Témata
Zdroj: Kovosvit MAS

Obor obráběcích strojů prochází velkými změnami, které pravděpodobně nejsou na první pohled tak zřetelné. Požadavky na stroje se mění v důsledku postupných proměn světa okolo nás a výrobci strojů na to reagují, aby si zajistili potřebnou konkurenceschopnost.

Doc. Petr Kolář

Inženýrský i doktorský titul v oboru Výrobní stroje a zařízení získal na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Zde se i následně habilitoval. Od roku 2001 pracuje ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), které je od roku 2012 organizační součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení FS ČVUT. V letech 2015-2019 pracoviště vedl. Působí též na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky, ČVUT v Praze a na Fraunhofer IWU Dresden. Odborně se zabývá výzkumu a spolupráci s průmyslovými firmami v tématech dynamického chování výrobních strojů, chytrými výrobními stroji a Průmyslem 4.0.

Jan Smolík

Je klíčovou osobou na Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze. Společně s prof. Houšou zde spoluzakládal Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT). Následně zde vedl Centrum kompetence a nyní Národní centrum kompetence, jehož je ústav spoluřešitelem. Jeho specializací jsou obráběcí stroje, se zaměřením na nové konstrukce a byznys modely.

Reklama

V roce 2021 bylo pracovní skupinou Národní inovační platformy I pro obory energetika, hut­nictví, průmyslová chemie, strojírenství a me­chatronika identi­fikováno osm hlavních megatrendů, které mají vliv na nastartování změn v těchto klíčových průmyslo­vých oborech v ČR.

Čtyři trendy jsou úzce spojené zejména s průmyslem. Prvním trendem jsou zvyšující se nároky na výrobu a výrobky v hlavních užitných parametrech. Do této oblasti spadá růst požadavků na jakost výroby, růst výrobního výkonu a produktivity, zlepšování energetické a ekonomické efektivnosti, zvyšování spolehlivosti funkční i procesní a rostoucí nároky na zákaznickou individualizaci a doprovodné služby z oblasti digitalizace, monitorování a diagnostiky. Druhým trendem je zpřísňující se legislativně-regulatorní podnikatelské prostředí. Do této oblasti spadají hlavní evropské předpisy, jako jsou GDPR (obecné nařízení o ochraně osobních údajů) a REACH (chemická politika Evropské unie). V kombinaci se zvyšující se mezinárodní konkurencí tak rostou rizika přesunu výroby mimo ČR a ohrožení regionální nezávislosti. Na první pohled méně viditelným dopadem je klesající zájem o práci, a zejména podnikání v průmyslu, což s sebou následně nese i pokles zájmu o technické vzdělávání a kariéru mladých lidí v této oblasti. Třetím nezpochybnitelným trendem je rozvoj a implementace digitálních technologií, automatizace výrobních a řídicích procesů, uplatňování konceptu Průmysl 4.0 v průmyslové výrobě. S tím jsou úzce spojeny změny v potřebách profesních znalostí a dovedností. Dopad těchto změn je znatelný v celoživotním vzdělávání na úrovni pracovníků i na úrovni sekundárního a terciárního vzdělávání. Čtvrtým trendem je uplatňování principů cirkulární ekonomiky spojené s tlakem na snižování materiálové náročnosti, maximální využívání odpadních surovin, recyklace a recyklovatelnost. Po delší době se tak do technických oblastí vrací témata znovupoužitelnosti, opravitelnosti a prodlužování životnosti strojů a zařízení.

Ukázka technologické palety firmy +GF+. Paleta je nosičem dílce a zajišťuje opakovanou přesnost upnutí v různých strojích zajišťujících dílčí výrobní operace. Paleta má QR identifikaci, a tak lze sledovat kvalitu výroby každého vyráběného dílce. (Foto: P. Kolář)

Další čtyři trendy jsou společné všem oborům lidské činnosti a průmysl na ně musí též reagovat. Pátým trendem je potřeba zajištění zdrojů a surovin (tzv. critical raw materials) a s tím spojené hledání jejich náhrady v podobě dostupnějších surovin a jejich zpracování. Šestým trendem je plnění ambic a požadavků v oblasti ochrany klimatu. Dekarbonizace průmyslu, dopravy a energetiky, energetické úspory a zvyšování energetické účinnosti jsou zesílenými požadavky, které společně se sedmým trendem, kterým je snižování dalších negativních vlivů na životní prostředí (např. ochrana biologické rozmanitosti, ambice nulového znečištění pro prostředí bez toxických látek a další), vedou techniky ve výzkumu a vývoji k vytváření nových technologií a výrobních postupů. Osmým trendem je růst péče o lidské zdraví a růst investic do lidského zdraví. To souvisí s uvědoměním si faktu, že celá kvalita lidského života je při prodlužujícím se věku dožití silně ovlivněna zdravotním stavem člověka, který je nutno celoživotně chránit a zlepšovat.

Výše uvedených osm megatrendů se pochopitelně promítá i do konstrukce a provozu obráběcích strojů, které musí naplnit i „tradiční“ požadavky na přidanou hodnotu pro uživatele a cenově konkurenceschopné řešení. Aktuální trendy v oboru můžeme ukázat na extrapolaci poznatků ze světových výstav EMO v letech 2017, 2019 a 2021.

Reklama
Reklama

Stavba obráběcích strojů

Tlak na nerostoucí výslednou cenu strojů vede v kategorii středně velkých a velkých obráběcích strojů k upevňování konceptu modularity a „stavebnicovosti“ strojů, který zůstává významnou cestou ke snížení výrobních nákladů při zachování velké variability v možnostech naplnění požadavků zákazníků. V souvislosti s modularitou dokonce do stavby výrobních strojů pronikají pojmy z automotive, kdy stroje mají sdílené platformy (lože, stojany), které jsou osazovány funkčními moduly (vřeteníky, vřetenovými hlavami, pracovními stoly).

Příklad ucelené datové komunikace mezi více výrobními stroji firmy Klingenberg. Hlavním strojem výrobního systému je bruska na ozubení, která je doplněna přípravou nástrojů a postprocesní kontrolou jakosti výrobků. (Foto: P. Kolář)

Trvajícím trendem je multifunkčnost strojů. Typy technologií integrovaných ve strojích se stále rozvíjejí. V případě strojů s vícetřískovými technologiemi je trendem integrovat broušení. V tomto směru multifunkční stroje na bázi frézek i soustruhů možná v blízké době uberou část aplikačního segmentu brusek. Specifickým segmentem se staly stroje pro hybridní výrobu – tedy stroje, které umožňují v jednom pracovním prostoru integrovat technologie třískového obrábění a aditivní technologie. Používané aditivní technologie jsou na bázi prášku nebo drátu taveného laserovým paprskem (LMD – laser metal deposition) nebo drátu taveného elektrickým obloukem (WAAM – wire arc additive manufacturing). Hybridní výrobní stroje jsou používány pro malosériovou výrobu dílců, kde kombinace kladení materiálu a jeho řízeného úběru umožňuje realizovat dílce s vnitřními dutinami, vytvářet polotovary specifického tvaru s malými přídavky nebo realizovat ucelené opravárenské technologie. Ve vazbě na to jsou více nabízeny specializované CAM moduly pro aditivní výrobu. Zatím omezená je nabídka v kategorii CAM SW pro hybridní výrobu – tj. integrované prostředí, kde technolog může operace aditivní a subtraktivní snadno plánovat a kombinovat v jednom pracovním prostředí.

V případě komponent obráběcích strojů se rozrůstá nabídka senzorických komponent. Ty slouží dvěma účelům: pro sběr dat potřebných pro sledování stavu komponenty a pro monitoring výrobního procesu.

V prvním případě se jedná např. o lineární nebo rotační valivá uložení doplněná senzory vibrací, senzory teploty aj. Snímače jsou používány nejen pro kontrolu stavu komponenty, ale též pro optimalizaci mazání. Tento přístup umožňuje snížit spotřebu celkového objemu použitého maziva. Monitoring provozu stroje i zatížení komponent umožnuje variabilně řídit čas výměny a oprav některých hlavních uzlů, což ve výsledku opět snižuje finanční náklady i ekologickou zátěž. Evropští, a zejména japonští výrobci obráběcích strojů se zaměřují na standardní implementaci řady dílčích řešení pro snížení energetické náročnosti provozu stroje, jako je např. důsledné používání tzv. power save modů, modernizace osvětlení, snižování spotřeby tlakového vzduchu, proměnlivé nastavení provozu kapalinových agregátů (hydraulická čerpadla, čerpadla emulze) a využití komponent s vyšší energetickou účinností.

Ukázka robotického ramena s malokapacitním zásobníkem polotovarů/dílců. Manipulační zařízení lze snadno přistavit ke stávajícím strojům, zde na příkladu stroje MAZAK. (Foto: P. Kolář)

Automatizace výroby: zajištění toku materiálu

Zaměření vývoje ve stavbě obráběcích strojů jde směrem ke snazší integraci automatizace, která zajišťuje tok hmoty. Tím je myšlen tok nástrojů, polotovarů a obrobků. Vývoj je motivován požadavky řady zákazníků na bezobslužný provoz obráběcích strojů i v případě malých výrobních sérií. Typicky, na jednu směnu s obsluhou navazují dvě směny, kdy stroj pracuje bezobslužně v automatickém cyklu. Tento přístup snižuje hodinovou sazbu stroje, což přispívá k nákladově konkurenceschopné výrobě. V řadě případů vůbec umožňuje efektivnější využití kapacity stroje, protože na trhu není dostatek operátorů pro vícesměnný provoz. Na poslední výstavě EMO 2021 byly všechny vystavené stroje vybavené velkokapacitními zásobníky nástrojů, paletovými výměníky nebo zakladači dílců a palet. U mnoha firem bylo vidět ve srovnání s rokem 2019, že vývoj strojů byl zaměřen více na snazší integraci většího spektra automatizačních zařízení než na změny ve stavbě stroje.

Samostatnou kapitolou je nasazení robotů ve výrobní automatizaci. Stále více se rozšiřují zakládací stanice sestávající z robotického ramena s malokapa­citním zásobníkem polotovarů, jež lze snadno umístit a integrovat ke stroji. V některých případech již došlo k integraci robota do pracovního prostoru stroje, kde robot zajišťuje nejen manipulaci s dílci, ale též některé pomocné operace (např. řízené polohování trysky emulze pro chlazení místa řezu). Průkopníkem je v tomto směru firma Okuma se svým konceptem Armroid. Na poslední výstavě EMO bylo možno vidět roboty v pracovním prostoru též u firem Biglia a Nakamura Tome.

Reklama

Data ve výrobě a tok informací

Nepřehlédnutelná změna se kontinuálně již delší dobu děje v oblasti dat z výroby. Data z řídicích systémů strojů i z přídavných snímačů jsou využívána k několika druhům analýz. První oblastí je sledování efektivnosti využití kapacity stroje (OEE – overall equipment effectiveness). OEE je komplexní parametr, který obsahuje nejen údaje o kapacitním vytížení stroje, ale též o počtu vyrobených kusů s ohledem na plán. Pro uživatele jsou tyto výsledky společně s analýzou zdrojů prostojů základním nástrojem pro zvýšení efektivity výroby. Výrobci strojů na to reagují tím, že stroje mají připravená standardizovaná komunikační rozhraní (OPC UA, MT Connect aj.), která umožňují komunikovat s nadřazenými SW monitoringu výroby. Mezi zdroje informací o statusu výroby nepatří jen řídicí systém stroje, ale též tzv. inteligentní komponenty strojů. Jedná se obvykle o uzly, které obsahují snímače a mají možnost síťové komunikace. Příkladem jsou např. vřetenové upínací jednotky nástrojů s komunikací IO-link nebo snímače kvality emulze od firem Fuchs Oil nebo LiquidTool. Tato komunikace probíhá typicky s periodou v řádu jednotek sekund nebo delší.

Stroj Weldprint 2. generace firmy Kovosvit MAS kombinující pětiosé frézování a technologií navařování WAAM. Jedná se o jediný stroj pro hybridní výrobu vyvinutý a vyráběný v ČR. (Zdroj: Kovosvit MAS)

Druhou oblastí je zpracování tzv. vysokofrekvenčních dat, což jsou data z přídavných snímačů, senzorických komponent a senzorických nástrojů (s frekvencí snímání obvykle v jednotkách kHz) a data z řídicího systému (data s periodou snímání v nižších jednotkách msec). Tato data jsou využívána jak pro analýzu stavu stroje, tak zejména pro nepřímou analýzu jakosti výroby, kontrolu opotřebení nástrojů apod. Výsledné informace stroj předává konkrétním částem systému řízení výroby (MES – manufacturing execution system), který na základě toho může plánovat servisní odstávky stroje, upravovat parametry návazných výrob­ních operací nebo předávat informace o stavu konkrétních nástrojů mezi strojem a přípravnou nástrojů. Tento softwarový svět tak úzce propojuje řadu oblastí vázaných na provoz stroje, přípravu procesu i zajištění řady podpůrných činností. Data se tak stávají klíčovým nástrojem zvyšování efektivity výroby. Jednotlivá SW řešení jsou enablerem nových byznysových modelů. To vše je důležitým faktorem pro udržení výroby v Evropě.


Článek vznikl s podporou projektu Technologická platforma strojírenská výrobní technika v rámci řešení projektu CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_105/0018877.

Související články
Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Soumrak strojírenských bohů

Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Související články
Od vydavatelství po startupy

Jiří Hlavenka není pro mnoho lidí neznámou osobností. Jde o člověka, který stál u zrodu vydavatelství i nakladatelství Computer Press a později i u prvního interaktivního webu o počítačích a počítačových technologiích, kde se neznalci mnohdy dozvěděli i odpověď na svou otázku. Jiří Hlavenka se ale v současné době věnuje investování do projektů, které mají smysl, a tak jeho jméno figuruje především u webu Kiwi.com, který vám najde - třeba i na poslední chvíli - nejlepší a nejlevnější letecké spojení kamkoli. Někdy může let po více "mezidestinacích" sice trvat déle, ale vždy se můžete spolehnout na to, že doletíte tam, kam jste si vysnili nebo kam potřebujete dolétnout.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Fórum děkanů strojních fakult

Uveďte prosím stěžejní exponát, který bude vaše fakulta na MSV v Brně prezentovat a proč se škola rozhodla právě pro něj?

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Výzkum rozděluji pouze na dobrý a špatný, říká Libor Kraus

Prezident Asociace výzkumných organizací Libor Kraus se pohybuje v oblasti výzkumu a vývoje 30 let. Jaká vidí pozitiva, úskalí a rezervy v této důležité součásti našeho ekonomického růstu? Na to jsme se ho zeptali v rozhoru, který poskytl redakci MM Průmyslového spektra.

Budoucnost české výroby tkví v inovacích, Část 1. Změna konstrukčního přístupu

Česká republika je zemí s dlouhou vědeckotechnickou, průmyslovou a inovační tradicí, díky níž jsme se z provincie stali jednou ze předních ekonomik světa. Dnes ale nedokážeme plně využít inovační potenciál a zaostáváme za vyspělou Evropou. Co nás brzdí?
Seriál, který připravují odborníci společnosti Autodesk, se na příkladech dobré praxe bude snažit nastínit možné cesty, jak by firmy a jedinci mohli zvýšit svůj inovační potenciál a tížený efekt.

Perspektivy čínského draka

Již několik let vám pravidelně v tomto čase přinášíme reportáže ze dvou klíčových strojírenských veletrhů celého asijského kontinentu, které jsou určitým barometrem srovnání postupného vývoje čínských výrobců obráběcích strojů a komponent, ale i pohledem na zvolené marketingové strategie nadnárodních společností při jejich penetraci na zdejší čínský trh – největší a nejprogresivněji rostoucí na světě. V lichých letech se v Pekingu v dubnu koná veletrh CIMT (China International Machine Tool Show), v sudých přibližně ve shodné době pak v Šanghaji veletrh CCMT (China CNC Machine Tool Fair). Aktuální postřehy z každého dne veletrhu jsme přinášeli prostřednictvím redakčního portálu mmspekturm.com a sociální sítě facebook, s tradičním komplexnějším pohledem na veletrh a čínský komoditní trh jako takový přicházíme nyní.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

Ujíždí nám vlak digitalizace?

Rozhovor s Martinem Peňázem ze společnosti Autodesk, nám dává možnost nahlédnout na současnou digitální transformaci optikou, jejichž rámec a obzory se vytvářely dalece před tím, než nás doba covidová naučila přemýšlet a konat jinak a pružněji, než bylo standardem.

Budoucnost české výroby

Česká výroba prochází složitým obdobím. Naši výrobci musí každý den řešit složité úkoly a problémy, za které si z části ani nemohou. Doba už je taková, je potřeba se jí ale postavit čelem.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit