Tęsiame LMA Technikos mokslų skyriaus mechanikos sekcijos ataskaitą, kurią parengė akad. Kazimieras Ragulskis, Vytautas Ostaševičius iš jų kolegos. Pradžia – 4 (536) numeryje.
- Palyginimas su vyraujančiomis tendencijomis pasaulyje
Pasaulinė metinė medžiagų baigiamojo apdirbimo operacijų apyvarta siekia per 100 mlrd. JAV dolerių. Deja, į atliekas nurašoma apie 10 proc. brokuotų gaminių. Todėl ir Lietuvoje naudojamos bei plėtojamos mechaninės technologijos priskiriami labai svarbioms, prioritetinėms veikloms, turinčioms įtakos pasaulines plėtros tendencijoms. Lietuvos įmonės savo produkciją eksportuoja į įvairias užsienio šalis. Šiuo metu sektoriaus eksportas siekia 73 proc., užsakomųjų vadinamųjų nišinių produktų apimtys rinkoje – apie 20 proc. Didžiausios eksporto apimtys yra į Vokietiją, Daniją, Švediją, į kaimyninę Latviją, Rusiją ir Prancūziją.
Kaip matome, pagrindiniai eksporto partneriai yra išsidėstę aplink mus. Vadinasi, mūsų gamintojai turi būti patikimi vadinamosios „tiksliai laiku“ („Just in Time“) gamybos organizavimo schemos dalyviais, kai stambiose multinacionalinėse kompanijose, atsisakius bet kokio sandėliavimo, komplektuojami gaminiai prie surinkimo konvejerių iš tiekėjų įmonių, tarp jų ir iš Lietuvos, turi atvykti kelių valandų tikslumu. Tokį tikslumą lemia itin gera šalies geografinė padėtis, leidžianti be sutrikimų transportuoti gaminius nedideliais kiekiais užsakovams, kurie yra gana netoli nuo Lietuvos, bei per keletą metų įgytas pasitikėjimas mūsų gamintojų atsakomybe ir gaminių kokybe.
Akivaizdu, kad tokioje situacijoje Azijos gamintojai nėra konkurentai, kadangi jiems parankiau vežti gaminius dideliais kiekiais, gaištant kelyje kelis mėnesius. Tai viena iš priežasčių, skatinanti ES, kartu ir Lietuvos gamintojus pereiti nuo stambiaserijinės prie labiau specializuotos lanksčios smulkių serijų gamybos, tenkinančios vartotojų individualius poreikius. Visa tai susiję ir su perspektyva kurti savo išbaigtus produktus.
Apie savų produktų poreikį pareiškia vis daugiau Lietuvos gamintojų. Su šio poreikio įgyvendinimu susijusios ir ES struktūrinę paramą gaunančių įmonių perkvalifikavimo programos. Visam tam atėjo laikas ne todėl, kad pergyvenome ekonomikos sunkumus. Pagrindinių produktų kainos Lietuvoje pasiekė europinį ar net pasaulinį lygį, pabrango darbo jėga. Todėl užsienio partnerių užsakymai vis dažniau nukreipiami į mūsų rytinių kaimynų valstybes.
Išanalizavę įvairių sėkmingai besitvarkančių regionų, pavyzdžiui, Azijos šalių įmonių ekonomikos plėtros tendencijas, randame, kad pirmieji dvidešimt pramoninės plėtros metų ir buvo susiję su veikla, kuri iki šiol būdinga ir Lietuvos apdirbamosios pramonės įmonėms – subkontraktingo pagrindais vykdyti užsienio partnerių užsakymus, gaminant komplektuojamas dalis jų kuriamiems produktams. Azijos įmonių veikla nuo 1980 m. (kuri atitinka ir Lietuvos situaciją nuo 2010 m.), yra susijusi su produkto kūrimu ir jo prekės vardo įtvirtinimu pasauliniu mastu. Visa tai Lietuvos pramonei kelia naujų iššūkių, pirmiausia susijusių su efektyvesnių ateities technologijų panaudojimu, siekiant didinti darbo efektyvumą ir užtikrinti draugišką gamtai technologinį procesą. Tokios technologijos yra Lietuvos mokslininkų, kurias jie arba kuria, arba sėkmingai pritaiko šalies poreikiams, vykdydami nacionalinius ir tarptautinius projektus, dėmesio centre.
- Pagrindinės Lietuvos mokslo įstaigos
Kauno technologijos universitetas (KTU) yra didžiausia Lietuvos technologinių mokslų ir studijų institucija. Joje dominuoja fizinių ir inžinerinių mokslų studijos ir moksliniai tyrimai, kurių nemaža dalis yra susijusi su mechatronika ir mechaninėmis technologijomis. KTU palaiko itin glaudžius ryšius su pramone, vykdo apie 70 proc. visų šalies aukštųjų mokyklų atliekamų pramonės užsakymų.
KTU inicijavo ir koordinavo Mechatronikos mokslo, studijų ir informacijos centro (dabar – Mechatronikos instituto) sukūrimo projektą, finansuojamą iš ES struktūrinių fondų. Realizavus šį projektą, 2007 m. buvo sukurtas mechatronikos tinklas, vienijantis KTU, VGTU ir KU mokslininkus svarbiems nacionalinės pramonės konkurencingumo didinimo uždaviniams spręsti. Šiame institute veikia 11 modernių mokslo tyrimo laboratorijų. KTU inicijuotame Aukštųjų technologijų slėnyje „Santaka“ viena iš keturių prioritetinių veiklos krypčių yra mechatronika, kurios produktai, o kartu ir mechaninės technologijos, bus plėtojamos šiame slėnyje kuriamose atviros prieigos laboratorijose. Formuojasi ir nauja, savarankiška biomechaninių sistemų bei procesų analizės tematika. Mechatronikos institute vykdomi daugiadisciplininiai tyrimai, skirti biomechatroninių sistemų kūrimui, modeliavimui, biomechaninių sistemų dinamikos modeliavimui ir tyrimams. KTU Matematikos ir gamtos mokslų bei Informatikos fakultetuose vykdomi analitinės skaičiuojamosios mechanikos problemų tyrimai, tarp jų netiesinių dinaminių sistemų analizės ir sintezės metodų kūrimas ir plėtra.
KTU Technologinių sistemų diagnostikos institute buvo įkurta ir akredituota Mašinų vibracijų ir akustinių triukšmų lygio bandymų laboratorija, suvaidinusi tam tikrą vaidmenį sertifikuojant Lietuvos pramonės pagamintus produktus, leidusi sukaupti patirties ir įgyti aukštą kompetenciją. Bet reikia pripažinti, kad Lietuvoje iki šiol nėra mechaninių technologijų sertifikavimo ir techninį lygį palaikančios infrastruktūros. Įmonės sprendžia šiuos klausimus, neturėdamos pakankamo valstybės struktūrų palaikymo. Tai atsiliepia jų konkurencinėms galimybėms ir produktų kainoms.
Vilniaus Gedimino technikos universitetas (VGTU) taip pat turi aukščiausios kvalifikacijos mokslininkų potencialą, pajėgų užtikrinti reikalingų kompetencijų kompleksiškumą, būtiną aukštos kvalifikacijos specialistams rengti ir sudėtingoms mokslinėms bei technologinėms problemoms spręsti. Tradiciškai stiprioji VGTU vykdomų mechanikos inžinerijos tyrimų kryptis yra skaitinis modeliavimas. Šie darbai vykdomi čia neseniai įsteigtame Mechanikos institute, kuriame atliekami diskrečiųjų elementų metodo taikymo biriosioms miltelių pavidalo medžiagoms ir kontinualiųjų struktūrų irimui modeliuoti tyrimai, kuriama programinė įranga. Čia dirbantys mechanikos, informatikos ir matematikos krypčių mokslininkai sudaro palankią aplinką tarptautinio lygio tyrimams.
VGTU Mechanikos fakulteto Mašinų gamybos katedroje tiriamos mechatroninės mašinų inžinerijos tribologinės sistemos. Šios krypties tyrimai apėmė tribologinių sistemų kūrimo iš atskirų elementų naujus principus ir metodus geometrinei elementų formai projektuoti, taip pat hidrodinaminio tepimo teorijos inžineriniams modeliams kurti. Tyrimų rezultatų pagrindu sukurti adaptyvūs tribologiniai minėtų reiškinių reguliavimo ir valdymo komponentai. Poligrafinių mašinų katedroje atliekami spaudos mašinų mechaninės dalies valdymo ir „elektroninio veleno” principu pagrįstų poligrafinių mašinų tyrimai.
VGTU Fundamentinių mokslų fakulteto Informacinių technologijų katedra ir Informacinių sistemų katedra vykdo skaitinius pjezokeitiklių, pjezoelektrinių variklių ir vibracinių prietaisų tyrimus. Glaudžiai bendradarbiaujama su KTU mokslininkais, Lietuvos edukologijos (buvusio Vilniaus pedagoginio) universiteto Fizikos ir technologijos fakulteto Ultragarsinių mechanizmų laboratorija.
Daugelis mechanikos inžinerijos uždavinių sprendžiami taikant deformuojamo kūno analizinius modelius, kurių patikimumas grindžiamas eksperimentinių tyrimų rezultatais. Tarptautinio pripažinimo sulaukė jau daugiau nei 10 metų Medžiagų atsparumo katedroje užsienio kompanijų užsakymu vykdomi taikomieji atsakingų konstrukcijų bei naujų medžiagų nuovargio ir irimo tyrimai.
Mechanikos fakulteto Medžiagotyros ir suvirinimo katedroje atliekami suvirinimo procesai taikomi svarbių konstrukcijų gamybai, taip pat potencialiai pavojingų ir atsakingų suvirinamų konstrukcijų bei pažangių medžiagų savybių tyrimai.
Be minėtų universitetų, fakultetų, institutų, katedrų ir laboratorijų, svarbūs tyrimai, susiję su mechanikos mokslu, vykdomi ir kai kuriuose kituose universitetuose: LSMU, LEU, ASU.
Mechanikos mokslininkai numato didelį dėmesį skirti:
- šiuolaikinių medžiagų apdirbimo technologijų ir procesų modeliavimui. Sudaromi ir eksperimentiškai validuojami pjovimo įrankių matematiniai modeliai, kurių pagrindu formuojami pagrindinių medžiagų pjovimo procesuose naudojamų įrankių tekinimo, gręžimo, frezavimo modeliai, įvertinantys tiek įrankių tampraus tvirtinimo įtaisuose sąlygas, tiek jų sukuriamą vibracinio žadinimo poveikį sunkiai apdirbamų metalų lydinių (titano, nerūdijančio plieno, volframo, inkonelio) apdirbimui, taikant tradicinį bei vibracinį pjovimo būdus.
Šių tyrimų rezultatai sudaro sąlygas parengti teorinę ir eksperimentinę metodiką, leidžiančią patikimai nustatyti įvairių vibracinio pjovimo įrankių dinamines charakteristikas, sukurti naujų modifikuotų įrankių konstrukcijų, identifikuoti našiausius darbo režimus, kurie užtikrintų aukščiausią ruošinių apdirbimo kokybę, leidžiančią atsisakyti brangiai kainuojančių detalių gamybos operacijų. Pjovimo įrankį sužadinus ypač aukštais dažniais, stebimas trapių medžiagų plastinis tekėjimas. Tai leidžia sukurti efektyvias šiuolaikinių medžiagų apdirbimo technologijas. Ypač aktualūs mikro surinkimo darbai, susiję su šiuolaikinių mikromazgų ir mikroelektromechaninių sistemų, mikroelektronikos, biomechanikos ir kitų sričių poreikiais.
Moderniosios technologijos apima ypač didelio tikslumo reikalaujančius, mikrolygiu vykstančius procesus. Modeliuojant mikrosistemas būtinas šuolis, leidžiantis pereiti nuo tradicinių kontinuumo principais veikiančių metodų prie modernių diskrečiųjų elementų metodų (DEM). Taikant DEM būtų galima spręsti įvairias deformavimo procesų dinamikos, įrankio – gaminio sąveikos medžiagos irimo, dilimo ir kitas technologinių procesų problemas, modeliuoti teršalų šalinimo procesus. Taikant šiuos metodus galima spręsti mikrodalelių ir mišinių transportavimas uždavinius, kurie yra aktualūs ne tik mechanikos, bet ir maisto bei statybos technologijose.
- „Protingų“ medžiagų ir apdirbimo įrankių tyrimams ir taikymams naujose technologijose. „Protingi“ įrankiai pradedami naudoti įvairiose technologinėse operacijose. Juose įmontuotais jutikliais ir bevielio ryšio radijo siųstuvais galima kaupti ir perduoti technologinių įrenginių valdymo sistemoms komandas, keičiančias darbo režimus, prisitaikyti prie geriausių technologinių sąlygų. „Protingos“ medžiagos naudojamos tiek energijos generavimui dėl virpančių technologinių įrenginių, tiek įrankių sužadinimo aktuatoriams kurti.
- Trimačių objektų 3D spausdinimo metodų bei sistemų kūrimui ir tyrimui. 3D spausdinimas – tai naujoji pramonės revoliucija, Lietuvoje žengianti tik pirmuosius žingsnius. Ši revoliucija apims ne tik įprastų mašinų detalių ar prototipų gamybą, bet transformuos ir tokias „egzotiškas“ sistemas, kurios naudojamos medicinos pramonėje, biologijoje, netgi statyboje. 3D spausdinimas turės įtakos įvairių šalių ekonomikoms ir darbo jėgos migracijai, daugiausia – gamybos sektoriui. Jeigu įmonei reikia kokio nors unikalaus ar nepopuliaraus produkto, kur kas paprasčiau jį atsispausdinti vietoje, nei užsakyti iš kitame pasaulio gale esančio, gal net nelabai patikimo tiekėjo. Prognozuojama, kad 2018 m. 3D spausdinimo rinka gali pasiekti 10 mlrd. JAV dolerių apyvartą.
- Technologinių procesų efektyvaus valdymo ir automatizavimo bei robotizavimo problemų sprendimui. Agentinės technologijos, kartu su įterptinėmis sistemomis, taikomos tiek informacijai apie technologijos eigą surinkti, tiek procesams valdyti, projektuoti ir prognozuoti. Numatoma sukurti intelektinių integruotų technologijų ir gaminių projektavimo (ankstyvojoje kūrimo stadijoje) modelį. Modeliavimo metu bus naudojami teoriniai ir eksperimentiniai tyrimo metodai. Eksperimentiniams duomenims apdoroti bus taikomi klasterinės ir statistinės analizės metodai. Bus sukurti nauji inovatyvių produktų gamybos technologijų ir jų darbingumo prognozavimo metodai. Tokių inovatyvių metodų diegimas yra aktualus mechatronikos produktų gamybos ir projektavimo įmonėms ir organizacijoms, siekiančioms aukštesnio inovatyvumo, darbo našumo ir aukštesnės produktų kokybės.
- Paviršinių technologijų ir naujų mikrostruktūrų kūrimui. Šiuolaikiniai mechatroniniai įrenginiai (ypač naudojami aviacijoje, transporto priemonėse, chemijos pramonėje, energetikoje) reikalauja unikalių savybių komponentų, pasižyminčių atsparumu dilimui, karščiui, specifinėmis mikrostruktūromis, tribologinėmis savybėmis. Šios savybės suformuojamos, naudojant mokslo tyrimams imlias technologijas, kadangi kiekvienas savybių rinkinys reikalauja specifinių technologinių procesų ir jų parametrų. Naujų paviršių formavimo technologijų tyrimai aktualūs mašinų gamybos, cheminės pramonės, termoinžinerijos sričių įmonėms.
- Modernių lakštinių apdorojimo technologijų kūrimui. Lietuvos ir ES pramonei orientuojantis į lanksčią nedidelio skaičiaus (smulkiaserijinę) unikalių produktų gamybą, jaučiamas poreikis naujų technologijų, leidžiančių apdirbti lakštinius ruošinius galimai mažiau investuojant į technologinę įrangą. Tradicinės technologinės įrangos (pavyzdžiui, štampų) panaudojimas galimas tik didelės apimties gamybos sąlygomis dėl didelės šios įrangos savikainos. Šiuo metu pasaulyje kuriamos naujos technologijos (pavyzdžiui, laipsninis lakštinių ruošinių formavimas, hidroformavimas, sparčioji technologinės įrangos gamyba ir kt.) yra smarkiai plėtojamos, tačiau dar nepasiekė plataus pramoninio taikymo lygmens. Apie jas beveik nežino ir, aišku, jų nenaudoja Lietuvos pramonė. Todėl būtini taikomieji mokslo tyrimai adaptuojant eksperimentines technologijas pramoniniam panaudojimui.
- Mechaninių technologijų priemonių vibroakustinių procesų monitoringo sistemų kūrimui bei diagnostiniams tyrimams. Vibracijų ir akustinių triukšmų matavimai naudojami ne tik kaip mašinų ar procesų kokybės objektyvi charakteristika, bet ir kaip naudinga informacija diagnostikos procedūroms atlikti, įvertinti įvairių įrenginių ir mechaninių technologijų stabilumą, tikslumą, panaudojimo efektyvumą ir pan. Pastaruoju metu ypatingą vietą šiuose bandymuose užima mašinų, procesų bei technologijų saugos bandymai, tarp kurių galima pažymėti nemažai Europoje standartizuotų bandymų ir stebėsenos procedūrų. Nuolatinis (on-line) ar periodinis (off-line), o pastaruoju metu ir adaptyvusis (kontrolės periodiškumas priklauso nuo diagnozuotos kontroliuojamo objekto būklės) techninės būklės parametrų stebėjimo objektų eksploatacijos principas yra brangus, nes diagnostikos priemonėms reikia didelių investicijų. Tačiau jis užtikrina didžiausią patikimumą. Elementų ištekliai išnaudojami iki galo, sumažinama technologinių įrenginių avarijų ir didelių prastovų rizika. Tinkamai organizavus, šio eksploatacijos metodo ekonominis efektas gali siekti 30 proc. pradinės įrenginių kainos.
- Naujo tipo „sumanių“ medžiagų kūrimui ir tyrimui bei jų panaudojimui kokybiškai naujų mechaninių sistemų konstrukcijose. Realizuojant tokias specifines sistemos savybes, kaip adaptyvumą, didžiulę skyrą ir greitaeigingumą, savidiagnostiką ir savaiminį „gydymą“. Tokių sistemų pavyzdžiai apima lazerio spindulio skenerius lazerinio apdirbimo staklėms, aktyvias pjezoelektrines atramas ir guolius, pozicionavimo sistemas preciziniam detalių apdirbimui, kombinuotus pjezoelektrinius ar reologinių skysčių vibracinius dempferius ir kt. (Tęsinys – kitame numeryje)