2. Výrobný systém integrujúci bio- a nebiokomponenty

Stroje a systémy integrujú bio- a nebiokomponenty na vytváranie produktov.

PRÍKLAD 1: Systémy vyrábajúce potraviny môžu integrovať biosnímače, ktoré umožňujú hodnotenie kvality konečného produktu (potravina, ktorá je organická, ale umelo vyrobená a môže byť monitorovaná biosnímačmi, ktoré by mohli byť efektívnejšie ako umelé snímače, napr. pri zisťovaní plesní).

PRÍKLAD 2 (obr. 15): Opatrenia na prevenciu rizík, bezpečnosť pri práci a kontrolu environmentálnych rizík môžu byť založené na biologických entitách, čo by viedlo k použitiu biosnímačov, napríklad na monitorovanie kvality ovzdušia. Biosnímače môžu napríklad merať koncentráciu kovového prachu vo vzduchu počas výroby aditív kovového prášku. Ak sú prekročené prahové hodnoty, systém evakuuje zamestnancov a prevzdušňuje pracovný priestor, kým sa koncentrácia nezníži.

3. Inteligentné nebiologické systémy, ktoré vedú bunky k plneniu vopred definovaných úloh

Inteligentný nebiologický stroj a systém využívajú bunky ako biologický základ premeny na získanie požadovaného produktu.

PRÍKLAD 3 (obr. 16): Bioreaktor, ktorý nie je biozariadením, vytvára podmienky na to, aby bunky fungovali požadovaným spôsobom.

PRÍKLAD 4: Na vyvolanie bunkovej diferenciácie alebo zmeny bunkového fenotypu môže byť aplikované mechanické zaťaženie, napr. vo svalových prekurzorových bunkách.

Architektúra dodávateľského reťazca: skladovací a obranný stroj v biointeligentnej výrobe a korelácia so sieťovým podnikom a logistikou

Okrem transformácie určenej na premenu materiálov na produkty sú súčasťou systému biointeligentnej výroby aj iné transformácie. Napríklad sklad je stroj, ktorý chráni produkt. Obrana je v tomto prípade jednoduchá, t. j. produkt je ponechaný na polici, zabalený, zabezpečený a zamknutý v hale a nič sa s ním nedeje, kým nie je potrebný a odoslaný. V prípade biomateriálov a bioproduktov je obrana zvyčajne oveľa komplikovanejšia. Napríklad chladnička je v podstate sklad, ktorý má zabrániť nežiaducim zmenám produktu vedúcim k jeho znehodnoteniu. Preto chráni produkt/materiál pred vonkajšími činiteľmi a/alebo silami, ktoré majú v úmysle „vstúpiť“ a zničiť ho.

Treba prehodnotiť pojem obranný stroj vzhľadom na to, že musí pôsobiť proti vonkajším fyzikálnym činiteľom (teplote, prítomnosti prachu a pod.) a aktívnym vonkajším činiteľom (baktériám, plesniam a pod.). Obranný stroj by mal mať fyzické aj biologické schopnosti. Potreba obranných strojov je odôvodnená tým, že nie vždy možno použiť bioprodukt/biomateriál ihneď po jeho získaní. Preto musí byť udržiavaný nažive alebo organicky konzervovaný, aby mohol byť použitý v následných transformáciách vo výrobnom cykle. Vo výrobnom systéme možno často veľmi dobre riadiť transformáciu. No keď je transformácia dokončená, produkt vstupuje do sveta, kde sú prítomné nežiaduce vplyvy a kde je obrana zložitá, a preto môže byť takýto obranný stroj veľmi drahý. Preto treba prijať strategické rozhodnutia, či je napr. vhodné sústrediť výrobu na jedno miesto, aby sa minimalizoval presun materiálu a aby boli zároveň náklady prijateľné.

Obranný stroj [5], ktorý je viac alebo menej nákladný, bude tlačiť na rozdelenie alebo integráciu činností v dodávateľskom reťazci: ak je lacný, možno uvažovať o vykonaní transformačných krokov na rôznych miestach; ak je to naopak drahé, treba transformácie sústrediť na to isté miesto. Tieto aspekty ovplyvňujú štruktúru sieťového podniku pre biointeligentnú výrobu: sieťový podnik sa stáva nemožným, keď sú náklady na obranu príliš vysoké. Z toho možno vyvodiť záver, že stratégia inteligentnej výroby závisí niekedy dokonca viac od obranného stroja ako od transformačného stroja/systému.

Preto je obranný stroj dôležitou súčasťou sieťové podniku a definuje jeho rozšírenie. Pre biointeligentnú výrobu je teda mimoriadne dôležité vyvinúť adekvátne obranné stroje. Jasným príkladom toho, aké zložité a drahé môže byť vybudovanie adekvátneho obranného stroja, sú vakcíny proti Covidu a náročnosť ich logistiky a skladovania pri teplote –80 °C. Vzhľadom na to, že chladničku považujeme za obranný stroj pre biologický sektor vo všeobecnosti, tento stroj zabraňuje len fyzickému pôsobeniu teploty. Zložitejší biologický obranný stroj je zavedený v laboratóriách, ktoré sa zaoberajú mikróbmi alebo vírusmi a zahŕňajú drahé a zložité filtračné systémy, ako aj ochranné zariadenia.

Na obr. 17 je znázornený ideálny koncept obranného stroja v oblasti biointeligentnej výroby. Obranný stroj (svetlomodrý kruh) možno považovať za stroj schopný zachovať to, čo je vnútri, ale mal by byť schopný chrániť aj to, čo sa vnútri vyrába pred tým, čo je vonku, a ktorý je schopný spravovať bio aj nebio materiály/produkty. Je potrebné myslieť na to, že obrana môže byť realizovaná v rôznych krokoch, takže napríklad podľa obr. 17 môže byť vytvorený systém, v ktorom nebio stroj/systém (zelený kruh) aj bio stroj/systém (modrý kruh) môžu koexistovať.

Obidva tieto stroje/systémy majú riadený prístup – brány, cez ktoré môžu materiál alebo výrobky vstupovať alebo vystupovať, aby sa mohla uskutočniť transformácia. Je dôležité si uvedomiť, že v niektorých konkrétnych prípadoch sa stroj môže sám transformovať. Vonkajší systém (svetlomodrý kruh) je potrebný a potrebné je aj kontrolované prostredie s ohľadom na vonkajšie sily a činidlá. Tento prístup by umožnil minimalizovať vývoj obranných systémov bio a nebio interných strojov, čo umožní vytvoriť lepšie kontrolované prostredie.

V ďalšej časti seriálu sa pozrieme na to, ako možno v koncepte biologickej výroby tvoriť hodnotu a zisk.

Literatúra

[1] Byrne, G. – Dimitrov, D. – Monostori, L. – Teti, R. – Houten, F. van – Wertheim, R.: Biologicalisation: Biological transformation in manufacturing. In: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2018, 21, s. 1 – 32. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2018.03.003.

[2] Miehe, R. – Bauernhansl, T. – Schwarz, O. – Traube, A. – Lorenzoni, A. – Waltersmann, L. – Full, J. – Horbelt, J. – Sauer, A.: The biological transformation of the manufacturing industry – envisioning biointelligent value adding. In: Procedia CIRP, 2018, Vol. 72, p. 739 – 743. ISSN 2212-8271. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.04.085.

[3] Sanchez, C. – Arribart, H – Giraud, G. M. M. (2005). Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems. In: Nature Materials, 2005, 4 (4), p. 277 – 288. DOI: 10.1038/nmat1339. PMID 15875305.

[4] Whitesides, G. M.: Bioinspiration: something for everyone. In: Interface Focus, 2015, 5 (4). DOI: 10.1098/rsfs.2015.0031.

[5] Jovane, F. – Carlesi, L.: The Elementary Machine: an ‘Atomic’ Model to Analyse and Devise Production Systems. CIRP annals, 1989, 38.1: 179 – 182.

Zdroj: Biointelligent Manufacturing, Definitions, International Status, Potentials for Europe and Recommendations. Prehľadová správa. ManuFUTURE sub-platform Biointelligent Manufacturing (BIM). [online]. 

Pokračovanie v ďalšom čísle.

-tog-