Důraz na udržitelnost, digitalizaci a 3D tisk

Veletrh Jimtof 2022, největší japonská přehlídka obráběcích strojů, příslušenství a návazných technologií, se konal po čtyřleté pauze druhý listopadový týden loňského roku. Tento, již 31. ročník jednoho z nejvýznamnějších strojírenských veletrhů na světě provázelo hned několik novinek. Oproti předchozím letům byl o den kratší, odehrával se na rekordně velké ploše a důmyslně využil možnosti digitálních nástrojů vytvořených v roce 2020, kdy tento veletrh, stejně jako mnoho jiných, probíhal pouze virtuálně.

I přes v té době stále ještě přetrvávající omezení kvůli covidu-19 se tohoto ročníku zúčastnil rekordní počet vystavujících – 1 086 firem z 22 zemí, které zaplnily 5 619 stánků. Během šesti veletržních dnů si tyto expozice prohlédlo 114 158 registrovaných návštěvníků, což je i přes znatelný pokles oproti roku 2018 (celkem 153 103, z toho 12 934 zahraničních) stále velmi pěkné číslo. 

Pro zajímavost, téměř stejný počet návštěvníků prošel branami tokijského výstaviště v roce 2000, tedy v roce, kdy se v pořádání veletrhu přestalo střídat Tokio s Ósakou, kde se v roce 1962 konal vůbec první Jimtof. Tato akce se tak přesunula do Tokia.  

Japonský trh je výrazně jiný než evropský. Tak tomu bylo vždy a je tomu i dnes. Některé trendy, které kolem sebe pozorujeme v Evropě, se v Japonsku neuchytí vůbec anebo s velkým zpožděním. Jiné se naopak v Japonsku zrodí a rozvinou a my v Evropě si na ně musíme počkat minimálně pár měsíců, někdy i let. 

Japonci jsou známí svým patriotismem, který se promítá i do významu veletrhu Jimtof, jaký mu sami přisuzují. Většina světových premiér japonských výrobců bývá poprvé k vidění právě zde a v Evropě až o rok později na veletrhu EMO. Nejinak tomu bylo teď. Zatímco na jiných strojírenských veletrzích jsme v post-covidovém roce vídali převážně přehlídky značek a obecných konceptů, tokijské výstaviště bylo plné technologických inovací pro skutečnou výrobu.

Průmysl obráběcích strojů vždy byl a zůstává vlajkovou lodí udávající směr technologického vývoje. Inovace, které vznikají v tomto odvětví, se později postupně rozšiřují do konstrukce jiných typů výrobních strojů a souvisejících zařízení. Typickými představiteli nových trendů jsou moderní energeticky úsporné pohony, hydraulické systémy a vysoce efektivní řídicí systémy. V posledních letech se také stále častěji setkáváme s tzv. multifunkčními stroji, které umožňují provádět na jednom stroji více různých operací. Různých kombinací je na trhu již mnoho. Od klasických soustružnicko-frézovacích center přes kombinace třískového obrábění s broušením či navařováním až po spojení s aditivní výrobou v jednom stroji.

Stálicemi na nebi průmyslu obráběcích strojů jsou již několik posledních let digitalizace, automatizace, umělá inteligence a horizontální i vertikální integrace výrobních procesů spojená s budováním výrobních ekosystémů napříč celým životním cyklem výrobku.

Udržitelnost se v současnosti stala jedním z hlavních celospolečenských témat, které spojuje doslova celý svět. Tzv. zelené technologie se čím dál tím více dostávají do popředí nejen mediálního, ale především odborného zájmu. Japonský premiér Jošihide Suga ohlásil v říjnu 2020 plán Japonska dosáhnout uhlíkové neutrality do roku 2050 a s ním související cíl snížit emise uhlíkových plynů do roku 2030 o 46 procent oproti referenčnímu roku 2013. A jak tomu v Japonsku bývá, celá společnost bere tento závazek opravdu vážně.

Nový vytyčený cíl Japonska z října 2020 snížit uhlíkové emise o 46 % je vysoce ambiciózní. Japonský průmysl nezaváhal ani na okamžik. Na veletrhu Jimtof 2022 byla k vidění spousta konkrétních řešení, která přispívají ke splnění tohoto závazku.

Společnost Okuma je příkladem špičkového světového výrobce obráběcích strojů, který odpovídá na současné výzvy k dekarbonizaci a šetření energiemi ucelenou nabídkou vlastních technologií, jejichž cílem je zkvalitnění výroby zákazníků. Portfolio tzv. zelených technologií pokrývá čtyři klíčové oblasti: snížení spotřeby energie během obrábění, zbavení se nadbytečného vybavení, zkrácení pracovních cyklů a potvrzení a vyhodnocení účinnosti energetických úspor.

Společnost Okuma je příkladem špičkového světového výrobce obráběcích strojů, který odpovídá na současné výzvy k dekarbonizaci a šetření energiemi ucelenou nabídkou vlastních technologií, jejichž cílem je zkvalitnění výroby svých zákazníků. Portfolio tzv. zelených technologií pokrývá čtyři klíčové oblasti: snížení spotřeby energie během obrábění, zbavení se nadbytečného vybavení, zkrácení pracovních cyklů a potvrzení a vyhodnocení účinnosti energetických úspor.

Přesnost procesu obrábění silně ovlivňuje okolní teplota, množství tepla vznikajícího při samotném obrábění a také to, jak se zahřívají jednotlivé komponenty obráběcího stroje. Výrobce má v tomto směru pouze dvě možnosti, jak se k tomuto faktu postavit. Buďto se bude snažit udržovat na dílně stabilní teplotu za cenu vysokých investic a úsilí, nebo bude investovat do stroje, který dokáže pracovat s vysokou přesností i za běžných provozních podmínek. Okuma razí druhou z těchto cest a svým zákazníkům již několik let nabízí stroje vybavené technologií Thermo-Friendly Concept. Díky ní zákazníci nemusí řešit nákladné udržování vnější teploty, nemusí ke stroji přidávat drahé chladicí systémy a nemusí ani stroj před začátkem výroby dlouze zahřívat a stabilizovat. Tím také ušetří velké množství elektrické energie. K tomu můžeme přidat využití rekuperace brzdné energie během zpomalení vřetene a posuvu os a také implementaci úsporných hydraulických pump. Výsledkem je 17% úspora energie při obrábění na stroji nové generace oproti staršímu modelu bez těchto zelených technologií a při přesně stejném typu výroby i procesních parametrech.

Velkými konzumenty energie jsou periferní zařízení, která často zůstávají zapnutá, i když se momentálně nepoužívají. Nové stroje od Okumy lze dovybavit sadou ECO suit plus, která se automaticky postará o to, aby zbytečně neběžely naprázdno vynašeče třísek, odlučovače páry a podobná zařízení s vysokým příkonem. Ve spojení s účinným managementem chladicí kapaliny lze ušetřit na stejném exemplárním příkladu dalších 14 % elektrické energie.

Ještě větší efekt ovšem přináší zkrácení pracovních cyklů. Jak toho lze dosáhnout? Správnou volbou optimálních řezných podmínek. Pokud se nastaví správné parametry pro obrobek a obráběcí operaci najednou, časy výrobních cyklů se výrazně zkrátí až o více než 30 procent. 

Velice důležité je mít možnost sledovat okamžitou spotřebu elektrické energie a také produkci emisí CO₂ přímo u stroje. Sesbíraná data jsou pak základem pro podrobnou analýzu stavu na každém jednotlivém zařízení a východiskem pro následnou optimalizaci. Testy potvrzují, že s využitím rekuperace brzdné energie, zavedením Thermo-Friendly Conceptu pro chladné starty a se sadou ECO suite plus lze snížit emise CO₂ až o 45 %. 

K tématu trvalé udržitelnosti nedílně patří rozvoj elektromobility. Výrobu klasických spalovacích motorů a převodů brzy zcela nebo z velké části nahradí výroba elektromotorů a bateriových úložišť. Vzhledem k váze baterií bude nutné dále pracovat na ušetření hmotnosti jinde, tzn. na náhradě ocelových komponent díly vyráběnými z nových, lehčích materiálů, například z hliníku, nebo dokonce z plastů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP).

Na obrábění CFRP se zaměřila společnost Mitsubishi Electric, která představila v říjnu 2021 na výstavě MECT 2021 v Nagoji dva nové modely 3D laserových obráběcích strojů řady CV vybavené CO₂ laserovými oscilátory, přičemž jako prvnímu výrobci na světě se podařilo integrovat oscilátor i zesilovač do jednoho krytu. Oba modely jsme měli možnost vidět naživo i na Jimtof 2022. Stroje disponují procesními hlavami nové generace, které umožňují vysoce přesné a rychlé opracování, a tím otevírají dveře k masové výrobě komponentů z tohoto velmi žádaného lehkého, ale současně vysoce pevného a tudíž těžce obrobitelného materiálu. Do CFRP jsou zvláště v automobilovém průmyslu vkládány velké naděje. Výrazné snížení hmotnosti elektromobilů totiž automaticky znamená nižší spotřebu, a tedy delší dojezd na jedno nabití baterie.  

Dalšími, kdo si díky elektromobilitě přijdou na své, jsou například výrobci ozubárenských strojů. Elektromobily totiž budou mnohem tišší, protože jsou i při vytáčení motoru do vysokých otáček téměř nehlučné. Z tohoto důvodu budou muset pracovat velmi tiše i všechny ostatní ústrojí. Hlasitější zvuky ozubených kol by v tomto prostředí byly považovány za rušivé.

Od roku 2018 se toho mnoho změnilo. Tehdy se návštěvníkům tajil dech při pohledu na gigantickou a dosud nepřekonanou demonstraci možností digitální továrny realizované v prostředí výstaviště. Organizátorům a vystavovatelům pod taktovkou Dr. Masahika Moriho, prezidenta společnosti DMG Mori, se tehdy podařilo propojit přes internet více než 130 vystavovaných strojů všech možných typů od 72 různých výrobců. Východní část výstavního areálu se de facto stala modelovou chytrou továrnou s centrálou v hale 7, kde měli návštěvníci možnost přímo sledovat na monitorech aktuální stav jednotlivých připojených strojů napříč halami. 

Aktuální ročník veletrhu již byl výrazně jiný. Digitalizace ani IoT či umělá inteligence (AI) se zde již nijak nezdůrazňovaly, protože se staly běžnou součástí většiny prezentovaných řešení. Využívají se v nejrůznějších souvislostech: od pokročilého řízení výroby schopného pružně reagovat na současné výpadky dodavatelského řetězce po vylepšení produktivity a kvality. Ať již je ale nasazení těchto technologií jakékoliv, vždy mají jedno společné: jsou nezbytnou podmínkou trvalého a udržitelného růstu. Pokud ještě nedávno byly považovány za konkurenční výhodu, dnes už tomu tak není. 

Že se digitalizace stala samozřejmostí a běžným standardem, mj. potvrzují průzkumy prováděné ve většině zemí světa. V Japonsku aktuálně využívá digitalizaci ve výrobě více než 67 % firem, na 20 % z nich aktivně využívá IoT, a potvrzuje tím výrazný efekt zvýšení produktivity a zkrácení času potřebného k vývoji a samotné výrobě nového produktu.

Technologií a řešení pod hlavičkou „smart factory“ bylo na veletrhu Jimtof 2022 prezentováno hodně. Za všechny uveďme světovou novinku od firmy Fanuc – Field System Basic Package. IoT platformu Field System Fanuc poprvé představil na veletrhu v roce 2018 a o rok později také u nás na MSV 2019. Tato otevřená platforma umožňuje výrobcům vzájemně propojit nejrůznější zařízení, a to bez ohledu na jejich stáří a značku. Dosud byl tento systém provozován jako „edge-heavy“, což sice umožňovalo shromažďovat a částečně zpracovávat data přímo u zdroje ve výrobě, nicméně stále bylo nutné připojení ke cloudu. Nový balík aplikací pro Field System, který byl prezentován v Tokiu, již připojení ke cloudu nepotřebuje a může fungovat samostatně lokálně.

Dalším krásným příkladem digitalizace v praxi je průlomová změna způsobu komunikace se zákazníky u DMG Mori. Od října 2022 firma přijímá přímé objednávky servisu a náhradních dílů plně online. Využívá k tomu vlastní zákaznický portál „my DMG Mori“, který sice nový není, nicméně obsahuje řadu inovací, které jsme dříve neznali. Zákazník zde nalezne nástroje pro vizualizaci a analýzu provozního stavu obráběcího stroje a přístup ke vzdálené servisní podpoře. Portál pracuje i s prvky umělé inteligence, která zajišťuje automatizaci základní komunikace se zákazníky.

Na zákazníky a vlastní stroje cílila i další novinka prezentovaná na veletrhu – vysoce komplexní systém DMG Mori Gateway řešící horizontální i vertikální propojení strojů a automatizace a také jejich komunikaci s řídicími systémy, uživatelskými rozhraními, aplikacemi, servisem, a to až po úroveň podnikového ERP.

Nový systém vzdáleného monitorování strojů různých typů a jejich centrálního řízení z jednoho PC představila také společnost Citizen Machinery. Pomocí tohoto řešení lze stroje nejen monitorovat a řídit, ale také například vydávat pokyny a předávat výrobní postupy.

Toto tvrzení pravděpodobně nikoho nepřekvapí, nicméně v Japonsku to až tak samozřejmé není. Země, která je domovem pěti z deseti největších výrobních firem na světě dodávajících špičkové roboty a průmyslovou automatizaci, se totiž stále převážně spoléhá na manuální lidskou práci. Výrobci obráběcích strojů dosud dodávali na japonský trh až 70 % strojů bez jakékoliv automatizace, zatímco v Evropě je tomu přesně naopak. Podle toho, co bylo k vicění na veletrhu Jimtof, se ale zdá, že se situace v Japonsku začíná zásadně měnit. A kromě důsledků pandemie Covid-19 a všeobecného nedostatku kvalifikované pracovní síly za to „může“ udržitelnost. Konkrétně snaha o zefektivnění procesního řetězce, tzn. snížení počtu procesních kroků.  A právě toto je hlavním úkolem automatizace.

Společným jmenovatelem hned několika prezentovaných automatizačních řešení bylo, jak obsloužit několik různých strojů najednou – automaticky a bez přítomnosti lidské obsluhy. Na toto téma se zaměřila většina největších výrobců obráběcích strojů. Velkou pozornost vzbudila na veletrhu sestava dvou různých typů strojů obsluhovaných robotem s názvem smarTwinCELL od Okumy. Buňka sestávala z nového horizontálního soustružnického centra Space Turn LB3000EXII (m) a z tříosého vertikálního obráběcího centra Okuma ACE Center MB-46VA, doplněných robotem, zde navíc ovládaným z centrálního řídicího systému výrobní buňky. Velkou předností tohoto řešení je velmi snadné zavedení robotizace, které nevyžaduje žádné speciální znalosti ani zkušenosti.

Novinkou na loňském ročníku veletrhu Jimtof byla velkolepá prezentace aditivních technologií, které zaplnily celou novou jižní halu 2 tokijského výstaviště o rozloze 5 000 m². Organizátoři sem umístili 173 stánků, na kterých se prezentovalo 59 firem a institucí. K vidění zde byl 3D tisk z kovů, pryskyřic, keramiky a dokonce i z papíru. I když aditivní technologie zdaleka nejsou nové, očekává se jejich další masivní růst. Jejich přednosti jsou nesporné: umožňují významné snížení počtu nutných komponentů, využití nejrůznějších materiálů a jejich vzájemný mix, nízkoobjemovou a vysoce variabilní výrobu a téměř absolutní svobodu z hlediska tvarů a geometrií.

Největší stánek měla v této specializované expozici firma Sodick, která zde představila vysokorychlostní multifunkční 3D tiskárnu LPM325S, určenou pro tisk z kovů. Nejedná se však o „pouhou“ tiskárnu, ale o vysoce sofistikované zařízení, které umožňuje jak tisk z různých kovových prášků v jednom pracovním prostoru, tak i opracování povrchu vyrobených dílů. Model LPM325S se zvláště hodí pro výrobu forem, do kterých lze libovolně rozmístit 3D chladicí kanálky.

V AM aréně pochopitelně nesměl chybět ani bestseller od DMG Mori – Lasertec 12 SLM určený pro aditivní výrobu selektivním laserovým tavením v práškovém loži. A samozřejmě také nejstarší a nejslavnější hybridní 3D tiskárna na světě od Matsuury – Lumex Avance-25, která je na trhu již neuvěřitelných 20 let, od roku 2002.

Jaký bude 32. ročník veletrhu Jimtof? Těžko říct. Příštích měsíců a let se obávají úplně všichni, Japonce nevyjímaje, i když jich se očekávaná recese pravděpodobně nebude týkat tak silně jako nás zde v Evropě. Především proto, že jsou geopoliticky poměrně dobře izolováni od současného válečného konfliktu na Ukrajině. Každopádně, datum je již známý: 5. až 10. listopad 2024. Kdo jste na tomto veletrhu ještě nebyl, určitě stojí zato se sem vypravit. Plánovat cestu můžete začít už třeba hned. Je dobré mít se na co těšit.

Andrea Cejnarová, Tokio, Japonsko