Virtuální svařování při výuce svářečů

Firma Fronius v této oblasti pochopila potřebu inovativních výukových metod, které by šetřily výše jmenované zdroje. Vyvinula tedy alternativu, kterou je virtuální svařování. Hořák a obrobek jsou zde sice modely, avšak reálné objekty. Tyto dva prvky doplněné počítačem a displejem vytvářejí výukový prostor pro svářeče budoucnosti. Virtuální je zde jak oblouk, tak i svarový šev, a to i s příslušným zvukovým doprovodem. Tímto způsobem se významně zkracuje materiálově náročná výuka na „opravdovém" svařovacím zařízení, která je navíc doplněná významnou úsporou času, místa, základního materiálu, plynu, přídavných materiálů a energie.  

Snížení nákladů na dosažení svářečské zručnosti

Svářeč získává svoji zručnost v ovládání jemné motoriky během velkého počtu tréninkových hodin. Zkušenosti ukazují, že k tomu, aby se začátečník dopracoval k použitelným pracovním výsledkům, potřebuje více než 100 hodin praktické výuky. Přísloví: „Učený se žádný nenarodil," platí pro něho stejně tak jako pro mistry v kterémkoliv jiném řemesle. Avšak například oproti budoucímu houslovému virtuosovi jsou zde podstatné rozdíly. Nastávající svářeč potřebuje pro své „etudy" značné množství ochranného plynu, svařovacího drátu, plechu a rovněž elektrického proudu, přičemž jeho „prstová cvičení" probíhají v riskantních podmínkách 2 000 °C horkého elektrického oblouku doprovázeného intenzivním tepelným a ultrafialovým vyzařováním. Na rozdíl od mladého hudebníka nemůže svářeč-učedník zacházet se svým instrumentem bez dozoru. „Virtuální svařování" se zde ukazuje jako alternativa, která odstraňuje jak bezpečnostní rizika spojená s výukou svařování, tak i náklady a emisní zátěže. Fungující prototyp virtuálního výukového svářečského pracoviště byl poprvé demonstrován v září 2009 na veletrhu „Schweißen & Schneiden" v Essenu, kde si mohli návštěvníci stánku Fronius vyzkoušet všechny jeho přednosti.

Od března 2010 je tento výrobek k dispozici na trhu, dostupná je již i česká verze softwaru. S řešením virtuálního svařování přišli rakouští vývojáři inspirováni vizí, kterou jim v roce 2006 předložil syn zakladatele podniku pan Klaus Fronius. Tento systém vytváří předpoklady pro snížení spotřeby materiálu v průběhu výuky svářečů, zamezuje vznik problémů spojených s úrazy a škodami na pracovišti a šetří tak i následné náklady. Virtualita navíc představuje atrakci zejména pro mladé lidi dnešní počítačové generace, a přispívá tím ke zvýšení image svářečské profese. Do budoucna bude dráha tohoto povolání již od startu čistější, oproštěná od rizik strachu a stresu a bude mnohem zajímavější. Komentáře jako „uncool" vyslovované  na adresu kvalifikace, která má trvalé možnosti na trhu práce, jsou nyní definitivně „out".      

Virtuální výukový prostor

S touto inovací uživatel nejenže vstupuje do virtuálního prostoru, ale zbaví se i dalších prostorových omezení dosavadního způsobu tréninku. „Výukovou dílnu" přiveze vyučující do odborné školy nebo institutu buď v kufru na kolečkách, nebo je tato dílna tvořena terminálem, kterému stačí méně než 1 m² podlahové plochy. Možnost napojení tohoto zařízení na počítačovou síť vyučujícímu i účastníkům výuky přináší komunikační prostor internetu. To znamená, že běžnou třídu odborné školy je tímto způsobem možné rozšířit tak, aby zahrnovala určené jednotlivce, případně skupiny dalších účastníků výuky. 

Zařízení pracuje na základě sledovacího systému. Na rozdíl od optického sledování pohybu často používaného vývojáři počítačových her je funkce virtuálního svařování založená na magnetickém sledovacím systému. Ten přenáší do virtuality i ty nejjemnější pohyby ruky, které pak zobrazuje na monitoru, případně prostorově pomocí 3D brýlí. Magnetický snímač vytváří pod obrobkem magnetické pole kulového tvaru, pomocí něhož senzor detekuje polohu hořáku. Takto získaný digitalizovaný signál obsahující polohová data představuje vstupní údaj pro vizualizační software, jenž vyhodnocuje vzájemnou polohu obrobku a hořáku. Na svářečské kukle se nachází další senzor, který umožňuje realitě odpovídající pohled na svar respektující pozorovací vzdálenost i úhel pohledu.

Účinky gravitace na viskózní svarový kov a průběh jeho tuhnutí při různých polohách hořáku vůči obrobku lze pozorovat až do markantních detailů. Toto typické utváření svaru, navíc ovlivňované nastavením svařovacích parametrů, virtuální svářečka překvapivě věrně simuluje. Spolu s tímto vizuálním vjemem slyší svářeč současně i příslušné charakteristické hlukové projevy, které svařovací činnost doprovázejí.

Intuitivní prostředí usnadňuje zprostředkování znalostí 

Během doby, kdy vede žák hořák podél obrobku, zpracovává ve svém vědomí optické i akustické vjemy, aby si tak kontroloval, zda udržuje správnou rychlost pohybu hořáku, jeho vzdálenost a náklon. Důsledky chybného vedení hořáku jsou ve virtuální prezentaci ihned rozeznatelné. Žák na ně instinktivně reaguje pohybem ruky a vše si ukládá do své dlouhodobé paměti napojené na motorické funkce. Vytváří se u něho rovněž požadovaný cit pro svařovací napětí a proud.  

Didaktický koncept virtuálního svařování je založen na sekvenci tréninku a simulace. Při tréninku si adept cvičí nejprve rychlost vedení hořáku. Cvičí ji tak dlouho, až dosáhne předepsaného počtu bodů. Další stupeň zahrnuje ještě nácvik optimální vzdálenosti a následující stupeň dodržení správného úhlu mezi hořákem a obrobkem. Za použití přídavných modulů a nastavením parametrů simuluje metoda virtuálního svařování různé podmínky pracovního procesu. Pokrok ve výuce vedení hořáku se individuálně dokumentuje a vyhodnocuje. Nebezpečí zanesení chyb do vyhodnocování je prakticky vyloučeno, což kolem vyučujícího vytváří atmosféru důvěry a žákům ušetří tato jistota frustraci z domnělého nebo skutečného chybného hodnocení a podporuje jejich motivaci. 

Vyučující může za pomoci strukturované, serveru podobné databázi, vytvářet, ukládat a vyvolávat aplikačně nebo individuálně specifická výuková prostředí. To mu umožňuje připravovat výuku kreativně a přizpůsobovat náročnost tréninku dosažené úrovni jednotlivých účastníků výuky. Pracovní plošina pracoviště je výškově přestavitelná, aby se dala přizpůsobit jakékoliv tělesné výšce. 

Výuka v týmu a on-line

Významným přínosem výuky na virtuálním svářečském výukovém pracovišti je použitelnost této metody pro výuku na síti a následkem toho také  v týmu. Tímto způsobem zvyšuje dynamika skupiny výkon a stimuluje pokrok ve výuce jednotlivých žáků. V případě mezinárodně sestavených on-line týmů se může každý účastník podílet ještě na jednom vedlejším efektu, kterým je zlepšení jazykových kompetencí. Vyučující může také organizovat on-line porovnávání výkonů prostřednictvím sítě a bez jazykových bariér a tím účastníkům výuky přiblížit soutěživý charakter globalizovaného světa práce.

Virtuální výukové pracoviště Fronius není vázano na žádné výrobní odvětví ani na žádnou firmu nebo společnost. Jeho aktualizaci lze provést snadno prostřednictvím DVD nebo po síti. Systém lze rozšiřovat o nové svařovací procesy nebo o nové programové vybavení. Z tohoto důvodu se doplňovací moduly, jako jsou nové typy obrobků, dodávají se standardním terminálem i s mobilní kufříkovou verzí. Kromě toho je možné upravit software podle požadavků zákazníka. Uživatelé systému Virtual welding tek budou vždy na špici technologického vývoje.

Souhrn benefitů a perspektiv

Po absolvování kurzu 2x po 60 výukových hodinách je nastávající svářeč připraven pro certifikaci své kvalifikace u WIFI (Wirtschaftsförderinstitut - Institut pro podporu hospodářství, což je největší rakouská instituce pro vzdělávání dospělých). S touto kvalifikací je již schopen docilovat použitelných pracovních výsledků, aniž by spotřeboval příliš velké množství materiálu. Materiálová spotřeba se v porovnání s konvenční formou výuky snižuje na jednu čtvrtinu. V tomto porovnání nejsou zohledněny obtížně vyčíslitelné následné zátěže vyplývající z tělesného i psychického stresu způsobeného úrazy, škodami na oblečení a vybavení nebo frustrujícími pocity z chyb či chybných ohodnocení. Virtuální svařování přináší vedle nesporného efektu výuky zábavnou formou také velmi závažné efekty, které jsou vyčíslitelné v nákladech na výuku a rovněž trvalý přínos k ochraně prostředí a klimatu.  

Gerd Trommer, Dipl.-Ing.

//www.fronius.com/

Motloch.Jan@fronius.com