Projekt Národní centrum kompetence - Strojírenství dosáhl úspěšných výsledků

Cílem konsorcia NCK Strojírenství bylo spojit nejlepší výzkumná pracoviště a infrastruktury strojírenského výzkumu s předními strojírenskými firmami v ČR a v rámci tohoto uskupení vytvořit společným výzkumem nové výsledky, které se stanou základem úspěšných komerčních produktů. NCK Strojírenství se zaměřilo na výzkum, vývoj a inovace nezbytné pro zvyšovaní konkurenceschopnosti českého strojírenského průmyslu v oblasti středního a lehkého strojírenství.

Témata projektu byla členěna do pěti hlavních oblastí:

– Měřicí metody strojů a technologií

–  Mechatronika a řízení

–  Virtuální modely strojů a technologií

–  Stavba stojů

–  Nové materiály a jejich zpracování

V rámci projektu vzniklo celkem 135 závazných výsledků: sedm užitných vzorů, 57 funkčních vzorků, 10 prototypů, jedna certifikovaná metodika, dva softwary, 30 ověřených technologií a 28 ostatních výsledků, přičemž větší část ostatních výsledků byla rovněž realizačních a aplikačních.

Projekt byl řešen v souladu se strategií RIS3. Posilován byl význam témat zaměřených zejména na spolehlivost strojů, zvyšování energetické účinnosti, snižování zátěže životního prostředí, problematiku bezpečného provozu strojů nebo interakci stroje s obsluhou. Patrný byl postupný nárůst kapacit věnovaný novým materiálům a jejich aplikacím.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav výrobních strojů a zařízení (RCMT) se stal jedním ze zakládajících členů konsorcia NCK Strojírenství a společně s VÚTS vedl tento projekt. RCMT byl odborným řešitelem několika dílčích projektů, které se věnovaly oblastem dlouhodobého strategického zaměření pracoviště:

• Stroje pro inteligentní výrobu
• Digitální dvojčata strojů a technologií
• Efektivní výrobní procesy
• Stroje pro obrábění a aditivní technologie
• Aditivní výroba a opravy metodami WAAM a DED

Pozornost byla zaměřena zejména na zvyšování výkonu a přesnosti strojů a zařízení, snižování energetické náročnosti provozu strojů, automatizaci výrobních procesů, zkracování inovačních cyklů, nákladovou optimalizaci a vývoj řešení v souladu s principy Průmyslu 4.0.

Spolupráce RCMT s firmou TOS Varnsdorf
Pro firmu TOS Varnsdorf představuje vývoj a výzkum provedený v rámci projektu NCK Strojírenství klíčový pilíř vlastního vývoje, který se zaměřuje na efektivní výrobu přesných horizontálních strojů, digitalizaci a Průmysl 4.0. Kromě vývoje mechanických částí strojů se jedná velkou měrou také o témata v oblasti virtuálních modelů, řízení strojů a vývoje softwaru. Zde je jedním z hlavních výsledků nadstavbový systém TOS control, který představuje jednotné rozhraní nejen pro operátora, ale i pro další systémy a aplikace. Systém TOS control je tvořen aplikacemi rozšiřujícími základní funkcionalitu stroje a je určen pro řídicí systémy Siemens Sinumerik, Heidenhain a Fanuc. TOS control se stal výchozím rozhraním každého stroje TOS Varnsdorf.

V rámci projektu NCK Strojírenství byly do systému vyvíjeny nové aplikace i rozšiřovány aplikace stávající. Jedná se např. o aplikace zobrazující tuhostní charakteristiky stroje v pracovním prostoru a na plánované dráze nástroje, aplikace umožňující sledování provozu stroje a jeho využívání, aplikace pro pokročilou správu nástrojového hospodářství, včetně automatického přenosu informací z přípravny nástrojů, přímé napojení stroje na ERP systém, technologického rádce napomáhajícího při volbě parametrů obrábění, aplikace pro monitorování stavu vřetene, aplikace pro kompenzace teplotní deformace stroje nebo aplikace pro kompenzace nepřesnosti výroby dílců využívající integrovaný metrologický software.

Projekt NCK Strojírenství umožnil firmě rozvoj v tradičních oblastech výzkumu a vývoje, ale také přinesl významný pokrok v oblasti vývoje softwaru, komunikace a digitalizace. Vyvinuté technologie rozšiřují aplikační možnosti strojů pro nejnáročnější technologie a zároveň zjednodušují jejich obsluhu.

Spolupráce RCMT s firmou TOSHULIN
Společnost TOSHULIN zaměřila pozornost výzkumu a vývoje do několika oblastí s významnou přidanou hodnotou. Tyto lze rozdělit na problematiku soustružení nekruhových profilů, monitoring procesu, eliminaci vibrací a kompenzace teplotních chyb. Vyvinut byl původní technologický cyklus, implementovaný do řídicího systému stroje, pro soustružení nerotačních dílců a produktivní a flexibilní výrobu složitých ploch s vícenásobnou excentricitou. Řešení eliminuje problémy standardní výroby těchto typů ploch, zejména náklady na speciální upínání (polohování) obrobků. Výrobní cyklus je doplněn o měřicí cyklus pro inspekci nekruhových profilů přímo na stroji, což představuje integrované řešení přispívající významně ke zvýšení produktivity a spolehlivosti výroby.

V oblasti monitoringu procesu byl vyvinut a ověřen vlastní systém pro dlouhodobý monitoring provozního chování stroje, který umožňuje sledovat a ukládat data vibrací za provozu stroje a další nezbytné informace. Jednou z aplikací je automatická aktivace variace otáček pro potlačení vzniku samobuzeného kmitání.

Vyvinutý systém teplotních kompenzací geometrických chyb otočných stolů s přenositelností na různá provedení obráběcích strojů představuje zobecnitelné řešení teplotních kompenzací. Implementace systému prokázala až sedminásobné snížení chyby způsobené teplotní dilatací stolu.

Výsledky vzniklé v rámci projektu přispívají k naplňování strategických cílů technického rozvoje firmy TOSHULIN. Výsledky projektu rozšiřují aplikační využití strojů pro nejnáročnější technologie, a významně se tím posiluje konkurenceschopnost firmy na světových trzích.

Spolupráce RCMT s firmou TOS Kuřim – OS
Projekt NCK Strojírenství umožnil navázat na dlouhodobé výzkumy z předchozího projektu CK-SVT a řešit významná témata technického rozvoje firmy. Pozornost firmy se zaměřovala zejména na dva hlavní okruhy zájmu. V první řadě se jedná o dlouhodobé téma zvyšování výkonnosti obrábění a technologického využití velkých strojů. K tomuto je přistupováno komplexně s uvažováním vzájemné součinnosti CNC řízení, řízení pohonů, dynamických vlastností stroje a strategie NC obrábění. Vyvinuty byly moderní optimalizační a simulační modely, které umožnily úspěšně řešit složité strategie obrábění velkých a poddaných dílců a současně významně zkrátit časy obrábění.

Specifickou úlohou je zvyšování výkonnosti obrábění při velkých výsuvech vřeteníků. V rámci tohoto tématu byla navržena optimalizace uložení skupiny suportu a vřeteníku a s podporou pokročilých modelů dynamiky stroje byly řešeny optimalizace technologických parametrů obrábění.

Další okruh zájmu se zaměřuje na bezpečný provoz strojů. Ve spolupráci s VUT v Brně byl vyvinut funkční vzorek univerzálního diagnostického modulu pro zvýšení bezpečnosti pohonů. Cílem byl vývoj jednotky, která bude schopna detekovat stav a kondici „safety-related part of a control system“ (SRPCS) částí řídicího systému a nesprávné pracovní postupy operátora stroje.

Projekt umožnil firmě dosáhnout cenných výsledků, které přispěly ke zvýšení úrovně know-how a přinesly původní poznatky a řešení v oblastech zdokonaleného technologického využití strojů, technologické podpory zákazníka a bezpečného provozu strojů. To vše přispívá ke schopnosti nabízet zákaznická řešení s vyšší přidanou hodnotou.

Konsorcium NCK Strojírenství dosáhlo v rámci řešení projektu významného množství realizačních výsledků s potenciálem aplikace a komercionalizace a stalo se základnou aplikovaného a orientovaného výzkumu v oblasti strojírenství v ČR. Konsorcium uspělo s vynikajícím výsledkem v navazující výzvě TA ČR a zahájilo řešení svého druhého projektu NCK Strojírenství II. pro období 2023–2028. Pro toto období byla formulována nová strategická výzkumná agenda s výraznějším zaměřením na oblasti digitalizace strojírenské výroby a výrobních zařízení, snižování zátěže životního prostředí, cirkulární ekonomiku, pokročilou automatizaci a robotiku a nové materiály. Tato témata názorně ilustrují postupující posun strojírenství ke stále většímu významu softwarových řešení, komunikace a práce s daty, modelování a sledování systémů vedle klasické strojařiny, která se věnuje zejména zdokonalování konstrukčních řešení.