Maşini-unelte şi sisteme (EMO Hanovra 2017 - II)

Masini-Unelte

de Corneliu Gornic

Maşini-unelte şi sisteme (EMO Hanovra 2017 - II)

Progresul tehnologiilor de prelucrare este uimitor, competiția și solicitările privind eficiența din punctul de vedere al costurilor, calitatea și flexibilitatea sunt condiții în permanentă creștere. Producătorii de mașini-unelte și beneficiarii care cooperează, încă din fazele incipiente ale proiectului, au un avantaj prin abordarea globală a soluțiilor sistemului. Activitatea în echipă are influență și asupra costurilor produsului. Există, întotdeauna, diferite soluții pentru un proces de fabricație. Dar unul singur este optim. Iar acesta se poate stabili cu ajutorul unor echipe de specialiști proprii, al unor parteneri și al unor furnizori atent selecționați.

În cadrul colaborării cu beneficiarul, întregul flux de date și informații este permanent disponibil. Mașina-unealtă și orice se prelucrează pe aceasta se dezvoltă continuu și rapid. Cerințele importante față de o mașină-unealtă sunt: să fie mai stabilă (la variația condițiilor de mediu și de exploatare), mai compactă, mai precisă, mai flexibilă, mai eficientă din punct de vedere energetic. Pe de altă parte, trebuie să asigure precizia și o dinamică înaltă (accelerări și decelerări în intervale de timp cât mai mici) pe termen lung [10].

2.1 ASPECTE GENERALE

Rezultatele deosebite în domeniu se obțin de către firmele cu mulți ani de experiență, care aplică soluții inovative. Se acordă o importanță deosebită unui parteneriat susținut, de succes. Se investește permanent în cercetare și dezvoltare. În spatele produselor inovative rezultate se află o perseverență deosebită, acceptarea unor riscuri, curajul de a „devia” de la „linii convenționale”, pentru a exploata noi potențiale [1]. Activitatea se bazează și se desfășoară pe baza unor principia care includ managementul și școlarizarea (pregătirea cadrelor), relațiile (permanente) cu beneficiarii, cu partenerii și furnizorii (de componente hardware și software).

O structură optimă de mașină-unealtă și tehnologie de prelucrare este rezultatul unor discuții amănunțite dintre producător și beneficiar, începând cu o analiză detaliată a scopului prelucrării, ceea ce conduce la răspunsul optim pentru cerințele respective [41]. Ținta strategică poate fi considerată sprijinirea beneficiarilor în a deveni „cei mai buni din domeniu” [9].

Se constituie, ca principiu, critica constructivă, care conduce firma la dezvoltarea de noi produse și aplicații. S-a ajuns, astfel, la concluzia că este utilă, benefică dezvoltarea în cadrul firmei (a unora) atât a mașinilor-unelte, cât și a echipamentelor de comandă, a motoarelor, a sistemelor de comandă a acestora, a traductoarelor, a sistemelor de arbori principali. Acest concept a fost menținut și a fost susținut, în timp, de conducerea companiei. A condus la dezvoltarea permanentă de noi mijloace de producție innovative și la oferirea utilizatorilor finali a unor avantaje suplimentare în lumea actuală a unei competitivități mondiale deosebite. Se oferă o gamă largă de mașini-unelte de diferite tipuri, echipate complet cu elemente realizate în firmă [1]. Acest mod de abordare a condus la dezvoltarea conceptului Intelligent Technology și la materializarea sa, prin smart factory Dream Site 2, care este o fabrică inteligentă complet automatizată, capabilă să realizeze producții de o mare diversitate, cu o mărime a lotului de fabricație de la un unicat până la produse de serie.

Sunt remarcabile două concepte noi (după opinia mea) și anume:

  • calitate înseamnă revenirea beneficiarului, nu a produsului, și „dorim să implementăm necesitățile beneficiarilor noștri cât mai adecvat posibil” [38];
  • „intenționăm să-i conducem pe beneficiarii noștri spre o nouă eră, o eră în care definim inovarea împreună, să dobândim experiență și să ne ridicăm la nivelul responsabilității noastre [41]”.

Relațiile furnizor-beneficiar au fost definite foarte clar, prin următoarele afirmații [41]:

  • realizările firmei sunt rezultatul dialogului cu beneficiarii, înregistrând răspunsurile și analizând ce așteptări anume au din partea unui partener tehnologic, gândind, sesizând și acționând în modul pe care-l așteaptă din partea producătorului;
  • rezolvarea tuturor problemelor legate de produsele destinate beneficiarului se face prin considerarea lor din punctul de vedere al acestuia, producătorul substituindu-se intereselor beneficiarului;
  • beneficiarul este sprijinit permanent pentru ca acesta să aibă în producător cel mai bun partener;
  • creștem nivelul de responsabilitate privind beneficiarii, partenerii, muncitorii, societatea și mediul.

Furnizorul mașinii-unelte devine un partener tehnologic al utilizatorului, care oferă soluții tehnologice (de la prelucrarea semifabricatelor la spălare, verificare, asamblare) și servicii. Acestea sunt concepute în strânsă colaborare cu utilizatorul, având ca rezultat un produs care include mașina-unealtă însăși și toate procesele tehnologice conexe, sculele și accesoriile, oferindu-se, astfel, o soluție complexă, personalizată. Se ajunge la aceste soluții prin coroborarea participării beneficiarului cu experiența și cunoștințele furnizorului.

Sunt luate în considerare atât experiența și cunoștințele beneficiarului, cât și cele ale furnizorului. Astfel, este posibilă oferirea unor soluții optime fiecărei aplicații. Furnizorul mașinii-unelte devine, astfel, furnizor general de „soluții complete/complexe” [1, 2, 4, 11, 41].

Sunt firme care afirmă că oferă nu doar tehologie, precizie și fiabilitate, ci și soluțiile de care are nevoie utilizatorul, atunci când are nevoie de acestea [2, 8]. Pe baza principiului „nu o simplă vânzare de mașini-unelte, ci asigurarea unor tehnologii de procesare avansate” [1, 2], se constituie parteneriate complexe producător-utilizator. Decizia firmei este de a sta cât mai aproape de utilizator, oferind produse, servicii și soluții care să satisfacă necesitățile/cerințele fiecăruia, de la o mașină individuală la un sistem complet de fabricație, care integrează soluții de prelucrare „la cheie” [41].

Pe baza acestor parteneriate, este posibilă îmbunătățirea calității produselor și a serviciilor, beneficiind de sprijinul tehnologiilor avansate proprii și de câștigarea sprijinului permanent al beneficiarului [1]. Confruntați cu o mare varietate de probleme practice ale beneficiarilor, s-a ajuns la realizarea unor game largi de produse și modele [1, 6].

Optimizarea conceptului unei mașini-unelte este un proces global, care trebuie să ia în considerare toate componentele (sistemele) acesteia. Inițiativa micșorării greutății unor componente, a unor ansambluri cu deplasare pe verticală prin utilizarea unor noi materiale (de exemplu, materiale plastice armate cu fibre de carbon) trebuie să țină seama de condițiile reale de solicitare și de modul de comportare a respectivelor componente.

Se asigură o comportare dinamică mai bună, dar trebuie studiate și cercetate cu foarte multă atenție solicitările din diverse zone. Unele probleme se rezolvă prin utilizarea nervurării. Dar trebuie avute în vedere și alte elemente, cum ar fi anizotropia (variația caracteristicilor, a modului de comportare), în funcție de direcția de acțiune a forțelor exterioare și de direcția armării cu fibre [14].

Modularizarea construcției unei mașiniunelte oferă flexibilitate pentru a asigura termene de livrare și costuri minime, chiar pentru o mașină-unealtă realizată la comandă (personalizată).

Producători de mașini-unelte își fundamentează structurile acestora pe principiul modularizării. Acesta înglobează elemente ale mai multor tipuri de mașini (firma face parte dintr-un conglomerat de firme europene de mare prestigiu), iar prin experiența companiilor din grup s-a dezvoltat o platformă pe baza căreia se pot realiza diverse concepte de mașini, care să ia în considerare bugetul beneficiarului și condițiile solicitate (de exemplu, precizia de prelucrare).

Structura modulară permite optimizarea costurilor de fabricație, iar cumpărătorul obține un raport foarte bun cost/performanță. Acest concept asigură și o libertate totală în conceperea unor proiecte individuale legate de procesele de producție [2, 10, 15]. Pe de altă parte, modularizarea permite folosirea unei game largi de posibilități pentru satisfacerea cerințelor specifice ale unui anumit beneficiar [20].

Distribuția optimă a maselor, construcția compactă garantează o punere în funcțiune rapidă în locul de utilizare, fără a fi necesare condiții deosebite în ceea ce privește fundația [19].

Dezvoltarea unei firme se bazează și pe investițiile proprii în activități de C&D, în echipamente, clădiri. Au fost elaborate programe de dezvoltare prin investiții pe o anumită perioadă (ani). Din datele furnizate, rezultă că aceste investiții se ridică la cca 83.000 €/salariat, pe o perioadă de 10 ani. Pe de altă parte, firma este permanent în căutarea extinderii echipei și, în consecință, a experienței, prin recrutarea de ingineri cu experiență, pentru elaborarea/dezvoltarea de noi tehnologii. Dar creșterea în sine nu reprezintă filosofia de bază a companiei (firmă de familie, cu peste 6.000 de angajați), ci securitatea locurilor de muncă pe termen lung, asociată prosperității în regiune. Aceștia sunt factori decisivi, motivanți ai acestor măsuri [4]. Un alt exemplu se referă la faptul că 6% din veniturile din vânzări sunt investite de către companie în dezvoltarea de noi produse [9] sau chiar 18 mil. € în 5 ani (8% din cifra de afaceri în 2016) [41]. În acest din urmă caz, activitățile de C&D&I se desfășoară într-un centru propriu (cu peste 120 de ingineri și 24 de doctori ingineri, plus colaborarea cu peste 40 de institute de cercetare din Europa, în cadrul a peste 50 de proiecte europene). Inovația reprezintă avanposturile multor tehnologii, care stimulează sectorul mașinilor-unelte.

Se poate spune că firmele de succes investesc permanent în activități de C&D și, bazându-se pe experiența și pe cunoștințele proprii, colaborează strâns cu beneficiarul mașinii, dar și cu subfurnizorii proprii („...motorul creației pentru îmbunătățirea continuă a fost permanent în centrul activității companiei” [1]).

Printre elementele care asigură un nivel ridicat de competitivitate al unei firme, sunt: utilizarea software-ului performant CAD, analiza cu Metoda Elementului Finit (FEA), colaborarea cu parteneri internaționali în domeniile de comandă a deplasărilor, arbori de înaltă viteză, managementul comportării termice și componente utilizate pentru amortizarea vibrațiilor [3, 11]. Înțelegerea profundă a necesităților procesului tehnologic al beneficiarului și parteneriatele deschise asigură atât satisfacția utilizatorului, cât și succesul furnizorului.

În plus, se ajunge la parteneriate pe termen lung, ceea ce este în profitul tuturor partenerilor.

C&D sunt procese complexe, care se bazează atât pe experiență (specialiști, companie, colaboratori [2]), cât și pe „idei/soluții năstrușnice” care, prin atente, detaliate și complexe cercetări, pot conduce la rezultate spectaculoase.

Aplicarea unor tehnologii rafinate și sophisticate sunt esențiale în dezvoltarea și construcția „mașinilor-mamă” (cum mai sunt denumite mașinile-unelte) [1]. Cunoștințele (experiența) sunt „materia primă” a viitorului, iar acestea sunt împărtășite cu beneficiarii [41].

Alte concepte care sunt luate în considerație sunt intensificarea dinamicii mașinii (mărirea accelerației atât la sistemele de avans, cât și la arborii principali sau atingerea valorii comandate a parametrului într-un timp tot mai scurt), creșterea flexibilității în producție (capacitatea de a procesa loturi de mărimi diferite ale unor piese foarte variate), a rigidității întregului sistem (ceea ce permite utilizarea unor regimuri de lucru tot mai intense), compactizarea mașinii (ocuparea unei suprafețe tot mai mici pe suprafața halei de producție, deci utilizarea mai eficientă a acesteia).

Pentru realizarea unor soluții optime, este necesară armonizarea puterii motoarelor de acționare, a dinamicii și a preciziei. Înalta performanță se exprimă și prin stabilitate și flexibilitate, permițând procesarea unei mari cantități de produse cu nivele maxime de precizie [9].

O abordare diferită este prezentată în [41]. Diminuarea efectelor vibrațiilor în procesul de așchiere se rezolvă prin două sisteme dezvoltate în companie (pentru mașini orizontale de alezare și frezare):

  • sistemul DAS (Dynamic Active Stabilizer – stabilizator dinamic activ), care reduce riscul apariției trepidațiilor în timpul așchierii, îmbunătățind foarte mult capacitatea așchietoare a mașinii (până la 100% în întreg volumul de lucru);
  • sistemul SSV (Spindle Speed Variation – variația turației arborelui principal), care este bazat pe principii similare DAS și care constă în variația continuă a turației arborelui principal pentru eliminarea trepidațiilor în operații de strunjire sau de alezare.

Ambele sisteme reduc timpii de staționare a mașinii, prelungesc durabilitatea sculei și îmbunătățesc semnificativ rugozitatea suprafeței prelucrate, cresc productivitatea cu până la 300%.

O inovație, de această dată, permite interschimbabilitatea unor capete de lucru, împreună cu pinola corespunzătoare arborelui de alezare. Se asigură, astfel, aceeași distanță dintre montant și capătul arborelui principal, permițând prelucrare pe cinci fețe în același reglaj al piesei [41].

Aceeași companie a mai prezentat soluții inovative (pentru o mașină de frezare tip gantry), și anume:

  • echilibrarea culisei verticale (VRB);
  • sistem de echilibrare a mesei (TBS), în cazul unor mase excentrice,
  • algoritmi pentru compensarea deformațiilor termice.

Un concept interesant, prezentat în [10], formalizează ideea eficienței/amprenta la sol – conceptul PEPS® (Performance Efficiency Per Square Meter – eficiența funcționării pe metru pătrat). Calcularea „capacității de investiție” nu poate, singură, să ofere valori esențiale realiste privind productivitatea și costul unitar al soluției tehnologice.

Spațiul necesar are și el un efect asupra costului unitar, așa cum construcțiile nu prezintă valoare adăugată, dar generează costuri. Formula acestui concept evidențiază factorii care influențează eficiența funcționării/amprenta la sol.

NOTĂ: Formula acestui concept ține cont de următorii parametri:

  • investiție: cost total al proprietății; analiză a costului pe piesa produsă;
  • ergonomie: timpi de reglare; accesibilitate; automatizare;
  • timp productiv/auxiliar: așchie-la-așchie; manipularea sculei; durabilitatea sculei; prelucrarea pe cinci axe;
  • număr de piese: pe o poziție de fixare; pe un arbore principal;
  • timp de întreținere/service: disponibilitate; număr de componente; pondere a întreținerii; necesar de personal;
  • suprafață la sol necesară: amprentă la sol pentru mașină; amprentă la sol a echipamentului auxiliar;
  • Necesar de energie pentru: producție, fabricație, operare;
  • Număr al arborilor principali: arbori de frezare, arbori de strunjire.

Formula acestui principiu este cea de mai jos:


Bibliografie

1. BECKER, Silke-Record participation marks start of EMO Hannover 2017; Press release;

2. BECKER, Silke-A window on production operations of tomorrow; Press release;

3. BECKER, Silke-German nmachine tool industry joins forces to tackle Industry 4.0; Press release;

4. BECKER, Silke-German President Frank-Walter STEINMAIER will be opening the EMO Hannover 2017; Press release;

5. BECKER, Silke-German Machine Tool Manufacturers Tackle Industry 4.0 Together; Press release;

6. BECKER, Silke-Advances in classical technologies assure the machine

tool future; Press release;

7. BECKER, Silke-Tool and metrological technology indispensable for Industry 4.0; Press release;


 


Corneliu Gornic

Inginer, specialitatea Maşini-Unelte şi Scule, promoţia 1968

Activitate:

  • cercetare maşini-unelte din 1968 până în 1992, de la simplu inginer la cercetător ştiinţific principal gr. I şi director ştiinţific, în cadrul Institutului de Cercetări şi Proiectări Maşini-Unelte (ICPMUA, ICSIT-TITAN, acum SIMTEX);
  • marketing, AQ, CTC, proiectare (fostul ARMUS);
  • dezvoltare, tehnologii de montaj şi reglaj, încercări şi diagnoză, tehnologii de prelucrare (PROFEX CONSULT).

Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord