Zvýšíme produkci výrobků s vysokou přidanou hodnotou?

Budoucnosti našeho průmyslu, zejména strojírenství, prospěje rychlé tempo vývoje nových výrobků při respektování dvou základních trendů: zdokonalování optimálního konstruování založeného na shodě počítačového modelování a experimentů a trendu, který klade důraz na využití výpočetní techniky, mikroelektroniky a inteligentních senzorů ke zdokonalování a automatizaci funkcí zejména strojírenských výrobků.

Tvorba trvalého inovačního prostředí

Nabízí se otázka, jak zařídit, aby mimořádně významné osobnosti svým intelektem a pracovitostí rychle získávaly možnost přinášet společnosti užitek tam, kde je toho nejvíce třeba. To by měl být jeden z nejnaléhavějších úkolů té nejvyšší exekutivy. Potřebujeme rozmnožit výsledky práce našich chytrých mozků na úkor podniků nezohledňujících ve své produkci nové poznatky vědy a techniky.

Na světovém trhu nepanuje klid a mír. Dravá soutěž výrobců o výhodné pozice vede k zániku slabých a posilování úspěšně investujících do aktuálních inovačních procesů. Za této situace je třeba zavádění pozoruhodných výsledků našeho výzkumu a vývoje do výrobních procesů řídit. Rada vlády pro výzkum a vývoj se při řízení tohoto strategického celospolečenského úkolu musí chovat manažersky.

Prokázaná existence základních trendů rozvoje našeho strojírenství a dalších průmyslových oborů je závazná pro orientaci výuky na našich vysokých školách technického zaměření. To je závažný problém řídicí činnosti ministerstva školství, které by se mělo zaměřit na zvyšování počtu vysokoškolských profesorů v mladším věku a s tvůrčí praxí v oborech řešících problematiku optimálního konstruování a využití počítačů, mikroelektroniky a senzorů v automatizaci funkcí složitějších průmyslových výrobků.

V České republice musí být zdokonalována kritéria výběru témat průmyslového výzkumu a vývoje podporovaných ze státního rozpočtu a srozumitelně popsány dosahované výsledky a očekávané efekty jejich využití v průmyslu. V minulosti nebyl tento požadavek plněn na potřebné úrovni a připravil stát o značné částky zejména proto, že chyběli odpovědní pracovníci s potřebnou kvalifikací.

Optimální konstruování

Optimální konstruování (dimenzování) mechanických konstrukcí strojírenských výrobků se stalo aktuálním již před padesáti lety. Postavený prototyp na základě zkušeností konstruktérů byl připraven k dynamickým zkouškám prověřujícím jeho skutečné technické parametry, které se více nebo méně blížily ke stanovenému záměru. Bez hodnověrných zkoušek je nelze určit. Plánované parametry prototypu jsou získány po experimentálním ověření a úpravách jeho konstrukce vyplývajících z výsledků experimentů. Mylná je představa, že technická úroveň nového výrobku bez důkladného experimentálního ověření přinese úspěch na současném světovém trhu. Je pravidlem, že důkladné experimentální ověření prototypu zvyšuje jeho zaručenou kvalitu a často otevírá prostor dalším pozitivním řešením.

Regionální trhy náročných výrobků rychle zanikají. Globální trh uplatňující se stále častěji i v České republice si vynucuje rychlý pokrok zaměřený na následující technické parametry a ekonomickou produkci výrobků:

• plánovaná životnost a vysoká spolehlivost konstrukčních řešení;
• optimální hmotnost umožňující snižovat energetickou náročnost výrobku;
• komfort obsluhy výrobku z hlediska vibrací a hluku;
• design výrobku odpovídající současným požadavkům trhu;
• snižování pracnosti výrobků, uplatňování nových materiálů a technologií;
• zkracování inovačních kroků výzkumu a vývoje nových výrobků.

Dokonalý experiment je základem úspěšnosti na trhu

Jaký je hlavní problém ztěžující vybudovat ve více našich výrobních podnicích dynamické zkušebny umožňující ověřování prototypů na současné mezinárodní úrovni? Porovnáme-li situaci u nás se situací např. v SRN, je tam pětkrát více dynamických zkušeben na stejný počet vyvinutých různých prototypů. Tuto situaci je třeba napravit. Nebude to jednoduché, protože stavba i provoz dynamických zkušeben jsou velmi nákladné. V SRN je pro podniky, které takovou zkušebnu nevlastní, k dispozici nezávislá zkušebna Labor für Betriebsfestigkeit v Darmstadtu, která je nepřetržitě vytížená třísměnným provozem. Je možné podobnou zkušebnu realizovat i v České republice?

Špičkový výrobek v provozu dynamicky zatěžovaný (např. letadlo, automobil, kolejové vozidlo) potřebuje ke zdokonalování špičkovou experimentální techniku. Téměř bez výjimek platí, že čím je dokonalejší experiment při vývoji výrobku, tím je dokonalejší výrobek a tím je větší pravděpodobnost jeho uplatnění na světovém trhu.

Automatizace funkcí strojírenských výrobků

Zvýšený respekt při konstruování nových výrobků vyžaduje důležitý trend automatizace jejich funkčních činností. To zajímavě glosuje citát z internetové stránky firmy Siemens: „Průmyslová automatizace je trvale se zdokonalujícím fenoménem, který zítra zvýší konkurenceschopnost výrobku ještě více než dnes. Automatizační technologie zdokonalují výrobky a technologické procesy s minimální účastí člověka, nebo bez ní. Senzory, mikroelektronika a výpočetní technika včetně softwaru jsou hlavními komponentami současné automatizační techniky.“

Stroje s inteligentními automatizovanými činnostmi představují v průmyslu trvalý dominantní program pokroku. Značný význam pro jejich kvalitu představují zkušební systémy, které v laboratoři simulují s vysokou přesností skutečné provozní zatěžování vyšetřovaných objektů v terénu. Správnost těchto experimentů umožňuje téměř ve všech případech vysoký stupeň automatizace docílený především výpočetní technikou s rozsáhlým softwarem. Takové náročné experimenty jsou nezbytné při vývoji letadel, automobilů, kolejových vozidel, zbraňových systémů i řady dalších strojírenských výrobků.

Nejexponovanějšími a současně nejzranitelnějšími prvky automatizačních technologií jsou senzory měřící fyzikální veličiny v místech, kde sledují probíhající funkční procesy. Měřicí signály z těchto senzorů s využitím programované elektroniky jsou digitalizovány a v závislosti na velikosti měřených veličin ovládají prvky, které tento proces automaticky regulují, nastavují jeho žádanou funkci a případně jej vypínají. V posledních letech se zvětšuje počet senzorů s instalovanými mikroelektronickými programovatelnými obvody. Tyto tzv. inteligentní senzory představují kvalitativní změnu v realizaci celé řady automatizačních technologií.

Automatizace nebývá zaměřena jen na zdokonalování funkčních parametrů výrobků, ale i na bezpečnost jejich provozu. Senzory umístěné v kritických místech provozovaného výrobku (měřící např. teplotu, mechanické namáhání, vibrace) jsou zdroji signálů, které při překročení meze nastavené programovatelnou elektronikou spustí alarm a případně zastaví provoz. Takto mohou být chráněny jednotlivé výrobky i ohromná soustrojí elektráren.

Podmínka prosperity

Pro převážnou většinu českých firem je soustavné zdokonalování výrobků zejména s vyšší přidanou hodnotou a jejich efektivní výroba podmínkou prosperity, protože tempo technického pokroku v zahraničí je u řady výrobků rychlejší než v České republice. Pokroky automatizace se nyní ve více případech projevují počítačovou podporou celého cyklu: projekt – prototyp – zkoušky – produkce – nový výrobek.

Přehlídka kteréhokoliv průmyslového oboru by vždy měla být explicitně doprovázena výkladem, příklady a očekávanými budoucími trendy automatizace výrobků a výrobních technologií v tomto oboru.

Význam vzdělávání a vysokých škol technického zaměření roste

Už řadu let roste význam vysokých škol technického zaměření na úkor vysokých škol humanitních směrů, protože inženýry naléhavě potřebuje moderní průmysl, který se musí v globálním působení soustavně vyrovnávat se silnou konkurencí. Vítězí podniky nabízející nejmodernější techniku za přijatelné ceny. Jejich produkce je výsledkem zvládnutí vědních oborů, jako jsou počítačová, automatizační, informační technika a nové konstrukční materiály. Vítězí podniky úzce spolupracující s technickými vysokými školami. V celém průmyslovém světě je nedostatek strojních a elektrotechnických inženýrů. Je pozoruhodné, že strojních a elektrotechnických inženýrů je podle oficiálních zdrojů ve Spojených státech větší nedostatek než v Evropské unii.

Vysoké školy technického zaměření a průmysl produkující náročné výrobky v technicky vyspělých státech intenzivně spolupracují v oblasti aplikovaného i základního výzkumu, což je ekonomicky výhodné pro obě strany. Rozšiřuje to výzkumnou základnu podniků, přibližuje výuku řešení aktuálních problémů v praxi a připravuje mladé odborníky pro jejich činnost ve výzkumu v podnicích. Podrobnými rozbory příslušných vědeckých pracovišť je prokázáno, že v moderně řízených podnicích stoupají počty pracovníků s technickým vysokoškolským vzděláním. Zřetelným efektem je rozsáhlejší kvalitní produkce za nižší ceny. Nám k tomu chybí trvalé inovační prostředí.

V České republice nemáme méně talentovaných pracovníků, než tomu je např. ve Finsku, Holandsku nebo v dalších technicky vyspělých státech Evropské unie. Objevování talentů a jejich výběr do řídicích funkcí nejen v průmyslu, ale i ve státní správě, je jedním z hlavních problémů ovlivňujících náš společenský a technický rozvoj. Nesprávná je úvaha, že zvýšením počtu studujících technické vědy musí klesnout jejich úroveň.

Ing. Jiří Černohorský, DrSc.

cernohorsky.jiri@gmail.com