Současný vývoj společenské i ekonomické situace v Evropě i České republice potvrzuje, že trvalý
a udržitelný rozvoj průmyslové výroby na území ČR, jejíž neoddělitelnou součást představuje obrábění a výroba obráběcích strojů, je nezbytný pro rozvoj hospodářství a zachování zaměstnanosti v ČR. Vyloučí-li se masivní snižování mezd, nezbývá pro udržení konkurenceschopnosti výroby jiná cesta, než promyšlené zvyšování technické úrovně produktů
a obohacování jejich kvality o přidané znalostní hodnoty.
Existuje řada způsobů, jak zvyšovat přínosy jednotlivých článků hodnotového řetězce při obrábění. Nutnou podmínkou úspěšné realizace je však důkladná znalost těchto způsobů a možností včetně respektování jejich vzájemného působení, která vychází z výsledků základního a aplikovaného výzkumu, a to jak u dodavatelů obráběcích strojů, tak u jejich uživatelů. Tento článek je prvním ze série, která přiblíží přínosy a výsledky aktivit, realizovaných ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii při ČVUT Praha, jakož i potenciál centra pro naplňování tohoto cíle.
VÝZKUMNÉMU CENTRU JE 15 LET
V letošním roce slaví Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (Research Center of Manufacturing Technology – RCMT), jež je součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení na fakultě strojní ČVUT v Praze, již 15 let od svého založení. Od samého počátku byla jeho primární úlohou nejen výchova mladých odborníků pro obor výrobní techniky a technologie, ale i účinná podpora pokročilých projektů českých výrobců obráběcích strojů.
Později RCMT rozšířilo svoje aktivity o podporu uživatelů obráběcích strojů. Za 15 let své existence se vyvinulo v přední výzkumné pracoviště s téměř stovkou odborníků, kteří poskytují teoretickou i praktickou podporu firmám, činným v oboru obrábění. Specialisté odborných skupin konstrukce, mechatronika, simulace, automatizace, měření a technologie pracují na projektech aplikovaného výzkumu a řeší zákaznické úkoly výzkumně- vývojového charakteru. Spolupráce
s firmami má vždy formu projektu s jasně formulovanými cíli, termíny a rozpočtem. Tím, že na řešení projektu pracuje projektový tým, účelně sestavený z nominovaných specialistů odborných skupin, je zaručena potřebná komplexnost a kvalita řešení. V případě dlouhodobých úkolů, například při vývoji stroje, lze složení týmu modifikovat dle aktuální potřeby. RCMT je tak schopno svými znalostmi pokrýt potřeby zákazníků od návrhu stroje až po odladění technologie.
HODNOTOVÝ ŘETĚZEC PŘI OBRÁBĚNÍ
K dosažení konečného cíle obrábění, tedy zhotovení kvalitního a přesného dílce s maximální produktivitou,
v požadovaném čase, s vynaložením nejmenších nákladů a za podmínky minimálního ovlivnění životního prostředí, je zapotřebí splnit řadu podmínek, a to jak na straně výrobce stroje, tak na straně jeho uživatele. Moderní obráběcí stroj je nutno posuzovat jako komplexní systém, neboť jeho výsledné chování je výsledkem interakce řady faktorů. Některé z nich výlučně ovlivňuje výrobce, na jiných se podílí uživatel.
Výrobce nabízí a dodává stroj s potřebnou konfigurací, která zahrnuje hardware i nutný software. Stroj musí disponovat nezbytnou tuhostí, odolností proti nežádoucím vibracím či tepelným deformacím a potřebnými výkonovými i dynamickými charakteristikami. Vylepšit tyto vlastnosti lze použitím vyšších řezných podmínek při dosažení stejné nebo vyšší přesnosti a kvality výroby. Je pochopitelné, že zlepšení těchto vlastností není zadarmo, a proto by nabídka stroje měla být v souladu s jeho zamýšleným použitím. Pro nenáročné aplikace sice stačí jednoduchý a levný stroj; takový ale umí vyrobit kdekdo, a proto cesta českého obrábění by měla vést k náročným, sofistikovaným strojům a technologiím.
Uživatel ovlivňuje dosažení žádoucí produktivity cíleným využíváním vlastností stroje, užitím vhodného typu upnutí obrobku, seřízením pohonů stroje pro zamýšlenou aplikaci, volbou nástroje, technologie, obráběcí strategie v tom nejširším slova smyslu a řadou dalších aspektů, z nichž mnohé vyžadují také nezbytné teoretické zázemí. Rozhodnutí, učiněná uživatelem, mají okamžitý dopad na ekonomiku výroby a opět je nutno volit nezbytný kompromis – úroveň požadované hodnoty musí být ekonomicky zdůvodnitelná.
Aktuální práce, které RCMT na tomto poli provádí a které slouží k převedení teoretických závěrů do praktického využití, budou uvedeny v dalších dílech tohoto seriálu.
NEJVĚTŠÍ PROJEKT APLIKOVANÉHO VÝZKUMU V ČR
Projekt Centrum kompetence Strojírenská výrobní technika (CK SVT), finančně podpořený Technologickou agenturou ČR a řešený konsorciem univerzit a firem, je největším projektem aplikovaného výzkumu v ČR.
Pod vedením RCMT jej řeší konsorcium univerzit a firem, v němž jsou zapojeny tři přední české technické univerzity (ČVUT v Praze, VUT v Brně a ZČU v Plzni), 6 největších výrobců obráběcích strojů (TOS VARNSDORF, ŠKODA MACHINE TOOLS, TOS KUŘIM, TOSHULIN, TAJMAC-ZPS a KOVOSVIT MAS)
a výrobce tvářecích strojů (ŠMERAL BRNO).
Projekt je zaměřen na získávání základních oborových výzkumných znalostí a na jejich využití v praxi konsorciálních firem. Přímá účast odborníků z praxe – jejich podíl se pohybuje okolo 20 % – nejen pomohla zaměřit cíle projektu tak, aby byly v souladu s potřebami výrobců strojů, ale také usnadňuje provádění průběžných experimentů v podmínkách výrobního podniku a současně je zárukou praktické využitelnosti získaných poznatků.
Komplexní problematice oboru odpovídá členění projektu
na 11 odborných oblastí (pracovních balíčků), řešících problematiku virtuálního modelování obráběcích strojů
a technologií, technologii obrábění, optimalizaci mechanických struktur strojů, tlumení v mechanických strukturách, snižování energetické náročnosti výrobních strojů
a procesů, minimalizaci teplotních deformací obráběcích strojů, aplikace nekonvenčních materiálů a nové koncepce strojů, zvyšování přesnosti obráběcích strojů, interakci stroje s obsluhou, simulace a optimalizace tvářecích strojů.
V rámci jednotlivých balíčků se řeší i speciální témata, např. problematika hydrostatických uložení a vývoj komplexních simulací obráběcích strojů. Spíše uživatelům jsou pak určeny výsledky výzkumu možností naladění pohonů a řídicího systému stroje, využitelné pro optimalizaci dynamických možností stroje při konkrétní obráběcí aplikaci a výzkum metod pro potlačování vibrací, prováděný s cílem zvýšit řezné parametry při stejné nebo lepší kvalitě obrobeného povrchu za současného zlepšení životnosti nástrojů.
Pro věrohodnou simulaci chování stroje za pomoci metody konečných prvků, pro zlepšení ekonomiky výzkumu samotného a zvýšení výpovědních schopností výsledků výzkumu jsou využívány pokročilé výpočetní metody a virtuální modely strojů a obrábění. Ke jmenovanému projektu paralelně probíhá technologický výzkum, zabývající se problémy obrábění – např. stabilitou obráběcího procesu a specifiky obrábění high-tech materiálů či tenkostěnných obrobků.
ZÁVĚR
Jak jsme již řekli v úvodu, tento článek je první ze série, která bude nepravidelně zveřejňována v TT s cílem seznámit technickou veřejnost s aktivitami Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku
a technologii. Další články věnujeme popisu řešení vybraných oblastí, dosažených výsledků a jejich očekávaných přínosů. Společnostem, které již s RCMT spolupracují, není nutno jeho aktivity ani výzkumný potenciál zvláště přibližovat. Pro ty ostatní mohou informace připravované série znamenat inspiraci či náměty, jak zvýšit konkurenceschopnost svých výrobků.
Ing. Petr Borovan