Žádané obráběcí stroje budoucnosti budou pravděpodobně ty, které budou univerzálnější, přesnější, lépe využitelné při změnách výroby, méně závislé na obsluze a lépe zapojitelné do integrované výroby. Současně budou uživatelé strojů po výrobcích strojů a nástrojů požadovat levné a spolehlivé zvládnutí obrábění nových materiálů, snadnější přípravu využití stroje (technologickou přípravu výroby) a vyšší energetickou účinnost strojů a technologií. Současně nelze předpokládat, že by v jakémkoli případě mohly být akceptovány nižší užitné vlastnosti strojů, které jsou dnes považovány za standardní v oblasti jakosti, výkonu, hospodárnosti a spolehlivosti. Adaptivní výroba Výrobci budou muset být schopni častěji měnit výrobu a to jim lépe umožní univerzálnější stroje, stroje s širšími technologickými možnostmi, stroje a příslušenství dobře připravené na změnu výroby, ale třeba i na své umístění ve výrobě. K širší přizpůsobivosti výrobních procesů a jejich univerzálnosti patří také integrace více technologií v jedné operaci, v jednom stroji a multifunkčnost výrobních strojů umožňujících více technologií řešit sériově. Stroje a technologie jejich využití i plánování výroby se musejí přizpůsobit větší dynamice ve změnách výroby. Neprobíhá honba za konkrétními detaily a parametry (zrychlení, otáčky, výkon), které jsou považovány za samozřejmé, ale akcentována je multifunkčnost strojů. Růst multifunkčnosti strojů a jejich schopnosti plnohodnotně realizovat více druhů obrábění je velmi významným trendem a u některých typů strojů již standardem. Nároky na multifunkčnost jsou silným hnacím motorem zdokonalování stavby strojů, jejich pohonů a jejich komponentů. Multifunkční (multitasking) stroje umožňující plnohodnotně soustružit i frézovat a někdy i brousit v jednom pracovním prostoru představují špičku nabídky v oblasti malých a středně velkých strojů. Požadavky na možnost nesení soustružnických nástrojů vřetenem, zvládnutí složitých kinematik s velkým počtem řízených os ve vysoké přesnosti, zvládnutí přesných vyvrtávacích operací a zvládnutí stavby otočných stolů, které přebírají roli karuselovacích vřeten, to vše patří mezi velké výzvy pro konstrukci i řízení strojů. Zájmem uživatelů je realizovat kompletní obrábění nebo i další neobráběcí operace v jednom pracovním prostoru a setkáváme se s pojmy „Done-In-One“ nebo „Complete Machining“. Výhodou je minimalizace chyb vzniklých přeupínáním dílců, ale také minimalizace rizika uživatele, že pro stroj nesežene práci. Tlak uživatelů na maximální univerzalitu a veliké rozsahy parametrů vede na straně výrobců strojů k dalšímu růstu jakosti a přesnosti obrábění u velkých strojů a výkonnosti u malých strojů. Ideální stroj musí zvládnout všechno a tím dává uživateli širší možnosti v získávání práce a v realizaci výrazných změn ve výrobě. Technologická a aplikační zdatnost Budoucnost konkurenceschopnosti výrobců strojů bude silně postavena na technologické a aplikační zdatnosti a na schopnosti zajistit maximálně dobrou a pro uživatele výhodnou uživatelskou podporu využití strojů. Schopnost dodat stroj s odladěnou technologií a nástroji pro konkrétní dílec je dnes očekávaným standardem. Dodávat stroj i s bohatou paletou otestovaných technologických případů v podobě technologického portfolia stroje je však něčím navíc. Firmy, které vyvinou stroj a následně na něm intenzivně testují a realizují všechny možné technologické případy obrobků z různých materiálů a s rozdílnými nároky na přesnost, jakost a výkon, investují dobře a příklady zvládnutých technologií jsou konkurenční výhodou. Rozsáhlé technologické portfolio dodávané se strojem pak uživateli usnadňuje zvládnutí změn výrobní technologie a snižuje jeho nejistotu, zda mu stroj dobře poslouží i pro jiný případ obrobku, než který řeší přímo při nákupu stroje. Rostoucí význam této zdatnosti jasně ukazují poslední veletrhy, neboť výrobci strojů i nástrojů se stále častěji a dokonaleji prezentují technologiemi, aplikacemi a speciálními a špičkovými obrobky. Stroje se mnohdy nabízejí ve vazbě na obráběný materiál (titan, nerez, kompozity) nebo na průmyslový sektor (letectví, energetika atd.), pro který jsou určeny, nikoli jako velikostní a výkonové řady. V zorném poli jsou obrobky, nikoli stroje. S tématem technologické a aplikační zdatnosti souvisí zvládání nových technologií například v následujících oblastech: a) Nové materiály – moderní doprava všeho druhu bude směřovat k větší efektivitě a s tím souvisí snižování hmotnosti všech částí nosných struktur i pohonů. Toto povede k širšímu využití kompozitů, sendvičových struktur, speciálních ocelí, titanu a superslitin a dalších těžko obrobitelných materiálů (DTC materiály). Všechny tyto materiály bude třeba obrábět přesně, jakostně, produktivně a levně. b) Elektronika, mechatronika a rostoucí význam nanotechnologií a biotechnologií kladou stále větší požadavky na obrábění dílců a nástrojů pro svá výrobní zařízení v oblasti přesnosti a jakosti povrchů na větších rozměrech. c) U energetických zařízení rostou nároky na činnost, která je vázána na zvyšování přesnosti a jakosti dílců velkých rozměrů. V budoucích letech porostou řádově nároky na přesnost nejen v oblasti malých strojů, ale nově u strojů střední velikosti a u těžkých obráběcích strojů. Minimalizace závislosti na lidském faktoru Ideální výrobní prostředky budoucnosti by měly být dostatečně „zkušené“ a „samostatné“, aby jejich uživatel nebyl odkázán na lidskou obsluhu a kvalifikaci a vystaven tak riziku chyb způsobených člověkem. Cílem je maximální spolehlivost a samostatnost výroby. Toto klade vysoké požadavky na dodavatele strojů z hlediska diagnostiky procesů a stroje, ale také z hlediska podpory optimálních technologických podmínek výroby. Stále je zde velký prostor pro zdokonalování softwarové podpory. Nabízet ke strojům CAM program je dnes standardem. Dokázat ale pokrýt širší spektrum na trhu nabízených CAM programů tak, aby uživatel stroje mohl využívat své standardní prostředí, a především dodávat pro tyto programy odladěné postprocesory a vizualizační modely pro simulace obrábění a kontrolu kolizí, včetně knihoven upínacího příslušenství, je již něco navíc. Zcela otevřené pole je v oblasti virtuálních simulací obrábění s využitím výpočetních jader řídicích systémů a dynamických modelů strojů, které dokážou věrně simulovat skutečné posuvové rychlosti a časy obrábění. Přestože od představení prvního CNC (Computer Numerical Control) stroje na Massachusetts Institute of Technology v USA v roce 1952 uběhlo již více jak šedesát let, nepodařilo se zatím obráběcí stroje učinit nezávislé na obsluze. Jako standard se zavedly systémy automatické výměny nástrojů a obrobků, vynášení třísek a základní kontroly funkčnosti a nutných údržbových zásahů. Spolehlivé vyřešení kontroly přesnosti obrábění, kvality obráběných povrchů, diagnostiky stavu nástroje, kontroly stability řezného procesu a kontroly dalších možných poruch a problémů, které mohou nastat během obrábění, ještě na automatizované zvládnutí čeká. U menších a středně velkých strojů v sériové výrobě je bezobslužnost zvládnutelná za uplatnění velmi sofistikovaných technologií a systémů. Nejedná se však o něco standardního a již vůbec ne u strojů sloužících pro kusovou výrobu nebo u těžkých strojů. Pokročilé metody online diagnostiky, monitoringu a in situ měření a kontroly, které by byly spolehlivé a univerzální, mohou být významnou konkurenční výhodou budoucích strojů. Roste význam realizování pojmu „inteligentní stroj“ a „inteligentní výroba“. Podpora maximálního využití strojů Pro uživatele strojů je vždy kritickým okamžikem změna výroby, změna technologie, jiné obráběné materiály, rozměry, přesnosti, jiné upínání a zatěžování stroje. Poměrně dobře skrytou, ale velmi mocnou součástí stroje je jeho řídicí systém, respektive to, jak je řídicí systém a především jeho interpolátor nakonfigurován, jak je využíván a také jak je samotnými výrobci strojů rozšiřován a vylepšován. V maximálním pochopení možností moderních systémů a jejich využití pro konečnou funkčnost strojů a ve vývoji vlastních rozšiřujících technologických a diagnostických aplikací i v optimalizaci NC kódu s ohledem na konkrétní stroj, jeho dynamické vlastnosti a jeho řízení je skryt obrovský potenciál pro lepší využití strojů, pro lepší využití mechanické stavby stroje. Budování konkurenčních výhod v této oblasti je však vázané na zvládnutí velmi složitého pozadí systémů, komplikované navázání vlastních softwarových i hardwarových částí, ale i na zvládnutí teoreticky náročného dynamického chování strojů a regulace. Proto je prostor zde nabízet „něco navíc“ zatím pro výrobce OS veliký, neboť jsou to až na výjimky (Fidia, Röders, Mazak, DMG MORI SEIKI) firmy strojařské a řídicí systémy berou jako cosi hotového, neměnného, kde si nekladou ambice hlubších zásahů a širšího přizpůsobení. Jako velmi výhodné se jeví nejen zaškolit obsluhu, ale kontinuálně dodávat uživatelům strojů vzdělávání v oblasti technologie, nástrojů a vlastností strojů. Zákazník a uživatel strojů, který lépe rozumí tomu, co je a za jakých podmínek možné, který má spolehlivě fungující software a který má dodanou knihovnu (portfolio) otestovaných technologií, lépe zvládne změny ve výrobě. Dalším významným kritickým okamžikem pro uživatele stroje je porucha stroje. Maximálně dokonalá diagnostika, díky níž lze rychle určit závadu a vhodný způsob opravy v kombinaci s bezodkladným servisním zásahem, je velmi významnou konkurenční výhodou. Pro uživatele stroje zpravidla neexistuje horší situace, než když mu stroj stojí a není buď jasná příčina poruchy a co opravovat, anebo pokud není výrobce a dodavatel stroje schopen opravu rychle provést. Prokazatelná spolehlivost, nadstandardní garance servisních zásahů a držení širokého spektra náhradních dílů spolu se schopností provádět opravy rychle a kdekoli na světě jsou spojeny s velkým objemem vázaných finančních prostředků i personálu. Výhodu mají velké firmy a je to také jedním z motivů pro vytváření skupin výrobců a sjednocování a standardizaci komponentů a řešení používaných na jejich strojích. Přesnost a jakost Nároky na růst přesnosti jsou nejmarkantnější u velkých a těžkých strojů, ale celkově rostou ve všech kategoriích obráběcích strojů. Velkou výzvou je zvládnutí měření prostorové/volumetrické přesnosti u velkých strojů, zvládnutí měření přesnosti a kompenzací kinematických chyb u pětiosých a multifunkčních strojů a zvládnutí kompenzací teplotních deformací strojů nejen v posunutích, ale také v natočení. Šířeji uplatňované pětiosé obráběcí stroje vedou v současnosti k rozvoji, výzkumu a vývoji nových metod pro měření a kompenzování prostorových chyb. Na druhé straně je snaha zajistit strojům maximální přesnost již v základu jejich geometrií, kinematickými vazbami a základní elektronicky nekompenzovanou přesností. Renesanci nyní prodělává hydrostatika a výrobci strojů neustále zdokonalují přesnost výroby nosných struktur. Evidentní je tlak na vysokou přesnost a jakost povrchů i při poměrně vysokých posuvových rychlostech a rostoucí nároky na parametry pohonů i kvalitu CNC řízení. HSC (High Speed Cuttting) obrábění bylo primárně spojováno s velkým odebraným objemem materiálu, dnes je ale stále častěji prezentováno i jako technologie dokončovací, a rostou tak nároky na přesnost řízení polohy nástrojů za pohybu při interpolaci více os. Systémová a komplexní řešení Nadneseně by se dalo říci, že dělítko mezi malými a velkými výrobci je patrné právě proto, že velké firmy dokážou nabízet a prezentovat sofistikované a integrované výrobní buňky a systémy s vysokým stupněm automatizace a přenosu informací, kdy je samotný stroj sice důležitou, ale jen jednou z mnoha součástí složitějšího systému. Není velkým tajemstvím, že marže a zisk na samotném obráběcím stroji, vzhledem k obrovské, skutečně světové konkurenci, jsou relativně malé. Výrobce strojů stojí před těžkým rozhodnutím a úkolem. Buď bude nabízet jen samotné stroje s relativně nízkým ziskem, anebo zvládne dodávat celé výrobní buňky a systémy, včetně subdodávek, které dříve řešit nemusel. Stroj bývá srdcem výrobních systémů a výrobci OS mají dobrou šanci být dodavateli celých systémů a projektů na klíč. Čím větší je praxe a schopnost výrobce strojů v návrhu veškeré automatizace, zajištění spolupráce více strojů, společného nástrojového hospodářství a plánování a řízení výroby, tím má větší konkurenční výhodu v získávání velkých zakázek, kde jednak může uplatnit více strojů, ale také nabízí větší přidanou hodnotu s přiměřeně vyšším ziskem. Odborné zvládnutí takovéhoto know-how však není triviální a levné a je patrné, že se dřívější výrobci OS začínají dělit na ty, kdo dodávají stroje, a ty, kdo dodávají celé „továrny“. Celkově je patrný trend rostoucí automatizace a uplatňování univerzálních robotů ve strojích i okolo nich a výjimkou již nejsou nabídky linek a komplexní automatizace i pro velké a těžké obráběcí stroje. Digitalizace výroby Dále porostou požadavky na to, aby výroba byla lépe monitorovatelná, kontrolovatelná, lépe řiditelná a plánovatelná a úžeji propojovala zákazníka, výrobek a výrobu. Toto vede ke konceptům většího prolínání ICT (Information and Communication Technology) do výroby, strojů, nástrojů, obsluhy, dodavatelů a odběratelů a dále k rozvíjení konceptů Smart, Virtual a Digital Factories a nově také konceptu Industry 4.0. Společně s požadavky na adaptivitu strojů roste význam konceptu Intelligent Machines. Energetická účinnost a enviromentální profil výroby Ať již z důvodu ceny energií, nebo změnami v globální politice poroste tlak na energetickou a materiálovou účinnost obráběcích strojů a technologie obrábění. Je jen otázkou času, kdy bude posuzován příkon stroje s ohledem na množství odebraného materiálu při jednotlivých typech operací a uživatelé strojů budou požadovat energetické a LCA (Life Cycle Analysis) audity strojů, monitorování spotřeby a maximalizaci jejich úspor. Z pohledu českých výrobců obráběcích strojů, zejména výrobců velkých a těžkých strojů, se zdá být problém spotřeby elektrické energie stroji málo významný, ale globální trend vede jednoznačně k úsporám spotřeby energie. K efektivnějšímu využívání energie ve výrobě, jejíž jsou obráběcí stroje součástí, nás budou tlačit jak náklady, tak i legislativa. Řada světových výrobců strojů řeší spotřebu energie svých strojů velmi důrazně včetně uplatňování řady opatření pro snižování spotřeby a technik monitoringu. Racionálnost a pestrost Dá se říci, že v současnosti nepodléhá obor přímo nějakému módnímu trendu (uplatňování lineárních motorů, ultra vysokootáčkových vřeten, paralelních kinematik, kompozitních materiálů atp.), ale soustřeďuje se racionálně na cíl, tedy technologické využití stroje, hlavní užitné vlastnosti a potřeby procesu obrábění. Toto vede celkově k velké pestrosti technických řešení a k optimalizaci stavby strojů pro jejich hlavní účel. Je to trend racionálního využití všech technicky dostupných prostředků zaměřený na cíl. Design Velká evoluce v designu již proběhla. Estetická, funkční i realizační kvalita designu výrobních strojů zaznamenala hmatatelný boom. Kvalitní design, ergonomie a estetické i řemeslné zpracování se u nových a dražších strojů stává v oboru standardem. Kategorie levných, kvalitních, značkových strojů Jsou nabízeny a rozšiřovány kategorie levných značkových strojů od velkých výrobců (zatím jen stroje malé velikosti). Stroje jsou charakteristické minimální možností zákaznické konfigurace (musí být sériově vyráběny) a méně luxusními řídicími systémy, ale mají vše nutné pro kvalitní obrábění a mnohdy i poměrně široké příslušenství v základu. Zásadní konkurenční výhodou je zpravidla možnost okamžitého dodání ze strojů na skladu. V této kategorii jsou již nabízeny i první pětiosé stroje a rodí se nová pevná skupina segmentu na trhu. Marketing praví, že tyto stroje splní 95 % požadavků, ale za 59 % ceny. Vzhledem k velikosti českých výrobců OS se jeví jako perspektivnější naopak věnovat pozornost takovým aplikacím a zákazníkům, kteří si vyžadují zákaznické úpravy, a každý stroj s technologií je přizpůsoben jejich potřebám. Otázka je, jak velký segment trhu v této oblasti zákazníků během příštího desetiletí zbude právě pro menší výrobce. Klíčovým faktorem konkurenceschopnosti se však zřejmě stane doba potřebná pro customizaci, výrobu a dodání stroje. Kdo zvládne tyto procesy zkrátit na minimum možného, bude mít na poli zákaznických strojů stále významnější výhodu. Tlak na rychlé dodávky však povede v budoucnu k nutnosti větších zásob a kapitálu vázaného v materiálu. Jinak ale nebude reálné konkurovat velkým výrobcům malých a středně velkých strojů, kteří také dokážou dodávat výrazně zákaznicky modifikované stroje a technologie. Ing. Jan Smolík, Ph.D.; www.rcmt.cvut.cz