themes i.e.
t/ Organization, planning and controlling unique product manufacturing (ship repair, new construction etc.)
t/ Quality and quality control in shipbuilding and shiprepair, considering the human factor as the prime factor.
t/ Financing ofships. (a course, organized in cooperation with shipyards, shipowners, banks). t/ The role oftechnology (automation, robotization, information, communication).
t/ Inland waterway shipping.
2.5.4 Description of courses (first three years) First year
mt700 Introduction to Shipbuilding Hengst, prof.ir. S., ir.c. Dirkse Credit points: 2
Subjects: Manufacturing equipment for shipbuilding and offshore. Fabrication of steel and profiles. Cutting and wel ding processes. Conversion of plates and profiles into parts.
Period: 0/0/0/0/4
Exarnination: Written
Description: Lay-out and production methods in shipyards, Introduction shipproduction processes, numeri cal control, CAD/CAM, blasting and pre-conservation, cutting and welding processes, machine cutting, tolerances and accurancy, rolling, bending, pressing. Bending of profiles. Heating and cooling. Introduction of other machinery processes. Classification societies and rules. Textbooks: Shipproduction; Storch, Hammon, Bunch
Intent: The course is designed to provide insight in shipyard productionsystems, -methods and -equipment i.e. materiaIs and processes in shipbuilding.
mt800 Introduction to the structural design of ships Vink, ir. J.H., ir. C. Dirkse, profir. S. Hengst
Credit points: 3
Subject: A. Basics for structural design of riveted and bolted connections, welded
Period: Examination: Intent: Description: Textbooks: Second year connections.
B. Basics for structural design of ships, loads, materiais, strength. 0/0/0/4/2
Written
The course is designed to provide insight in and obtain knowledge about the structural design of ships.
A. Structural design of connections. Flows of energy through a system as results of loads. Means to control flows of energy. Application in different connections (bolted, riveted, welded). Different types of connections have to be translated in a model, which is representative for the structure, which makes it possible to analyze the structure.
B. The first part deals with different types of offshore structures and ships as weil as the functions for which they are designed, materiaIs applied and the way plates and profiles are joined together. In the second part loads and responses (of the structure) are treated, different types of structural design are discussed as weil as the integration of structural design, including calculations, and manufacturing.
Since mt700 and mt800 do have a close relation (concurrent engineering in shipbuilding) it is the intention to start with a thematic, integrated approach of the courses in 1998/1999.
Shipproduction; Storch, Hammon, Bunch
Introduction in structural design (in Dutch); Hengst
Structural design, mechanical engineering (in Dutch); Vink, Houtman
mt710 Launching of ships. CAD/CAM and engineering Hengst, prof ir. S., ir. C. Dirkse
Credit points: 2
Subjects: Launching methods, numerical controlled processes. Period: 0/0/0/2/0
Examination: Description:
10
Written
The course is designed to provide insight in and knowledge about theoretical and practical aspects oflaunching and numerical controlled processes.
A. Launching
Longitudinal Launching:
Arrangements: one way with propping ways or two or more ways for larger ships.
transfer of shipweight trom building blocks to slipways.
grease types, max. allowable grease pressures, coefficient of friction, decIivity of launchways.
prevention of movement by triggers.
launching curves and critical phases: tipping, sternlifting, stability, strength aspects.
dynamics oflaunching.
stopping ofthe vessel; drag types. Sideways launching:
methods of sideways launching.
sliding ways, grease, pressures, decIivity. types oftriggers.
ship motions.
B. Numerically controlled processes
Robots in shipbuilding. Specific shipbuilding software for engineering and production, e.g. Steerbear (KCS), NAP A, PIAS, NUF AS, AUTOKON (KCS), FORAN.
Textbooks: Introduction to Shipbuilding Technology; Dr.Ir. K.J. Saurwalt
Intent: Provide insight launching methods and caIculations and production preparation methods in shipyards.
Third year
mt711 Ship production, shipyard lay-out and organization
Hengst, prof. ir. S. Credit points: 2
Subjects: Shipyard organization, building processes, methods and systems, slipways, building docks.
Period: 0/0/0/2/2
Examination: Essay and presentation
Description: Shipyard production systems and processes, material processing and handling, plate and profile preparation, transportsystems, pre-fabrication, pre-assembly, sub-assembly, building blocks. Sizing of blocks, pre-outfitting, panel-lines, machine and piping shops,. Assembly lines, shipway-assembly, cranes. Different building systems (Single shipp, Semi Tandem, Canalock, Twin Lock etc). Introduction to project-management and analysis of production systems, compensated tonnage.
Textbooks: Ship production; Storch, Hammon, Bunch
Intent: The course is designed to prepare lay-out of a shipyard and the facilities as a function ofthe activities.
2.6 PhD students
In 1997 one PhD student graduated.
In the beginning of 1997 two PhD students are working on two projects in cooperation with the industry.
Expert knowledge in ship repair / data base research in ship repair A. SrdocMSc
Ship repair is a complex, dynarnic and stochastic process. Repair of ships is time- and costdriven and therefore the goal is to accomplish a repair project as fast as possible at the lowest costs. It is not easy to establish the shortest possible time for a repair job. Lead times depend on many circumstances, often mutually dependent, not only within a single project, but also in the context ofthe entire shipyard situation. And this situation may change quickly. To keep the repair project within the settled delivery time, management should be able to support decisions by reliable information.
The right decision is under the present conditions far trom triviaI, not only due to the large number of activities involved, but also due to the uniqueness of repair projects and the uncertainty associated with the process.
Standardization, in a technological sen se, could be a basis to improve management support, but it is unlikely to become arealistic opportunity because of the variety in vessels and the technology applied.
Existing techniques, methods and tools dealing with knowledge are e.g. expert systems. The quality of an expert system mainly depends on its knowledge base. To build a knowledge base is a difficult task for repair activities because the knowledge acquisition is critical. Machine leaming algorithms, developed within artificial intelligence (AI), could be useful in extracting knowledge and obtaining clear and sound rules, not trom experts but trom databases.
Since ship repair is complex, consisting of many activities, a better understanding and organizsation of the data domain is needed before applying appropriate machine learning algorithms. This may offer support for better resource management, besides the skilfulness and experience of the managing staff.
Therefore research is worthwhile to explore the possibilities of a database. Lire cycle management (LCM) in the naval sector
Ir. J. Stavenuiter Research objectives
The objects of this research are:
t/ Analyse existing LCM concepts and the problems resulting when these are put into practice.
t/ Based on the analysis, to develop, validate and implement an LCM model to be used to set up a practical LCM architecture, to make LCM more cost-effective. According to the literature and other sources, no LCM model as intended yet exists.
12
Project outlioe:
Background
The increasing complexity, cost and size of equipment, in combination with shorter economic life cycles of high-tech products, is stimulating the need for systems able to analyse life cycle costs in relation to all operational aspects. Organizations give ever more attention to cost reduction. To handle this challange, there is a wide choice of methods and techniques, mostly the resuIt of scientific or industrial organization research. After more than 10 years experience with LCM, mainly for the Royal Netherlands Navy, this shows the difficuIty of implementing scientific methods into practical and profitable solutions.
Prob/em definition
T 0 develop a method to design and implement LCM architecture, capable of handling specific demands for any type of organization. This method will consider organizational goals and capabilities, the state of the art of LCM methods and economic aspects.
Approach
The start is a literature study and defining research parameters. The resuIt of this study will be a structured overview of all LCM aspects within their respective areas and will form the basis for an R&D project characterized as a type of business management study. The project consists of an inquiry and interviews with several representative organizations within the research area. The result wiII be the definite problem definition and the specifications necessary to develop a useful LCM model
The development phase starts with a design of a conceptual LCM model. This model will be tested and improved by carrying out several case studies.
Expected results
The research should lead to a scientifically justifiabIe and practically applicable LCM model. This will be a computer application, with dynamic process modelling techniques, to be used as a tooI for staff and management support of capital intensive equipment.
Theoretical relevance
The first implication is the wide scale of relevant literature, resuIting in aselection and classification problem. The second implication will be to model the reality of LCM regarding to the total time and width span
Societal relevance
The slogan: "LCM from lust to dust' iIIustrates the impact of LCM on the work environment. To be able to keep the world livable in the future, we must be concious ofthe way we make, use and maintain our equipment and if possible, re-u se it again.
3
Een visie op het onderzoek
3.1 Overwegingen
De scheepsbouw wordt gekenmerkt door een samenspel van onderling verschillende productie processen en een verscheidenheid aan technische disciplines.
Het onderzoek richt zich op de mogelijkheden het productieproces in de scheepsbouw - met dat scala aan technische disciplines - te verbeteren. Verschillen in producten, scheep stypen, afinetingen e.d. maken dat de variatie in de inrichting en uitrusting van werven groot is. Omdat bij de werven de nadruk meer en meer ligt op de eindassemblage en het samenspel met de leveranciers en onderaannemers belangrijker wordt, is voor de te maken keuzes uit nieuwe technologieën inzicht gewenst in zowel technische als economische prestaties van de toepassing op een werf. Dit inzicht vraagt om kennis die stoelt op betrouwbare gegevens. Er is een reeks van onderwerpen die de aandacht verdienen:
ti' De lay-out van een scheepswerf Welke factoren bepalen de wijze waarop het bedrijf is ingedeeld. Wat is de invloed van de bouwstrategie en -methode op het vervaardigings- en assemblage proces, de routing en de transportmiddelen.
ti' Het te water laten van schepen en de daarbij gehanteerde technieken en methoden. ti' De organisatie van een werf en de planning van het proces.
ti' Planningtechnieken en -methoden. Theoretische modellen en de mogelijke toepassingen in de praktijk. Doorlooptijden en uren.
ti' Het meten van de productiviteit.
ti' De basis van de beheersing van het proces ligt bij de begroting. Dus ook onderwerpen als de opzet van een kostprijsbegroting van een schip en het evalueren van tarieven, manuren, materialen en componenten vragen met de effecten van koerswisselingen de aandacht, evenals de marktmechanismen en de factoren die de marktprijzen bepalen.
Samengevat: het onderzoek behelst de ontwikkeling van kennis, methoden en technieken voor het op een efficiënte wijze verkrijgen en realiseren van een opdracht voor de bouw van een schip met de daarbij behorende nazorg.
Ongeveer 70% van de kostprijs van een schip bestaat uit de toelevering van materialen, equipment en het werk van onderaannemers (bij sommige werven is dit meer dan 80%). De toegevoegde waarde van het werk dat de werf in eigen beheer uitvoert, bedraagt ongeveer 30%. Het inkoopbeleid en de efficiënte uitvoering van de werf-gebonden activiteiten bepalen de concurrentie-positie van een scheepswerf (prijs, levertijd en kwaliteit van een schip). Enerzijds is dus sprake van bedrijfs-externe aspecten, bepaald door de 'omgeving' van de scheepswerf, zoals afzetmarkten en markten van toeleveranciers met de daarin optredende veranderingen. Activiteiten als marketing, verkoop, inkoop, kostprijs-analyse, begroten, de financiering e.d. zijn extern gericht.
Anderzijds spelen interne bedrijfsfactoren een rol. Deze hebben betrekking op werk binnen het bedrijf zoals ontwerpen, tekenen en werkvoorbereiding, intern transport, te water laten, bewerkingen (fabricage), assemblage, de installatie van 'systemen', de organisatie van de productie met begrippen als informatie-beheersing, planning, productiviteit, kwaliteitszorg, de voor-uitrusting van secties (pre-outfitting), de modulaire bouw. Daartoe behoort de verkenning, analyse en evaluatie van nieuwe technieken voor tekenen, bewerkingen, nieuwe materialen, robotisering, methoden voor de assemblage, etc.
Bovendien zijn er verschillen tussen de processen van de pre-fabricage, de sectie-bouw, de assemblage van blokken en de samenbouw van een schip op de helling (of in een dok). De voorbereiding, het productie tekenwerk, dient daarop afgestemd te zijn.
De kenmerken van de processen in de productie zijn te identificeren en te verklaren. Voor de analyse en evaluatie van de verschillen tussen de kenmerken van de productie processen
(serie-en massaproductie, proces industrieën etc.) zijn meerdere theorieën ontwikkeld. In de praktijk
is de theorie enigszins terug te vinden in bijvoorbeeld de analyse van de arbeidsintensiteit, de organisatie, de lay-out en de logistiek van het productieproces.
Over de enkelproductie is weinig gepubliceerd. In het algemeen wordt het onderwerp in de literatuur behandeld onder de noemer 'project-matige organisatie'. Over project-management is veel gepubliceerd. Meestal betreft dit de bouw van projecten waarvan het ontwerp vast ligt. De voorbereiding is grondig en is in een aantal fasen, die in serie worden uitgevoerd,
vastgelegd.
Dit is voor de scheepsbouw niet het geval. Er is bij werven, die een resultaat verplichting aangaan, een andere en niet vergelijkbare situatie. De werf beheert het gehele traject vanafhet ontwerpen, voordat een contract wordt getekend, met het tekenen en uitwerken van de details, de voorbereiding van de productie, de fabricage, assemblage en beproeving. Tijdens de beproevingen wordt nagegaan of het schip voldoet aan de in het contract vastgelegde prestaties en kenmerken.
Er is in het bouwproces vaak een confrontatie tussen een niet tot in alle details uitgewerkt ontwerp en de noodzaak om tijdig met de fabricage te beginnen en de levertijd te kunnen
realiseren. De fasen ontwerpen (design) - productie tekenwerk (engineering)
-werkvoorbereiding - pre-febricage en assemblage, overlappen elkaar. Deze overlapping biedt een zekere mate van flexibiliteit, maar kan bij een niet voldoende beheersing van het proces tot niet voorziene stijgingen in de kosten leiden. Het verhogen van het inzicht in de 'concurrent engineering' en het voorkomen van onzekerheden over de uitvoering door het vroegtijdig (in de ontwerpfase) vastleggen van informatie die afgestemd is op de vervaardiging en assemblage is daarom van groot belang.
De belangstelling voor het onderzoek naar de wijze waarop de productieprocessen in de scheepsbouw kunnen worden verbeterd, neemt in Europa hand over hand toe en kreeg in Japan reeds in de zestiger en zeventiger jaren veel aandacht.
De complexiteit van het proces neemt toe met het aantal installaties en de technische disciplines. Tijdens de voorbereiding en uitvoering is het tegelijkertijd in uitvoering brengen en
,-
---
--
---
----
---
--
---
---
-
-integreren van activiteiten (parallel schakelen en modulair bouwen) een voorwaarde om korte doorlooptijden te realiseren.
In het proces van de enkelproductie veranderen de lay-out van de werf, de beschikbare productie middelen, transportmiddelen, de hijscapaciteit van kranen echter niet tengevolge van een nieuw product. De samenstelling van het schip uit de geïntegreerde blokken of secties, wordt afgestemd op de beschikbare middelen, in tegenstelling tot productie processen waarbij proces en producten soms volledig zijn geïntegreerd (procesindustrie) of het proces en de middelen op het product worden afgestemd (massaproductie).
In de scheepsbouw zijn bij de activiteiten als marketing, verkoop, begroting, ontwerpen, engineering, oplevering en nazorg de kenmerken van enkelproductie terug te vinden.
Het werk van de ontwerpers, tekenaars en constructeurs heeft een directe invloed op de inkoop, doorlooptijd en de bezettingsgraad van mensen en middelen van andere productie afdelingen en daarmee op de planning en de levertijd van de toeleveranciers, installatiebedrijven en het uitbesteedde werk.
In de literatuur van de jaren negentig over serie- en massaproductie wordt deze werkwijze als
'concurrent engineering' betiteld, een innovatieve aanpak die de ontwerp cyclus en de
doorlooptijden in de fabricage en assemblage verkort door de geïntegreerde aanpak met de toeleveranciers. De scheepsbouw kent de methode van werken sinds lang maar deze aanpak is (nog) niet tot op de basis (werkvloer) van het productieproces uitgewerkt. De inspanning is voor de enkelproductie tot nu toe te tijdrovend en te kostbaar. Informatie en communicatie technologieën kunnen daarin verandering brengen. Maar naast de hoge kosten voor de investering en opleidingen, stellen de I. C. technieken strikte eisen aan de discipline in het proces waardoor de flexibiliteit wordt beperkt.
3.2 Het thema 'scheepsbouw'
3.2.1 De bijdrage van de scheepsbouw aan de Nederlandse economie
Naar de bruto toegevoegde waarde (BTW) van de maritieme industrie in Nederland is veel onderzoek uitgevoerd. Een studie die in opdracht van de Vereniging Nederlandse Scheepsbouw Industrie (V.N.S.I.), door van Holst & Koppies in 1992 werd uitgevoerd, geeft inzicht in de samenhang van de direct op de zeevaart en het transport betrokken bedrijven.
De BTW van de maritieme sector wordt door van Holst & Koppies verdeeld in drie clusters: de activiteiten op zee, de directe ondersteuning op het land voor de zeegaande activiteiten en de typisch maritieme toeleveringsindustrie, de binnenvaart en de maritiem gebonden expeditie. In 1992 bedroeg de BTW van de maritieme sector 16,7 miljard gulden, ofwel 3,1% van het Bruto Binnenlandse Product (BBP) tegen marktprijzen. De voorspelling voor 1999 was een BTW van 21,80 miljard gulden.
Havens en havengebonden bedrijven leveren, volgens studies uitgevoerd door het Nederlands Economisch Instituut, bovendien nog een bijdrage van ca. 15% van het BBP, Rotterdam is goed voor 11 %.
Het totaal aantal, door de maritieme sector gegenereerde, arbeidsplaatsen wordt geraamd op ca. 450.000.
17
De samenhang in de bedrijfskolom is o.m. te zien in de productiemultiplier. Deze is voor de scheepsbouw en scheepsreparatie het hoogst (2,26), varieert voor de meeste sectoren tussen 1,66 en 1,57 en is voor de zeevaart en offshore 1,38 respectievelijk 1,25.
Het Centraal Plan Bureau (CPB) en het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) schatten in 1992 de groei voor de periode '95-'99 op 5,2%.
De conclusie die uit het onderzoek mag worden getrokken is dat de Nederlandse maritieme sector pluriform is en veelzijdig. De bedrijven zijn werkzaam in zowel Europese als wereldmarkten. De pluriformiteit wordt veroorzaakt door de verschillen in de 'prime movers' van de markten zoals grondverzet, olie, chemie, agricultuur etc.
De scheepsbouw is daardoor veelzijdig en kan zich handhaven als producent door o.m. de beheersing van de karakteristieke principes van 'unique manufacturing' .
3.2.2 De positie van de Nederlandse scheepsbouw in de markt
De scheepsbouw industrie is de laatste vijftien jaar ingrijpend veranderd. Het aantal en de omvang van de werven is gereduceerd. Gespecialiseerde eenheden met een grote slagvaardigheid overleefden. Ondanks de ingrepen, koude saneringen en sluitingen in de scheepsbouw in de tachtiger jaren telt de Vereniging Nederlandse Scheepsbouw Industrie (VNSI) nog steeds ca. negentig leden-werven.
De meeste van deze werven presteren de laatste jaren goed en zijn competitief In de negentiger jaren is sprake van verdergaande concentratie en samenwerking.
De buitenlandse subsidies blijven een bedreiging vormen. Ondanks de GATT overeenkomst blijven, door subsidies mogelijk gemaakte, aantrekkelijke constructies voor de financiering of prijs in het buitenland bestaan. In Duitsland beschikken de werven voor de komende jaren over uitgebreide steunfondsen waarmee onder meer de aanval op de 'niches' in de markt is ingezet. Dit vormt een bedreiging voor de Nederlandse scheepsbouw.
Het behoud van de positie in de markt op middellange termijn is aan de orde, omdat verwacht wordt dat de subsidies een aflopende zaak zijn. Betrouwbare internationale overeenkomsten dienen de basis voor een open markt te vormen.
De niet gewenste maar noodzakelijke steun die de Nederlandse overheid, aan de werven is verstrekt, is besteed aan een industrie die kans ziet op wereldniveau te produceren.
Internationaal blijft de positie binnen de A WES-landen redelijk stabiel. De productie van de Nederlandse werven binnen AWES varieerde van 8% tot 9% van de totale AWES productie tussen 1984 en 1992, gemeten in CGT. In 1992 bedroeg het aandeel 1l,6%. In 1997 was dit 12,2%.
De waarde in US$ per CGT steeg weliswaar, maar bleef onder het Europese gemiddelde. Dit cijfer wordt bepaald op grond van het driejarig voortschrijdend gemiddelde en varieert ten gevolge van de opgave per land. Het aandeel van de Nederlandse werven in de export steeg. De productiviteit behoort, gemeten in cgt/manjaar, tot de hoogste ter wereld. De conclusie is dat de Nederlandse scheepsbouw zich handhaaft en qua productiviteit tot de top van de wereld behoort, dat tot nu toe de kennis is behouden en de werkgelegenheid langzaam groeit.
Uit de technologische ontwikkelingen in het buitenland kan echter worden vastgesteld dat de ontwikkelingen in Nederland daarmee geen gelijke tred houden.
3.2.3 De opkomst van nieuwe technologieën
De maritieme sector is derhalve nog steeds een goed gevulde en onderling samenhangende industriekolom. Het beleid van de overheid is er op gericht om die kolom in stand te houden en de ondersteuning aan de scheepsbouw voort te zetten zolang de wereldwijde afschaffing van subsidies nog geen feit is (zie o.a. het succesvolle scheepvaartbeleid).
Zonder een goed lopende scheepsbouwsector is de kolom niet compleet. Het gaat nu wel goed maar dat is ook een gevolg van de oplevende economie en geeft geen garantie voor de toekomst. De indruk bestaat dat Nederland op een technologische achterstand komt.
Vooral de scheepsbouw is een belangrijke ingang voor de toeleveranciers in de maritieme sector, zoals blijkt uit de productiemultiplier.
Bouwopdrachten worden bepaald door prijs, levertijd en kwaliteit. De prijs blijkt tot nu toe vaak een overheersende factor te zijn, in combinatie met de financiële engineering, die zich terugvinden in het fiscale beleid.
De Nederlandse scheepsbouw bouwt de wat kleinere schepen, meestal in series van 3 - 7, ofis gespecialiseerd in bepaalde scheepstypen, bijvoorbeeld voor de baggerindustrie. De constructie is daardoor in het algemeen weinig homogeen waardoor bijv. automatisering, mechanisering en robotisering een extra inspanning vragen in vergelijking met de 'grote' scheepsbouw. De introductie van nieuwe technologieën is daardoor voor de Nederlandse scheepsbouwindustrie niet eenvoudig. De automatisering en de robotisering zijn minder ver gevorderd dan in de grote scheepsbouw-industrieën in Europa en het Verre Oosten.
De laatste jaren is in deze 'grote' scheepsbouw de toepassing van nieuwe technologieën snel toegenomen. Het betreft werven met een hoge staaldoorzet (> 50.000 ton per jaar) waar vooral het laswerk met de zich herhalende, identieke situaties en veel laskilometers zich leent voor robotisering. De resultaten daarvan worden zichtbaar in de sterk stijgende productiecijfers in o.m. Japan, Korea en Denemarken.
Deze ontwikkelingen kunnen tot de conclusie leiden dat als er nu geen acties worden ondernomen, de Nederlandse scheepsbouwindustrie in de toekomst niet meer zal kunnen concurreren mede gezien de verwachte wereldwijde ontwikkeling van de capaciteit van de scheepsbouw.
Sinds het begin van de jaren tachtig is de ontwikkeling en de toepassing van nieuwe technologieën weliswaar in Nederland nauwlettend gevolgd (bezoeken aan werven, symposia, literatuur, contacten met leveranciers etc.), maar de toepassing bleek echter in de Nederlandse scheepsbouw om verschillende redenen (nog) niet attractief.
'The-state-of-the-art' van de informatietechnologie en de robotica rechtvaardigen de verwachting dat ook in de specifieke Nederlandse omstandigheden verbeteringen mogelijk zijn.
3.2.4 Het onderzoek in Nederland
Onderzoek en ontwikkeling participeren langzaam maar zeker deel in het genereren van nieuwe kennis. De invoering van 'high-tech' heeft ook in de scheepsbouw effect gehad met wisselend resultaat. Een 'kennis intensieve' aanpak bleek één van de middelen te zijn om de concurrentiepositie van de scheepsbouw te verbeteren.
-De specialisatie in bepaalde productieprocessen is toegenomen waardoor de kennis van het proces is vergroot (bijv. voorbewerking van platen en profielen). Central Industry Group (CIG) is een voorbeeld van een bedrijf dat zich specialiseert in toeleveringen aan de scheepsbouw.
De werven zijn meer gespecialiseerd op een hoogwaardig product in een specifieke markt, zoals de baggerindustrie, containermarkt, koelschepen, chemicaliëntankers, visserij, marine etc. (kennis).
Het door het Numeriek Centrum Groningen ontwikkelde NUP AS-systeem heeft internationaal succes.
Er is een aantal projecten ingezet om te onderzoeken of de automatisering en de robotisering in de scheepsbouw in de Nederlandse omstandigheden haalbaar is.
Door onder meer de ontwikkeling van sensoren, de miniaturisering van de robot en de steeds betere mogelijkheden om vanuit de CAE-systemen komen bepaalde toepassingen ook in het bereik van de 'middenklasse' werven. Na een aantal voorstudies, was dit de reden om in 1995, 1996 en 1997 initiatieven te ontplooien waarbij, in samenwerking tussen scheepswerven, toeleveranciers en kenniscentra, een aantal projecten is geformuleerd met het doel, in onderlinge samenhang, de mogelijkheden van de robots voor de Nederlandse scheepsbouw te onderzoeken.
Deze acties vinden plaats bij een beperkt aantal werven (ca. 7). De samenhang en kennisuitwisseling naar de overige werven geschiedt vooral door voorlichting en presentaties. Ze zijn gericht op spinn-off specifieke onderdelen van het productieproces. Het onderzoek tracht het trendvolgende karakter om te buigen in een voor Nederland bedrijfsspecifieke toepassing, maar is te beperkt van omvang om een bruikbare analyse, evaluatie en validatie van de nieuwe technologieën (kansrijk maar ook risicovol) te maken, laat staan significante doorbraken te kunnen effectueren.
Het onderzoek in Nederland is in vergelijking met het buitenland kleinschalig. Tot nu toe zijn 4 projecten geformuleerd met een doorlooptijd van gemiddeld 2 jaar.
De omvang valt in het niet bij het, (soms voor 100 %) door de overheid gefinancierde, onderzoek in het buitenland.
Het niveau van het onderzoek op het gebied van de productie in Japan, Duitsland, Denemarken en de V.S. wordt op minstens
f
50 miljoen per jaar geschat, uit Italië en Spanje zijn (nog) geen cijfers achterhaald.3.2.5 Een integrale aanpak
Het thema heeft tot doel de aandacht vooral te richten op de modernisering van die delen van het productieproces die bijdragen aan de verbetering van efficiency, waarbij de informatie- en communicatie technologie, automatisering en robotisering een primaire plaats innemen. Op deze wijze draagt het onderzoek er aan bij om de bij de Nederlandse scheepsbouw verworven positie van hoge efficiency en productiviteit te laten behouden.
In een dergelijk onderzoek is het gehele productieproces aan de orde. Een integrale aanpak is nodig om met name gebieden in het productieproces te identificeren die de doorlooptijd verkorten en de kostprijs verlagen.
Het thema vraagt om een benadering die aansluit op kansrijke en risicovolle technologieën, waaraan meerdere instituten een bijdrage kunnen leveren.
Organisatie-, informatie- en communicatie-technologieën, automatisering en robotisering zijn de gebieden, in onderlinge samenhang en gestuurd door de economische haalbaarheid, waarop het onderzoek zich richt. De prioriteiten die bij een dergelijk onderzoek worden gesteld, kunnen van werf tot werf verschillen, afhankelijk van het type product, de afinetingen of het technologische niveau op een scheepswerf Het onderzoek krijgt daardoor een nogal onconventionele aanpak omdat het programma verschillende niveau' s van ontwikkeling bevat en aan moet sluiten op de structuur van de industrie.
Het betreft het gehele productieproces en er zijn meerdere, onderling sterk verschillende bedrijven bij betrokken.
Het onderzoek dient tegelijkertijd effectief te zijn. Dit vraagt om een efficiënte opzet waarbij de differentiatie naar kansrijke en niet-kansrijke technologieën een hoge prioriteit heeft. Het onderzoek dient tenminste de volgende elementen te bevatten.
o
Het her-ijken van recent geformuleerde doelstellingen van het onderzoek door middel van een inventarisatie van de 'appealing technologies' en de 'state-of -the-art' daarvan.@ Het op basis daarvan formuleren van de doelstellingen van het project, gevormd door een grondige (wetenschappelijke) (her)evaluatie en analyse van het productieproces.
Er zou daarbij in eerste instantie uitgegaan kunnen worden van een aantal karakteristieke werven. Vervolgens wordt die informatie generiek gemaakt om ze voor een brede kring toepasbaar en toegankelijk te maken.
e
De ontwikkeling van een methodiek om de relaties tussen kosten en productieparameters vast te leggen.o
De vertaling van de technologie verkenning over 'the state-of-the-art' en naar de impact opautomatisering, organisatie, scheepsontwerp.
~ De impact en omvang van het lopend onderzoek op de ontwikkelingen in Nederland.
<D Het definiëren van toe te voegen onderzoek, gericht op de haalbaarheid van de Nederlandse werven van klein tot groot.
Ö De definitie van een plan van aanpak voor onderzoek en ontwikkeling.
Het doel is om veranderingen of vernieuwingen in het productieproces te evalueren. Dit betreft bijvoorbeeld:
t/ Informatiesystemen, de koppeling van CAE/CAM met de robots en de vorm waarin deze informatie in een nieuwe situatie moet worden aangeleverd.
t/ De nauwkeurigheid en de maatvoering die groter is dan in het huidige proces.
t/ De logistiek.
t/ De staaIdoorzet en de bezettingsgraad.
t/ De assemblage volgorde.
ti' De ruimtevraag (vloeroppervlak).
t/ De toegankelijkheid van ruimtes, i.V.m. ARBO eisen.
Betrokken partijen:
ti' TUD, Maritieme Techniek met betrekking tot de organisatie en technologie van de productie, het ontwerpen en de constructie.
ti' TUD, Informatietechnologie.
ti' TNO, Industrie.
De kennistoeleveranciers hebben zich, met medewerking van de VNSI, verenigd in PROGRESS. Daarmee is de mogelijkheid gecreëerd om door middel van een voorstudie de economische haalbaarheid aan te tonen, het project uit te werken en support te ontwikkelen bij de bedrijven en vanuit het bedrijfsleven en de overheid.
3.2.6 De definitiestudie
Gezien de initiatieven in het buitenland en het belang een sterke positie te kunnen innemen bij de internationale uitwisseling lijkt een detinitiestudie met een doorlooptijd van zes maanden een optie. Met behulp van recente analyses waarvan de rapportages beschikbaar zijn wordt vormgeving door de bedrijven in samenwerking met het NIM, de VNSI en de TU Delft vastgesteld.
Het NIM: kan een projectleider benoemen. De uitvoering kan plaatsvinden door de werven in samenwerking met TUD, TNO, CCG en BOS. Het budget is voorlopig geraamd op ca. 320 kfl. Uitvoering eerste helft 1999.
De financiering van het onderzoek zou kunnen zijn als weergegeven in tabel 3.1.
Totale kosten 320
Bijdrage NIM: fundamenteel onderzoek Via de SMO-regeling
Subsidie SMO-regeling Bijdrage van het bedrijfsleven
Waarvan uit te besteden Bijdrage in uren door bedrijven Tabel 3.1: Financiering definitiestudie 3.2.7 Overwegingen en spin-off 160 160 80 80 40 40
Bij de bovenstaande aanpak spelen een aantal overwegingen een rol die nader worden toegelicht.
De opbouwen spreiding van kennis
De gefragmenteerde structuur van de Nederlandse scheepsbouw maakt het wenselijk dat het onderzoek over meerdere werven wordt gespreid om een breed draagvlak te verkrijgen. Te veel deelnemers aan één project maakt de uitvoering van een project complex. Teneinde de opbouw van kennis te kunnen spreiden zijn meerdere projecten aan te bevelen. Een bedrijf kan aan één of twee projecten deelnemen. Er zijn verschillende 'trekkers' en locaties.
De uitwisseling van de resultaten wordt daarmee bevorderd evenals de samenwerking. Het project in de scheepsreparatie laat zien dat deze benadering vruchten afwerpt. De kennis wordt gespreid en de samenwerking neemt toe.
De onder 3.2.5 aangegeven aanpak vraagt daarom om een representatief draagvlak. 22
Een fundamenteel verantwoorde opzet
Uit de aanpak in het buitenland en de resultaten van het onderzoek in Nederland blijkt dat de invoering van robots in het productieproces tot fundamentele veranderingen in het proces leidt.
Het aantal variabelen dat moet worden onderzocht is groot. Er is sprake van een volledig 're-design' van het productieproces met het gevolg dat de vormgeving van de constructie eveneens opnieuw moet worden ontworpen meet nieuwe en andere uitgangspunten. De basiskennis voor het her-ontwerp moet worden opgebouwd met behulp van onderzoek en uitsluitend te verkrijgen door een verantwoorde fundamentele opzet, waarbij de effecten van de variabelen die de processen veranderen kunnen worden onderzocht, geanalyseerd en gevalideerd. Op deze wijze is het wellicht mogelijk algemeen geldende 'design-rules' te ontwikkelen die op de typisch middelgrote en kleine Nederlandse werf bruikbaar zijn voor een verdergaande analyse van de processen met behulp van:
~d7feYe&emotiveerde keuze van een innovatief productieproces met de daarbij behorende
t/ nieuw te ontwikkelen algemeen bruikbare en uitwisselbare meetmethodes op grond
waarvan het onderling vergelijk van resultaten mogelijk wordt,
t/ het opstellen van ondersteunende theorieën die sturing kunnen geven aan verder onderzoek,
t/ de uitwisseling van onderzoeksresultaten met het buitenland. De innovatieve aspecten
Innovaties in het productieproces zijn een onlosmakelijk element van het onderzoek. Dit betreft zowel de aspecten die betrekking hebben op de lay-out als de vernieuwingen die moeten stoelen op betrouwbare resultaten van het onderzoek. Het gaat niet om marginale maar fundamentaIe veranderingen in de processen in de middelgrote en kleine scheepsbouw door de introductie van nieuwe technologieën.
De basis voor de vernieuwingen ligt in de interactie van bijvoorbeeld de logistiek, de maatvoering en assemblage-technieken. Besparingen in kosten en doorlooptijd stoelen op de verbetering van het 'in één keer goed' principe dat kenmerkend is voor de enkelproductie. Dit stelt hoge eisen aan de beoordeling van de innovaties.
Opleidingen
Het winnen van de belangstelling van studenten Maritieme Techniek om zich in deze onderwerpen te verdiepen mag niet uit het oog worden verloren. Dit vraagt om projecten waarbij studenten (zowel van de TH's als de TU) ingezet kunnen worden tijdens stages en het afstuderen. Daarmee kan de basis worden gelegd voor de kennisopbouw in Nederland. Bij het uitblijven van een uitdaging in Nederland ontstaat een vacuum waardoor jonge ingenieurs zich zullen oriënteren op het buitenland (zoals nu reeds het geval is). De TU Delft dient daarin de voortrekker te zijn om de spin-off naar de TH's te kunnen creëren. De opzet van een 'robot-programma' kan de belangstelling stimuleren.
Maatschappelijke overwegingen
Toenemende eisen, regelgeving, voorschriften en randvoorwaarden waar de producerende bedrijven mee worden geconfronteerd liggen op het gebied van:
t/ ARBO-wetgeving
t/ Milieu eisen
---~---~---,-~!.~----_
..
~--~--~~--~~~--~.~--~~~~~ti Veiligheidsvoorschriften
ti Ruimtelijke ordening, vestigingseisen ti Beschikbare ruimte voor de industrie etc.
Het kunnen anticiperen op de nieuwe externe omstandigheden vraagt kennis van de mogelijkheden die nieuwe technologieën bieden.
Het betreft derhalve ook een aantal strategische overwegingen die betrekking hebben op: ti de vernieuwing van een industrietak
ti het behoud van de industrie in Nederland ti het behoud van werkgelegenheid
ti het creëren van 'betere' arbeidsplaatsen op de werkvloer.
Het vernieuwen en innoveren van productieprocessen is daarvan een onderdeel. Proefopstellingen
Teneinde de betrouwbaarheid van de gegevens voor een nieuwe technologie van het productieproces te kunnen garanderen is dit type onderzoek alleen zinvol is als het 'in situ' op de werven wordt uitgevoerd, zodat parallel aan het lopende productieproces geëxperimenteerd kan worden. Daarmee wordt voorkomen dat niet realistische situaties worden gecreëerd die als input voor het onderzoek moeten dienen. De kosten van het onderzoek worden bovendien op deze wijze zo laag mogelijk gehouden.
Een aanzet voor de langere termijn
Tabel 3.2 geeft een overzicht van onderwerpen die een integraal onderdeel van de studie zouden kunnen vormen en waarvan de prioriteit tijdens de definitie studie zal moeten worden bepaald. Voor een periode van 7 jaar zijn de kosten geschat er van uit gaande dat 'proefopstellingen' bij werven zullen worden doorgevoerd waaraan onder 'realistische' productie-omstandigheden metingen kunnen worden gedaan. Het programma onderscheidt zich hiermee van het op de 'grote' scheepsbouw gerichte onderzoek.
Toelichting op de kostenschatting
De risico's de introductie van nieuwe technologieën zijn groot. Voor de investering in bijv.
een lasrobot ontbreken betrouwbare gegevens en informatie. De investeringen kunnen oplopen tot meerdere miljoenen terwijl enig zicht op de rentabiliteit ontbreekt. In een project is uitgegaan van de robotinstallatie als een meetopstelling die aan het eind van een project is afgeschreven. Daarvoor zijn een aantal redenen. Gedurende de looptijd van een project wordt inzicht verkregen in de mogelijkheden van de robot. Het is de bedoeling meerdere robots met verschillende functies en van verschillende leveranciers in te zetten. Daarmee kunnnen bevindingen onderling worden vergeleken en kan bijvoorbeeld worden onderzocht welke software interfaces moeten worden ontwikkeld en welke eisen aan de software moeten worden gesteld.
Uit de resultaten van de lopende projecten blijkt dat veel tijd en kosten verloren gaan met off-line programmeren. Van werf tot werf worden nieuwe gegevens verkregen, afhankelijk van de omstandigheden waaronder wordt gewerkt en de producten waaraan wordt gelast. Het 'flexibel en betrouwbaar' maken van de robot eist bijv. aanpassingen in hard- en software die door de leveranciers tijdens het onderzoek worden ontwikkeld en aangebracht.
Het gebrek aan inzicht in de eisen die het product stelt leidt tot de conclusie dat de voordelen, nadelen, sterke en zwakke punten van informatisering, automatisering of robotisering niet alleen afhankelijk zijn van de configuratie van de apparatuur, maar vooral van de randvoorwaarden die onder de productie-omstandigheden gelden.
Een conclusie zou kunnen zijn dat een bepaalde robot bij werf X economisch niet haalbaar is maar op werf Y wel, terwijl met een ander type op werf X wel haalbaar is maar op werf Y niet, of dat de robot niet geschikt is voor Nederlandse toepassingen.
Het bovenstaande geldt in meer of mindere mate voor alle in tabel 3.2 genoemde onderwerpen. Een grondige analyse en voorbereiding van de aanpak en opzet van het onderzoek zijn daarom nodig.
Alles in miljoenen guldens 1998 0,5 0,5 0,3 1,0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Totaal Definitiestudie Analyse voormontage Productieparameters Maatvoering Lay-out studies Techn. Info syst. Test lasrobots assembl. Assemblagesystemen Test flexibele robots Organisatie Logistiek
Centrale voormontage Constructief ontwerp Def. kansrijke techno Investeringsanalyse Totaal per jaar
0,5 0,5 3,3 1,0 0,4 1,3 0,5 0,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,2 0,2 6,6 0,3 1,5 2,0 1,0 2,0 1,0 2,0 0,5 1,5 0,5 0,2 0,2 12,7
Tabel 3.2: Mogelijke projecten met kosten in de tijd
2,0 2,0 1,0 2,5 2,0 2,0 0,5 0,5 2,5 0,5 0,2 0,2 15,9 1,0 1,5 0,5 3,5 2,0 2,0 0,5 0,5 3,0 0,5 0,2 0,2 15,4 0,5 3,0 2,0 1,0 2,5 0,5 0,2 0,2 9,9 1,5 0,5 1,0 1,0 0,5 0,2 4,7 1,5 1,0 6,8 6,5 3,5 13,0 7,5 8,0 3,0 1,5 11,0 2,5 1,0 1,2 68,0 25
