Inovace inspirované tradicí

Profesní dráha pana Shinki Kato je úzce spjata s mezinárodním obchodem a rozvojem laserových technologií v Mazaku. Ke společnosti Mazak se připojil v roce 1986, a v době rozhovoru tak již ve firmě působil přes 39 let. Svou kariéru zahájil v roce 1987 jako obchodní inženýr v Saitamě v Japonsku. V roce 1991 se přesunul na pozici obchodního koordinátora pro Asii, primárně se zaměřením na oblast Singapuru. V roce 1993 převzal roli generálního ředitele pobočky Mazak v Thajsku. Po návratu do Japonska se v roce 1995 opět věnoval obchodní koordinaci v oblasti Singapuru.

Jeho cesta pokračovala přes práci v oblasti obráběcích strojů (r. 2004) do laserové divize v Chicagu (r. 2005). O dva roky později se stal ředitelem americké pobočky Mazaku. V roce 2020 se vrátil do Japonska jako produktový manažer a v roce 2022 začal působit v Japonsku jako senior koordinátor společnosti Mazak pro oblast laserových technologií. Získaný titul C.E.I. na SME (Society of Manufacturing Engineers) v USA podtrhuje jeho odbornost v oboru. V době rozhovoru cestoval po Evropě za účelem marketingu a studia v oblasti laserové technologie a způsobů její podpory.

Yamazaki Mazak je rodinný podnik založený v roce 1919. Myšlenka na výrobu laserových řezacích strojů vzešla z interní potřeby společnosti. Mazak, jako výrobce obráběcích strojů, potřeboval velké množství plechových dílů a nechtěl se spoléhat na externí dodavatele.

Klíčovým prvkem vývoje a výroby laserových strojů Mazak je synergie s jejich dlouholetými zkušenostmi v oblasti obráběcích strojů. Laserové stroje, včetně řady FG, se vyrábějí ve stejné továrně jako stroje Integrex a sdílejí tým lidí, kteří jsou vysoce kompetentní ve víceosém obrábění. Konstrukce laserových strojů je velmi rigidní, podobně jako u obráběcích strojů. Konstruktéři z obou oblastí spolupracují a sdílejí znalosti, přičemž zaměstnanci dokonce mezi odděleními rotují, což sdílení zkušeností ještě více podporuje.

Japonské firmy výrobní techniky se od světové konkurence dlouhodobě odlišují tím, že většina komponent, ze kterých staví své stroje, je z vlastního vývoje i výroby. Tato soběstačnost, jež je vnímána jako výhodná filozofie japonských společností a označována „one source“, umožňuje lepší kontrolu nad mnoha aspekty, především nad kvalitou, ale samozřejmě i nezávislost na třetích stranách. Mazak pochopitelně není výjimkou. V oblasti laserových strojů dochází k velké synergii komponent s obráběcími stroji. Nicméně některé specializované komponenty, jako jsou rezonátory, nakupují od externích dodavatelů z USA nebo Evropy. Před uvedením nového stroje na trh probíhá důkladné hodnocení kvality a diskuze o jeho využití a ceně.

V roce 2000 představila společnost Yamazaki Mazak svou řadu FG, umožňující 3D opracování ocelových trubek a dalších konstrukčních materiálů. Současné modely FG-220 a FG-400 NEO představují čtvrtou generaci této řady. Vývoj stroje FG-400 NEO nebyl podle slov pana Kata původní iniciativou Mazaku, ale vznikl tehdy před 25 lety na základě požadavku nizozemské zakázkové dílny, která potřebovala laserový řezací stroj schopný řezat širokou škálu materiálů a tvarů, jako jsou dlouhé/krátké díly, H profily, kulaté/hranaté trubky, úkosy a závitování. Tato náročná poptávka vedla ke vzniku velmi univerzálního stroje.

Stroje řady FG jsou navrženy jako plně automatizované výrobní jednotky. Využívají čtyři synchronizovaná sklíčidla, která drží dlouhé materiály s vysokou přesností, pohybují a otáčejí s nimi. Díky tomu dokážou uchopit kulaté i hranaté trubky, I nosníky a L nosníky a automaticky se na ně přepnout. Mají 3D laserovou hlavu, která současně provádí řezání, srážení hran a vytváření otvorů. Volitelnou funkcí je automatické řezání závitů, které umožňuje, aby ze stroje vycházely hotové díly se závity bez další manipulace. Mazak na rozdíl od některých konkurentů, kteří technologii závitování provádějí z boku, vyvinul vlastní metodu závitování shora, což vychází ze zkušeností s obráběcími stroji a eliminuje problémy s polohováním.

Jak v diskuzi zmínil Petr Halm, klíčovou technickou vlastností laserových strojů série FG je současné řízení 11 os až do maximálně 32 os. Konkurenti v jiných zemích, jako je Čína, Itálie či Německo, obvykle disponují pěti osami, což zdůrazňuje unikátnost řešení japonských inženýrů. Toto pokročilé řízení, vyvinuté speciálně pro opracování trubek na základě dlouholetého know-how, umožňuje integrovat vícestupňové procesy jako řezání, srážení hran, frézování, vrtání a řezání závitů do jednoho stroje. Tím se dosahuje kontinuálního a automatického zpracování dlouhých materiálů s vysokou přesností. Eliminace potřeby přepravy a nastavování obrobků mezi jednotlivými procesy je podle slov Petra Halma jednou z hlavních výhod. Je však důležité poznamenat, že procesy ohýbání, montáže a svařování stále probíhají samostatně, ačkoliv potřeba svařování je díky novým metodám výrazně snížena.

Při vývoji nových výrobních metod se Mazak inspiroval tradiční japonskou architekturou, konkrétně technikami používanými při stavbě dřevěných chrámů a svatyní bez použití hřebíků, jako jsou shiguchi a nuki. Tyto metody využívají složité spoje pomocí výstupků, drážek a zářezů, které zajišťují pevnost a odolnost, např. proti zemětřesení. Zajímavostí je, že každých 20 let je znovu stavěn chrám Ise, což slouží jako neustálé školení pro řemeslníky v těchto tradičních technikách.

Aplikace těchto principů na výrobu kovových rámů, umožněná přesným 3D laserovým řezáním na strojích řady FG, představuje dle slov pana Kata revoluční krok. Umožňuje snížit počet potřebných dílů, např. ze sedmi na tři, a výrazně omezit nebo zcela vyloučit potřebu svařování. Dříve by ruční provádění přesných úprav na ocelových trubkách pro takové spoje bylo náročnější než svařování. Laserové zpracování tento problém řeší a umožňuje přesné a automatizované řezání složitých spojovacích prvků. Příklady těchto inovativních spojovacích metod zahrnují přesný plechový spoj se zámkem (tab & slot) a zacvakávací spoj (snap joint), které snižují nebo eliminují potřebu svařování a přípravků. Tyto metody jsou zvláště výhodné s ohledem na celosvětový nedostatek kvalifikovaných svářečů. Přesné laserové řezání umožňuje vytvářet spoje s minimálními mezerami, což usnadňuje případné robotizované svařování a snižuje nároky na kvalifikaci svářečů.

Přes silné tradiční stavební normy v Japonsku, které ztěžují zavádění nových metod, se podařilo prosadit například nahrazení litinových patek pro střešní konstrukce 3D řezáním a svařováním trubek, což výrazně zkrátilo dobu výroby (z měsíce na osm hodin). Tato metoda se nyní obecně používá u velkých střešních konstrukcí.

Díky své univerzálnosti, vycházející z původních náročných požadavků zákazníka, nacházejí stroje řady FG a další laserové stroje Mazak uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích. Zpracovávají trubky, nosníky a profily (včetně H nosníků a C profilů) s maximálním průměrem 406 mm a hranaté profily o velikosti až 305 x 305 mm, ve standardní délce osm metrů, s volitelnou možností až 15 m. Příklady aplikací zahrnují výrobu rámů strojů, autobusů, automyček, přívěsů, cisteren, stavebních a zemědělských strojů, zařízení pro ropný průmysl (pumpy), lešení, výtahů, materiálů pro univerzity a letištní hangáry, stavebních materiálů, stanů, součástí pro satelitní systémy, letadla a letiště, dílů pro vysokorychlostní závodní vozy, sportovní vybavení (posilovny), zařízení pro automatickou výměnu pneumatik, dílů pro doly (Austrálie), součásti japonského metra, telekomunikační infrastrukturu (věže, smart home), pro fotbalové stadiony, nákupní centra, závodní okruhy a rezidenční budovy. Možnost předzpracování materiálů u dodavatelů kovů představuje další trend v rozšíření působnosti těchto technologií.

Z celé řady referencí, které si pan Kato pro naše setkání připravil, vybíráme čtyři napříč obory, jež ilustrují dopad výše uvedených inovací:

• u japonského výrobce traktorů se zavedením strojů řady FG a změnou konstrukce dílů zkrátila doba realizace výroby z 45 dnů na pouhé dva. Zásoby v procesu výroby se tak snížily o 75 %, což umožňuje vyrábět díly na zakázku (tzv. on-demand production);
• japonská firma vyrábějící pračky změnila výrobní proces z řezání, ohýbání a svařování na výrobu dílů z trubek, čímž eliminovala ohýbání a dočasné svařování. Tím se počet dílů snížil z 68 na 17, výrobní čas z 15 dnů na dva a výrobní náklady na polovinu;
• výroba stožárů pro japonské metro se z řezání, ohýbání a svařování změnila na pouhé řezání konců tvarových profilů, což zkrátilo dodací lhůty, snížilo náklady na pracovní sílu a vyřešilo nedostatek svářečů;
• při stavbě střešní konstrukce pro jeden ze závodů Mazak trval celý proces (od řezání materiálů pro příhradové nosníky až po montáž a svaření modulu na staveništi) pouze osm hodin, zatímco tradiční dodání modulů trvá měsíce. Tato metoda se používá globálně pro velké střešní konstrukce, včetně letišť.

Pan Kato uvádí, že zákaznické požadavky se soustředí spíše na rychlejší řezání, schopnost zpracovávat širokou škálu materiálů (různé tloušťky a druhy kovů), vysokou kvalitu řezu, nízké náklady a stabilní provoz než nutně na nejvyšší možný výkon laseru. Mazak si prý uvědomil, že pouhé zvyšování výkonu laseru není univerzálním řešením – vysoký výkon může být nevhodný pro tenké materiály, zvyšuje spotřebu energie, produkuje více tepla, a může dokonce ovlivnit samotný stroj.

Nový přístup japonských inženýrů spočívá ve změně tvaru laserového paprsku namísto pouhého zvyšování výkonu. Vyvíjejí technologii, která umožňuje tvarovat paprsek do širšího, „hřibovitého“ tvaru. To umožňuje rychlejší řezání širší oblasti při srovnatelné spotřebě energie. Tato technologie, zahrnující modulaci rezonátoru a řezací hlavy, je výhodná zejména při řezání silnějších materiálů, kde je potřeba energie na větší ploše. Mazak spolupracuje s předním výrobcem rezonátorů na vývoji efektivnějších a variabilnějších režimů provozu, včetně využití dvojitého optického kabelu pro nejefektivnější použití energie rezonátoru.

V oblasti softwaru firma Mazak využívá standardní CAM software, který i na základě zkušeností společnosti dokáže navrhovat optimální řešení spojů a usnadňovat jejich design v CAD/CAM prostředí. Zkoumá se i zapojení umělé inteligence do CAD/CAM softwaru pro zjednodušení návrhu komponent a nalákání mladých lidí do strojírenství.

Společnost silně těží ze svých dlouholetých zkušeností s obráběcími stroji při vývoji laserových strojů. Laserové stroje se vyrábějí ve stejné továrně v japonské Minokamo jako víceúčelové obráběcí stroje Integrex a sdílejí stejnou základní konstrukci a tým lidí. Stroje mají společnou velkou část komponent, velmi rigidní konstrukci a filozofii výroby založenou na strategii „one source“. Mazak vyrábí mnoho komponentů pro své stroje interně, což jej odlišuje od konkurence a umožňuje mu mít vše pod kontrolou. Konstruktéři z obou sektorů – obráběcí a laserové stroje, jak již bylo zmíněno výše, spolupracují a zaměstnanci rotují mezi odděleními, což podporuje výměnu zkušeností, a pochopitelně snižuje riziko „vyhoření“. To je obecně vnímáno jako součást japonské firemní kultury.

Exkluzivní rozhovor s panem Shinki Katem a jeho českými kolegy Petrem Šimáčkem a Petrem Halmem bezesporu poskytuje našim čtenářům komplexní pohled na inovační strategii společnosti Yamazaki Mazak v oblasti laserových technologií. Společnost úspěšně těží ze svých dlouholetých zkušeností s výrobou obráběcích strojů, integruje procesy, klade důraz na uživatelskou přívětivost a spoléhá na interní výrobu klíčových komponent. Řada 3D laserových strojů FG, která před 25 lety vznikla na základě specifických požadavků jejich dodavatele, představuje špičkovou technologii s unikátním víceosým řízením, která dokáže automatizovat a integrovat řadu výrobních operací. Inovativní přístupy ke spojování beze svarů, inspirované dokonce tradiční japonskou architekturou, spolu s precizním laserovým řezáním, radikálně zkracují výrobní časy a snižují pracnost, což je klíčové v kontextu nedostatku kvalifikovaných pracovníků. Zaměření na tvarování laserového paprsku místo pouhého zvyšování výkonu a důraz na udržitelnost odrážejí moderní trendy a požadavky trhu. Stroje Yamazaki Mazak, zejména řada FG, tak představují řešení, která reagují na současné výzvy ve výrobním průmyslu a otevírají nové možnosti pro efektivnější, flexibilnější a udržitelnější výrobu konstrukcí a zpracování trubek.