Milníky průmyslu

Vysoce inovační, silně konkurenceschopný a zastoupený na všech významných trzích světa – takto rádi vykreslují německý průmysl konfederační funkcionáři a politici. Pohled na nejnovější statistiky Evropského patentového úřadu (EPO) však přináší určité vystřízlivění. Například v roce 2013 tvořily přihlášky evropských firem menšinu. Zhruba dvě třetiny přihlášek podaných Evropskému patentovému úřadu pocházely z míst mimo Evropu. Dvacet čtyři procent patentových přihlášek dorazilo z USA, dvacet z Japonska. Německo s dvanácti procenty se jen taktak vyšplhalo na stupně vítězů.

Stala se „země básníků a myslitelů“ zemí básníků bez myslitelů? To určitě ne! Existují důvodné pochyby o tom, zda je počet patentových přihlášek skutečně dobrým indikátorem inovační energie národní ekonomiky.

Je vidět, že žebříček deseti nejpilnějších žadatelů o patenty vedou velké korporace, jako Samsung, Siemens, Philips, BASF a Bosch. Práci a nákladům spojeným s patentovou přihláškou se vyhýbá mnoho středně velkých firem, ale to nutně neznamená, že méně inovují. Poměrně velkou část z nich tvoří dokonce „skrytí šampioni“, máme li použít termín, který razí publicista Hermann Simon a který za ně považuje firmy, jež dosahují ve svém oboru vynikajících výsledků, ale nezaměřuje se na ně pozornost veřejnosti.

Podobní skrytí šampioni se samozřejmě vyskytují také v oboru konstrukce strojů v Německu, neboť 87 % německých firem vyrábějících stroje představují středně velké průmyslové podniky. Podle údajů zveřejněných sektorovou asociací VDMA dosáhly německé firmy vyrábějící stroje asi 23 % svého obratu novými nebo zásadně vylepšenými produkty. Sedm firem z deseti představilo mezi lety 2010 a 2012 minimálně jednu produktovou a nebo procesní inovaci. Takhle se to tedy má se „zemí bez myslitelů“!

Velikosti budoucího inherentního potenciálu v tomto průmyslovém odvětví si už v roce 1894 povšiml Carl Gustav Vogel, když v německém Pößnecku založil časopis „Maschinenmarkt“ a poskytl výrobcům strojů nový „reklamní magazín“, který čtenáře oslovil novým obchodním konceptem – cílenými reportážemi.

Od té doby provází s kritickým vhledem magazín Maschinenmarkt tento inovující segment hospodářství, který nejen „drží krok“ s globalizací, ale dokonce ji aktivně podněcuje. Právě tuto věc časopis MM Maschinenmarkt slaví ve svém jubilejním 120. ročníku crossmediálním seriálem „Milníky průmyslu“. Jedná se o milníky v očích redaktorů MM: převratné vynálezy nebo hlubší rozvoj v průmyslu, např. inovace technologií, procesů, logistiky nebo distribuce, které zanechaly stopu ve 120leté průmyslové historii. Na tyto milníky se vlastnoručně podepsalo dvanáct našich „šampionů“, a to v žádném případě pouze z Německa. Na milnících jsou jména gigantů průmyslu, jejichž hodnota se počítá na miliardy, např. Trumpf, DMG Mori Seiki nebo ABB, ale také jména menších firem, pro které se spíše hodí termín „skrytí šampioni“. Třeba Faro – to je americká firma, jejíž měřicí ramena umožnila mobilní souřadnicové měření. Tento příběh o úspěchu i další podobné příběhy v našem seriálu ukazují, co je charakteristické pro konstrukci a montáž strojů: průběžné experimentování, zlepšování a optimalizace – a tu a tam také záblesk inspirace.

Takto dostal inspiraci mladý švédský inženýr Sven Wingquist na počátku 20. století. Jeho rozladěnost nad nespolehlivostí spřádacích strojů, které měl na starosti, se stala živnou půdou, z níž měl vyrůst geniální nápad. Ve volném čase vyvinul revoluční výrobek, tzv. dvouřadé naklápěcí ložisko, které přineslo velký nárůst produktivity nejen textilního průmyslu, ale také mnoha jiných průmyslových odvětví. Výsledek jeho nočního experimentování firmu natolik zaujal, že v roce 1907 založil za finanční podpory svého zaměstnavatele továrnu na kuličková ložiska Aktiebolaget Svenska (SKF) a v nově založeném podniku působil jako jeho první generální ředitel.

Axiálně volné ložisko vyvinuté Wingquistem – dvouřadé naklápěcí ložisko se společnou kruhovou oběžnou drahou ve vnějším kroužku, po které obíhají obě řady kuliček – se mohlo samo naklápět, což byla v dobách hliněných a nestabilních podlah rozhodující výhoda. Nové ložisko totiž díky volnosti vnitřního kroužku vyřešilo kardinální problém dosavadních „tuhých“ ložisek, která bylo nutné manuálně nastavovat a která se při sebemenší chybě nastavení přehřívala.

Plné knihy objednávek dokázaly, že švédského inženýra instinkt nezklamal. A protože v jeho těle žily dvě duše – duše vynálezce a duše obchodníka – nečekal, až mu svět vykročí v ústrety, ale vydal se sám na obchodní cesty. Zisk nových trhů se brzy stal receptem SKF na úspěch. Wingquistův geniální nápad přinesl ještě jeden kladný bod: naklápěcí kuličkové ložisko posunulo také laťku v oblasti energetické účinnosti – tento aspekt se opět objevuje v produktové řadě „BeyondZero Portfolio“, vytvořené v roce 2005. V popředí ekologické koncepce SKF stojí snížení emisí CO₂. Z tohoto hlediska byl průkopník v segmentu kuličkových ložisek Wingquist zároveň ekologickým průkopníkem (který předběhl svou dobu).

Vyšší energetická účinnost elektrických pohonů poskytla inženýrům ABB také námět k zamyšlení – v oboru regulace rychlosti otáčení. Bez vysoce výkonné elektroniky by nebyla regulace možná. „Okamžikem zrodu“ bylo vyvinutí rtuťového usměrňovače v roce 1902. Výzkum a vývoj převzal v roce 1913 společný podnik Hartmann & Braun a BBC, přičemž druhá z firem usměrňovače vyráběla. Význam rtuťového usměrňovače byl velký, neboť jím bylo stejně tak možné realizovat funkci usměrňovače i měniče.

Firma BBC vyráběla rtuťové usměrňovače až do poloviny 60. let, kdy byly nahrazeny dalším převratným prvkem výkonové elektroniky, a sice polovodiči. První polovodič, germaniovou diodu, vyvinula firma v roce 1954. Bez tohoto vynálezu by žádné měniče neexistovaly. Příchod tyristorů umožnil nucenou komutaci invertory a rozvoj pohonů s regulací rychlosti otáčení pomocí frekvence.

Nejrozšířenější postup generování třífázového napětí vhodné frekvence – pulzní šířkovou modulaci (PWM) – představila společnost BBC v roce 1964 a tento postup se i dnes stále používá. Trvalo však dlouho, než technologie vyspěla – první frekvenční invertory byly připraveny k uvedení na trh až v roce 1973. Tyto přístroje umožňují regulovat rychlost otáčení a točivý moment střídavých elektromotorů.

Při běžné pulzní šířkové modulaci je však nutná modulace napětí motoru a to prodlužuje dobu zpracování signálu. Na tomto problému začal pracovat nástupce společnosti BBC, firma ABB, která v roce 1995 představila novou technologii regulace motorů, tzv. přímé řízení momentu (DTC), a změnila podobu výkonových pohonů až do dnešních dnů. Výhoda spočívá v tom, že není potřeba žádný modulátor, takže reakční časy mohou být až desetkrát kratší než u konvenčních regulačních postupů. Technologie umožňuje extrémně rychlou reakci na změnu zatížení motorové hřídele nebo na změny nastavených hodnot momentu nebo rychlosti otáčení. Tyto pohony s proměnlivou rychlostí setrvale zlevňují a představují tak nákladově efektivní alternativu mechanických metod regulace rychlosti. Tvoří základ moderních, energeticky účinných pohonů v průmyslu.

Bez moderních pohonů by nebyla moderní automatizace. A pravděpodobně bychom stále čekali na standardizovaný průmyslový uchopovací prvek PPG, kterým společnost Schunk v roce 1983 tak potěšila odborný svět. Kapitálem zakladatele firmy Friedricha Schunka byl jeho talent nacházet řešení nejrůznějších problémů. Vyvinul například stroj na děrování stínidel lamp, ale také brzdové bubny pro automobil NSU Prinz 4. Muselo však uplynout několik let, než firma ve Švábsku vyrobila svoji převratnou, standardizovanou uchopovací technologii. Tomu předcházel vývoj společnosti Schunk v oblasti upínacích technologií, díky němuž se firma propracovala až na špici.

V roce 1982 bylo všechno připravené: uchopovacími prvky firma vstoupila do zcela nového tržního segmentu. Dosavadní uchopovací nástroje pro roboty byly komponenty ad hoc, neskladné, neohrabané a nákladné. Dnešní ředitel firmy Heinz-Dieter Schunk chtěl tehdy uvést na trh takové uchopovací prvky, které by byly lehčí, kompaktnější, přesnější a levnější než ty stávající. Za rok se vize stala skutečností. Na trh přišly první standardizované průmyslové uchopovací komponenty s klínovými držáky. Další inovace v oblasti uchopovacích prvků pak na sebe nenechaly čekat. V roce 2012 se společnost Schunk nakonec odhodlala pohlédnout do budoucnosti. V poslední verzi antropomorfní uchopovací ruky je elektronika zcela integrována do zápěstí a umožňuje obzvlášť kompaktní řešení.

Bez uchopovací technologie by nebyla výkonná robotika – to platí samozřejmě také o robotických systémech firmy Kuka, které byly v okamžiku založení firmy v roce 1898 ještě velmi daleko. Tehdy byla na pořadu dne autogenní svařovací technologie a firma Kuka byla jejím výrobcem. V historii firmy se toto téma stále vrací. Svařování a řezání bylo potřeba při výrobě tanků, takže firma se v roce 1920 pustila do konstrukce velkých tanků. Od výroby kotlů, tanků a vozidlových nástaveb byl jen malý krůček k výrobě vozidel na odvoz komunálního odpadu a užitkových vozů, které byly po dlouhou dobu spojovány právě se jménem Kuka.

Předzvěst automatizace přišla v roce 1956. Divize elektrického svařování firmy Kuka vytvořila první automatické svařovací instalace pro ledničky a pračky a společnosti Volkswagen AG dodala linku pro vícebodové svařování. Následně došlo roku 1971 v „robotizovaném“ svařování k opravdovému boomu. Pro Daimler byla postavena první automatická svařovací linka s roboty v Evropě, která byla v této době ještě vybavena roboty americké značky Unimation. V budoucnu však měla firma používat roboty vlastní. Prvorozený robot „Famulus“ měl ovšem spoustu funkčních nedokonalostí. Jeho následovník IR 6/60, který uměl přemisťovat břemena o hmotnosti až 60 kg, fungoval lépe.

Kvantový skok uskutečnila firma Kuka na Hannoverském veletrhu v roce 1996. Pro nové roboty představené na veletrhu byla charakteristická koncepce pohodlného ovládání ze strany operátora, která značila předěl, od něhož firma Kuka začala u robotů nové generace kombinovat mechanické prvky a řídicí technologii. Na základě výzkumného projektu lehkého robota (LBR) Německého kosmického centra (DLR) byl vytvořen typ LBR 4. Vážil pouhých 14 kg, měl užitečnou nosnost 7 kg a nabízel programovatelnou ohebnost. Díky integrovaným senzorům mohl pružně reagovat na působení vnějších sil. Další vývoj lehkého robota vedl v roce 2013 k „milníkovému“ robotu LBR iiwa, který je určen pro spolupráci robota s člověkem. Robot LBR iiwa – intelligent industrial work assistant, inteligentní průmyslový pomocník – umožňuje automatizovat komplexní montážní úkoly, kde dříve nebylo možné roboty používat.

Počátky ve zdravotnické technice v 80. letech přinesly v 90. letech vývoj, z nějž dnes těží zejména středně velké firmy. Firma Faro, která dnes sídlí na Floridě, zavedla přímo do výroby měřicí techniku v podobě přenosného měřicího ramene. Mobilní měřicí ramena firmy Faro umožňují měřit komponenty a zařízení přímo ve výrobním procesu. Výrobní chyby tak lze odhalit rychleji než běžnou stacionární souřadnicovou měřicí technikou. Dalším plusem tohoto technického milníku jsou relativně nízké investiční náklady a jednoduchá obsluha měřicích ramen. Díky tomu je 3D souřadnicové měření cenově dostupné i pro střední firmy.

Krátká testová otázka k dalšímu milníku: který technický úspěch umožnil vybavit stroje a zařízení elektroinstalací? Tranzistor? Řídicí systém? Relé? Ne, kryt!

Chrání totiž elektronické komponenty před hrubým zacházením a nepříznivým prostředím ve výrobně a pracovníka před nebezpečným napětím. Toho si jistě všimnul i zakladatel firmy Rittal Rudolf Loh. Druhým výrobním programem vedle výroby hliníkových žebříků a popelnic na domovní odpad s názvem Hailo se stala výroba rozvaděčů. Do té doby se v praxi smontovávaly rozvaděče tak, jak to jen šlo, se smíšenými výsledky. Loh se tedy sám sebe ptal, proč nemít prefabrikované rozvaděče. „Můj manžel pečlivě studoval hromadnou výrobu ve Fordu v USA a měl dobré zkušenosti s výrobou popelnic Hailo,“ vzpomíná manželka zakladatele firmy Irene

A tak přišla v Rittalu na svět první řada rozvaděčů AE. Byl to milník nejen pro firmu, ale také pro celé odvětví automatizace. Zpočátku se vyráběly tři verze, dnes je jich 35. Od roku 1971 jsou rozvaděče Rittal standardním zařízením skupiny VW. Do úspěšné série AE se zařadily i další produkty. Hitem se v roce 1985 stal řadový systém PS-4000 s 60 doplňkovými komponenty. Tohoto rozvaděče se prodaly miliony kusů a stal se z něj světový standard. Ze záblesků inspirace vývojářů Rittalu profitoval i svět IT. Kromě individuálních řešení počítačových center nabízí Rittal od roku 2013 standardizované počítačové centrum Rimatrix S se stavebnicovou koncepcí.

À propos, pokud se týče záblesků (inspirace): Albert Einstein roku 1917 dokázal, že lze stimulovat látku, aby emitovala světlo. V roce 1960 nám dal rubín první laserový záblesk. Ve firmě Trumpf však záblesk přišel až o několik let později, neboť tento rodinný podnik tehdy ještě stavěl konvenční technická zařízení na zpracování plechu. Ale ve Švábsku měli již svého Alberta Einsteina v týmu. Vynalézavý Berthold Leibinger právě pracoval v oddělení konstrukce a zanedlouho měl natrvalo promluvit do historie firmy.

Když k odpovědným zaměstnancům v Trumpfu dorazila v roce 1970 z USA zpráva, že laserovým světlem je možné bezkontaktně řezat plech, jejich zvědavost vzrostla. V roce 1979 byl do razicího a vyřezávacího stroje Trumpf nainstalován 500W laser z USA, což způsobilo v odvětví zpracování plechu poprask. Protože však dodavatelé laserů z USA dodávali přístroje i konkurenci, bylo zřejmé, že si firma bude muset vyrobit vlastní světelný zdroj. Za pomoci vědců postavili 900W silný laser se zkříženými paprsky, ale ten během řezání brzy ztratil dech.

Proběhl tedy další výzkum a vývoj. V roce 1985 společnost Trumpf dosáhla převratného úspěchu. Generace interně vyvinutých CO2 laserů přilákala na EMO obrovskou pozornost. V rychlém sledu přišly další události. Konstrukce zdvojeného 20W kompaktního laseru byla vhodná pro instalaci do robotů a s prvním diodovým laserovým popisovačem se společnost Trumpf v roce 1998 vydala na pole technologie buzení diodami. V roce 1999 přišel na trh první laboratorní diskový laser a stále tvoří základ všech výkonných laserů Trumpf. Poslední velká událost: laser s extrémně krátkým pulzem pro hromadnou průmyslovou výrobu. Tímto „blikajícím“ laserem je možné vyrazit miniaturní dírku v hlavičce zápalky, aniž vzplane.

Z mikrokosmu do makrokosmu – tak by se dala popsat následující změna tématu. Lisy postavené společností Schuler v Göppingenu, Waghäuselu, Erfurtu, Weingartenu, v Číně a v Americe jsou totiž v porovnání s laserem využívajícím extrémně krátké pulzy opravdoví „obři“, ale přesto obsahují mnoho technických vymožeností. Platí to o lisu s technologií Twin Servo (TST), která je poslední technickou novinkou společnosti Schuler AG v oblasti tváření plechů a dílů pro automobilový průmysl. I zakladateli firmy Andreasi Schulerovi by zůstal rozum stát nad tím, co všechno „velká bílá krabice“ umí.

Navzdory množství využívané energie by neslyšel žádné těžké rány, které bývaly typickým akustickým znakem tváření plechů – nevěřil by, že má před očima tvářecí lis. Ale firma Schuler obrátila technologií Twin Servo konstrukci lisů vzhůru nohama nejen z hlediska akustiky. Tento gigant vážící 16 000 tun vychází z nové koncepce pohonu se dvěma decentrálními servomotory v desce lisu. Ty umožňují kompaktní konstrukci a markantní snížení vydávaného hluku. Dále dochází v porovnání s dřívějšími servomotorovými lisy ke zlepšení v oblasti přístupnosti a tuhosti.

Pokud se týče obráběcí techniky, je dnes jedničkou na světovém trhu bezpochyby DMG Mori Seiki. Tento výrobce obráběcích strojů, který je úzce spjat s japonskou skupinou Mori-Seiki, se průběžně pohybuje na špici díky technickým novinkám a bezpočtu inovací na celosvětovém měřítku. Avšak právě velká naděje DMG – a náš milník, lineární pohon – se zpočátku setkala u potenciálních uživatelů s rezervovaným přijetím. Dnes v Bielefeldu vzpomínají, jak byl o technologii sice určitý zájem, ale při její praktické aplikaci se postupovalo zdráhavě.

Vzhledem k okolnostem znamená DMC 85 V linear milník ve výrobní technologii, protože byl prvním sériově vyráběným strojem na světě, který byl vybaven lineárním pohonem ve všech osách: fungoval výborně a následně této technologii otevřel dveře – i k poměrně konzervativním výrobcům nástrojů a forem. Uživatele přesvědčila nejen rychlost a dynamika, ale v první řadě vysoce přesné polohování, preciznost obrobku a kvalita povrchu, kterých bylo možné dosáhnout. DMC 85 V linear tak vyvedl z omylu ty, kdo dlouho pochybovali o použití lineárních pohonů při výrobě obráběcích strojů.

Když se řekne Linde, myslí se tím – ne, technické plyny opravdu ne, alespoň pokud pracujete v logistice. V tomto oboru znamená firma Linde Material Handling jednoznačně vysokozdvižné vozíky, i když její historie začíná u jistého Huga Güldnera a jeho spalovacích motorů, generujících spoustu výkonu. Odbyt zařízení garantoval Carl von Linde, který dal světoznámé společnosti jméno, neboť je potřeboval do svých chladniček. V roce 1959 firma Güldner představila vynález, který přepsal dějiny techniky: hydrostatiku. Díky tomu si vysokozdvižné vozíky Linde udržely vynikající postavení na světovém trhu průmyslových vozidel. První takto vybavená vozidla se jmenovala Hydrocar. Zvláště důležitým prvkem byla hydrostatická převodovka, která umožňovala za plného výkonu motoru silně a kontinuálně akcelerovat dopředu i dozadu beze změny rychlostního stupně.

První vysokozdvižný vozík opustil linku v Aschaffenburgu v roce 1959 a byl představen na Hannoverském veletrhu. Díky hydrostatice, ovládání dvěma pedály a centrální řídicí páce posunulo toto vozidlo, které se tehdy jmenovalo „Hubtrac“, laťku ve sféře pohodlí řidiče a obsluhy – stejně jako všichni jeho následovníci. Například současná řada 39X se obejde bez mechanické redukce. Pro firmu byla poslední třetina 20. století obdobím expanze do zahraničí a vývojem uceleného programu průmyslových vozidel v rámci skupiny KION. V srpnu 2012 oznámila skupina KION a čínská firma Weichai Powers dohodu o dlouhodobém strategickém partnerství.

V době, kdy každý výrobce vyráběl čerpadla podle libosti, se mnoho uživatelů netajilo touhou mít normu, kterou by všichni výrobci museli dodržovat. Bez velkých okolků byla za standard prohlášena řada Eta od KSB – ale výrobce z Frankenthalu výrobky této řady přesto upravoval podle individuálních přání zákazníka, což se může na první pohled zdát paradoxní, zejména proto, že vyhovět takovému přání není pro výrobní organizaci KSB jednoduchým úkolem. Funguje to takto: v každém čerpadle si může zákazník otočením upravit vnější průměr oběžného kola odstředivého čerpadla na provozní hodnotu. Tak je možné při různých průměrech oběžného kola dosáhnout čerpadlem jediné velikosti požadované výtlačné výšky, což šetří nezanedbatelné množství energie. Její spotřeba je přímo úměrná čtvrté mocnině průměru kola.

Převratná koncepce napadla firmu KSB již v roce 1911 a byla aplikována v řadě čerpadel Monos. Avšak rozhodující krok přišel v 30. letech, kdy Dr. Fritz Krisam rozdělil jednostupňová odstředivá čerpadla a seskupil je do jedné výrobní řady. Díky jejich velmi vysoké účinnosti dostala řada čerpadel název Eta, protože jak všichni víme, označuje řecké písmeno h v technických oborech účinnost. Na trh byla řada uvedena v roce 1935.

Vyšší účinnost byla rovněž motivací pro organizátory veletrhu v Hannoveru. Aby totiž mohli v roce 1947 v největší veletrh investičního zboží na světě přetavit pestrou směs poválečných vývozních artiklů, které byly prezentovány ve dvou halách v objektu opuštěného kovozpracujícího závodu v Laatzenu, potřebovali „hodně Eta“. Úspěch tohoto prvního „hannoverského exportního veletrhu“ přivedl do průmyslu čerstvý vítr. Bylo sjednáno skoro 2 000 zakázek v hodnotě 31,6 milionu dolarů.

V 70. letech procházela německá veletržní scéna zásadními změnami. Z Hannoveru odešly celé tržní segmenty a vznikaly zde nové, specializované veletrhy, až si Hannoverský veletrh vysloužil označení „veletrh všech veletrhů“. Pokračovaly zde rekonstrukční práce. Stávajících 29 výstavišť se přebudovalo na 12. Pět nových veletrhů nyní patřilo k největším svého druhu na světě a tím i k veletrhům, které po celém světě udávaly tón.

Hannoverský veletrh však nejen dovedl svět do Německa, ale svými veletržními „pobočkami“ zavítal i na vzdálené trhy, čímž završil pouť od prvního exportního veletrhu až na nejvyšší stupínek ve veletržním světě. První zahraniční veletrh se uskutečnil v Šanghaji v roce 1991 s PTC Asia. Od roku 2001 provozuje Deutsche Messe se svými partnery nedaleko Šanghaje největší čínské výstaviště Shanghai New International Expo Centre.

Jürgen Schreier

eva.buzkova@mmspektrum.com