Témata
Reklama

Spolupráce firem a univerzit přináší výsledky

Inovace v technickém vývoji výrobních strojů a technologií jsou nezpochybnitelnou povinností pro každou firmu, která chce dlouhodobě působit na současném vysoce konkurenčním trhu. Dlouhodobý vývoj ve firmách stojí především na šikovnosti a zkušenosti vlastních konstruktérů a technologů. Zapojení externích výzkumných pracovníků je pro firmu možností inspirovat se jiným pohledem, nalézt a rozvinout žádoucí řešení novým směrem a získat tak potřebný náskok před konkurencí. V oboru výrobní techniky a technologie je spolupráce firem a výzkumných institucí dlouhodobě intenzivní. Firmy mají své dobré partnery pro výzkum jak na technických univerzitách v Praze, Brně, Plzni, Liberci a Ostravě, tak i na mimouniverzitních pracovištích, např. v libereckém VÚTS nebo v kuřimském centru Intemac.

Doc. Petr Kolář

Inženýrský i doktorský titul v oboru Výrobní stroje a zařízení získal na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Zde se i následně habilitoval. Od roku 2001 pracuje ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), které je od roku 2012 organizační součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení FS ČVUT. V letech 2015-2019 pracoviště vedl. Působí též na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky, ČVUT v Praze a na Fraunhofer IWU Dresden. Odborně se zabývá výzkumu a spolupráci s průmyslovými firmami v tématech dynamického chování výrobních strojů, chytrými výrobními stroji a Průmyslem 4.0.

Aby bylo možné klíčová témata v aplikovaném výzkumu dlouhodobě rozvíjet, je nutné vhodně kombinovat financování orientovaného (základního oborového) výzkumu, aplikovaného výzkumu a realizaci ve firmách. Klíčová témata oboru strojírenské výrobní techniky a technologie byla poprvé popsána ve Strategické výzkumné agendě oboru na období 2010–2020. Agendu v roce 2009 připravila platforma Strojírenská výrobní technika. Na jejím vytvoření metodou Delfi se podílelo 63 firemních i univerzitních expertů z oboru obráběcích a tvářecích strojů. Agenda byla následně aktualizována v roce 2012. Nad definovanými klíčovými oborovými výzkumnými tématy byl v roce 2011 připraven návrh projektu Centrum kompetence Strojírenská výrobní technika. U zrodu projektu stály tři největší české technické univerzity (ČVUT v Praze, VUT v Brně a ZČU v Plzni) společně se sedmi předními výrobci obráběcích a tvářecích strojů v ČR (Tajmac-ZPS, Kovosvit MAS, TOS Varnsdorf, TOS Kuřim-OS, Škoda Machine Tool, Toshulin, Šmeral Brno). Projekt přijatý k realizaci v letech 2012 až 2019 je spolufinancován z veřejných rozpočtů prostřednictvím Technologické agentury ČR.

Reklama
Reklama
Realizovaný stojan stroje FRF firmy TOS Kuřim-OS s optimalizovanou vnitřní strukturou.Projekt se zaměřuje na orientovaný výzkum v oboru strojírenské výrobní techniky a na aplikaci výsledků tohoto výzkumu do konkrétních firemních řešení. Hlavním cílem projektu je zvyšování konkurenceschopnosti konsorciálních firem prostřednictvím zlepšování šesti hlavních technických užitných vlastností strojů a technologií: přesnosti, jakosti, produktivity, spolehlivosti, hospodárnosti a minimalizace dopadu na životní prostředí. Rámec projektu je nastaven tak, že nad tématy orientovaného výzkumu spolupracují univerzity se všemi konsorciálními firmami (přičemž některé z nich jsou vzájemnými konkurenty). V určitém bodě je dosaženo dílčích výsledků orientovaného výzkumu (typicky vzniká základní simulační nebo experimentální know-how). Na tuto fázi v rámci projektu navazuje aplikovaný výzkum v bilaterální spolupráci univerzity a jednotlivých firem, který je již zaměřen na zdokonalení konkrétních strojů nebo technologií. Popsaný postup je velmi efektivní z pohledu využití veřejných prostředků, protože výsledky orientovaného výzkumu jsou v navazující fázi implementace firmami přímo využívány. V roce 2015 dospěl projekt do poloviny své doby řešení. Na konci roku bylo dosaženo celkem 40 závazných výsledků, přičemž 20 % z nich bylo v té době již využíváno v praxi. Další výsledky se do fáze praktického nasazení dostávají v roce 2016. V projektu je jedenáct odborných pracovních balíčků a výsledky jsou tedy rozesety do všech oblastí vývoje, realizace a provozu vyvíjených obráběcích a tvářecích strojů.

Dosažené výsledky v oblasti vývoje strojů

Jedním z hlavních technických požadavků na výrobní stroje je vysoká tuhost, malá hmotnost a dobré tlumení. Tyto tři parametry jsou základem pro naplnění požadavků na užitné vlastnosti stroje. V projektu CK-SVT je naplnění těchto požadavků sledováno ve třech pracovních balíčcích s uplatněním odlišných technických metod. Prvním přístupem jsou pokročilé strukturální a teplotně-strukturální optimalizace dílců nosných struktur. Uplatněné matematické metody umožňují rychle hledat efektivní rozmístění materiálu v konstrukčním prostoru stroje tak, aby došlo k maximalizaci statické tuhosti v definovaném místě, minimalizaci hmotnosti a maximalizaci vlastních frekvencí. Metody umožňují i optimalizaci stroje na určitý průběh dynamické poddajnosti (hodnoty tlumení jsou však při výpočtu pouze odhadnuty). V tomto případě je struktura stroje optimalizována již přímo na konkrétní definovanou technologii obrábění.

Konkrétním výsledkem uplatnění těchto metod je strukturální optimalizace dílců nosné struktury strojů řady FRF z produkce TOS Kuřim-OS. Zcela nově navržený stojan stroje vykazuje při srovnatelné hmotnosti zvýšenou statickou tuhost o 20 % proti strojům této velikostní kategorie. Dalším výsledkem je nový návrh lože, kde se při nezmenšení statické tuhosti v různých částech stolu podařilo ušetřit čtvrtinu hmotnosti dílce. Strukturální optimalizace v kombinaci s modelováním hydrostatického vedení byly uplatněny při vývoji těžkého otočného stolu na přesuvných saních TDV 50 z produkce plzeňské Škoda Machine Tool. Na nosné struktuře se podařilo ve srovnání s přechozí generací stolu ušetřit 15 % materiálu při zachování nosnosti a tuhosti stolu.

Otočný stůl TVD50 firmy Škoda Machine Tool s optimalizovanou strukturou a hydrostatickým vedením

Druhým přístupem je zvyšování tlumení nosných struktur. Z pohledu vývoje nového stroje je významné použití hybridních struktur neboli kombinace několika typů materiálů v konstrukci. Typicky jde o základní litinové odlitky nebo ocelové svařence vyplněné strukturami z částicových nebo vláknových kompozitů. Hledání vhodných typů materiálů, jejich modelování, hledání možností realizace spojování odlišných materiálů a také celková strategie jejich efektivního nasazení z technického a finančního pohledu patří k hlavním úkolům orientovaného výzkumu v projektu. Nasazení získaných znalostí vedlo ke konkrétním realizovaným výsledkům. Ve spolupráci s firmou Škoda Machine Tool byl realizován na zákaznickém stroji pohon kuličkovým šroubem vertikální osy Y se zdvihem 6 500 mm, jehož jádro bylo odvrtáno a naplněno částicemi nekovového materiálu. Výsledkem těchto opatření byl posun kritických otáček kuličkového šroubu, který umožnil navýšit maximální posuvovou rychlost osy na zákazníkem požadovaných 20 m.min-1. Bez těchto opatření by byly kritické otáčky omezeny tak, že by posuvová rychlost byla nejvýše 8 m.min-1. Jiným příkladem realizovaných hybridních struktur je smykadlo stroje 7032 firmy Tajmac-ZPS. Výpočtově optimalizovaná kompozitová výztuž vlepená do litinového vnějšího pláště, který zajišťuje ochranu kompozitu a současně je rozhraním pro připojení dalších konstrukčních prvků, snížila na samotném dílci smykadla dynamickou poddajnost až 4krát ve srovnání se stejným litinovým dílcem. Přínos na celém smontovaném stroji je o něco menší z důvodu vlivu dalších dílců a rozhraní v konstrukci stroje; při testech stroje však bylo dosaženo zvýšení produktivity obrábění.

Soustružnický adaptér s integrovaným hltičem na karuselu Toshulin

Jiným přístupem ke zvýšení tlumení mechanických struktur strojů jsou dodatečné aplikace aktivních hltičů. Společně s firmou Toshulin byl vyvinut a otestován prototyp soustružnického adaptéru s jednoosým hltičem. Výhodou navrženého řešení je schopnost řídicích algoritmů hltiče tlumit dvě vybrané vlastní frekvence a současně reagovat na jejich změnu v závislosti na vysunutí smykadla. Testy na stroji ukázaly, že hlcení kmitů ve směru Y (tangenciální směr z pohledu obrábění) snižuje dynamickou poddajnost cca o 30 % na obou sledovaných frekvencích. Hltič je nyní připravován pro nasazení na dalších řadách karuselů Toshulin.

Do oblasti vývoje strojů spadá kromě vývoje metod pro zlepšování vlastností tradičních řešení také zkoumání možností netradičních koncepcí strojů. Na základě zadání firmy Tajmac-ZPS byla řešena nová kinematická struktura vícevřetenového soustružnického automatu. Navržené rešení uvažuje jak s rotací dílců na jednom bubnu, tak s rotací nástrojů na druhém bubnu. Při trvalém otáčení obou bubnů je poloha nástroje vůči obrobku nastavována změnou vzájemných rychlostí rotace, což vede ke zkrácení vedlejších časů potřebných pro přestavení bubnů s vřeteny. Řešení, které je patentově chráněno, má potenciál zvýšení produktivity stroje až o 75 %.

Hybridní smykadlo stroje 7032 firmy Tajmac-ZPS s litinovým pláštěm a kompozitovou výztuhou

Dílčí shrnutí

Projekt CK-SVT představuje v podmínkách ČR ojedinělý způsob propojení výzkumně-vývojových aktivit firem a univerzit. V projektu byly již dosaženy konkrétní výsledky, které jsou postupně uplatňovány na trhu. V tomto článku byly představeny některé výsledky dosažené v oblasti vývoje strojů. V dalším pokračování budou představeny výsledky dosažené v oblasti provozu strojů.

RCMT, FS ČVUT v Praze, TOS Kuřim, Toshulin, Tajmac-ZPS, ŠMT

Ing. Petr Kolář, PhD., za řešitelský tým projektu CK-SVT

P.Kolar@rcmt.cvut.cz

Reklama
Související články
Podpora spolupráce ve výzkumu, vývoji a inovacích ve střední Evropě - inspirace projektem NUCLEI

Ústav výrobních strojů a zařízení FS ČVUT (RCMT) je zapojen do evropského projektu NUCLEI podporujícího iniciaci mezinárodní spolupráce ve výzkumu, vývoji a inovacích. Zaměřen je na region střední Evropy a odbornou oblast moderních výrobních technologií.

Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Diskutovaný Průmysl 4.0

Fenomén Průmysl 4.0, nastínění možných směrů vývoje a příprava společnosti na změny způsobené novými technologiemi – to jsou diskutovaná témata konferencí a seminářů současnosti. Podpora výzkumu a vývoje se musí soustřeďovat na technologicky významné oblasti vycházející z potřeb české průmyslové praxe. Odborníci zdůrazňují potřebu vzdělávání a zvyšování kvalifikace zaměstnanců.

Inovace. Co to vlastně je?

Vděčné sexy téma, o kterém rádi všichni mluví, ale nikdo pořádně neví, jak je skutečně realizovat. Celá řada hvězdiček, jimž se podařilo inovovat sebevětší pitominu a s ní nějak uspět na našem malém hladovém lokálním trhu se cítí být vyvoleni rozdávat moudra. Zasvěcený člověk se pak nestačí divit.

Zvyšování užitné hodnoty obráběcích a tvářecích strojů

Konkurence v oboru prodeje obráběcích strojů je velká a všechny firmy hledají způsob, jak nabídnout koncovému uživateli vyšší užitnou hodnotu. Tato užitná hodnota se posuzuje podle parametrů koncové výrobní technologie (přesnost, jakost, produktivita, celkové náklady) a pro výrobce obráběcích strojů je to jeden z bodů, kde mohou technickými znalostmi a inovacemi ovlivnit svou konkurenceschopnost na trhu.

Aktuální trendy v oboru obráběcích strojů

Obor obráběcích strojů prochází velkými změnami, které pravděpodobně nejsou na první pohled tak zřetelné. Požadavky na stroje se mění v důsledku postupných proměn světa okolo nás a výrobci strojů na to reagují, aby si zajistili potřebnou konkurenceschopnost.

Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů (2. část)

Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Generační pohled na strojírenský výzkum

Nyní se možná na všech úrovních hovoří o inovacích více, než je zdrávo a adekvátně by odpovídalo konkrétním výsledkům na poli, kde poměr výrobních firem s finálními výrobky vs. výrobci komponent či obchodní zastoupení nadnárodních koncernů nevytváří perspektivní základnu k našemu dalšímu technickému vývoji, což má bezesporu vliv i na fakt, jakou naše výrobní strojírenské podniky jako celek nyní zastávají ve světovém srovnání respektovanou roli a jak se to bude vyvíjet nadále.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Kovosvit MAS a výzkumné centrum RCMT

Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) při Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze ze své podstaty aplikačního výzkumu již dlouhodobě spolupracuje s výrobními podniky. Patří mezi ně zejména celá řada výrobců obráběcích strojů ‒ k zásadním partnerům pak Kovosvit MAS, se kterým se spolupráce datuje hned ke vzniku pracoviště po roce 2000.

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