Náročný a úspěšný výzkum a vývoj zvýší konkurenceschopnost našich výrobků

Světový tisk zaznamenává zvyšující se tempo frontální modernizace technických výrobků v průmyslových státech světa. V USA, v Evropské unii, v Číně, v Rusku, v Indii a v dalších státech se zvyšuje tempo průmyslového výzkumu a vývoje. Cílem je zvyšování konkurenceschopnosti průmyslové produkce všech výrobců, kteří přežili ztrátové období v letech působící a dosud doznívající světové ekonomické krize. Modernizace výrobků s vysokou přidanou hodnotou se převážně uskutečňuje rozšířeným využíváním výpočetní techniky, mikroelektroniky, senzoriky, automatizačních obvodů, nových konstrukčních materiálů a výrobních technologií i dalších oborů. Tato modernizace často vyžaduje novou optimálně dimenzovanou mechanickou konstrukci dynamicky namáhaných výrobků. VYZNAM NAROČNEHO EXPERIMENTU STOUPA Experiment řízeného zatěžování zdokonalované konstrukce umožňuje konstruktérům a výpočtářům ověřovat správnost teoretických výpočtů konstrukčního řešení výrobku. To je charakterizováno zvolenými konstrukčními materiály, rozměry a tvarem nové mechanické konstrukce pro funkční provozní zatěžování v daném rozsahu při respektování požadavku na dodržení požadované spolehlivosti a životnosti. Programově řízené elektrohydraulické (EH) systémy umožňují zavádět do zkoumaných objektů mechanické namáhání působící při jejich skutečné exploataci v definovaných podmínkách. Dostatečně přesná simulace provozu zkoušeného objektu v laboratoři z hlediska mechanického namáhání je docilována vhodným uspořádáním experimentu. Tyto experimenty umožňují zdokonalovat výrobky optimalizací jejich mechanických konstrukcí vykazujících větší životnost a spolehlivost, nižší hmotnost a pozoruhodný design. Významnou roli sehrává zavádění automatizace některých funkcí výrobku a nových technologií ovlivňujících náklady. K rozsáhlým změnám mechanických konstrukcí dochází v poslední době zejména využíváním nových konstrukčních materiálů, především kompozitů. ZKUŠEBNI STROJE A SYSTEMY Při optimálním konstruování je kladen důraz na zkoušky životnosti a spolehlivosti celých výrobků. Jejich součástí je analýza deformací konstrukce prováděná vícekanálovými elektrohydraulickými systémy. Zkoušky vlastností konstrukčních materiálů a analýza mechanického napětí součástek strojů je prováděna EH stroji (až tříkanálovými) při přímočarém a torzním zatěžování. Současné EH systémy se 4 až 16 kanály ve vývoji automobilů a až 100 kanály ve vývoji letadel jsou vybaveny číslicovými obvody, které regulují signály řídící průběh experimentu a mapují rozložení mechanického zatížení prověřované konstrukce. EH stroje a systémy jsou vybaveny rychlými elektronickými měřicími ústřednami pro sběr a zpracování dat z tenzometrů a také ze senzorů síly, dráhy a zrychlení. Elektronická měřicí technika umožňuje při provozu zkoušeného objektu měřit na jeho stacionárních i pohyblivých částech působící mechanické veličiny. S rostoucím počtem zatěžujících hydromotorů roste i počet míst, na kterých se měří především mechanická deformace. U automobilů jde o stovky míst, u velkých letadel až o tisíce míst. Úlohou EH systémů není jen simulovat skutečné či předpokládané provozní zatěžování zkoumaného objektu. Aktuální je zatěžování i v režimech mezních stavů provozního zatěžování a v režimech změn zatěžování. EH zkušební stroje a systémy jsou vyráběny pro generaci sil velikosti stovek N až 20 MN a torzních momentů až 1000 kNm. Aby experimenty odpovídaly podmínkám praxe, jsou vzorky materiálu, případně celé zatěžované konstrukce, umístěny v klimatické komoře umožňující např. nastavení teploty v požadovaném rozsahu podle projektovaných podmínek průběhu experimentu. Uvedené zatěžovací zkoušky probíhají správně jen tehdy, je-li každý senzor ovlivněn pouze tím hydromotorem, s nímž je spojen v regulační smyčce. Zkoumané objekty jsou často dynamicky složité, vykazují více vlastních frekvencí, nelineární tlumení a výrazné interakce mezi jednotlivými řídicími smyčkami. Tyto i další vlivy jsou zohledňovány vytvořením syntetických signálů odvozených ze zadaných parametrů provozního zatěžování zkoumaných objektů, zjišťovaných měřením charakteristických veličin (deformací, zrychlení, sil) na určených místech konstrukce za provozu zkoumaného objektu v reálném prostředí. Funkce všech hydromotorů jsou programovány nezávisle. Syntézu uskutečňuje číslicově řízená smyčka realizovaná počítačem a výpočet je prováděn ve frekvenčním pásmu s využitím Fourierových spekter časových signálů. Vlivy nelinearit se kompenzují iteračním algoritmem. POTŘEBA NAROČNEHO EXPERIMENTU JE RESPEKTOVANA PROSPERUJICIMI PODNIKY Mezi zkoušky mechanických konstrukcí dynamicky namáhaných výrobků patří: ? zkoušky spolehlivosti a životnosti mechanických konstrukcí a jejich částí, ? modální analýza zjišťující vlastní frekvence zkoumaného objektu, ? zkoušky pro stanovení mezního namáhání určující mezní režimy exploatace, ? měření veličin provozního zatížení, ? zkoušky pasivní bezpečnosti. Experiment se stal vědeckou metodou. V moderním strojírenství představuje nejnákladnější činnost nezbytnou pro docílení co nejvyšší kvality výrobku a přispívá ke stanovení konkurenceschopné ceny. Vyvolává nové myšlenky oponující nebo podporující teorie konstruktérů a výpočtářů. Je zdrojem objektivních poznatků, které implementovány do matematického modelu optimalizují návrh prototypu výrobku. Téměř bez výjimky platí: jakou úroveň má experiment při vývoji výrobku, má i výrobek. Experiment musí mít metrologický charakter a vyhovující citlivost. Počítačovými simulacemi nelze nahradit experiment – experimentem lze zdokonalit vypovídací schopnost výpočtových metod. Ekonomická krize rozvrátila světovou hospodářskou a průmyslovou soustavu. Svět se nevrátí ke stejnému globálnímu trhu, který existoval před působením krize. Objevují se nové dokonalejší výrobky i nové firmy, které mění konkurenceschopnou nabídku některých dříve dominujících firem. Platí: kdo je technicky a cenově nejlepší a zvládl marketing – prodává. Kdo v konkurenci neobstál – končí. ING. JIŘÍ ČERNOHORSKÝ, DRSC.