Síň slávy strojařů: Výzkumníkem tělem i duší

K nim se zajisté řadí i profesor Houša, vedoucí Výzkumného centra pro strojírenskou techniku a technologii, který Jaromíra Zeleného navrhl na Ocenění za celoživotní přínos rozvoji československého strojírenství. Společně tak se zástupci strojních fakult vysokých škol, profesních organizací, svazů a oborových sdružení nominovali ze svého okolí osobnosti, které se zásadním způsobem vepsaly do moderních dějin rozvoje československého strojírenství. Toto ocenění se každoročně z iniciativy MM Průmyslového spektra předává na slavnostním večeru Zlatých medailí MSV v Brně.

Pojďme tedy společně nahlédnout do profesní domácnosti pana Jaromíra Zeleného, který nám po týdenním pobytu ve Washingtonu, kde byl právě přednášet, poodkryl průřezové milníky doprovázející vývoj výrobních strojů jak na tuzemské, tak celosvětové úrovni.

Ocenění za celoživotní přínos rozvoji československého strojírenství v letošním roce náleží Jaromíru Zelenému a redakce MM Průmyslového spektra ho při slavnostním večeru Zlatých medailí letošního Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně uvedla do Síně slávy našich strojařů.

Jaromír Zelený se narodil v srpnu 1930 ve Žďáru nad Sázavou. Inženýrský diplom obdržel na Vysoké škole strojního inženýrství ČVUT v Praze v roce 1953. Od té doby pracuje nepřetržitě 55 let v oboru výzkumu a vývoje číslicově řízených strojů a výrobních systémů třískového obrábění. Z jeho nespočetných odborných a vědeckých úspěchů jmenujme například vývoj prvního elektrohydraulického servosystému pro pohony obráběcích strojů. V roce 1969 založil a následujících sedm let řídil československý výzkum a vývoj NC strojů a jejich řídicích systémů. V roce 1974 se stal členem světové prestižní organizace CIRP, která soustřeďuje světové špičkové vědecké pracovníky v oboru výrobních strojů a technologií. V letech 1977 až 1984 byl koordinátorem rozsáhlého státního úkolu Pružné výrobní systémy pro obrábění. Z této doby pochází i většina z jeho 80 aplikovaných průmyslových patentů.

Dlouhodobě působil na univerzitách v Mexico City, v Monterrey a na Floridě, hovoří pěti světovými jazyky. Na mexické univerzitě byl jmenován profesorem. Nyní vede výzkumnou skupinu Stroje nových koncepcí na Výzkumném centru strojírenské výrobní techniky a technologie při ČVUT v Praze.

Kdo zná Jaromíra Zeleného, dá nám za pravdu, že se jedná o člověka s neutuchajícím optimismem a ve svých 78 letech stále obdivuhodně profesně činného a úspěšného.

MM: V oboru výzkumu a vývoje číslicově řízených obráběcích strojů a výrobních systémů se pohybujete neuvěřitelných 56 let. Můžete vyjmenovat přelomové okamžiky, které jsou s tímto oborem vázány, nejen celosvětového charakteru, ale i ty, na kterých jste se konkrétně podílel?

J. Zelený: Přelomovým okamžikem číslicově řízených obráběcích strojů je rok 1949, kdy byly v americkém MIT – Massachusetts Institute of Technology – v Bostonu zahájeny práce na vývoji frézovacího stroje zcela nového typu: šlo o upravenou kopírovací frézku Cincinnati-Hydrotel, která byla řízena v té době běžnou dálnopisnou děrnou páskou a vykonávala současné přímkové pohyby ve třech na sebe kolmých směrech. Stroj, oživený tamtéž v roce 1951, byl prvním číslicově řízeným obráběcím strojem, který měl už velmi moderní rysy – zejména byl vybaven polohovými servosystémy, číslicovým odměřováním a programován pomocí samočinného počítače.

Měl jsem vlastně velké štěstí, když jsem nastoupil v září 1952 jako mladý výzkumný pracovník do VÚOSO – Výzkumného ústavu obráběcích strojů a obrábění – a začal studovat teorii polohových servosystémů kopírovacích obráběcích strojů. Octl jsem se tak na začátku dlouhé cesty úžasné revoluce strojní výroby, které jsem byl v následujících padesáti šesti letech nejen svědkem, ale i aktivním účastníkem. Když jsme pak o několik let později zahájili jako druhá evropská země výzkum této převratné nové výrobní techniky, měla naše výzkumná skupina již nutné teoretické znalosti i experimentální zkušenosti pro zahájení vývoje servosystémů a číslicových odměřovacích systémů pro první prototypy československých NC strojů. Naše první řídicí systémy musely být realizovány na vakuových elektronkách chlazených proudem vzduchu, ale byly to již systémy s rychlými číslicovými interpolátory, číslicovými servosystémy a číslicovým odměřováním. Servomotory musely být co nejrychlejší a v té době jsme měli jen jedinou možnost – pustit se do vývoje hydromotorů a elektrohydraulických servoventilů. Nalezli jsme pochopení u vedení VÚOSO i u našich podniků a zahájili konstrukční práce i výzkum řídicích NC systémů. Již počátkem šedesátých let se v našich závodech obráběcích strojů montovaly prototypy sedmi základních typů NC strojů, v TOS Vrchlabí se vyráběly první elektrohydraulické servopohony, ve výzkumných ústavech se vyvíjely první NC systémy a na závodech Tesla Kolín a ZPA Košíře se připravovala jejich výroba. V roce 1962 již vyšla kniha autorů Tlustý-Zelený „Číslicově řízené obráběcí stroje“, zachycující tehdejší stav našeho úsilí.

Pak šel náš výzkum a vývoj dál. Tranzistorizace přinesla souvislé řízení fázovým záznamem na magnetofonové pásce a na světové výstavě v Montrealu v roce 1967 jsme frézovali podle informací z děrnoštítkových textilních strojů převedených na magnetofonový záznam nádherné krajky do metrové krychle z plexiskla. Byli jsme v té době v Evropě hned za skotskou firmou Ferranti, která však měla předstih v elektronice a v přesnějších optických odměřovacích systémech z National Engineering Laboratory v Glasgow. Pozvali nás opakovaně k návštěvám, vše nám ukázali a byli rádi, že nejsou v Evropě sami. Státní cena, která mi byla v roce 1968 udělena „Za soustavnou vědeckou a výzkumnou činnost v oboru číslicově řízených obráběcích strojů, která vedla k zavedení jejich výroby v ČSSR“, byla oceněním skutečnosti, že spolupráce s našimi výrobci obráběcích strojů i NC řídicí techniky již přinášela ovoce ve formě rozbíhající se výroby.

Naše výsledky jsme mimo jiné publikovali na mezinárodních konferencích MATADOR – Machine Tool Design and Research v Manchesteru. Měly mezinárodní ohlas a v roce 1966 jsem byl pozván americkou University of Michigan v Ann Argotu, abych spolupracoval při vybudování laboratoře NC strojů a zavedl i přednášel jako první v USA nový univerzitní kurz „Numerically Controlled Machine Tools“. Během svého pobytu v USA jsem získal mnoho dalších znalostí, které urychlily náš postup k NC systémům s integrovanými obvody, k moderním elektrickým servosystémům a k aplikaci počítačů v CNC řízení.

Světový výzkum a vývoj číslicové výrobní techniky pak rychle pokračoval k dalším mezníkům, jako bylo první frézovací obráběcí centrum americké firmy Kerney-Trecker s automatickou výměnou kódovaných nástrojů, první soustružnické centrum anglické firmy Herbert s rotujícími nástroji pro přídavné frézovací operace, první pružný výrobní systém anglické firmy Molins se zásobníkem technologických palet pro nepřetržitý provoz, první dotykové sondy procesního měření anglické firmy Renishaw aj.

Lze říci, že ve spolupráci s našimi výrobci obráběcích strojů jsme se stále drželi v čelním pelotonu, i když neexistence světové servisní sítě našeho elektronického průmyslu vedla k nutnosti osazování exportovaných obráběcích strojů řídicími systémy zahraniční provenience.

MM: Které z vašich výzkumných projektů dosáhly nebo překonaly světovou úroveň své doby?

J. Zelený: V roce 1977 jsem jako koordinátor a hlavní řešitel státního úkolu „Pružné výrobní systémy“ vypracoval a předložil zcela původní a v té době převratný projekt pružného výrobního systému s automatickou dopravou paletizovaných obrobků i nástrojů a nepřetržitým bezobslužným provozem frézovacích obráběcích center. Pro realizaci projektu byl ve VÚOSO vyvinut prototyp obráběcího centra s velkokapacitním zásobníkem 144 opticky kódovaných nástrojů uložených v ochranných pouzdrech pro práci v prašném prostředí při obrábění litiny. Stroj, jeho nástrojový systém i jeho řízení světově originálním skupinovým CNC systémem „s otevřenou architekturou“ byl koncipován tak, aby mohl v systémovém nasazení kdykoliv vykonat jakoukoliv výrobní operaci podle zásady „dávka je jeden kus“. Podle této progresivní výrobní filozofie mohou být upínače na obrobkových paletách celoročně skladovány a zcela odpadá jejich skupinové přeseřizování při zavádění vícekusových dávek. Nástrojový systém byl zvolen rovněž jako skupinový, s automatickou manipulací a dopravou mezi stroji a přípravnou nástrojů, takže odpadlo ruční přerovnávání nástrojů v zásobnících při přechodu na nové dávky.

V takto koncipovaném systému si pro právě zaváděný obrobek upnutý ve specializovaném upínači počítač zvolí stroj, v jehož zásobníku jsou všechny potřebné nástroje, případně si chybějící přiveze tam, kde jsou právě nevyužívány. Dávka je postupně realizována na jediném specializovaném upínači, což vede k významnému zvýšení přesnosti, spolehlivosti a produktivity, neboť mnoho přeseřizovacích operací i organizačních zmatků odpadá. Zavádění obrobků podle postupně vznikajících potřeb montáže je snadné a odpadá skladování hotových dávek a čekání na kompletaci dílců. Celý proces je s potřebným předstihem počítačově simulován a optimalizován pro minimum transportních úkonů.

Systém byl realizován nejdříve jako dvoustrojová výrobní buňka s nástrojovým systémem 432 nástrojů v TOS Čelákovice a následně jako osmistrojový pružný výrobní systém s osmi nástrojovými zásobníky u strojů a dvěma v přípravně nástrojů s celkovým počtem 1 440 kódovaných nástrojů v TOS Olomouc. Další dva vícestrojové systémy byly realizovány v Ostroji Opava a Transportě Chrudim. Systém v TOS Olomouc byl uveden do provozu v roce 1984. Je řízen minipočítači tuzemské výroby typu ADT 4500 v CNC části i v řízení výroby. Přitom každý ze dvou CNC počítačů řídí současně čtyři obráběcí centra včetně osmi interpolací, 24 polohových servosystémů, čtyř vřeten a čtyř nástrojových manipulátorů. Počítač výrobního procesu simuluje, prověřuje a řídí manipulaci a dopravu 240 obrobkových palet a 1 440 nástrojů mezi stroji, regálovým skladem a přípravnou nástrojů. Systém pracuje nepřetržitě 24 hodin denně při jednosměnné přítomnosti pracovníků, kteří zajišťují zejména upínání, přepínání a odepínání obrobků v paletizovaných upínačích. A to nejzajímavější nakonec: Systém pracuje dodnes, bez jakýchkoliv změn, tak jak byl v roce 1978 koncipován a v roce 1984 uveden do provozu. Robustnost jeho návrhu a kvalitní provedení strojů i manipulátorů umožnilo jeho využívání po dobu již 24 let, za kterou nebyl co do stupně automatizace, ekonomičnosti provozu a doby úspěšného nasazení ničím na světě předstižen.

MM: Od roku 1974 jste členem světové prestižní organizace CIRP. O jaké sdružení se jedná, co je jeho náplní? Jakým způsobem se do jeho aktivit zapojujete vy osobně?

J. Zelený: V roce 1948 organizovala Societé Francaise des Mécaniciens v Paříži diskusní setkání na téma třískového obrábění, při kterém se stalo zřejmým, že poválečný vývoj obráběcích strojů a technologií zaostává z důvodů chybějících výzkumných činností a mezinárodní spolupráce odborníků v této oblasti. Bylo rozhodnuto ustavit komisi pro založení mezinárodní nevládní organizace ve které by mohli spolupracovat výzkumní pracovníci s cílem studia vědeckých a aplikačních metod pro rozvoj výrobních strojů a technologií. Členové této komise se v roce 1951 stali zakladateli mezinárodní organizace s názvem CIRP – Collége International pour Recherche en Productique. Postupně během let se stal CIRP vrcholnou světovou nevládní organizací, jejímiž členy jsou vedoucí výzkumní pracovníci většiny průmyslově rozvinutých členských zemí OSN, kteří byli přijati tajným hlasováním generálního shromáždění CIRP na základě výsledků své výzkumné a publikační činnosti. Činnost CIRP je striktně nekomerciálního rázu. Generální shromáždění CIRP se koná jednou do roka v některé zemi jejích členů.

Měl jsem svůj první referát v CIRP již v roce 1961 v době konání generálního shromáždění v Praze. Práce VÚOSO byly v následných letech v CIRP dobře známy a kladně hodnoceny. Členem CIRP jsem byl zvolen na generálním shromáždění v Tokiu v roce 1974. Pracuji aktivně zejména ve vědecko-technických komisích obráběcích strojů, výrobních systémů, přesného inženýrství a metrologie. Neměl jsem vždy možnost zúčastnit se zasedání CIRP, ale díky založení našeho nového výzkumného centra strojírenské výrobní techniky a technologie při ČVUT Praha je mi to v posledních letech pravidelně umožňováno.

MM: Co pokládáte za největší chybu, jež způsobila rozpad československé výzkumné základny oboru obráběcích strojů VÚOSO? Lze tento propad ještě dohnat?

J. Zelený: Největší chybou, jež způsobila rozpad československé výzkumné základny oboru obráběcích strojů, byla mylná představa našich prvních vlád po roce 1989, že výzkum tak důležitého odvětví, které je základem a nástrojem všech ostatních výrobních technologií, se může obejít bez státní podpory. K tomu přispěla i představa některých našich výrobních podniků, že mohou ještě dlouho pokračovat ve výrobě podle existující dokumentace nebo že mohou novou dokumentaci snadno získat od zahraničních firem. Také existovala obava, že v novém, konkurenčním prostředí by získané výzkumné poznatky byly k dispozici všem, tedy i jejich konkurentům. Jak se nyní ukazuje, je sdílení a publikace obecnějších poznatků o nejnovějších výrobních strojích a technologiích velmi potřebné a ochranu konkrétních údajů lze smluvně ošetřit a zajistit. Škoda je hlavně rozpadu specializovaných a zkušených kolektivů. Jejich jednotliví členové se vesměs dobře uplatnili, byli ovšem většinou získáni a oceněni zahraničními firmami, jejichž cílem je spíše distribuce zahraničních výrobků na našem trhu než podpora výzkumu a vývoje pro náš průmysl. V návaznosti na rozpad centrální průmyslové výzkumné základny došlo v minulých letech i k oslabení konstrukčních kolektivů a zkušeben v mnoha závodech produkujících obráběcí stroje a technologie. Tento stav se postupně napravuje, došlo však k výrazné ztrátě tempa a ke ztrátě poznatků a dlouhodobých zkušeností, které mohly být předány mladší generaci. Výzkumné centrum zřízené při FS ČVUT v roce 2000 se snaží utrpěnou ztrátu svými aktivitami i při omezených kapacitních možnostech minimalizovat. Podle dosavadních výsledků a dobré spolupráce s průmyslem lze doufat, že tato snaha bude mít úspěch.

MM: Jako významný odborník jste působil na celé řadě světových univerzit. Jaké působiště bylo pro vás klíčové?

J. Zelený: Kromě již zmíněného působení na univerzitě státu Michigan jsem v roce 1992, v době, kdy VÚOSO již spělo k zániku, přijal nabídku UNAM – Universidad Nacional Autonoma de Mexico na místo pedagoga pro obor výrobních systémů. Je to snad největší univerzita na světě, která má jen v Mexico City 550 tisíc studentů a pracovníků a filiálky v dalších městech. Setkal jsem se zde s velkým zájmem o rozvoj moderní výrobní základny a se státem bohatě dotovanými výzkumnými aktivitami. Po dvouletém působení jsem přijal nabídku soukromé univerzity ITESM – Instituto Technologico y de Estudios Superiores de Monterrey, která měla nejmodernější vybavení NC stroji, výrobními buňkami a počítači, jaké jsem předtím ani potom nikde neviděl. Následovalo pozvání na místo visiting profesora na University of Florida v Gainesville, kde jsem přednášel dva semestry kurz „Manufacturing Processes and Equipment“.

Právě na této posledně jmenované univerzitě a účastí na konferencích pořádaných jinými americkými univerzitami jsem získal klíčové poznatky z nové oblasti vysokorychlostního obrábění a stavby vysokorychlostních obráběcích strojů. Tyto poznatky jsem po svém návratu do České republiky zveřejnil ve své monografii „Vysokorychlostní obrábění aneb obráběcí stroje na přelomu století“, která vyšla v červnu 2000 jako barevná publikace edice speciálních vydání MM Průmyslového spektra, v době, kdy poznatky o této revoluční nové výrobní technice byly v ČR ještě zcela minimální.

MM: Ve Výzkumném centru výrobních strojů a technologií při ČVUT v Praze vedete skupinu „Stroje nových koncepcí“. Na čem nyní pracujete, co přelomového od vás může technická veřejnost očekávat?

J. Zelený: Vývoj moderních obráběcích strojů je zaměřen na uspokojení rostoucích požadavků na přesnost a dynamiku strojů při zachování robustnosti řešení, která je zase podmínkou jejich výkonnosti a spolehlivosti. Tyto požadavky nejsou již splnitelné klasickými strojními konstrukcemi a prvky. Je nutno studovat a aplikovat nejnovější poznatky z oboru měřicí techniky, zpětnovazebního řízení, softwarových metod i nových materiálů a nalézat i zkoumat koncepčně nové principy konstrukčních i „mechatronických“ řešení strojů. Úkolem mé skupiny „Stroje nových koncepcí“ je takové principy nacházet, výzkumně řešit a kombinovat k dosažení kvalitativně vyšší úrovně obráběcích strojů, vyvíjených a vyráběných v České republice.

V projektu „Mechatronické systémy zvyšování přesnosti“ se zaměřujeme na eliminaci nesystematických, tj. neopakujících se odchylek, jejichž podstatnou částí jsou váhové a tepelné deformace rámů. Experimentální výzkum na modelu horizontálně výsuvné pinoly ukazuje možnosti snížení váhových a tepelných prostorových odchylek mechatronickými prostředky až na pět procent původní hodnoty. Připravujeme i mechatronické řešení tepelných úhlových deformací vertikálních vřeten frézovacích center. V projektu „Měřicí rámy“ sledujeme možnost vytvoření tepelně stabilizovaného měřicího rámu uvnitř rozhodujících nosných dílů stroje, kde je chráněn i proti nepříznivému okolí řezného procesu. Toto uspořádání umožní měření relativních odchylek silově, váhově a tepelně namáhaných nosných dílů od odlehčeného a tepelně stabilizovaného měřiciho rámu a jejich kompenzaci. V projektu „Seismicky vyvážené stroje s vysokou dynamikou“ výzkum navazuje na poznatky získané v minulém období výzkumem originálního „plovoucího principu“ v mechanické i elektrické verzi. Cílem je postavit experimentální stroj, který by i při velmi rychlých a dynamických pohybech všech NC os eliminoval rázové reakční síly do základu i vlastní nosné struktury. Protisměrné pohyby nástrojové a obrobkové části stroje zde přinášejí kromě vysoké dynamiky i podstatné snížení rozměrů stroje a vedou k výrazné úspoře energie potřebné pro zrychlení hmot.

V úspěšně vyřešeném evropském úkolu „Hardprecision“ byly námi vyvinuty nové metody měření prostorové přesnosti dotykových sond umožňujících automatické měření obrobků v pracovním prostoru strojů s opakovanou přesností jeden až dva mikrometry. Bylo zde dosaženo světové úrovně v oboru „On-Machine Measurement“ a byli jsme zcela nedávno přizváni světovou organizací ISO ke spolupráci na tvorbě nové normy týkající se této slibné nové technologie. Na zasedání ISO ve Washingtonu jsem v říjnu tohoto roku přednesl rozsáhlý referát, který zahrnoval i budoucí koncepčně nové možnosti automatického měření obráběcích strojů pomocí účelově navržených artefaktů snímaných dotykovou sondou v pracovním prostoru.

MM: Celý svůj profesní život jste zasvětil obráběcím strojům. Co vás na tomto oboru fascinuje, šel byste do toho znova?

J. Zelený: Číslicově řízené obráběcí stroje prošly od doby svého vzniku v padesátých letech minulého století úžasným vývojem, během kterého nejen využily nejskvělejší poznatky moderních oblastí mechaniky, elektrotechniky, měřicí, informační a řídicí techniky, ale tyto poznatky ve velké míře svými požadavky iniciovaly a urychlovaly. Staly se syntézou inženýrských znalostí i dovedností a vyvolaly generační změny v kvalitě i produktivitě téměř všech výrobních technologií. Sedíme-li dnes za volantem auta nebo v kabině letadla, vidíme samé plasty. Ale jak by vznikly formy na výrobu těchto plastů bez číslicově řízených obráběcích strojů? A jak by vznikly stroje a nejpřesnější nástroje pro tvářecí a jiné technologie? Země, která se zřekne aktivity v rozvoji NC strojů a technologií, postupně nutně ztratí své postavení i v ostatních výrobních technologiích. NC stroje způsobily, že se z černého řemesla stala vysoce inženýrská činnost, jejíž možnosti stále sahají dál než naše představy. Samozřejmě že bych šel do toho znovu.

Závěrem mi dovolte, abych z tohoto místa a při této příležitosti poděkoval všem velmi mnohým a zde nejmenovaným výzkumným a vývojovým pracovníkům, se kterými jsem se na své celoživotní pouti obráběcími stroji potkal a bez nichž by žádný z cílů, o které jsem usiloval, nebyl splnitelný.

MM: Děkuji vám za rozhovor a jménem našich čtenářů a jménem svým vám přeji do dalších let jen to nejlepší.

Roman Dvořák