Zkušenosti Made in Siemens v průmyslových aplikacích

Jak by asi vypadal náš všední den, kdybychom náhle museli postrádat všechny ty předměty, které nás zcela zcela samozřejmě od rána do večera obklopují? Bez obráběcích strojů bychom si nenasadili brýle proti slunci, nepoužívali bychom mobilní telefony, auta, letadla, … Pro naplnění našich konzumních přání ale nestačí jen samotné nápady vynálezců a vědců. Jen málokdo si uvědomuje, že než se spotřební zboží dostane až k zákazníkovi, ujde často velmi dlouhou cestu, při které hraje obráběcí stroj velmi důležitou úlohu.

Ikarův příběh. Není snad nikdo, kdo by ho neznal, touha člověka dostat se až tam nahoru a kopírovat chování ptáků je stará jak lidstvo samo. Snad nejúžasněji jsou letečtí nadšenci zaznamenáni v dnes již kultovním filmu „Báječní muži na létajících strojích“, který byl natočen v roce 1965. Dobrodružná komedie o tom, jak na samém počátku 20. století nabídl list British Newspaper cenu pro vítěze závodu Londýn – Paříž. My však zůstáváme hrdi na našeho Jana Kašpara a jeho historický let z Pardubic do Prahy v roce 1911. Dnes je konečně odvěká touha prvních aviatiků bezezbytku naplněna a pohled do oblak nás o tom jasně přesvědčuje. Z historického hlediska je zajímavé i spojení leteckého průmyslu a obrábění. Dlouhá cesta od dřevěných modelů k prvním opatrným pokusům o kovovou konstrukci vede díky použitým materiálům od dřevoobrábění ke kovoobrábění. A tady jsme doma, tedy vlastně u obráběcích strojů. Právě letecký průmysl svými nekompromisními požadavky vytvořil prostor pro stavbu vysoce sofistikovaných strojů. Co vlastně opravňuje letecký průmysl k tomu, aby zvedl pomyslnou laťku tak vysoko? Zcela jednoznačně to jsou speciální technologie pro letectví a kosmonautiku, naprosto dominantní roli zde hrají materiály, s nimiž letecký průmysl pracuje. Příkladem pro ultralehké letouny mohou být karbonová a karbonkevlarová vlákna a epoxidové pryskyřice, jejichž kombinace zajišťuje unikátní mechanické a váhové parametry dílu. Všeobecně platí, že v leteckém a vesmírném průmyslu se používá speciální materiál, který je vysoce pevný a zároveň velmi lehký. Jaký je tedy vlastně vývoj materiálů konstrukčních součástí letadel? Dnes již nevystačíme s cimrmanovskou klasikou, že budoucnost patří aluminiu.

Slitiny hliníku pozvolna ustupují uhlíkovým kompozitům a v neposlední řadě titanovým slitinám, které jsou používány zejména ke snížení hmotnosti, což hraje nemalou roli v úspoře pohonných hmot. Konstrukční dílce stále více využívají kompozitní (vícesložkové) a mnohavrstvé materiály. Obráběné díly pro letadla jsou stále složitější a tomu se musí přizpůsobit i vlastní obráběcí proces pro letecký průmysl. Slovníček pro letecký průmysl ve svém základu proto musí obsahovat jako základní pojem pětiosé obrábění. Ale ani nejlepší technologie a sebedokonalejší výrobky nejsou postačující, aby uspokojily vysoké nároky leteckého průmyslu. I nejlepší obráběcí funkce musí být spojeny s dostatečnou produktivitou stroje a právě zde se může letecký a vesmírný průmysl plně spolehnout na vlastnosti řídicího systému Sinumerik 840D sl. Mezi jeho největší přednosti patří špičková funkcionalita a mimořádný uživatelský komfort pro snadné nastavení a měření, maximální přesnost s víceosou kinematickou analýzou, korekce i těch nejmenších chyb za chodu stroje, perfektní řízení pohybu a vysoce dynamické pohony s perfektně přizpůsobenými postprocesory a softwarem NX CAM od Siemens PLM Software, jež jsou zárukou sladěného procesu od prvotní myšlenky až po dokončený obrobek. Přednosti řídicího systému Sinumerik 840Dsl se odrážejí v tzv. multifunkčních strojích.

Tyto stroje umožňují opracování složitých dílců na jedno upnutí a jsou z hlediska vynaložených nákladů vysoce efektivní, protože není třeba přepínat před nebo po frézování součásti na soustruh nebo karusel. Je to dokonalé řešení právě pro letecký a vesmírný průmysl a pozitivní je skutečnost, že ani čeští výrobci obráběcích strojů nezůstávají v tomto směru pozadu a multifunkční stroje pro tento průmyslový segment nabízejí.

Firma S.A.B.C.A (Société Anonyme Belge de Constructions Aeronautiques) patří k nejvýznamnějším evropským společnostem v leteckém průmyslu. Byla založena v roce 1920 a její know-how vychází z více než devadesátileté zkušenosti v této oblasti. Její zákazníci stejně jako partneři patří ke světové elitě v segmentu letectví a kosmonautiky. SABCA je jednou z nejstarších belgických společností v oblasti aerospace, její závody lze nalézt v Bruselu, Charleroi a sídlem dceřiné společnosti je Limburg. Třem výrobním místům odpovídají i tři oblasti, kam SABCA nasměrovala svou výrobu: civilní a přepravní letectví, vojenské letectví a kosmonautiku. Udržení rovnováhy mezi těmito třemi rozdílnými trhy v průběhu let je klíčem úspěchu firmy, která i s tímto produktovým spektrem dokázala překonat všechny dosavadní cyklické výkyvy ekonomiky. Firma má v současné době kolem 1 000 zaměstnanců a vykazuje roční obrat cca 140 milionů eur, přičemž 85 % ročního obratu je tvořeno exportem. SABCA Brusel je hlavním sídlem společnosti, závod v Bruselu je domovem pro mechatroniku a právě zde vzniká většina nových programů firmy. Výrobní haly jsou vybaveny nejmodernějšími stroji, které produkují komplexní díly pro dopravní letectví a kosmonautiku. SABCA Charleroi je vzhledem ke svému umístění poblíž letiště ideálním místem pro náročnou údržbu a významné modernizace všech druhů vojenských letadel a vrtulníků (F16, Mirage F1).

SABCA Limburg je stoprocentní dceřinou společností SABCA, byla založena v roce 1992 a specializuje se na výrobu high-tech kompozitních sestav pro letadla. SABCA Limburg ovšem proslula zejména jako konstrukční místo nosné rakety ARIANE 5, která je součástí vesmírného programu. Rakety slouží k vynášení telekomunikačních družic na geostacionární dráhu a startují z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně. Evropská vesmírná agentura však hledala i levnější alternativu raket ARIANE, a tak vznikl nový projekt s názvem VEGA, určený pro dopravu lehčích nákladů. Díky nemalým zkušenostem s vesmírným programem se stala SABCA hlavním účastníkem a partnerem tohoto projektu. Během devíti let byly pečlivě testovány všechny části nové rakety a v únoru 2012 byla do vesmíru vypuštěna nová, 30 metrů vysoká raketa VEGA. Díky bohatému know-how získanému během programu ARIANE převzala SABCA plnou odpovědnost za vývoj, testování a výrobu zejména těchto prvků a subsystémů rakety:

- spodní cylindrická struktura rakety, která je integrována do spodní části rakety a stojí přímo na startovní ploše, je tvořena základem o průměru tři metry. Celý prstenec je jeden metr vysoký a stabilizuje celou hmotnost rakety (okolo 140 tun);.

- elektromechanický systém Thrust Vectoring Control (TVC) je systém, který nakloní ve čtyřech etapách trysku každého motoru a umožňuje tak řídit raketu.

V oblasti civilního letectví je SABCA partnerem tak významných výrobců letadel, jako je Airbus, Dassault Aviation a Gulfstream. Významně se zapojuje do spolupráce s těmito výrobci i v oblastech designu, vývoje a testování produktů. Mezi speciality firmy SABCA patří výroba kovových dílů odolávající silné zátěži, jako např. přetlaková podlaha, systém podpory klapek, povrchová úprava CFRP včetně integrovaných výztuh klapek a horizontálních stabilizátorů.

Právě pro Airbus byly vyvinuty systém y FSS (Flapp Support Structures) a FSF (Flapp Support Fairings). Za zmínku jistě stojí, vzhledem k jeho úctyhodným parametrům, dopravní letoun A380. Každý, kdo v Airbusu 380 seděl, musel být ohromen. Letoun A380 je právem považován za největší osobní dopravní letadlo na světě. Jeho délka činí 73 metrů, rozpětí téměř 80 metrů, výška přes 24 metrů a maximální kapacita 880 cestujících. Letadlo má dvě paluby a srovnávat jej lze pouze s americkým Boeingem 747-8. Jen pro rok 2011 zaznamenal Airbus objednávky od 19 leteckých společností na celkem 253 těchto obřích letounů. Stojíte-li tedy právě před volbou dálkového letu, neexistuje momentálně lepší volba.

Aby SABCA uspokojila zákazníky v high-tech sektoru, kteříi jsou zvyklí na tu nejvyšší kvalitu, klade velký důraz na plynulý výrobní proces, vysokou produktivitu práce a v neposlední řadě na nejmodernější strojní výbavu. Protože se firma rozhodla sledovat v rámci úspory nákladů vlastní výrobní proces a účinnost strojů pomocí speciálních softwarových nástrojů, obrátila se s tímto požadavkem na společnost Siemens. SABCA se zejména zajímá o detailní informace o poruchách provozu – potřebuje rychle přesná systémová data, aby mohlo dojít k rychlému odstranění chyb. Instalace softwarového modulu MDA, který je součástí MCIS (Motion Control Information System) bylo, jak se později ukázalo, správnou odpovědí společnosti Siemens na požadavky firmy SABCA. Software MDA (MCIS) dokáže automaticky vypsat ze stroje důležitá data, zprávy a chybová hlášení. Tímto způsobem lze změřit výkon výrobního zařízení zcela objektivně. Modul MDA byl instalován na všech strojích, a obsluha tak může zjistit kritická data na stroji na první pohled. S výsledkem instalace softwaru byla SABCA velmi spokojena, protože protokoly ukázaly, že došlo k výraznému zlepšení, zejména pokud jde o kvalitu a výkon. Navíc byla základní data pro kalkulace přesnější a vyhodnocení dat jednodušší. Celá společnost má nyní v libovolném časovém úseku kompletní přehled o výrobním procesu, který je tak schopna udržet na nejvyšší úrovni. Díky včasné identifikaci problému z datového toolu je také lépe schopna udržovat celý strojní park.

V leteckém průmyslu a kosmonautice nejde jen o výrobu velkých dílů a zařízení, ale zároveň i o nemalé finanční prostředky. Proto je třeba za každé situace vyrábět efektivně a celý výrobní proces musí být dokonale optimalizován. Právě pro tyto účely nabízí nejmodernější řídicí systémy Siemens nejrůznější možnosti. Neméně důležitou úlohou je i modernizace strojového parku, kdy se přes dvacet let stará „klasika“ díky retrofitu stává opět rentabilní a vysoce efektivní. Pokusíme se přiblížit jednu takovou přeměnu ve firmě Lufthansa Technik (LTH-Group), kdy retrofit obráběcího stroje pro opravy leteckých motorů a spalovacích komor pomohl zvýšit výkon tak říkajíc ze dne na den. Pro mnoho lidí je jméno „Lufthansa“ synonymem pro bezpečné a pohodlné letecké cestování. Skupina techniků společností LHT Group, která provádí servis a údržbu letadel, hraje při udržení této dobré pověsti významnou roli. LHT Group se sídlem v německém Hamburku je jednou z mála kvalifikovaných servisních firem, která je schopna renovovat letadla a jejich motory od nejrůznějších výrobců.

Opravy motorů letadel představují velmi složitý úkol. Motorové skříně jsou komplexní a obsahují silně namáhané součásti vyrobené z materiálů, které jsou finančně nákladné. V plánu údržby je někdy možné nahradit pouze ty části, které vykazují známky mechanického a tepelného opotřebení – alternativou jsou díly, které jsou technicky náročné pro výrobu, ale finančně únosné ve srovnání s použitím nových dílů. Předtím než jsou části motoru rekonstruovány, jsou nejprve přesně změřeny a následně je vytvořen model skutečného tvaru v programu CAD. Dále jsou opotřebované části z motoru nahrazeny novým materiálem, který je přepracován tak, aby přesně odpovídal předchozí struktuře co do tvaru, velikosti a přesnosti. Taková generální oprava vyžaduje obráběcí centra určitých velikostí a kvalit. Andreas Tolle, projektový inženýr společnosti LHT Group v Hamburku, vysvětluje: „Naše velká vertikální soustružnická centra a brusky jsou pro tento typ práce zcela nezbytné.“

LHT Group v Hamburku se obrátila na Siemens za účelem generální opravy pohonů a řídicího systému na vertikálním soustružnickém centru a brusky. „Vše, co vyrábíme, je jednorázová výroba a je třeba ji individuálně naprogramovat a zpracovávat,“ říká Andreas Tolle a dodává: „Naši zaměstnanci musí být schopni jednoduše ovládat stroj při práci. To je důvod, proč jsme se rozhodli postupně všechny naše obráběcí CNC vybavit dílenským programováním od společnosti Siemens.“ Retrofit stroje zahrnoval výměnu všech motorů jednotlivých os, samozřejmostí bylo také nasazení nového řídicího systému Sinumerik 840D sl. Nové HMI Sinumerik Operate představuje novou grafiku pro uživatelské rozhraní a integrovaný technologický balíček ShopTurn umožňuje provádět soustružení a broušení na jediném řídicím systému, což znamená značnou úsporu času a peněz. Tato přestavba zároveň poskytuje více místa v okolí stroje, takže se uživatelé mohou volně pohybovat, například při broušení, které lze ovládat z mobilního ovládacího panelu. S kombinací procesů soustružení a broušení , které jsou nyní sloučeny do jediného řídicího systému, je programování a řízení programů značně zjednodušeno. Staré CL800 cykly byly přeloženy do cyklů ISO pro nový řídicí systém. Na novém ovládacím panelu OP 015 je nyní více informací, které se zobrazují jasným a transparentním způsobem. Již v průběhu simulace je například jasné, zda lze určitý nástroj použít na konkrétní obráběcí úkon. V technologickém balíčku ShopTurn, který je integrován do Sinumerik Operate, mohou být kontury obrobku jednoduše vyjmuty a vloženy za pomoci funkcí kopírování a vkládání. Panel je také velmi užitečný při práci v manuálním režimu.

Význam letecké dopravy, o kterém jistě nikdo z nás nepochybuje, je skvěle dokumentován na stránkách www.flightradar24.com. K tomu, co uvidíte, není třeba zvláštního komentáře. Velmi dobře se zde můžete přesvědčit o tom, jak plné letecké koridory mohou být, jak neuvěřitelný letecký provoz se odehrává nad Evropou, Střední a Jižní Amerikou, pozadu však nezůstává ani Asie. A kdo z našich čtenářů je alespoň trošku hravý, určitě rychle přijde na to, jak příjemně s touto aplikací ubíhá čas a co všechno tu lze velmi jednoduše zjistit.

Ing. Eva Klocová

Siemens