Témata
Reklama

Ekodesign - všude kolem nás

Pokud budeme hledat co nejvýstižnější definici tohoto pojmu, mohli bychom říci, že vedle klasických vlastností, které se skrývají pod pojmem design, posuzujeme produkt současně i z hlediska ochrany životního prostředí. Zajímá nás tedy nejen návrh a vývoj výrobku včetně jeho funkčnosti, bezpečnosti a estetičnosti (jde přece o design), ale velký důraz je kladen na dosažení minimálního dopadu výrobku na životní prostředí.

Eva Klocová

Od roku 2018 pracuje na pozici obchodního zástupce společnosti Heidenhain, v oboru Motion Control Machine Tools od roku 1997. V rámci své profese se kromě podpory výrobců a dovozců obráběcích strojů věnuje aktivně především podpoře technického vzdělávání na českých technicky orientovaných školách. Je autorem projektu Sinumerik Cup.
Od roku 2019 je ředitelkou neziskové organizace Skills Czech Republic, z.ú., která připravuje studenty strojírenských oborů pro mezinárodní soutěže WorldSkills. Věří, že díky poctivému tréninku a kvalitnímu národnímu finále o mistra ČR ve frézování a soustružení budou naši mladí lidé do 25 let připraveni zvládnout vysoké nároky strojírenských „Skills“ této prestižní mezinárodní soutěže, ne nadarmo přezdívané olympiáda řemesel.

Do hry vstupuje i další nový pojem a tím je životní cyklus výrobku. Z hlediska marketingu pak hovoříme o fázi zavedení, růstu, zralosti a úpadku a je velmi důležité, aby podnikový management dokázal v jednotlivých fázích životního cyklu volit správnou strategii pro co nejdelší udržení produktu na trhu. Dopad produktu na životní prostředí posuzujeme v každé fázi životního cyklu a právě to je v současné době velmi přísným měřítkem úspěšnosti produktu. Podíváme-li se na jednotlivé oblasti aplikace ekodesignu a věnujeme-li se např. výběru materiálů a součástí, lze s jistotou hovořit o snižování energetické náročnosti při výrobě inovovaných produktů. Zde nabízí Siemens řadu možností, jak se v této fázi zamýšlet nad ekologickým řešením koncepce nového stroje. Za mozek nového obráběcího stroje lze bez nadsázky označit řídicí systém.

Je to právě řídicí systém Sinumerik, který svojí modularitou umožňuje zvolit optimální variantu vzhledem k požadavkům ekodesignu. Rozhodně není přehnané tvrzení, že zájem o problematiku životního prostředí přerostl až do módního trendu. Vždyť recyklované materiály jsou v dnešní době již samozřejmostí a setkáváme se s nimi takřka na každém kroku. Význam ekodesignu lze obecně hodnotit v několika oblastech. Především je to účinný nástroj pro dosažení udržitelného rozvoje, je zároveň i základem pro odpovědi na otázky ohledně poškozování životního prostředí průmyslovou výrobou, v neposlední řadě lze jeho význam najít v uplatňování šetrnějších materiálů a výrobních postupů vůči životnímu prostředí a zdraví lidí.

Reklama
Reklama
Reklama

Sinumerik Ctrl+Energy

Hledáme-li odpověď na otázky ekodesignu u firmy Siemens, najdeme tu správnou odpověď ve zkratce Ctrl+E. I když jsme se tématu Sinumerik Ctrl + Energy věnovali již v čísle MM 11/2012 (www.mmspektrum.com/121125), máme čtenářům stále co sdělit. Jednoduchý dvojhmat na klávesnici panelu obráběcího stroje se stal oficiálním označením pro šetrné chování k životnímu prostředí. Pod tímto označením chápeme maximální energetickou účinnost obráběcích strojů v celém jejich širokém spektru, tzn. CNC komponenty a CNC funkce, pohony a motory, softwarové nástroje jako např. Sinutrain, virtuální stroj, Sizer, Starter a mechatronická podpora. Abychom neopakovali to, co jsme napsali v již zmíněném předchozím čísle, zaměříme se dnes více na jednotlivé prvky ekodesignové matice Ctrl+E (pro osvěžení paměti matici rádi připomínáme obrázkem).

Ekodesignová matice ukazuje oblasti ovlivňující energetickou bilanci obráběcího stroje.

Řídicí systém – mozek obráběcího stroje

Význam řídicího systému pro stavbu stroje ve vztahu k ekodesignu jsme popsali již v úvodu. Nyní se na něj zaměříme trochu blíže. Zásadní otázkou je volba odpovídajícího řídicího systému pro daný typ stroje. K jednoduchým strojům z hlediska funkce a stavby (low costs frézky, soustruhy) patří Sinumerik 808D. Střední třída soustruhů a frézek, tzv. midrange, což je nejpočetnější skupina strojů, je řízena systémem Sinumerik 828D. Sofistikované stroje a stroje pro všechny technologie obrábění vyžadují již řídicí systém nejvyšší třídy – Sinumerik 840Dsl. I v této skupině strojů však lze zvolit optimální variantu systému přizpůsobenou koncepci stroje, a to výběrem NCU centrální jednotky. V závislosti na počtu řízených souřadnic můžeme zvolit takto:

Stroje se šesti a méně osami – NCU 710.3
Stroje s více než šesti osami – NCU 720.3, NCU 730.3 v závislosti na požadovaném početním výkonu.

Nedílnou součástí systému je i jeho PLC část, sloužící k přímému binárnímu kontaktu se strojem. I v této oblasti se vývoj nezastavil a podíváme-li se z ekodesignového hlediska, vidíme razantní úsporu materiálu na periferních vstupních a výstupních jednotkách. Další pokrok lze identifikovat v samotném propojení těchto periferií se strojem na straně jedné a s řídicím systémem na straně druhé. Požadavky na materiál při propojení ke stroji lze výrazně zredukovat instalací periferních jednotek přímo do míst, která jsou k řízenému uzlu stroje nejblíž – provedení jednotek v příslušném stupni krytí k tomu přímo vybízí. Spojení směrem k systému je potom řešeno moderním sběrnicovým systémem Profibus a v poslední době si nachází své místo na slunci také sběrnice Profinet.

Pohony – srdce a svaly obráběcího stroje

Elektrické pohony jednotlivých souřadnic a vřeten a také pohony pomocných agregátů (hydraulika, mazání, chlazení aj.) jsou tou silou, která celek uvádí do pohybu.

Ani na tomto místě nezůstává vývojář stroje firmou Siemens zcela sám a opuštěn. V portfoliu výrobků Siemens lze nalézt pohonový systém Sinamics, který již řadu let zaujímá jednu z vedoucích pozic v této oblasti. Soustava měničů Sinamics dokáže rozpohybovat jakýkoliv druh motorů – ať již jsou to synchronní motory lineární, momentové a rotační pro pohony souřadnic, tak i motory asynchronní pro pohony vřeten, popř. pro pohony pomocných agregátů. To vše s vysokou účinností, tak jak to současná doba a zejména ekologická kritéria vyžadují. Nesmíme však zapomenout, že „bez spojení není velení“ – pohon bez spojení s řídicím systémem nedokáže plnit své funkce. V tomto ohledu udělala firma Siemens průlomový krok svou univerzální sběrnicí DriveCliq (pozorný čtenář si určitě vzpomene na náš pěkný článek v čísle 12/2012). V době svého vzniku vyvolával DriveCliq pochybnosti o správnosti této cesty. Nyní po několika letech vidíme, že to byl krok správným směrem. Spojení CNC systému, pohonových modulů a současně také systémů odměřování přináší z hlediska ekodesignu významné úspory v propojovací kabeláži. Že je to správná cesta, potvrzuje také to, že celá řada výrobců odměřování (Renishaw, Heidenhain, Magnescale a jiní) vybavuje své výrobky rozhraním pro sběrnici DriveCliq.

Softwarové nástroje – nenápadní, ale mocní pomocníci

Cesta vývojáře při vytváření koncepce nového obráběcího stroje je poměrně složitá. Zahrnuje nejen oblast elektro, ale také vztah ke konfiguraci řídicího systému, pohonů a jejich vzájemných vazeb. I zde se snaží firma Siemens tuto práci maximálně ulehčit, a to pomocí konfiguračního softwaru Sizer. Ten nabízí uživatelům nejen pomoc při vytvoření sestavy komponentů, což by se při vynaložení určitého úsilí dalo po pravdě řečeno udělat i s pomocí různých katalogů, ale Sizer jde dál. Je vývojáři nápomocen zohlednit požadavky ekodesignu tím, že dokáže už v této fázi vytváření nového výrobku vyhodnotit energetickou bilanci a velmi tak pomůže při optimalizaci v této oblasti.

Stejně dobrým pomocníkem při oživování strojů, zejména pak pro optimalizaci pohonů je softwarový nástroj Starter. Díky intuitivnímu ovládání přednastaveného toolu velmi výrazně šetří čas při prvním uvedení do provozu. Starter je k dispozici buď jako samostatná počítačová aplikace, nebo je integrován do Step7.

Svým významem nezůstává pozadu ani virtuální stroj – software s originálním Sinumerik CNC jádrem, který vlastně umožní tak trochu práci nanečisto. Jeho hlavní výhodou je simulace toho, jak se stroj chová při běhu určitého programu.

Nosnou myšlenkou režimu Ctrl-Energy je „měřit a řídit“. V Sinumeriku Operate jsou k dispozici funkce Ctrl-E (analýza pro měření a vyhodnocení spotřeby energie na stroji a funkce Ctrl-E profil pomocí které lze přímo už řídit úspory energie na stroji.

Skupinu softwarových nástrojů doplňuje neodmyslitelně Sinutrain. Výukový software, o kterém bylo napsáno už mnoho. Svým významem daleko přesahuje i téma ekodesignu. I když o něm nejvíce hovoříme v souvislosti s výukou na technických školách, hraje určitě nezastupitelnou úlohu při odlaďovaní a přípravě programů pro technology.

Mechatronická podpora – virtuálně simulovat, reálně stavět

Nechcete stavět prototyp? V tom případě je pro vás mechatronický model stroje tím správným řešením. S jistotou by potvrdila toto tvrzení celá řada výrobců obráběcích strojů. Mechatronika je ve své podstatě synergií několika samostatných technických oborů. Díky takovému spojení například matematiky, mechaniky a termodynamiky je možné realizovat dosud nemožné funkce zařízení. Při vývoji nového stroje s uvažovanou mechatronickou podporou je především nutné připravit si dobře všechny podklady o tom, jak by stroj měl vypadat (vychází se při tom především z důkladné znalosti energetické spotřeby již existujících strojů). V této fázi probíhá technická konzultace se zákazníkem a volí se vhodná řešení. Budoucí stroj je testován a optimalizován z hlediska mechanického i elektronického při simulaci všech podmínek, které mohou jeho výkon ovlivnit. Můžeme s jistou nadsázkou říci, že mechatronická podpora je rozumnou variantou metody „pokus-omyl“, která by v situaci reálné stavby prototypu jistě z hlediska nákladů tak optimistická nebyla. Z uvedeného je jasné, že pro mechatronickou podporu je schopnost týmové práce se specialisty z jiných oborů nezbytná. Vedle optimalizace stroje, která vede k dodatečné úspoře energie (např. redukcí pohybující se hmoty v pohonovém řetězci vedení pohonů o 30 % lze dosáhnout až 10% úspory energie) se mechatronická podpora zabývá i vlastní analýzou stroje. Na tomto místě je možné dosáhnout díky správně nastaveným hodnotám zlepšení výsledků spotřeby energie na výrobu jednoho kusu výrobku, produktivita stroje se zvyšuje.

Snížení dopadu průmyslové výroby na životní prostředí

Stroj je hotov a začíná jeho produktivní část života. Lze i v této fázi přinést něco, co by bylo přínosné pro ekologii? Vždyť výroba energii už jenom spotřebovává a svými vedlejšími účinky životní prostředí jenom zatěžuje. I v této fázi máme šanci snažit se, aby energie byla využívána hospodárně, aby ekologická zátěž byla co nejmenší. Hospodárné využívání energie je s podporou Sinumeriku řešitelné. Tato podpora se nazývá Ctrl-Energy režim.

Díky softwaru Starter je možné odladit přesné nastavení stroje a vyvarovat se prostojů při vlastním obrábění. Software umožňuje zjistit např. i čas potřebný pro obrábění.

Další úsporné funkce jakož i know-how výrobce stroje v této oblasti lze do systému přímo zaintegrovat. Podívejme se nyní na tyto dvě funkce trochu podrobněji.

V Ctrl-E analýze dostává uživatel do rukou možnost měření a vyhodnocení spotřeby energie obráběcího stroje. Sinumerik Operate dokáže bez jakéhokoliv připojeného externího měřicího přístroje zaznamenat a na displeji indikovat výkon přímo z pohonů obráběcího stroje. Samozřejmě pouze s touto informací, i když to znamená cca 40 % celkové spotřeby energie, se uživatel asi těžko smíří. Chce vědět víc, na stroji jsou další agregáty, které mají nezanedbatelný podíl na energetické náročnosti stroje. Zde má možnost nainstalovat na stroj multifunkční měřicí přístroj Sentron Pac a s jeho pomocí měřit buď celkový příkon stroje, nebo se orientovat na určitý spotřebič. Všechna tato data lze potom za určitou, v podstatě volně nastavitelnou periodu zaznamenat a zobrazit.

Druhý pilíř Ctrl-E profil nabízí uživateli možnost založit si profil, podle kterého se bude hospodaření s energií na stroji řídit. V základním provedení systému, tj. při jeho dodávce, jsou předdefinovány tři profily – jednoduchý energetický úsporný profil (Machine standby), plný energetický úsporný profil (NC standby) a maximální energetický úsporný profil (Auto Shut off). Pro eventuální změnu, případně pro rozšíření počtu profilů až na max. osm je nutno mít aktivována uživatelská přístupová práva pro výrobce stroje. Aktivace a deaktivace profilů je možná přes ovládací panel řídicího systému a není chráněna žádným přístupovým heslem. Tento volný přístup je možné s výhodou flexibilně použít např. při přestávkách na oběd stisknutím tzv. „obědového tlačítka“.

E-mail do redakce MM v neděli navečer před pondělní uzávěrkou: „Jediné, co po dvou hodinách úsilí mám, je obrázek v příloze,“ napsala Eva Klocová. Druhý den odpoledne se spoluautorstvím Jiřího Urbana přišel článek, jenž jste právě dočetli.Tomu se říká týmová spolupráce.

Ing. Eva Klocová
Ing. Jiří Urban

eva.klocova@siemens.com

Reklama
Související články
Od vzdělávání přes úspory až po virtuální realitu

Společnost Siemens se zúčastnila všech dosud konaných ročníků Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně a tradice pokračuje i v letošním roce, kdy hlavním tématem expozice je časová a energetická efektivita v rámci celého životního cyklu stroje - od jeho návrhu až k výrobě. Že je ochrana životního prostředí pro Siemens téma číslo jedna, podpoří i divácky atraktivní část expozice, ve které se představí nový model elektromobilu BMW i3, který je od jara letošního roku součástí vozového parku společnosti Siemens.

Vezměme rozum do hrsti a bojujme

Pavel Sobotka, zakladatel a ředitel firmy Frentech Aerospace. Základy technických a technologických schopností získal v Tesle Brno, kde pracoval 27 let. Již tehdy byl přesvědčen, že přesná mechanika bude stále atraktivním oborem, jelikož se podílí absolutně na všem, co používáme. Brýle, zdravotnická technika, auta, letadla, kosmické rakety, obranný průmysl, tiskařina, výroba mikročipů, počítačů a mnoho dalšího.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Související články
Digitální výroba pro produktovou diverzitu

V německém dolnofranském lázeňském městě Bad Neustadt, nacházejícím se na severozápadním okraji Bavorska, se elektromotory pro průmyslové využití vyrábějí již přes 80 let. Zásluhou vlastního vývoje a mnohaletých zkušeností s rozvojem výroby je tento závod společnosti Siemens zároveň i důkazem toho, jak zásadně je digitalizace nápomocna v oblasti efektivity a produktivity v tzv. diskrétní výrobě.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Efektivní vrtání

Široká nabídka produktů řady WTX-Change společnosti WNT s vyměnitelnými TK vrtacími hlavami se nyní ještě rozšiřuje o dvě nové geometrie. Výhody z toho plynoucí mohou nyní využívat především firmy specializující se na obrábění ocelí s vyšší pevností a na obrábění šedých litin. Další již známou přidanou hodnotu představuje možnost výměn TK vrtacích hlav na ocelovém nosiči.

Črta o horizontce aneb Současnost a perspektivy vývoje jedinečného stroje

Dnešní obraz světa obráběcí techniky a možností jejího rozvoje skýtá nebývalou šíři a rozmanitost. Nové a náročnější obráběcí úlohy, překotný rozvoj technologie obrábění, nové možnosti ve stavbě obráběcích strojů spolu s novými přístupy k organizaci, celkovému zabezpečení a šetrnosti pracovního procesu radikálně a dynamicky hýbou celým oborem a mimo jiné zreálňují odvážné vize návrhářů, vývojářů, výzkumníků či manažerů, donedávna ještě z říše snů. Navenek zdánlivě výrazněji nedotčena progresivními vývojovými trendy, deklarujíc tak svou dnes již historickou výjimečnost, ba nezastupitelnost, v tomto světě září jedna z mála současných stálic kategorizace obráběcích strojů – horizontka.

Možnosti využití vizualizace v ekodesignu

Stále rostoucí požadavky na snižování emisí skleníkových plynů, zejména emisí oxidu uhličitého (CO2), vyvolávají potřebu integrace principu udržitelného rozvoje i do již pevně zaběhnutých vývojových postupů u různých typů produktů. Z pohledu chystaných legislativních požadavků může být u nových výrobků významné prokázat, že při jejich vývoji byla zvolena strategie, která v rámci jejich celého životního cyklu nejméně zatěžuje životní prostředí.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Automatizace výroby s minimálními personálními nároky

Ať už s možností frézování, nebo soustružení, 4osého, nebo 5osého obrábění, s výměnou palety, či bez ní, s kruhovým zásobníkem palet, věžovými upínacími přípravky pro vícenásobné upínání obrobků, automatizací a progresivním ovládacím panelem, univerzální 5osá obráběcí centra lze flexibilně přizpůsobit a rozšířit pro každou aplikaci.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Zerobot - efektivní způsob automatizace

V minulém příspěvku (www.mmspektrum.com/180112) jsme popsali tzv. nulový bod upínání (Zero point systém). Ukazuje se, že při dnešních trendech, kdy automatizace a zejména pak robotizace opět zažívají velkou renesanci, je výhodné spojit Zero point systém a robot. O trendech takového spojení pojednává tento příspěvek.

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