Tegoroczne, już X Forum Inżynierskie w Poznaniu pod hasłem „Wirtualizacja –innowacyjną metodą przygotowania produkcji” było (jak przystało na jubileusz) nieco inne niż zwykle: tym razem nie obejmowało branżowej tematyki, lecz zagadnienia, które interesują dosłownie wszystkich inżynierów- mowa była o najważniejszych dziś narzędziach pracy projektanta i technologa.

Dlatego 30 maja w czasie targów Innowcje -Technologie- Maszyny Forum zgromadziło wyjątkowo liczną grupę inżynierów różnych dziedzin. Okazało się, że wirtualizacja jest też jednym z głównych nurtów tematycznych tegorocznych targów ITM. Wcześniej, w ramach Metalforum Stowarzyszenie ProCAx zorganizowało ciekawą konferencję poświęconą systemom CAx.

Codzienność wirtualizacji
Otwarcie Forum Inżynierskiego miało uroczystą i sympatyczną oprawę, o co zadbał szef MTP Andrzej Byrt składając gratulacje jubileuszowe na ręce Prezes Ewy Mańkiewicz- Cudny, która następnie otwierając Forum wspomniała o jego dorobku oraz znaczeniu corocznych spotkań inżynierskich a także o roli Kongresu Techników Polskich i zbliżającego się kolejnego Światowego Zjazdu Inżynierów Polskich. Forum poznańskie ma bardziej roboczy i techniczny charakter wskazując na rozmaite braki i problemy codziennej pracy inżynierskiej.

W tle każdego roku są przede wszystkim problemy innowacyjnej  gospodarki, dlatego w trakcie Forum uhonorowano osoby wyjątkowo dla niej zasłużone – prof. Eugeniusza Budnego, byłego wieloletniego dyrektora Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, jednego z ośrodków o największych osiągnięciach w realizacji innowacyjnych projektów celowych NOT, oraz dyrektora Centrum Innowacji NOT Włodzimierza Hausnera, dzięki którego zaangażowaniu program tych projektów od początku uzyskuje tak znakomite wyniki.

We wprowadzeniu nasze wirtualne niedostatki  wskazał dr Jan Bis (Stowarzyszenie CAx) ujmując rzecz w największym skrócie: świat wysokorozwiniętej gospodarki jest już wirtualny (w tej przestrzeni rozgrywa się to, co najważniejsze) podczas gdy Polska technika zmaga się ciągle z problemami świata realnego. Istotne są pytania, jak wirtualną rzeczywistość zaprząc do zwiększania innowacyjności polskiej gospodarki, kto i jak powinien się tym zająć. Nieco większy optymizm wykazał prof. Józef Suchy (AGH), którego zdaniem dysponujemy wszelkimi nowoczesnymi narzędziami wirtualnego prototypowania i nowe pokolenie wychodzące z uczelni już jest przygotowane.

Ku światowym partnerom
Przykłady sukcesu  osiągniętego dzięki nowym technikom projektowania rozpoczął z wysokiego „C” dr Włodzimierz Adamski (PZL Mielec – Sikorsky Company). Sukces Doliny Lotniczej w dużym stopniu wynika z technik wirtualnego projektowania; przyjęto tam zasadę: im więcej pracy przeniesiemy w świat wirtualny tym lepiej dla rzeczywistego. Lotnictwo było jedną z pierwszych branż, gdzie wyciągnięto z tego wnioski (pierwszym całkowicie wirtualnym projektem był projekt Boeinga 777). Istotnym motywem jest w lotnictwie koszt produkcji wyrafinowanych części: 1 kg Dreamlinera kosztuje ok. 5 tys. USD, przeciętnego samochodu – 15 USD. Lotnictwo jest też dziedziną, gdzie wyjątkowo liczne jest grono podwykonawców i poddostawców głównej wytwórni. W Dreamlinerze po raz pierwszy osiągnięto tak wysoki udział kompozytów (50-52%) w pogoni za wytrzymałością (są tu niewielkie elementy wytrzymujące obciążenie 10 t. W lotnictwie trwa wyjątkowo ostry wyścig technologiczny- szykowana jest już technologia zatrzaskowych łączeń Grid Loch oraz zgrzewania z przemieszczeniem zamiast powszechnego dotąd  nitowania. Polska ma szansę zostać trzecim krajem na świecie stosującym tę technologię.

Wszystkie te czynniki sprawiają, że wirtualne i szybkie prototypowanie jest w lotnictwie chyba najpowszechniej i najlepiej rozwinięte. Dr Adamski zwrócił uwagę, że przed II Wojną Światową Polska zajmowała 5 miejsce w Europie pod względem liczby patentów. Tę pozycję możemy odzyskać. „- Dobrze by było, gdyby w licznych publicznych funduszach na innowacyjne przedsięwzięcia znalazł się choć 1% dla Federacji NOT przeznaczony na nagrody dla najwybitniejszych wynalazków” – powiedział. Propozycję powitano aplauzem.

Wielka nadzieja protetyki
Dr Marek Wyleżał z Politechniki Śląskiej wskazał na szanse, jakie daje wirtualizacja polskiej technice medycznej. Współczesne podejście do protez kranioplastycznych, czyli uzupełniających ubytki kostne jest już głównie problemem technicznym, a nie medycznym, lecz proteza wypełniająca nie jest z góry określona geometrycznie, co stanowi poważny problem dla projektanta. Udało się jednak opracować sposób sporządzania wirtualnego, indywidualnego modelu, do czego nieodzowna była ścisła współpraca uczelnia – przedsiębiorstwo IT – medycyna. Szansę zwiększył akces firmy posiadającej patent na tworzywo biozgodne. Tu również jest możliwość wyjścia na szerokie wody światowego rynku sprzętu medycznego. Dr Wyleżał przedstawiał przykłady rewelacyjnych efektów zastosowania tak projektowanych protez w uzupełnianiu kości czaszki.

Dr Marcin Małysza z Instytutu Odlewnictwa skoncentrował się na jednym tylko aspekcie wirtualizacji odlewniczej – modelowania procesu odlewania odśrodkowego. Przebiegu tego dynamicznego zjawiska nie da się zaobserwować i pomierzyć, można jego analizę przeprowadzić tylko na modelu wirtualnym, a więc stosując programy symulacyjne. Dzięki temu uzyskuje się pewność co do współczynników bezpieczeństwa elementu, lokalizacji strefy koncentracji naprężeń, można modyfikować kształty i parametry procesu. Można też sprawdzić całą gamę wirtualnych stopów dobierając je z baz danych.

Mikroskala i nowe trudności
W następnym panelu prof. Tadeusz Uhl (AGH) zwrócił uwagę na rolę wirtotechnologii przy modelowaniu w mikroskali. Występują tu zupełnie nowe problemy: świat w skali mikro jest nieciągły, mamy do czynienia z dyskretną strukturą materii, podczas gdy w skali makro zjawiska związane z nieciągłością mogą być pomijane. Tak więc w mikroskali tematem dla wirtotechnologii jest m.in. projektowanie samego materiału: zadaje się geometrię, i rozkład obciążeń szukając odpowiedniego materiału, który w skali mikro zda egzamin.

Zagadnienia tego rodzaju mają związek z nową dziedziną – mechanochemią. Tu potrzebne są duże moce obliczeniowe i takimi ośrodek krakowski dysponuje – jest tu 21 komputer na świecie pod względem mocy obliczeniowej. Profesor zwrócił też uwagę na możliwość zastosowania wirtotechnolgii do modelowania propagacji w kompozytach fal rzędu megaherców (metodą elementów skończonych) oraz drukowania 3D z użyciem grafenu. Z projektowaniem i technologią wchodzimy coraz głębniej w głąb materii już nie tylko poznając ją, lecz także kształtując.

Dal kontrastu prof. Zenon Ignaszak z Politechniki Poznańskiej zajął się z kolei problemami projektowania największych elementów (przykład mostu Milau) takich jak segmenty dennic (25t) czy 38 tonowe żeliwne przeguby kuliste. Jako praktyk prof. Uhl ściśle podzielił zagadnienia wirtualizacji na związane z preprocessingiem, wirtualizacją i postprocessingiem. Szuka się tu odpowiedzi na pytania: jakiego rodzaju ruch tych elementów i w jakich granicach  jest dopuszczalny i jak obniżać ryzyko. Symulacja pozwala dokładnie przewidywać odkształcenia elementów. Profesor nie był przekonany co do łatwości zaangażowania w wirtotechnologię młodych adeptów – studentów udało się przyciągnąć tylko na  nielicznych uczelniach. Po prostu mają coraz więcej pracy, a mniej się uczą. Ciągle rośnie też zasób wiedzy pamięciowej kosztem umiejętności, jakich powinni nabywać.

W dyskusji podsumowującej zwrócono uwagę na fakt dość bezkrytycznego podchodzenia do wyników symulacji komputerowych co wynika z niedostatku bardzo solidnej wiedzy praktycznej i technologicznej. Grozi to poważnymi błędami: nie da się na jednej płaszczyźnie stawiać materiałów przeznaczonych do zupełnie różnych rodzajów obróbki np. stali i staliwa.

Decydują bazy
Wiele miejsca poświęcono problematyce baz danych. Ich zawartość, czyli treść operacji CAD-CAM-CAx decyduje o wartości każdej symulacji, jej zgraniu z rzeczywistością. Inż. Marek Pater zwrócił uwagę, że procesy zbierania danych do baz, niezwykle pracochłonne i żmudne same nie tworzą żadnej wartości dodanej i z tego powodu nie poświęca się im należytej uwagi. Trzeba je skracać do minimum.

Zwłaszcza w odlewnictwie bazy mają wielkie znaczenie ( w bazie AGH zgromadzono 14 tys. typów odlewów). Ale od danych tu wiele zależy: jeżeli odlewa się duże elementy (80-tonowe nie są rzadkością) to forma może mieć masę 460 t. Zepsucie jednego tak ogromnego elementu może oznaczać kolosalne straty. Nie da się więc przecenić nakładu wysiłku i kosztów, które są niezbędne by powstała porządna baza. Ale dzięki temu proces wytwarzania odlewu w warsztacie można skrócić z 77 dni do 50, a więc o co najmniej 30%, ale – co najważniejsze - unika się tu wielu błędów, które nie dadzą się w żaden sposób naprawić.

Poza danymi istotnymi dla technologii poruszono też temat znaczenia baz danych jako narzędzi biznesu, gdzie produktem są raporty, wykresy trendów, zestawienia danych z wielu źródeł. Mówił o tym prof. Marcin Perzyk z Instytutu Technik Wytwarzania Politechniki Warszawskiej Zademonstrowano niezwykłe efekty analityczne, jakie może dać stosowanie niektórych gotowych programów do analizy rozproszonej wiedzy zawartej w rozmaitych agregacjach. Z danych napływających z procesu produkcji również napływają ogromne ilości danych, które trzeba umiejętnie zagregować, by wyciągnąć wnioski pożyteczne do poprawy jakości i ekonomiki produkcji. Tego dotyczy nowa dziedzina – eksploracja danych.

To jest podstawa do projektowania innowacji i wszelkich modyfikacji procesów produkcyjnych. Dzięki temu zyskuje się wydobycie ogólnych zależności i cech, można określić prawdopodobieństwo wystąpienia awarii, przewidywać przyszłe parametry procesów. Do zastosowania są systemy uczące się, eksperckie.

Oni już zyskali
Z wielkim zainteresowaniem zebranych spotkały się prezentacje praktycznych zastosowań wirtotechnologii i inżynierii odwrotnej w projektach celowych z umowy Ministerstwo Nauki – Centrum Innowacji NOT. Były one bogato animowane, więc przemawiały do wyobraźni i utrzymały uwagę do końca Forum. Najbardziej zaawansowany w wirtualnym projektowaniu wydaje się być Melex A&D Tyszkiewicz (prezentował dr Marek Szlęzak), gdzie przy zastosowaniu nowych metod projektowania gwałtownie skoczyła liczba nowych typów elektrycznych pojazdów. Tu używa się symulacji głównie do projektowania konstrukcji, a systemy 3D – do karoserii. W Wamecie (prezentowanym przez dyr. Wiesława Czajora) poprzestaje się na projektowaniu 2D, ale symulacje są niezwykle pożyteczne, gdyż każda sprzedawana maszyna do robót ziemnych musi spełniać nieco inne warunki eksploatacyjne.

Doświadczenia z projektami odlewniczymi zaprezentowali Sylwester Piasny (Hardkop Trzebinia) oraz prezes Edward Gierut z Fabryki Armatur Jafar S.A. Ta ostatnia zawdzięcza nowe typy zaworów klasy światowej głównie wirtualnemu projektowaniu. Prof. Jan Szczepaniak z Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu, który od początku towarzyszy projektom celowym licznie powstającym w małych i średnich firmach mechanicznych produkujących sprzęt rolniczy, poświęcił uwagę usługom w postaci badań symulacyjnych nowych konstrukcji. Same firmy nie byłyby w stanie podjąć takiego modelowania; dzięki tej współpracy mogły znacznie obniżyć koszty wdrożeń. Aż 90% tych kosztów, jak stwierdził prof. Szczepaniak decyduje się na poziomie projektowania.

Oszczędność i kreacja
Na ten ekonomiczny aspekt wirtotechologii zwracał uwagę prof. Józef Suchy przy podsumowaniu Forum. Wprawdzie nikt dotąd nie wyliczył dokładnie przeciętnej efektywności inwestycji w sprzęt do projektowania wirtualnego, bazy danych, oprogramowanie, kształcenie projektantów, ale korzyści te są ewidentne, jeśli się weźmie pod uwagę choćby skalę kosztów „unikniętych” w postaci strat przy działaniu metodą prób i błędów oraz strat wynikających ze złej jakości wyrobu.

Nawet najlepsi mówcy nie byli w stanie przebić w trakcie Forum poglądowej lekcji wirtualnych technologii na animowanych prezentacjach, zaś chętni mogli sobie zrobić portrety fotograficzne 3D dzięki uprzejmości firmy Smarttech. Inżynieria coraz szybciej opuszcza sferę abstrakcyjnych liczb i wykresów. Optymalizacji kształtów możemy niemal dotknąć, zmiany rozkładów naprężeń – zobaczyć i poczuć. Więcej zostaje czasu na twórcze myślenie.

Zygmunt Jazukiewicz

Prezes FSNT-NOT Ewa Mańkiewicz-Cudny inauguruje X Forum Inżynierskie