Vysavač s trpaslíky řízenými procesorem

Počítačově řízené mikrosystémy Systémy a subsystémy strojů se vůčihledně zmenšují, stávají se jemnějšími a...


Počítačově řízené mikrosystémy
Systémy a subsystémy strojů se vůčihledně zmenšují, stávají se jemnějšími a
inteligentnějšími, takže je možno realizovat stále více funkcí v minimálním
prostoru. Potenciál možností zdaleka není zatím vyčerpán. Přesto nové vlně
miniaturizace stojí v cestě ještě řada technických problémů.
Od té doby, co byly ceny na trhu čisticích přístrojů stlačeny na přijatelné
minimum, zabývá se jejich výrobce Alfred Kärcher problémem, který je pro něj
vzrušující výzvou: jak docílit lepšího, rychlejšího, levnějšího a důkladnějšího
čistění při nižší spotřebě vody a čisticích prostředků? Hagen Gehringer,
vedoucí útvaru vývoje a inovace v tomto podniku, který ve Winnenden u
Stuttgartu zaměstnává na 5 000 lidí, rozvinul na toto téma již celou řadu
diskuzí a přišel s mnoha náměty.
Místo toho, aby se všechny plochy i ty málo znečistěné opakovaně intenzivně
čistily koncentrovanými čisticími prostředky, bylo by podle jeho názoru
smysluplné, kdyby si čisticí stroje nejprve pomocí senzorů "ohmataly"
koncentraci nečistot a přezkoušely jejich přilnavost. Teprve potom by měly
vychrlit proud chemikálií, a to jen tam, kde to je opravdu nutné. "Cílenými
čisticími akcemi lze nejen drasticky snížit spotřebu chemikálií, ale i šetřit
povrch," tvrdí Gehringer.
Vedoucí vývoje si hodně slibuje od mikropohonů, které by u vysokotlakých
čističů upravovaly geometrii trysek tak, aby podle potřeby vznikal "optimální
tvar paprsku vody". Podle Gehringera se také vyplatí přemýšlet, jak vybavit
kartáče zametacích strojů signalizací opotřebení. Tím by se mohla snížit
spotřeba kartáčů.
Nápadů pro použití miniaturních systémů při stavbě strojů a v investičním
strojírenství je hodně nejen u Kärchera. Jak se dá tzv. mikrosystémová technika
aplikovat třeba ve strojírenství?
Možností je řada
Diagnostické systémy, které sledují činnost strojů, měří hluk i vibrace a
přenášejí obraz z vnitřku, by mohly rozpoznat opotřebení zavčas ještě než dojde
k větším škodám. Permanentní kontrola strojů může prodloužit jejich životnost a
snížit náklady na údržbu a servis.
Mikročerpadla mohou dávkovat maziva a omezit jejich spotřebu na minimum. Při
montáži mohou chapadla vybavená integrovanými senzory rozpoznat součásti dodané
v bedně a šetrně je z ní vybrat.
V automobilovém průmyslu se mimo již osvědčený airbag naskýtá široké pole pro
uplatnění mikrosystémů. Jeden příklad z mnohých: vstřikovací ventily s
rozprašovacími kotouči, které rozpráší palivo na nejjemnější kapičky a přesně
určí tvar a směr paprsku. To přispěje k lepšímu rozprášení paliva ve spalovacím
prostoru a k dokonalejšímu vyhoření.
Jakkoliv velké jsou možnosti miniaturizovaných systémů, použití mikrosystémové
techniky při stavbě strojů a v investičním strojírenství naráží dosud na velké
překážky. Praktická realizace četných nápadů tak pokulhává.
Mnoho vzdušných zámků
Jen v roce 1999 vydala německá spolková vláda kolem 100 milionů marek na vývoj
v perspektivním odvětví mikrosystémů. Program, původně rozvržený na 6 let s
počátkem v roce 1994, musel být prodloužen přes rok 2000. I dnes je "široká
aplikace mikrosystémové techniky v důležitých průmyslových odvětvích" v centru
státní podpory. Malé a střední firmy mohou dostat finanční příspěvky pro
aplikaci hotových mikrosystémů. Pokročila však tato technika skutečně již
natolik, že zbývá jen integrovat stávající mikrosystémy do větších systémů?
Wolfgang Menz, vedoucí Institutu pro mikrotechniku na univerzitě ve Freiburgu,
varuje před iluzemi. Podle něho byla v minulosti mikrosystémová technika
pojímána příliš zjednodušeně a stavěly se nereálné vzdušné zámky. Nyní je nutné
se vrátit do tvrdé reality. Menz kritizuje to, že pod "pojmem mikrosystémové
techniky si 90 % zúčastněných představuje jen komponenty."
Mimořádné možnosti této techniky však podle vedoucího Institutu nejsou v
komponentách, ale i v celých systémech. A jejich sestavení ze senzorů, aktorů,
mikroprocesorů a jiných součástek je nadále spojeno s mimořádnými technickými
problémy.
Tak například nestačí podle tvrzení tohoto vysokoškolského učitele pouze
zmenšit strukturu a nikdo by se neměl nechat svést na toto mylné scestí. Místo
toho je požadována tvůrčí činnost, která by např. inteligentním výběrem
materiálu vytvořila z tělesa a mikrostruktury jednotku, která se dá levně
vyrobit. Menz se domnívá, že to přesahuje možnosti většiny podniků. "Jen velmi
málo firem je schopno skutečně vyrábět mikrosystémy a už vůbec to nedokážou
střední nebo dokonce malé firmy."
Toto střízlivé hodnocení odpovídá skutečnému stavu výzkumu. Fraunhoferovy
Instituty (pro výzkum spolehlivosti a mikrointegrace IZM v Berlíně a pro
techniku výroby a automatizace IPA ve Stuttgartu) vyvinuly za peníze z programu
"Mikrosystémová technika 2000 plus" spolkové vlády stavebnicové systémy pro
výrobce strojů a investičních celků. Oba instituty během výzkumu slibovaly, že
tyto stavebnice umožní levně sestavovat mikrosystémy z hotových a navzájem
kompatibilních modulů v malých a středních sériích, které jsou zapotřebí pro
strojírenství a investiční celky.
Avšak ani po dlouholetém výzkumu se nepodařilo z modulů a rozhraní této
stavebnice sestavit použitelné mikrosystémy se senzory, umělou inteligencí a
aktory. Podle údajů Matthiase Schünemanna z IPA vyvinul zatím průmysl z prvků
stavebnice celou řadu senzorů, stále však chybí "univerzální senzorové
rozhraní". Také není dosud k dispozici 32bitový mikrokontrolér. Ještě temnější
vyhlídky jsou v celé oblasti aktorů. I tady se ještě laboruje na "rozhraní,
které by skutečně dokázalo napřít sílu tím správným směrem," říká Schünemann.
Mikrosystémy v praxi
Jak už to bývá obvyklé u předběžných výsledků výzkumu, plánuje se následný
projekt pod názvem "Průmyslová základna modulárních mikrosystémů", který má
pomoci stavebnicové myšlence k průlomu do praktického využití. Gestorem je v
Německu VDMA Svaz německého strojírenského a investičního průmyslu. Ekonom
Klaus Zimmer z VDMA si od nového projektu slibuje, že stavebnice budou spíše
než papírovými koncepcemi konečně naplněny prakticky použitelnými komponentami.
Mezitím se IPA v projektu nazývaném Gulliver zabývá otázkou, jak popohnat
miniaturizaci konstrukčních skupin a strojních komponent. Přitom se jedná o
konstrukční díly většího rozsahu, které by mohly být zčásti tvořeny
mikrosystémy. Výsledek dotazníkové akce u podniků a výzkumných institucí je
spíše zdrženlivý a budí dojem, že výzkumné a vývojové práce jsou spíše teprve
na začátku než krátce před průlomem.
Wolfgang Schäfer z IPA, který spolupracuje na projektu Gulliver, si stěžuje
především na nedostatek použitelných vývojových nástrojů. Aby se mechanika,
elektronika a software daly integrovat do "mechatronických
systémů" (mechatronika je meziobor spojující mechaniku a elektroniku), k tomu
nestačí izolované vývojové nástroje těchto tří dílčích oborů.
Mimoto chybějí podle výsledkové zprávy projektu Gulliver produkční systémy pro
miniaturizované konstrukční skupiny a jejich integraci do strojírenských
komponent a produkčních strojů. Sice již existují postupy, které jsou k
dispozici ve formě prototypů a laboratorních přístrojů, dosud se však
nepodařilo je zavést do skutečných výrobních systémů. Zbožným přáním inženýrů
zůstává nadále pružná, vysoce variabilní výroba v malých a středních sériích.
Schäfer si také posteskl nad nedostatečnou výměnou informací. Musí se
podporovat spolupráce výrobců miniaturizovaných konstrukčních skupin na jedné
straně a strojírenských podniků na druhé straně. Jen tak bude možno urychlit
zavádění miniaturizovaných konstrukčních skupin a pokročit ve vývoji produktů.
Kam je třeba jít
Tím jsme se však dotkli jen špičky ledovce úkolů, které před námi stojí. Před
několika týdny poukazovali zástupci mnoha firem v rámci "akční diskuze", kterou
IPA pořádala v budově VDMA ve Frankfurtu, na to, co je z jejich hlediska nutno
ještě udělat, aby mikrosystémová technika a miniaturizace konstrukčních skupin
dostaly zelenou.
Manfred Wittenstein, společník a jednatel skupiny podniků Wittenstein,
zdůrazňuje, že nestačí miniaturizovat a zlepšovat pouze konstrukční skupiny,
nýbrž i konstrukční strukturu a spojovací techniku. Vzájemné sladění komponent
je zatím ještě ztěžováno "ohromnými konektory", které zabírají víc místa než
malý inteligentní systém. Podle Wittensteina chybí také "jednotná dálnice pro
rozumnou komunikaci mezi komponentami". Tento podnikatel, který je současně
předsedou výboru VDMA pro výzkum a inovace, požaduje dále "zlepšení užitného
přínosu mechatronických systémů". Tření, které se u velmi malých systémů
projevuje jako "extrémně velký poruchový faktor", se musí bezpodmínečně zmenšit.
Wolfgang Schlenk, vedoucí odborného centra pro spojovací techniku a laserovou
technologii v koncernu Siemens, se silně zasazuje za hardwarové a softwarové
základní moduly, které by se při změně výroby daly nadále používat (podobně
jako při výrobě mikroprocesorů). Schlenk má dojem, že "software se vyvíjí
nežádoucím směrem." Modularizace softwaru je cesta, kterou jde také Siemens a
která může rozlousknout problém nákladů.
Podle Herberta KÖniga, vedoucího projektanta oboru mechatronika u Siemense, je
systémová architektura při začleňování mikrosystémů nebo miniaturizovaných
konstrukčních skupin do větších systémů ještě otevřenou kapitolou. Požaduje,
aby se nejdřív vyjasnila úloha "rozhraní mezi úrovněmi a v úrovních systémové
hierarchie". Teprve potom bude možno moduly správně umísťovat. KÖnig také
doporučuje, aby se pro rozšíření trhu neváhalo vsadit na "převratné mezioborové
aplikace".
Kärcher, výrobce čisticích strojů, asi nečeká na aplikace tohoto druhu.
Potřebuje zcela specifická řešení pro svůj obor, aby mohl vyrábět inteligentní
přístroje co nejdříve použitelné v praxi.
0 0933 / pen
Menší znamená dražší
Ve strojírenství se již dlouho projevuje trend k miniaturizaci.
Mikroelektronika a mikrosystémová technika zahajují nové kolo zmenšování.
Výhodou malých subsystémů, konstrukčních skupin a strojních komponent je, že se
v malém prostoru dá soustředit více funkcí a dají se úsporně využívat zdroje.
Překážkou nekompromisní a rychlé miniaturizace je však velmi nepříjemná
zkušenost z praxe: čím menší součástky, tím jsou náklady vyšší. Ceny šroubuje
výzkum a vývoj. Pokusy zeštíhlit náklady nevedly aspoň dosud k úspěchu.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.