Obor obráběcích strojů prochází velkými změnami, které možná nejsou na první pohled patrné. Požadavky na stroje se mění v důsledku postupných změn světa kolem nás a výrobci strojů na to reagují, aby si zajistili potřebnou konkurenceschopnost.
Čtyři trendy jsou úzce spojené zejména s průmyslem. Prvním trendem jsou zvyšující se nároky na výrobu a výrobky v hlavních užitných parametrech. Do této oblasti spadá růst požadavků na jakost výroby, růst výrobního výkonu a produktivity, zlepšování energetické a ekonomické efektivnosti, zvyšování spolehlivosti funkční i procesní a rostoucí nároky na zákaznickou individualizaci a doprovodné služby z oblasti digitalizace, monitorování a diagnostiky.
Druhým trendem je zpřísňující se legislativně- regulatorní podnikatelské prostředí. Do této oblasti spadají hlavní evropské předpisy, jako jsou GDPR (obecné nařízení o ochraně osobních údajů) a REACH (chemická politika Evropské unie). V kombinaci se zvyšující se mezinárodní konkurencí tak rostou rizika přesunu výroby mimo Českou republiku a ohrožení regionální nezávislosti. Na první pohled méně viditelnými dopady je klesající zájem o práci a zejména o podnikání v průmyslu, což s sebou následně nese i pokles zájmu o technické vzdělávání a budování kariéry mladých lidí v této oblasti.
Třetím nezpochybnitelným trendem je rozvoj a implementace digitálních technologií, automatizace výrobních a řídicích procesů a uplatňování konceptu Průmysl 4.0 v průmyslové výrobě. S tím jsou úzce spojeny změny v nárocích na profesní znalosti a dovednosti. Dopad těchto změn je patrný v oblasti celoživotního vzdělávání na úrovni pracovníků i na úrovni sekundárního a terciárního vzdělávání.
Čtvrtým trendem je uplatňování principů oběhového hospodářství spojené s tlakemna snižování materiálové náročnosti, maximální využívání odpadních surovin, recyklace a recyklovatelnost. Po delší době se tak do technických oblastí vrací témata znovupoužitelnosti, opravitelnosti a prodlužování životnosti strojů a zařízení.
Další čtyři trendy jsou společné všem oborům lidské činnosti a průmysl na ně musí též reagovat.
Pátým trendem je potřeba zajištění zdrojů a surovin (tzv. Critical Raw Materials) a s tím spojené hledání jejich náhrady za dostupnější suroviny a jejich zpracování.
Šestým trendem je plnění ambic a požadavků v oblasti ochrany klimatu. Dekarbonizace průmyslu, dopravy a energetiky, energetické úspory a zvyšování energetické účinnosti jsou zesílenými požadavky, které společně se sedmým trendem, kterým je snižování dalších negativních vlivů na životní prostředí (například ochrana biologické rozmanitosti, ambice nulového znečištění s cílem dosáhnout prostředí bez toxických látek a další) vedou techniky ve výzkumu a vývoji k vytváření nových technologií a výrobních postupů.
Osmým trendem je růst péče o lidské zdraví a růst investic do lidského zdraví. To souvisí s uvědoměním si faktu, že celá kvalita lidského života je při zvyšujícím se věku dožití silně ovlivněna zdravotním stavem člověka, který je nutno celoživotně chránit a zlepšovat.
Výše uvedených osm megatrendů se pochopitelně promítá i do konstrukce a provozu obráběcích strojů, které musí naplnit i „tradiční“ požadavky na přidanou hodnotu pro uživatele a cenově konkurenceschopné řešení.
Trendy v oblasti stavby obráběcích strojů
Tlak na minimální nárůst výsledné ceny strojů vede v kategorii středně velkých a velkých obráběcích strojů k upevňování konceptu modularity a stavebnicovosti strojů, které zůstávají významnou cestou ke snížení výrobních nákladů při zachování velké variability v možnostech naplnění požadavků zákazníků.
V souvislosti s modularitou pronikají do stavby výrobních strojů dokonce pojmy z automotive, kdy stroje mají sdílené platformy (lože, stojany), které jsou osazovány funkčními moduly (vřeteníky, vřetenové hlavy, pracovní stoly).
Přetrvávajícím trendem je multifunkčnost strojů. Typy technologií integrovaných ve strojích se stále rozvíjejí. V případě strojů s více třískovými technologiemi je trendem integrace broušení. V tomto směru multifunkční stroje na bázi frézek i soustruhů možná v blízké době uberou část aplikačního
segmentu brusek. Specifickým segmentem se staly stroje pro hybridní výrobu – tedy stroje, které umožňují v jednom pracovním prostoru integrovat technologie třískového obrábění a aditivní technologie. Používané aditivní technologie jsou na bázi prášku nebo drátu taveného laserovým paprskem (LMD – laser metal deposition) nebo drátu taveného elektrickým obloukem (WAAM – wire arc additive manufacturing).
Hybridní výrobní stroje jsou používány pro malosériovou výrobu dílců, kde kombinace kladení materiálu a jeho řízeného úběru umožňuje realizovat dílce s vnitřními dutinami, vytvářet polotovary specifického tvaru s malými přídavky nebo realizovat ucelené opravárenské technologie. Ve vazbě na to jsou více nabízeny specializované CAM moduly pro aditivní výrobu.
Zatím omezená je nabídka v kategorii CAM SW pro aditivní výrobu – tj. integrované prostředí, kde technolog může operace aditivní a subtraktivní snadno plánovat a kombinovat v jednom pracovním prostředí.
V případě komponent obráběcích strojů se rozrůstá nabídka senzorických komponent. Ty slouží dvěma účelům: pro sběr dat potřebných pro sledování stavu komponenty a pro monitoring výrobního procesu. V prvním případě se jedná například o lineární nebo rotační valivá uložení doplněná senzory vibrací, senzory teploty aj. Snímače jsou používány nejen pro kontrolu stavu komponenty, ale též pro optimalizaci mazání. Tento přístup umožňuje snížit spotřebu celkového objemu použitého maziva.
Monitoring provozu stroje i zatížení komponent umožnuje variabilně řídit čas výměny a oprav některých hlavních uzlů, což ve výsledku opět snižuje finanční náklady i ekologickou zátěž.
Evropští a zejména japonští výrobci obráběcích strojů se zaměřují na standardní implementaci řady dílčích řešení pro snížení energetické náročnosti provozu stroje, jako je například důsledné používaní tzv. power save modů, modernizace osvětlení, snižování spotřeby tlakového vzduchu, proměnlivé nastavení provozu kapalinových agregátů (hydraulická čerpadla, čerpadla emulze) a využití komponent s vyšší energetickou účinností.
Automatizace výroby: zajištění toku materiálu
Zaměření vývoje ve stavbě obráběcích strojů jde směrem ke snazší integraci automatizace, která zajišťuje tok hmoty. Tím je myšlen tok nástrojů, polotovarů a obrobků. Vývoj je motivován požadavky řady zákazníků na bezobslužný provoz obráběcích strojů i v případě malých výrobních sérií. Typicky na jednu směnu s obsluhou navazují dvě směny, kdy stroj pracuje bezobslužně v automatickém cyklu. Tento přístup snižuje hodinovou sazbu stroje, což přispívá k nákladově konkurenceschopné výrobě. V řadě případů umožňuje také efektivnější využití kapacity stroje, protože na trhu není dostatek operátorů pro vícesměnný provoz.
Na poslední výstavě EMO 2021 byly všechny vystavené stroje vybavené velkokapacitními zásobníky nástrojů, paletovými výměníky nebo zakladači dílců a palet. U mnoha firem bylo ve srovnání s rokem 2019 vidět, že vývoj strojů byl zaměřen na snazší integraci většího spektra automatizačních zařízení.
Samostatnou kapitolou je nasazení robotů ve výrobní automatizaci. V některých případech už došlo k integraci robota do pracovního prostoru stroje, kde robot zajišťuje nejen manipulaci s dílci, ale též některé pomocné operace (například řízené polohování trysky emulze pro chlazení místa řezu). Průkopníkem je v tomto směru firma OKUMA se svým konceptem Armroid. Na poslední výstavě EMO bylo možno vidět roboty v pracovním prostoru též u firem BIGLIA a NAKAMURA TOME.
Data ve výrobě a tok informací
Nepřehlédnutelná změna kontinuálně již delší dobu probíhá v oblasti dat z výroby. Data z řídicích systémů strojů i z přídavných snímačů jsou využívána k několika druhům analýz.
První oblastí je sledování efektivnosti využití kapacity stroje (OEE – overal equipment effectiveness). OEE je komplexní parametr, který obsahuje nejen údaje o kapacitním vytížení stroje, ale též o počtu vyrobených kusů s ohledem na plán. Pro uživatele jsou tyto výsledky společně s analýzou zdrojů prostojů základním nástrojem pro zvýšení efektivity výroby. Výrobci strojů na to reagují tím, že stroje mají připravená standardizovaná komunikační rozhraní (OPC UA, MT Connect aj.), která umožňují komunikovat s nadřazenými SW monitoringu výroby.
Mezi zdroje informací o statusu výroby nepatří jen řídicí systém stroje, ale též takzvané inteligentní komponenty strojů. Jedná se obvykle o uzly, které obsahují snímače a mají možnost síťové komunikace. Příkladem jsou například vřetenové upínací jednotky nástrojů s komunikací IO-link nebo snímače kvality emulze od firem FuchsOil nebo LiquidTool. Tato komunikace probíhá typicky s periodou v řádu jednotek sekund nebo delší.
Druhou oblastí je zpracování takzvaných vysokofrekvenčních dat, což jsou data z přídavných snímačů, senzorických komponent a senzorických nástrojů (s frekvencí snímání obvykle v jednotkách kHz) a data z řídicího systému (data s periodou snímání v nižších jednotkách msec). Tato data jsou využívána jak pro analýzu stavu stroje, tak zejména pro nepřímou analýzu jakosti výroby, kontrolu opotřebení nástrojů a podobně. Výsledné informace stroj předává konkrétním částem systému řízení výroby (MES – manufacturing execution system), který na základě toho může plánovat servisní odstávky stroje.
Tento softwarový svět tak úzce propojuje řadu oblastí vázaných na provoz stroje, přípravu procesu i zajištění řady podpůrných procesů. Data se tak stávají klíčovým faktorem zvyšování efektivity výroby. Jednotlivá SW řešení jsou enablerem nových byznysových modelů. To vše je důležitým faktorem pro udržení výroby v Evropě.
(Článek vznikl s podporou projektu Technologická platforma Strojírenská výrobní technika v rámci řešení projektu CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_105/0018877)
