titulnyHlavnou úlohou výrobných firiem na trhu je spĺňať požiadavky zákazníkov v najvyššej možnej miere, čo však nie je v súčasnosti také jednoduché. Ako sa vyvíja spoločnosť a požiadavky, tak vývoj napreduje i v oblasti CA systémov. Podstatou vývoja je zefektívňovať prácu, optimalizovať výrobný proces a v neposlednom rade zabezpečovať konkurencieschopnosť pre ďalší možný rast firmy. Tento článok prináša pohľad na vývoj trendov v oblasti CA systémov a prognózu na najbližších 3 – 5 rokov.


Jednou z dôležitých a neoddeliteľných súčastí strojárskeho priemyslu sú aj systémy, ktoré počítačovo podporujú výrobný proces ako celok. Označujú sa ako CA systémy (Computer Aided Systems) a ich použitie má používateľovi uľahčiť prác pri vývoji alebo mu splniž požiadavku na skracovanie časov pri rôznych výrobných technológiách. CA systémy obsahujú komplexnú správu subsystémov aplikovateľných vo výrobe. Práve podľa možností sú dané systémy i klasifikované. V súčasnosti sú často využívanými systémami práve CAD (Computer Aided Design) a CAM (Computer Aided Manufacturing) systémy.
Obsahom článku sú vyššie spomenuté CA systémy, ich uplatnenie a trendy v oblasti rozšírenej reality. Rozšírená a virtuálna realita sa v súčasnej dobe vyvíjajú rýchlym a výrazným tempom. Pokrok a výsledky sa odrážajú priamo na produktoch určených na využívanie rozšírenej alebo virtuálnej reality, pričom výrobky možno vidieť na výstavách a prezentáciách rôznych svetových spoločností pôsobiacich v oblasti CAD a CAM systémov na trhu.

Smerovanie v oblasti CA systémov
Odhady a očakávania, ktoré by mohli v rámci smerovania CAD systémov v najbližšej budúcnosti získať priazeň zákazníkov, sa budú pridržiavať hlavných tém, ktoré úzko súvisia s daným systémom (obr. 1). Najväčší ohlas a nárast záujmu používateľov by mohli dosiahnuť systémy, ktoré budú pokrývať oblasti „Pay As You Go“, 3D tlače, rozšírenej a virtuálnej reality, mobilného prístupu ku CAD systému, Cloud služieb na báze CAD a pokročilého reálneho vykresľovania a vizualizácie.

obr1
Obr. 1: Predpokladaný potenciál rastu využívania CA systémov na najbližšie obdobie


Ďalší podobný vzostupný záujem sa týka CAM systémov (nárast vo využívaní systému sa oproti uplynulému roku zvýšil o viac ako jednu tretinu). Expanzia používania CAM systémov vyplýva aj z výhod automatickej generácie príkazov pre procesy obrábania z 3D CAD modelov. Z daného vyplýva, že sa bude očakávať väčšie úsilie v oblasti vývoja softvéru, ktorý by zabezpečil lepšiu integráciu medzi CAD a CAM systémami. V najbližších troch až piatich rokoch majú rastový potenciál i oblasti ako súbežné inžinierstvo (Concurrent Engineering) či riadenie životného cyklu výrobku (PLM – Produt Lifecycle Managment). [3], [8]

Oblasti CA systémov s perspektívou
Tak, ako sa navrhujú a vyrábajú stále nové produkty, neustále prebieha aj bitka najschopnejších. Tlak, ktorý je vyvíjaný na dizajnérov a inžinierov v štýle „dodať všetko už včera“ znamená, že dnešní odborníci by mali byť multikvalifikovaní: mali by sa vedieť orientovať v oblasti dizajnu, povrchových úprav, modelovania a simulácií, ale aj vo vyhotovení výrobku.
Multifunkčnosť vo výrobe môže byť zabezpečená i pomocou softvérov vyvíjaných s integrovanou časťou CAD/CAM, ktoré sú už v dnešnej dobe pomerne bežnou záležitosťou. Cestou budúcnosti je práve integrovanie CAD s CAM.
Aditívna výroba je pripravená na revolúciu podnikov po celom svete. Podobné tvrdenia o rôznych trendoch boli prezentované už niekoľkokrát, no nakoniec ich vážnosť upadla. Aditívna výroba sa však javí ako reálne a dramatické riešenie, pretože je stále viac firiem zaoberajúcich sa navrhovaním, ktoré nedokážu urobiť návrh pre výrobu jednotlivých častí výrobku bez použitia tradičných výrobných postupov. Samozrejme, k zmenám nedôjde zo dňa na deň. Trh je potrebné postupne pripravovať.
Už niekoľko rokov zaznamenávame postup robotov, a nebude to inak ani v najbližšom roku. Robotické riešenia je možné nájsť po celom svete a frekvencia ich výskytu sa bude zvyšovať. Roboti budú mať vplyv nie len na ľudí, resp. spoločnosť ako takú, ale aj na priemysel a ekonomiku, čo sa prejaví a bude možné sledovať už v najbližších mesiacoch.

* * * * *
Rozšírenú realitu možno vnímať ako prienik dvoch množín. Jednu množinu predstavuje realita ako taká, druhú virtuálna realita.
* * * * *

Vďaka pokrokom v aditívnej výrobe je dopytová výroba pre zákazkové prototypy a nízko objemové výrobné diely jednou z najrýchlejšie sa rozvíjajúcich oblastí v priemysle. Súčasní poskytovatelia softvérov ponúkajú okamžité dodacie lehoty a výrobnú spätnú väzbu pre širokú škálu procesov, vrátane 3D tlače, CNC obrábania alebo plechov a odliatkov uretánu. [5]

Rozšírená a virtuálna realita
Rýchly vývoj v oblasti rozšírenej a virtuálnej reality je dôsledkom stále sa zvyšujúcich požiadaviek zo strany zákazníkov, ako sú napríklad požiadavky vysokého rozlíšenia, veľkej hustoty pixlov, vysokého výpočtového výkonu či nízkej spotreby energií. Základný rozdiel medzi rozšírenou a virtuálnou realitou spočíva v tom, že rozšírená realita (AR) prekrýva skutočné prostredie virtuálnym a pomocou kamery zobrazuje veci v reálnom čase, kým virtuálna realita (VR) vtiahne človeka priamo do virtuálneho sveta (obr. 2). Potenciál, či už virtuálnej alebo rozšírenej reality, je veľký a široko aplikovateľný nielen v strojárskych odvetviach, kde poskytuje možnosť objavovať nové technické vymoženosti.

obr2
Obr. 2: Spektrum rozšírenej / virtuálnej reality


Rozšírenú realitu možno vnímať ako prienik dvoch množín. Jednu množinu predstavuje realita ako taká, druhú virtuálna realita. V súčasnosti nedosahuje rozšírená realita veľký význam a využitie v praxi pre CAD používateľov a manažérov, no na základe jej výrazného rastového potenciálu sa predpokladá, že v budúcnosti by mohla mať významné zastúpenie v oblasti strojárstva a technológií. Rozšírená, ale aj virtuálna realita patria k trendom, ktoré sa vďaka svojmu rýchlemu rastu zaradili na 11. priečku v rebríčku 15 najvýznamnejších trendov CAD systémov (obr. 1). Použitie VR a AR z roka na rok narastá (obr. 3). V roku 2016 vzrástlo použitie virtuálnej a rozšírenej reality z pôvodných 3 % na 5 % oproti predchádzajúcemu roku. V roku 2017 sa predpokladal nárast použitia z 5 % na 8 %, čo by predstavovalo nárast o 60 % oproti predchádzajúcemu obdobiu. Celkovo sa v najbližších troch až piatich rokoch ráta s nárastom využitia až o 140 % od roka 2016. [8]

obr3
Obr. 3: Predpokladaný rast vnútropodnikového využitia VR/AR.

 

Cloudové služby v CAD systémoch
Donedávna sa cloudové služby vo väčšine prípadov týkali len spotrebiteľského segmentu, pričom spotrebitelia ovládali sociálne siete či zdieľali dáta on-line a iné. V takom prípade stále išlo len o tzv. verejné cloudy. Súčasná doba však spotrebiteľovi umožňuje využívať cloudy aj v pracovnej či komerčnej sfére (vrátane softvérových aplikácií). Na dané účely sa preto využíva cloud pre profesionálne využitie – privátny cloud, ktorého úlohou je poskytnúť používateľovi oveľa vyšší stupeň kontroly nad systémom v porovnaní s verejným cloudom.
Nástup cloudu do profesionálnej sféry nebude masový, ale postupný. Predpokladá sa, že na cloudové technológie najskôr prestúpia menšie firmy. Dôvodom môže byť práve výhoda úspory financií, ktorú tieto služby prinášajú. Vďaka tomu sa trh postupne začne zapĺňať firmami, ktoré budú danú službu využívať, čím postupne vznikne závislosť trhu na tejto službe. Veľké spoločnosti v dôsledku prispôsobenia sa trhu budú pozvoľna prechádzať na riešenia správ podniku cloudovým spôsobom. Cloud a jeho podstata sa v súčasnosti chápe viac ako služba, nie ako produkt. Množstvo pozitív, ktoré cloud používateľovi ponúka, nahráva práve firmám, ktoré sa zaoberajú vývojom aplikácii na podporu navrhovania, ako aj samotným výrobcom softvéru. Cloud vo svojej oblasti ponúka maximum. Napríklad do oblasti správy dát (PDM) alebo riešenia cyklov výroby (PLM) vnáša flexibilitu či podporu komunikácie, a to za oveľa nižšie náklady ako dnes. [1], [9]

obr4
Obr. 4: Predpokladaný rast vnútropodnikového využitia cloudových služieb v CAD systémoch.


Do roka 2016 využitie cloudových služieb v CAD systémoch nerástlo výrazným tempom, no v roku 2016 sa už držalo na hodnote 11 % používania u opýtaných respondentov (obr. 4). Od tohto roka sa však počítalo s nárastom využívania cloudových služieb pre CAD systémy až o 70 % v porovnaní s predchádzajúcim rokom. V takomto silnom raste bude trend využívania cloudových služieb pokračovať aj najbližších 3 – 5 rokov, nakoľko sa predpokladá a odhaduje celkový nárast až o 164 %. Daná predpoveď tak stavia cloudové služby s ich výrazným rastovým potenciálom do silnej pozície záujmu v oblasti CAD systémov. Nakoľko si aj softvérové spoločnosti uvedomujú, aký význam používatelia cloudu pripisujú, začali ponúkať mnoho obchodných a doplnkových modulov pre rôzne systémy (CAD, CAM, CAE, PDM, PLM). Skôr, ako sa začne softvér používať lokálne, riešenie na báze cloudu umožní, aby bol softvér načítaný a spustený niekde inde. Podmienkou však je prístupné pripojenie na internet. Ako hlavné výhody cloudu pre CAD systémy používatelia označili: vyššia mobilita vo všetkých sektoroch, jednoduchá aktualizácia softvéru, zvýšenie kapacity pre skladovanie dát a v konečnom dôsledku zníženie nákladov. [8], [9]

Súbežné inžinierstvo
Súbežné inžinierstvo (CE) je možné chápať ako nástroj riadenia, ale aj ako inžiniersku filozofiu. Práve to je možné použiť pre zmenu v spôsobe návrhu produktov a procesov, vo výrobe a distribúcii od samého začiatku vývoja nového produktu až po jeho modifikáciu. Na základe možností, ktoré súbežné inžinierstvo ponúka, je vhodným prostriedkom na dosiahnutie cieľov, akými môžu byť: zníženie nákladov, zlepšenie kvality výroby a výrobkov, zlepšenie dodacích podmienok výrobkov. Rastúca škála výrobkov a technická zložitosť majú za následok predlžovanie procesu vývoja produktov, čím spôsobujú náročnejšie predvídanie dôsledkov projektových rozhodnutí na funkčnosť a výkon finálneho výrobku. Na základe toho stúpa využitie súbežného inžinierstva. Ďalšími podnetmi pre zvýšenie využívania CE sú: potreba kratších životných cyklov výroby, rýchlej reakcie na rýchlo sa meniace požiadavky spotrebiteľského trhu, no najmä rastúci konkurenčný tlak. Zvyšujúca sa konkurencieschopnosť vyplýva z novo vznikajúcich koncepcii reinžinieringu. [6]
Podstata súbežného inžinierstva spočíva v tom, že sa prostredníctvom CAD systémov používateľom umožňuje, aby na jednom modeli v reálnom čase mohli pracovať viacerí. Nakoľko zatiaľ súbežne inžinierstvo nie je výrazne využívané v reálnej praxi, popri tom, že je oblasťou záujmu na trhu, poskytuje príležitosť pre väčší rast. Napriek tomu, že súbežné inžinierstvo je šiestym najdôležitejším CAD trendom, za rok 2015 nedošlo k nárastu jeho využitia oproti predchádzajúcemu roku (18 – 19 %). V tomto roku sa predpokladal nárast využitia o 33 % oproti uplynulému roku (t.j. na cca 24 %) a pre najbližších 3 – 5 rokov sa predpokladá nárast o 72 % (obr. 5). [8]

obr5
Obr. 5: Predpokladaný rast vnútropodnikového využitia súbežného inžinierstva


3D tlač
Svet 3D tlače napreduje veľmi rýchlo a mnoho vylepšení v tejto oblasti bolo vykonaných práve v posledných rokoch, čím sa stáva pre používateľa zaujímavou. Možnosť spotrebiteľskej samostatnosti v tlačení náhradných súčiastok doma alebo len 3D tlač ako hobby sa stávajú veľkým lákadlom a v najbližších rokoch bude mať na spotrebiteľský trh veľký vplyv. Niektorí používatelia 3D tlače už zdieľali názor, že 3D tlač ako trend už má svoj vrchol za sebou, no tento trend sa stále vyvíja a naberá obrátky. V najbližšom období je možné v ďalšom vývoji tejto oblasti očakávať trendy ako multifarebná tlač či zlepšenie tlače kovových materiálov. Očakáva sa aj posun v tlači multimaterálov. V neposlednom rade sa predpokladajú posuny aj v oblasti medicíny, a to v tlači vnútorných orgánov (srdce, obličky, cievy a i.). [7]

obr6
Obr. 6: Predpokladaný rast vnútropodnikového využitia 3D tlače


Nakoľko je 3D tlač priraďovaná k aditívnej výrobe, úzko súvisí aj s trendom CAM systémov. V roku 2016 svetoví používatelia CAD využívali 3D tlač na 28 % a pre tento rok sa predpokladal silný nárast využívania (obr. 6). Nakoľko má 3D tlač aj iné aplikácie, ako len aditívnu výrobu, je veľmi pravdepodobné, že tento predpokladaný nárast bude ešte vyšší. Hlavnými výhodami, ktoré 3D tlač ponúka, svojim používateľom, je možnosť vylepšenia dizajnu už existujúcich výrobkov, skracovanie času pri navrhovaní, znižovanie nákladov spojených s navrhovaním, vyšší stupeň flexibility pri meniacom sa trhu. Rovnako aj dizajnéri výrobkov môžu veľa získať využívaním 3D tlače. Pri výrobe fyzických prototypov môžu napríklad lokálne urýchliť proces navrhovania, pretože vedia fyzicky skontrolovať nedostatky výrobku a ihneď reagovať na dodatočné zlepšenia formy alebo funkcie. Taktiež poskytuje možnosť otestovať zákaznícku reakciu s rýchlou interakciou. [8]

CAM systémy
Využívanie CAM systémov každý rok narastá a preniká do stále viac odvetví. Využívanie CAM systémov napreduje aj v oblasti medicíny. CAD/CAM technológie prinášajú určité výhody, ako napríklad digitálne výtlačky a modely. Implementácia tejto technológie je však stále považovaná za nákladnú a vyžaduje vysoko kvalifikovaných pracovníkov. Presnosť zrekonštruovania výrobku možno najlepšie dosiahnuť s 5-osovou frézkou. V poslednej dobe CAD/CAM systémy získali významne technologické vylepšenia. Tie zahŕňajú rozvoj a uplatnenie nových materiálov, zavedenie virtuálneho softvéru artikulatóra a vývoja skenerov, dostupnosť učenejšieho frézovania a tlačiarenských 3D strojov a presnosť digitalizovaných odliatkov do virtuálneho artikulátora. [2]

obr7
Obr. 7 Predpokladaný rast vnútropodnikového využitia CAM systémov


Na obr. 7 vidieť, akým tempom bude v najbližších rokoch rásť záujem o využívanie CAM softvéru. V tomto roku sa očakával nárast o 16 % oproti predchádzajúcemu roku a o 29 % v najbližších 3 až 5 rokoch. Využitie CAM softvérov je podstatne vyššie vo výrobnom priemysle ako v architektúre, inžinierstve, stavebníctve (AEC) a iných odvetviach. Budúcnosť ďalšieho smerovania CAM systémov by podľa respondentov mohla spočívať v prepojení CAM a CAD systémov, a to tak, aby v CAD softvéroch boli automaticky generované obrábacie inštrukcie pre stroje vychádzajúce z vytvorených 3D modelov. Práve preto by sa výrobcovia mali v najbližších rokoch orientovať na integráciu CAD/CAM softvérov. [8]

Záver
Výsledky prieskumov ukázali budúci potenciál CA trendov. Mapovanie trhu je zásadné vzhľadom na pomoc inžinierom, dizajnérom CAD, CAM, CAE, používateľom a vývojárom softvéru a pre ich plánovanie na ďalšie roky. Výsledky identifikujú príležitosti na CA trhu a ukazujú rastový potenciál v priebehu nasledujúcich piatich rokov. Výsledky ukázali, že najsilnejší rastový potenciál majú Pay As You Go, CAD systémy na báze Cloudu, rozšírená – virtuálna realita, mobilný prístup k CAD, pokročilé vykresľovanie a vizualizácia v reálnom čase a 3D tlač. Ukázalo sa aj, že 3D modelovanie je zaužívané, ale 2D kreslenie je stále dôležitejšie. Vývoj v oblasti CA systémov je nezastaviteľný a rýchlo mení svoju podobu. Systémy, ktoré boli donedávna považované za nové, sú pomaly nahrádzané novšími, viac prepracovanými systémami, ktoré sú medzi sebou poprepájané a komunikujú medzi sebou v reálnom čase, čím výrobné procesy zjednodušujú a celý proces výroby urýchľujú. Nástupom Industry 4.0 sa tieto systémy ešte viac prepoja a vznikne tzv. SMART výroba s využitím IoT v podniku. Nástupom Industry 4.0 sa vytvoria vzájomné väzby medzi strojmi, prostredím a vyrábanými dielcami. [4], [10]

TEXT/FOTO: Ing. Lukáš Blaško, doc. Ing. Petr Baron, PhD.

LITERATÚRA
[1] Dazhong Wu, David W. Rosen, Lihui Wang, Dirk Schaefer, Cloud-based design and manufacturing: A new paradigm in digital manufacturing and design innovation, Computer-Aided Design, Volume 59, February 2015, s. 1 – 14 ISSN 0010-4485, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010448514001560
[2] Tariq F. Alghazzawi, Advancements in CAD/CAM technology: Options for practical implementation, Journal of Prosthodontic Research, Volume 60, Issue 2, April 2016, pp. 72 – 84, ISSN 1883-1958, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1883195816000098
[3] Realistické CAD trendy pro blízkou buducnost. KONSTRUKTÉR 1/2014 2014. s. 44 – 45, ISSN 1805-8590 – TRENDY CAD
[4] Když výrobek řídí výrobu, to je Průmysl 4.0 v praxi KONSTRUKTÉR 3/2016 2016. 16 – 17 s. ISSN 1805-8590
[5] http://www.information-age.com/123463810-123463810/
[6] http://www.me.nchu.edu.tw/lab/CIM/www/courses/Computer %20Integrated %20Manufacturing/Chapter3 %20-Concurrent %20Engineering.pdf
[7] https://themerkle.com/top-4-3d-printing-trends-coming-2017/
[8] http://www.business-advantage.com/blog/series/cad-trends-2016/
[9] http://www.konstrukter.cz/2015/03/16/cad-cloud-spojeni-kteremu-neutecete/
[10] http://interestingengineering.com/how-to-introduce-the-internet-of-things-manufacturing-plant/