Projekt „Technologická platforma strojírenská výrobní technika III“ je zaměřen na podporu odvětví strojírenské výrobní techniky pomocí prostředků zdokonalených inovačních sítí. Jedním z prostředků k naplnění vytyčených cílů je realizace technologického foresightu.
Zásadním zdrojem informací pro jeho realizaci o trendech a potřebách trhu z hlediska zákazníků jsou prezentace špičkových celosvětových producentů strojírenské výrobní techniky na mezinárodních výstavách a veletrzích, zejména na EMO Hannover 2017 a MSV Brno 2017. K těmto tendencím patří především aplikace nejrůznějších přístupů pro zvyšování produkce na daném strojním vybavení prostřednictvím zkracování výrobních i nevýrobních časů nebo dosažení požadované přesnosti dílce co nejhospodárněji. Způsoby naplnění těchto cílů bylo možné sledovat v celém řetězci výroby – od přípravné fáze procesu výroby (např. prostřednictvím virtuálních simulací procesu) přes inovace obráběcích strojů, nástrojů, způsobů a kvality upínání a možnosti obráběcích strategií a výrazně rostoucí podíl automatizace při manipulaci s polotovary i hotovými výrobky až po nové možnosti inspekce výrobků. Následující kategorizaci aktuálních trendů v oboru výrobní stroje po světových výstavách lze nadřadit téma čtvrté průmyslové revoluce.
LEPŠÍ SW PODPORA PRO UŽIVATELE
Firmy usilují o zvládnutí lepší softwarové (SW) podpory uživatele, uplatnění „inteligentních systémů“, nadstaveb řídicích systémů a rozšiřování funkcí řídicích systémů pro lepší využití a monitoring strojů. Konkrétně to znamená, že IT řešení jsou z PC platformy portována na chytrá zařízení (smartphone, tablet), jsou doplňována o databázové systémy s možností přístupu třetích (partnerských) stran, a v neposlední řadě je hojně využíváno cloudových úložišť. Zastřešujícímu tématu Průmysl 4.0 se v současnosti intenzivně věnují nejen výrobci obráběcích strojů, ale také softwarové firmy.
ROZŠIŘOVÁNÍ MULTIFUNKČNOSTI STROJŮ
Pokračuje trend v rozšiřování multifunkčnosti strojů a schopnosti strojů plnohodnotně frézovat i soustružit bez ohledu na mateřský stroj, z jehož koncepce jeho multifunkční varianta vychází. Firmy dále usilují o to, dokázat postavit z jedné „stavebnice“ téměř cokoli; od soustruhu přes frézku po multifunkční stroj. Trend plnohodnotných operací v rámci multifunkčních strojů se odráží velmi výrazně v odvětví těžkých obráběcích strojů. Stroje jsou prezentovány nejen jako plnohodnotně schopné vykonávat všechny technologické operace třískového obráběni, ale na stáncích výrobců byly hojně představovány varianty výměnných hlav (vybavovaných také elektrovřeteny pro zvyšování otáček) s detailním popisem jejich užitných vlastností. Stroje těžkého průmyslu jsou schopné zvládnout i technologie typické pro stroje střední velikosti.
CUSTOMIZOVATELNOST STROJŮ
Výrobci malých a středních strojů rozdělují produkci na levnější, solidně vybavené stroje, ale téměř bez možnosti změny konfigurace, a na řady strojů plně customizovatelných, které se přitom neliší velikostí, nosnou strukturou, komponenty ani pohony. Nejlevnější zákaznicky modifikovatelný stroj v základním provedení bývá o 20 % dražší než základní nekonfigurovatelná řada, přičemž může dosahovat v nejvyšší výbavě až dvojnásobku ceny základní řady. S customizovatelností a stavebnicovostí strojů (i ve vazbě na Průmysl 4.0) je úzce spjat důraz na kvalitní servis výrobků (dálkový servis omezující nutnost výjezdu servisních techniků a on-line monitorování stavu stroje s včasnou detekcí poruch omezující odstávky stroje). Se zkvalitňováním servisu souvisí také zdůrazňování faktu, že firmy se snaží být ve své výrobě všestranné. Jinými slovy je omezován podíl subdodávek a tedy posilována snaha o výrobu celého stroje na jednom místě.
ROBOT JAKO „POMOCNÍK“
V automatizaci vedlejších operací výrobního procesu (výměny nástrojů, manipulace s polotovary a obrobky) je možné pozorovat převládající využití univerzálních robotů nad specializovanými manipulátory. Robot nahrazuje tradiční systémy, příp. jeho kombinací se strojem vzniká jeden organický celek. Toto řešení kromě zkracování vedlejších výrobních časů je flexibilnější při změně výroby. Stále více se tedy uplatňuje robot jako „pomocník“ u stroje pro různé úkoly. V některých případech šestiosé roboty zajišťují manipulaci, kterou by zvládl dvouosý manipulátor. Robot ale není nutné konstruovat, pouze se zakoupí.
EKOLOGIE A ENERGETICKÁ SPOTŘEBA
Téma ekologie, resp. energetické spotřeby se u menších strojů vyšší třídy stává samozřejmostí a toto téma nachází v oboru ukotvení s prokazatelnými výsledky. Pozornost věnovaná životnímu prostředí v širším časovém horizontu se odráží jasně ekonomicky (i s vyššími pořizovacími náklady strojů). Zároveň je vidět výrazný nástup firem z Tchaj-wanu a Jižní Koreje, které dodávají energeticky efektivní komponenty velkým výrobcům strojů z Japonska a Číny. Nutno zmínit, že trend úspory energií (potažmo ekologie) u větších strojů stále příliš zohledněn není. Zde stále hlavní užitnou vlastností je výkon a manipulačního prostoru, vzhledem k časté specializaci výroby, není tolik. Zvyšování a efektivitu produktivity výroby bude v nadcházejících letech výrazně ovlivňovat rychlý rozvoj aditivních technologií s využitím práškového spékání a navařování.
INOVATIVNÍ KONSTRUKCE A KVALITNÍ PRŮMYSLOVÝ DESIGN STROJŮ SAMOZŘEJMOSTÍ
Kvalitní průmyslový design a kvalitní řemeslné zpracování kapotáží a vnějšího rozhraní se stalo u většiny výrobců strojů naprostou samozřejmostí, a to ve všech velikostech strojů. Co vypadá dobře a kvalitně zvenku, evokuje kvalitu i uvnitř, kam většinou zákazník nemůže nahlédnout. Vynikajícími příklady jsou modulární systém designu automatizačních buněk DMG Mori nebo absolutní novinka designu strojů HURON. Výrobci kromě toho také otevřeně prezentují své přístupy k oblasti inteligentních konstrukcí strojů (teplotní symetrie, netradiční materiály použité v konstrukci, optimalizace).
TRADICE ZVYŠOVÁNÍ PŘESNOSTI
Tradičně přitahuje pozornost zákazníků, pokud firmy dokážou prokazatelně nabídnout něco v oblasti zvyšování přesnosti práce strojů, výkonu obrábění, spolehlivosti a případně nižší ceny. Jde a půjde stále o zásadní užitné vlastnosti obráběcích strojů. Například firma FANUC prezentovala soubor hardwarových (měřicí karta a teplotní čidla) a softwarových prvků integrovaných v rámci určitých verzí řídicích systémů pro usnadnění tvorby a aplikace kompenzačních algoritmů odstraňujících negativní vliv teplotních chyb. V současnosti tradiční běžně používané řídicí systémy nedisponují uživatelsky přívětivým prostředím pro implementaci kompenzačních algoritmů, natožpak příslušenstvím pro jejich tvorbu. Měřicí karta a připravená teplotní čidla podpoří záměr výrobců zabývat se teplotními deformacemi jejich strojů.
ADITIVNÍ TECHNOLOGIE KOVŮ UKOTVENY V OBORU VÝROBNÍ STROJE
Aditivní technologie znatelně rostou na významu. Na světových výstavách byly představeny nové stroje a také letos poprvé stroje s navařováním pomocí elektrického oblouku a nikoli pouze laseru, což je dnes již běžnou technologií. Díky tomuto posunu je znatelná změna přemýšlení o možnostech výroby a multifunkcionalitě strojů, kde dříve obtížně vyrobitelné díly lze produkovat na jednom stroji i na jedno upnutí. Tyto možnosti dávají prostor fantazii konstruktérů, kde lze očekávat, že do několika let se postupně začne měnit design výrobků pro lepší využití materiálu a vlastností tvarových ploch. Zdánlivě vzdálené obory již začínají reagovat na tento trend a díky tomu je například možné již spatřit speciální pily sloužící pro řezání 3D tištěných dílců.
KOMPONENTY STROJŮ
Komponenty strojů zůstávají principiálně stejné, ale zvyšují se jejich detailní vlastnosti, spolehlivost a životnost. Asijské firmy nabízejí obdivuhodně shodné rozměrové kopie zavedených komponentů firem, jako je IGUS, LOC-LINE, SIEMENS a dalších, aby byla případná náhrada co nejsnadnější. Kombinace kvalitnějších komponent, spolu s využitím dalších mechatronických prvků, umožňuje dosahování takřka extrémních hodnot přesnosti obrábění. Příkladem mohou být stroje představené společnostmi FANUC nebo MAKINO, kde výrobce uvádí při frézování speciálním nástrojem dosahování submikronové přesnosti povrchu obrobku. Absolutní novinkou v oblasti pokročilých řešení pro vysokou dynamiku řízení pohonů je aplikace zmíněné firmy FANUC: postup strojního učení na ladění parametrů polohového a rychlostního regulátoru pohonů podle zátěže obrobku, resp. podle kmitání pohybových os.
V oblasti vřetenové techniky byl nejpatrnější posun výrobců vřeten a komponent v oblasti vyhodnocování chování vřeten a sběru dat pomocí snímačů a diagnostických systémů a vyhodnocování chování vřeten a jednotlivých komponent (např. snímání teplot, snímání sil a vibrací). S přesahem do inovativních konstrukcí je patrná snaha výrobců o minimalizaci vřetene jako celku, vedoucí k lepšímu využití pracovního prostoru a snadnější manipulaci s vřetenem při jeho montáži a servisu. Téma inteligentních komponent strojů a inteligentních nástrojů úzce souvisí s nástupem digitalizace celého výrobního procesu, zvyšování inteligence strojů a sledování pracovního procesu v reálném čase; tedy myšlenkou Průmyslu 4.0.
TÉMATA ČTVRTÉ PRŮMYSLOVÉ REVOLUCE NACHÁZEJÍ REALISTICKÁ UPLATNĚNÍ
Téma Průmyslu 4.0 nyní v oblasti výrobních strojů směřuje k tvorbě a sdílení velkých dat, využívání senzoriky a k monitorování stavu strojů a diagnostice. Zdůrazňováno je využití dat pro efektivní řízení chytré sériové a hromadné výroby a sledování využití strojů. Dokonalejší využití velkých dat např. pro prediktivní údržbu nebo optimalizace procesů jsou zatím otázkou dalšího výzkumu a vývoje. Nejaktivnější jsou velké německé SW firmy, němečtí výrobci strojů i komponent a firmy na komponenty z Tchaj-wanu.
Konkrétní trendy lze spatřovat v zavádění (popř. rozšiřování) bezkontaktního měření různých veličin (geometrie, tvrdost povrchu a podobně) a příchodu pokročilých měřicích technologií z východu (Polsko, Turecko, Čína). Zřejmé je také zvyšování automatizovaného zpracování měrových informací, rozšiřování automatické identifikace pomocí čipů, pokročilého zpracování obrazu. Předvídaným trendem je propojování a komunikace strojů v síti (patrně nejkomplexnější řešení představila firma Siemens softwarovým systémem CNC Shopfloor Management). Důležité je zmínit častější výskyt bezobslužných obráběcích strojů i v malosériové výrobě a s tím související důraz na spolehlivost všech agregátů a periferních zařízení.
Nová SW řešení (kompenzační algoritmy apod.) firmy neprezentovaly v podrobnějších detailech na stáncích ani ve svých prospektech. Informace o nich byla zpravidla jen taková, že jsou již částí (modulem) v celém konceptu Průmysl 4.0 dané firmy či pouze piktogramem. Přestože aktuální ročníky výstav byly ve znamení předání pomyslné štafety všem ostatním k prezentaci jejich vize Průmyslu 4.0 a velká část výrobců obráběcích strojů si připravila on-line demo ukázky se zobrazováním veličin a parametrů z běžícího stroje, nemají tyto zatím hmatatelnou návaznost na další řetězce systémů řízení procesů zakázka – hotový dílec. Je však zřejmé, že nadstavbové softwary nad řídicími systémy představují rozsáhlou oblast s velkým potenciálem a téměř každý výrobce ji v menší nebo větší míře zahrnuje do svých výrobků a v budoucnu se význam tohoto typu SW zcela upevní.
Titulní obr.: Plejáda výměnných frézovacích hlav strojů FIDIA
Ing. Jan Smolík, Ph.D.
Ing. Jiří Vyroubal, Ph.D.
Ing. Martin Mareš, Ph.D. a kol.