A digitalizáció terjedése és az Ipar 4.0 kapcsán általában a termelésre, az alkatrészek sorozatgyártására gondolunk. Azonban az az üzemi környezet, amelyben a termékgyártás zajlik, számos más területre is hatással van – így befolyásolja a célgépgyártást is.

Hogyan lehet a célgépgyártás folyamata digitális? Mitől lesz egy egyedi igényeknek megfelelően gyártott berendezés az Ipar 4.0 követelményeinek megfelelő? Milyen szerepe van a célgépeknek a smart factoryban? Mi határozza meg a tervezés folyamatát ma, és ez miben tér el a korábbi időszakok meghatározó trendjeitől?

Digitalizált termelés – digitalizált tervezés

A CAD rendszerek az utóbbi évtizedben a gépgyártás meghatározó részévé váltak. Fejlődésükkel és a kiegészítők megjelenésével már nemcsak a gépészeti alkatrésztervezésben, hanem az általános terméktervezésben és formaalkotásban is jelentős szerepre tettek szert. Használatuk a szimulációs technológiáknak és a méretezést segítő funkcióknak köszönhetően leegyszerűsítette és felgyorsította a fejlesztési folyamatokat. Ez pedig megteremtette az igényt a termelési kapacitás növelésére. Ahhoz, hogy rövid idő alatt nagy számú termék készülhessen el, speciális gépekre és tökéletesen megválasztott gyártási paraméterekre van szükség.

A célgépgyártás szempontjából a CAD rendszerek térnyerése kettős hatással bír: egyrészt maguk a gépek egyszerűbben és nagyobb körültekintés mellett alkothatók meg, másrészt a gépeken gyártott termékek fejlesztési ciklusa is lerövidült. Olyan gépek gyártására nőtt meg az igény, amelyek adott termékek és azok közvetlen variánsainak termelésében remekelnek. Könnyen kiszolgálhatók, egyszerűen automatizálhatók és minimális hibával működnek.

A tervezésben nem csak a számítógépes tervezőprogramok, hanem számos más digitális megoldás is szerepet kap: nemzetközi tervezőcsapatok közös munkáját segítik például az új generációs kommunikációs eszközök. Hasonlóan járul hozzá a fejlesztésekhez az az IT struktúra is, amely lehetővé teszi a távoli elérést mind számítógépeken tárolt adatokhoz, mind termelési információkhoz. A globalizáció szintén jelentős, korunkban fokozottan érzékelhető hatása, hogy eltávolodik egymástól a tervezés és a gyártás helyszíne. Ez nincs máshogy a célgépgyártás világában sem: gondoljunk csak a Magyarországon működő gépgyártó KKV-kra, amelyek külföldi multinacionális nagyvállalatokat szolgálnak ki speciális gyártóberendezésekkel.

PDM, az átfogó megoldás

A PDM (Product Data Management) rendszerek elsődleges célja a termékek adatainak kezelése. Ezzel a megoldással a termékvariánsok és terméktervek minden adata, a kapcsolódó információk és a folyamatjellemzők is biztonságos, könnyen áttekinthető formában tárolhatók. A PDM rendszerek igazán hasznosak azokban a szervezetekben, ahol több részlegen átívelő fejlesztési folyamatok zajlanak, de akkor is könnyíti az adatkezelést, amikor a fejlesztő és az értékesítő csapat munkáját segíti.

Szerszámgépek mellett, szerszámgépek helyett

Az egyedi gépek tervezésében egyre gyakrabban merül fel az igény az univerzalitásra, a könnyű, gyors átalakíthatóságra. Mindez egyrészt a folyamatosan változó termékvariánsok gyárthatósága szempontjából fontos, hiszen a termékéletciklus felgyorsulása folyamatos frissítést vár el a gyártóktól. Egyre inkább olyan gyártórendszereket várnak a megrendelők, amelyeken több, hasonló termék is gyártható, a különbséget pedig készülékezéssel vagy egyszerű befogószerkezet-cserével kell megoldani.

Az, hogy mikor éri meg egyedi célgépet vásárolni és alkalmazni és mikor elég egy univerzális megmunkáló központ üzembehelyezése, abszolút a termék jellegétől (gyártási pontosság, alaksajátosságok, méret, stb.) és annak darabszámától függ. Egy alacsony áron eladható, kis darabszámban gyártott alkatrész esetén nem kifizetődő az egyedi célgép építése – ezt esetleg a termék sajátosságai tehetik csak indokolttá. Az univerzális gépek előnye, hogy sokkal több termékvariánssal dolgozhatnak együtt, de speciális kiegészítőkre (befogókészülékekre) lehet szükség. Mégis, a kisebb sorozatok esetén, jobban megéri ilyet alkalmazni, mint egy teljesen egyedi (így nagyobb költséget jelentő) berendezést vásárolni.

A célgépek tökéletesen alkalmasak az adott termék gyártására, de tervezésük során figyelembe kell venni azt is, hogy a későbbiekben hasonló termékek gyártására is alkalmasak legyenek. A tervezésben további fontos szempontot jelent az automatizáció és egyes termékek esetén a robotos kiszolgálás lehetősége. Ezekkel biztosítható ugyanis a gyors és folyamatos gyártás – ahogy az univerzális szerszámgépek esetén is.

Tömeges testreszabás – szép új világ a fogyasztásban

Manapság, amikor mindenki ugyanazt akarja és mégis egyedi kivitelben, a gyártóvállalatoknak olyan termékeket kell fejleszteniük, amelyek valamely tulajdonságukat tekintve testreszabhatók. Egyszerű példaként felhozhatjuk a hazai gyártású Tisza cipőket. A magyar fiatalok körében hatalmas sikernek örvendenek – annak ellenére, hogy mindössze 5-6 különböző fazon közül választhatnak a vásárlók. A termék egyediségét a rengetegféle színkombináció adja. Hasonlóan, számos más fogyasztási cikknél megfigyelhető, hogy gyártástechnológia szempontjából uniformizált termékeket dobnak piacra és olyan jellemzőkben kínálnak egyedit, amelyekhez nincs szükség differenciált gyártási folyamatok kidolgozására.

Az autógyártás már régóta jól példázza a fogyasztási igények változásait, amelyek a gyártásra is jelentős hatással vannak. Összeszerelés során válogatott, adott esetben egyedi elemek kerülnek beépítésre, a vevői konfigurációnak megfelelően. Ilyen üzemekben is szükség van célgépekre, de minden esetben olyan berendezésekkel dolgoznak a gyártók, amelyek a választható termékvariánsok teljes skálájával képesek dolgozni.

Mérés, ellenőrzés, felügyelet

A digitalizáció a mérési és ellenőrzési tevékenységet is a hálózathoz kapcsolta: soha nem gazdálkodhattunk még annyi mérési eredménnyel és adattal, mint napjainkban. A célgépek esetén is kihasználhatók a gyártásfelügyeleti és -ellenőrző rendszerek nyújtotta előnyök. A hibamentes gyártás igénye, a termékelőállítás hatékonysága ugyanis sok esetben a megfelelő felügyeleten múlik. Vagyis elsősorban azon, hogy hogyan értékeljük a folyamatról gyűjtött paramétereket.

A mérési feladatok az egyedi célgépek esetén csakúgy, mint maga a gyártórendszer, egyedi kialakítást igényelhetnek. Ahogy említésre került, az univerzális szerszámgépek és célgépek példájához hasonlóan mérlegelendő az egyedi mérőrendszerek szükségessége is.

Az Ipar 4.0 egy sor új eszközt adott a gyártó szakemberek kezébe, amelyek a megbízhatóságot, az ellenőrzési lehetőségeket növelik. Az automatizáció és az automatizált ellenőrzés ugyanúgy elvárt egy egyedi célgép, mint egy univerzális megmunkáló központ esetén. Ezeknek a rendszereknek a tervezése azonban egészen más jellegű szakmai ismereteket követel, mint a gyártóberendezés megtervezése. Habár a két folyamat szorosan kapcsolódik egymáshoz. Figyeljük csak meg, milyen rohamosan megnőtt az IT-s szakemberek és programozók iránti igény a gépek és gépészeti rendszerek fejlesztésében. Ami korábban csak „vas” volt, az ma már a „vas” és a szoftver harmonikus egysége. Így válhatnak a célgépek is a gyártás megbízható részeivé.

Kihívások a versenyben

A célgép-beruházásokban az egyik legfontosabb döntési paramétert az ár jelenti. Az a költségelemzés, amelyben figyelembe kell venni az egyedi tervezés és gyártás, valamint a „rugalmatlanság” költségét. Sok esetben az egyedi gyártás hosszabb szállítási időt is jelent. Ugyanakkor a valóban az adott termék gyártására optimalizált szerszámgép páratlan minőséget és magas termelékenységet garantál. A gépek tervezésekor érdemes figyelembe venni, hogy később könnyen átalakíthatók legyenek – így hasonló termékek gyártásában felhasználhatók maradnak. Ez az igény pedig egyre többször merül fel a megrendelői oldalon.

A negyedik ipari forradalom, bár sokszor csak a digitalizáció és az automatizálás oldaláról vizsgáljuk, jelentősen befolyásolja a fogyasztói igényeket, a gyártói elvárásokat és a tervezési szempontokat is. Ma már olyan dolgokat is elő tudunk állítani, amelyek akár még pár évvel ezelőtt is lehetetlennek tűntek. Az újabb és újabb technológiák növelik a tervezés szabadságát. Ez a szabadság, amely igazi kihívást jelent a célgéptervezők és -gyártók számára.