Inovace technologie výroby umělých kůží

Transkript

1 Inovace technologie výroby umělých kůží Technology Innovation for the Production of Artificial Leather Hlavní úkoly, cíle a metody řešení projektu Rezortní program TIP 2009 Obsah a) Věcná náplň řešení projektu na jednotlivé roky b) Cíle projektu c) Způsoby dosažení cílů projektu d) Zajištění uplatnění výsledků řešení projektu e) Průzkum upotřebitelnosti výsledků řešení projektu na trhu f) Předpokládané přínosy projektu Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 1 -

2 E-1. Identifikace požadavků a návrh koncepce řešení ( ) Identifikace požadavků na sw vybavení pro pozicování infrazářičů v technologii výroby umělých kůží Získání uceleného soubor požadavků, které má splňovat nově vyvinuté sw aplikace, aby bylo co možná uživatelsky snadné a rychlé navrhnout jednak základní, resp. výchozí konfiguraci IRE (zkr. angl. názvu Infra Red Emitter = infrazářič) pro radiační ohřev tvarově složitý povrchů skořepinových forem, která by byla výchozí pro následné optimalizační procedury související s paralelně vyvíjeným a robustním systémem automatického řízení ohřevu formy v procesech výroby umělých kůží (tzv. slushování). Studie proveditelnosti a návrhy konceptů a globální architektury potřebných sw nástrojů Cílem je na základě předchozí aktivity zformulovat zadání pro tvorbu sw produktů, a to ve formě jasně okomentovaných blokových schémat. Všechny koncepční návrh budou kriticky posouzeny týmem řešitelů i přizvanými externími odborníky a specialisty ze souvisejících fyzikálních oborů, což umožní vytýčení cest pro další vývoj sw technologie. Součástí této etapy projektu bude tvorba smluvních ujednání mezi řešiteli projektu o autorských a uživatelských právech k vyvinutým sw nástrojům, zajištění jejich dalšího vývoje, údržby a poskytování souvisejících služeb (školení nových uživatelů, oprava nedostatků jak ve vlastním sw, tak v související dokumentaci, zapracování nových podnětů od uživatelů, kontinuita dalšího vývoje produktů apod.). Vyhodnocení stávajících provozních a uživatelských zkušeností v předvývoji nasazeném systému regulace teploty. To se týká zejména analýzy vlivu regulační odchylky na kvalitu výrobků. Z tohoto kroku vyplyne specifikace technologických a uživatelských požadavků na regulační systém, na informační systém pro sběr, správu a na vizualizaci technologických dat. V návaznosti na to bude proveden Návrh koncepce distribuovaného regulačního a nadřazeného informačního systému Tím se zajistí úplná komunikace v rámci celého řídicího systému zařízení. E-2. Experimentální podpora projektu ( ) Analýza světového trhu zaměřeného na produkci a dodávky infrazářičů Cílem aktivity je průzkum světového trhu, který se zabývá vývojem, výrobou a dodávkami produktů pro technologie radiačního ohřevu objektů. Výsledkem bude vytvoření databáze potenciálních dodavatelů IRE a vytipování takových dodavatelů, jejichž produkty splní požadavky na technologii výroby umělých kůží. Tato databáze bude v půlročních cyklech aktualizována, aby bylo možné průběžně provádět optimalizaci ekonomických ukazatelů procesů slushování. Identifikace fyzikálních charakteristik vybraných infrazářičů pro potřeby vyvíjené technologie Záměrem souboru těchto aktivit je návrh a vývoj experimentálního programu (metodika, experimentální měřící stanoviště), který zajistí jednak změření výkonových charakteristik IRE v jejich různých konfiguracích nutných pro parametrické zadání relevantních fyzikálních hodnot do vyvíjené sw technologie a jednak kontrolu funkčnosti a výkonnosti sestav IRE v průběhu jejich dlouhodobé funkce v technologii ohřevu forem. Specifikace technických prostředků pro komplexní regulační a informační systém Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 2 -

3 Bude zpracován přehled vhodných měřicích, řídicích, komunikačních, výpočetních a zobrazovacích prvků, provedena revizi konstrukce měřicích ústředen pro vstup řádově desítek signálů ze snímačů teploty a budou vybrány, ověřeny funkcí a možnosti vzájemné komunikace prvků pro vytvoření navržené sestavy řídicího a informačního systému. Dále bude provedeno zajištění a ověření vývojového a systémového programového vybavení. Během této etapy vznikne návrh na uspořádání laboratorního pracoviště pro experimentální ověření klíčových částí regulačního a informačního systému a bude provedena se jeho fyzická realizace. E-3. Výzkum a vývoj informačních prostředků ( ) Návrh metodiky práce s geometrickými daty objektů potřebných pro tvorbu virtuální sestavy infraohřevu Výsledkem etapy bude metodický návrh na přípravu, zpracování a další práci s geometrickými a topologickými daty objektů situovaných do sestavy tzv. úplného slushovacího modulu (rámy a ostatní nosné konstrukce, slushovací forma, držáky IRE v optimalizovaných pozicích, pozice termočlánků s příslušenstvím apod.). Realizace vybraného konceptu sw nástrojů pro pozicování infrazářičů nad topologicky složitými strukturami skořepinových forem Cílem je vlastní tvorba sw nástrojů a jejich vzájemné propojení umožňující interaktivní práci s virtuálním úplným slushovacím modulem tak, aby každý stav pozic držáků s IRE a termočlánkových čidel (výchozí a posléze optimalizovaný) byl exportovatelný do datových formátů manipulačních robotů a současně zadokumentován do databázového systému konkrétního výrobního projektu. Součástí této nejnáročnější etapy bude návrh, vývoj a otestování vhodných numerických postupů a procedur potřebných pro optimalizaci výchozích pozic infrazářičů. Vývoj algoritmů regulátorů a modulů informačního systému Práce v této etapě budou zaměřeny na detailní zhodnocení regulačních procesů ve stávajícím řízení. Bude provedena identifikace řízené soustavy, optimalizace parametrů dílčích regulačních smyček a navržena koordinace regulátorů vzájemně se ovlivňujících regulačních obvodů. Průběžně prováděné analytické a experimentální práce podpoří a ověří schopnosti a funkce navržených regulačních principů. E-4. Testování a zkušební provoz informačních prostředků ( ) Testování funkcí sw vybavení a jeho optimalizace z hledisek potřeb uživatele Cílem je verifikovat funkčnost a uživatelský komfort vytvořených sw produktů jak na vybraných historických datech z již realizovaných projektů, tak na datech potenciálně připravovaných nových projektů. Vyhodnocení dosažených výsledků a jejich prezentace, zahájení řízení pro ochranu duševního vlastnictví Cílem je vyhodnocení zkušeností z dosavadního vývoje, získání souhrnu poznatků a referencí o vyvinuté sw technologii a její prezentace odborné veřejnosti. Součástí aktivit v této etapě bude dokončení potřebných kroků vedoucí k ochraně autorských práv a certifikaci vyvinutých sw prostředků. Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 3 -

4 Testování všech funkcí informačního systému a regulace V rámci této etapy bude provedeno otestování všech funkcí systému v ověřovacím provozu a bude kvalifikovaně zpracováno jeho hodnocení, případně bude provedena optimalizace. E-5. Vyhotovení dokumentace a implementace nových informačních prostředků do praxe ( ) Cílem bude vytvoření uživatelské dokumentace k sw produktům a procesním postupům. Návod na použití bude interaktivní, včetně tzv. helpu, konkrétně a v detailech popisující jednotlivé funkce vytvořeného software. Hodnocení přínosů projektu a implementace sw technologie do praxe. Prezentace projektových řešení a jejich přínosů na úrovni top managementů subjektů zúčastněných v projektu. Proškolení vybraných pracovníků zajišťujících procesy probíhající v rámci výroby umělých kůží. Implementace informačního systému a regulace do výrobní praxe Práce v této etapě se budou týkat převody vyvinutých algoritmů automatického řízení na cílovou platformu řídicího systému. Provede se programové a technické zajištění komunikačního propojení ve struktuře řídicího a informačního systému, zrealizují se technické a programové prostředky tak, aby mohla být provedena kontrola správné funkce důležitých komponent regulačních obvodů, komunikací apod. Zajistí se výměna dat mezi řídicím systémem výrobní linky a regulátorem teploty formy a bude provedena parametrizace regulace teploty pro případy, kdy je nutné řešit neočekávané situace. Konečně se zajistí vazba na nadřazený informační systém závodu. Kompletní zpracování dokumentace k informačnímu systému a regulaci Průběžně bude vytvářena a zpracovávána kompletní dokumentace podle zásad environmentálního managementu a systémů řízení kvality. Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 4 -

5 a) Věcná náplň řešení projektu na jednotlivé roky Etapy řešení projektu a jejich věcná náplň E-1. Identifikace požadavků a návrh koncepce řešení ( ) Identifikace požadavků na sw vybavení pro pozicování infrazářičů v technologii výroby umělých kůží Studie proveditelnosti a návrhy konceptů a globální architektury potřebných sw nástrojů Vyhodnocení stávajících provozních a uživatelských zkušeností Návrh koncepce distribuovaného regulačního a nadřazeného informačního systému Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 E-2. Experimentální podpora projektu ( ) Analýza světového trhu zaměřeného na produkci a dodávky infrazářičů Identifikace fyzikálních charakteristik vybraných infrazářičů pro potřeby vyvíjené technologie Specifikace technických prostředků pro komplexní regulační a informační systém Návrh a realizace laboratorního pracoviště pro experimentální ověření klíčových částí regulačního a informačního systému E Výzkum a vývoj informačních prostředků ( ) Návrh metodiky práce s geometrickými daty objektů potřebných pro tvorbu virtuální sestavy infraohřevu Realizace vybraného konceptu sw nástrojů pro pozicování infrazářičů nad topologicky složitými strukturami skořepinových forem Vývoj algoritmů regulátorů a modulů informačního systému E-4. Testování a zkušební provoz informačních prostředků ( ) Testování funkcí sw vybavení a jeho optimalizace z hledisek potřeb uživatele Vyhodnocení dosažených výsledků a jejich prezentace, zahájení řízení pro ochranu duševního vlastnictví Testování všech funkcí informačního systému a regulace E-5. Vyhotovení dokumentace a implementace nových informačních prostředků do praxe ( ) Vytvoření uživatelské dokumentace k sw produktům a procesním postupům Hodnocení přínosů projektu a implementace sw technologie do praxe Implementace informačního systému a regulace do výrobní praxe Programové a technické zajištění komunikačního propojení ve struktuře řídicího a informačního systému Kompletní zpracování dokumentace k informačnímu systému a regulaci Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 5 -

6 b) Cíle projektu S-1: Vyvinout a ověřit počítačovou aplikaci pro komplexní podporu návrhu a realizaci ohřívacích jednotek. Jedná se úzce specializovanou aplikaci kombinující funkce CAD a funkce simulační s návazným přepočtem souřadnic pro polohovací zařízení - robota. Součástí aplikace bude modul pro import dat z designu výrobku, resp. nástroje, databáze vlastností užívaných typů infrazářičů, modul optimalizačního výpočtu výchozího uspořádání zářičů, interaktivní prostředí pro uživatelské iterace vypočteného nastavení, modul vizualizace průběžného výsledku distribuovaného toku energie a modul zpracování výsledných souřadnic pro pořízení dokumentace a jejich převzetí polohovacím robotem. S-2: Realizovat komplexní revizi technických a programových prostředků automatického řízení teplotního pole na pracovním povrchu formy. Prozkoumat, vyvinout a aplikovat pokročilé algoritmy automatického řízení a principy jejich koordinaci při řízení teplotního pole na povrchu tepelně vodivého materiálu. S využitím nových informačních technologií navrhnout a realizovat efektivní informační systém pro správu, monitoring a kontrolu současně běžících desítek až stovek regulačních procesů. Vybavit stávající informační systém dalšími funkcemi nezbytnými pro sledování a prokazování stability technologického procesu a evidenci kvality výrobků. c) Způsoby dosažení cílů projektu Projektové cíle budou dosaženy následujícími způsoby a metodami práce: Pro daný projekt bude jmenován projektový tým, skládající se z klíčových pracovníků příjemce a spolupříjemců dotace. Tým bude řízen vedoucím projektu a budou používány standardní nástroje projektového řízení. Za účelem monitorování procesů probíhajících v rámci naplánovaného projektu se budou uskutečňovat pravidelná jednání projektového týmu ve 14-ti denním nebo maximálně měsíčním cyklu. Na poradách projektového týmu budou hodnoceny jednotlivé prvky, aktivity a činnosti řešitelů projektu. Tým řešitelů bude postupovat podle detailně rozpracovaného plánu, jehož základ tvoří shora uvedené projektové etapy. Zpracování detailního plánu bude provedeno v prostředí MS project. Budou definovány jednotlivé zdroje, milníky projektu a časové osy jednotlivých etap. Nevylučují se operativní změny a rozhodnutí, ale pouze v rámci předem dohodnutých regulí a zásad a to vždy v souladu s aktuálním zněním Zákona o podpoře výzkumu a vývoje z veřejných prostředků. Kontrolní činnosti budou jak formální, tak věcné. Jednotlivé činnosti budou průběžně písemně dokumentovány. Plán činností bude zahrnovat i naplánované termíny kontrolních dnů, na které budou zváni představitelé vrcholových managementů zúčastněných subjektů v programovém projektu. Výsledky jednání z kontrolních dnů budou určující pro další postup a stanou se tak hlavní metodou řízení projektu. Z jednání budou zhotovovány zápisy, materiály k poradám a prezentace dosažených výsledků za uplynulé období budou archivovány a kdykoli k dispozici kontrolním orgánům poskytovatele dotace. Zúčastněné subjekty povedou za účelem korektního řešení projektu oddělenou evidenci čerpání uznatelných nákladů a vlastních zdrojů a to s měsíční periodicitou. Příjemce a spolupříjemci dotace mají připraveny jak personální tak i laboratorní a strojní kapacity pro úspěšné řešení projektu. Dále jsou zaplánovány a vytvořeny zdroje pro zajištění financování příslušného podílu příjemce (Magna Bohemia) a spolupříjemce (LENAM). Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 6 -

7 d) Zajištění uplatnění výsledků řešení projektu Plná garance za zajištění uplatnění výsledků řešení projektu je na straně příjemce dotace, tj. firmy Magna Exteriors & Interiors (Bohemia), s.r.o. Ta výsledky realizovaných inovací zhodnotí ve své budoucí produkci interiérových dílů dopravních prostředků, které jsou situovány do závodů na území České republiky (Liberec, Libáň, Nymburk). Svému vývojovému partnerovi a spolupříjemci dotace firmě LENAM, s.r.o. poskytne podíl na uplatnění výsledků programového projektu v takové výši a v takovém časovém období, které jí umožní návratnost vložených vlastních zdrojů včetně obvyklých přidaných hodnot. Pokud bude projet realizován ve shora uvedeném rozsahu a v předpokládané kvalitě, získá příjemce dotace ještě výraznější náskok před svými konkurenty a jeho vývojoví partneři další participaci na přípravě a realizaci budoucích sériových projektů. Tím se vytváří předpoklad nejen udržení zaměstnanosti, ale i další rozvoj závodů Magna a spolupracujících partnerů v uvedených lokalitách. e) Průzkum upotřebitelnosti výsledků řešení projektu na trhu Umělé kůže z termoplastických elastomerů slouží k potahování vnějších povrchů některých panelů interiérů motorových vozidel. Nejtypičtějším příkladem jejich použití je přístrojová deska osobního automobilu. Typickými materiály pro výrobu umělých kůží jsou termoplastické elastomery na bázi PU nebo PVC. Vzhledem k obvyklé značné tvarové složitosti se výrobek z umělé kůže nejčastěji vyrábí nanášením práškového termoplastického elastomeru na lícovou stranu horké negativní kovové formy, na níž se prášek nataví a slinuje do tenké kompaktní vrstvy. Po ochlazení formy se hotový výrobek z formy sejme. Forma dá umělé kůži příslušný žádoucí tvar a současně i přesný otisk svého povrchu, kterým bývá nejčastěji jemný reliéfní dezén. Proces kvalitního slinování termoplastického elastomeru vyžaduje dodržení teploty slinování kolem 220 C v úzkém tolerančním intervalu. To vyžaduje co nejrovnoměrnější rozložení teploty po celém lícovém povrchu formy, což při její obvyklé tvarové složitosti není snadné dodržet. Práškový termoplastický elastomer se na formu nanáší buď stříkáním, nebo posypem, přičemž formu je přitom zapotřebí polohovat nebo převracet. Z důvodů produktivity a spotřeby energie je přitom žádoucí, aby ohřev i ochlazování formy byl co nejrychlejší. To je jeden z důvodů, proč se pro výrobu umělých kůží používají tenké skořepinové kovové formy. Tenká skořepinová forma má ale zároveň nevýhodu, že její tepelná kapacita je často velmi malá, takže skořepinovou formu je během slinování materiálu kůže třeba v mnoha případech dohřívat, aby výsledná umělá kůže splňovala požadavky na kvalitu z hlediska vzhledu ale i bezpečnosti posádky (zejména u přístrojových desek). K ohřevu skořepinové formy lze použít různých způsobů: plamenem, horkým pískem, horkou solnou lázní, horkou párou, infračerveným zářením nebo horkým vzduchem. Ohřívána je vesměs rubová strana formy, zatímco materiál umělé kůže se nanáší na stranu lícovou. Existují i řešení, využívající k ohřevu formy horké médium protékající tenkými trubkami, připájenými k povrchu rubové strany formy. Zařízení pro ohřev formy většinou ohřívá formu jako jeden celek, bez možnosti ovládat ohřev lokálně. U rozměrných a zároveň složitějších tvarů formy je proto velmi obtížné dosáhnout a udržet během nanášení i slinování práškového termoplastu teplotu formy dostatečně rovnoměrnou po celé její ploše. Současně ale nutnost polohování či převracení formy během nanášení prášku a slinování znamená, že má-li být při něm forma dohřívána, musí se s formou současně pohybovat resp. převracet i celé zařízení pro její ohřev, které by proto nemělo být příliš rozměrné, ani příliš těžké. Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 7 -

8 Doposud jen infrazářiče, rozměrově mnohem menších než jsou rozměry ohřívané formy, je možné použít jako stavebnicových modulů a sestavovat z nich komplexní zařízení k ohřevu forem pro výrobu umělých kůží. Infrazářiče sice zajišťují rychlý ohřev formy a případné vadné zářiče lze snadno vyměňovat, ale vyžadují velmi přesné nastavení, robustní a spolehlivou regulaci, neboť tepelné stopy jednotlivých infrazářičů na ozařovaném povrchu formy mají na okrajích teplotního pole strmé gradienty. Problematický je přitom ohřev velmi šikmých a odvrácených ploch formy, neboť zatímco na plochách ozařovaných kolmo může současně hrozit lokální přehřátí až připálení materiálu, šikmé plochy se zářením ohřívají jen málo a odvrácené plochy vůbec ne. I když je tato metoda z hlediska ekonomiky provozování této zpracovatelské technologie jednou z energeticky nejvhodnějších, má svá úskalí a rizika, která chce odstranit předkládaný komplexní projekt. f) Předpokládané přínosy projektu Zajištění a posílení výrobní náplně pro tuzemské závody příjemce dotace, což povede nejen k udržitelnosti zaměstnanosti v daných regionech, ale i k jejímu rozšíření. Dosažení nižší ceny produktu tím, že příjemce dotace je schopen zajistit vlastní pružnou a komplexní dodávku požadovaných prací jak ve fázi přípravy nových produktů, tak ve fázi jejich vlastní průmyslové výroby. Získání vlastního know-how a předstihu v oblasti technologie výroby umělých kůží komplikovaných forem, tvarů i různých barevných odstínů a kombinací. Nezávislost na subdodavatelích umělých kůží z eurozóny. Dosažení vyšší kvality produktu než má konkurence. Schopnost rychlé reakce na požadavky zákazníků. Možnost nabízet vyšší užitnou hodnotu interiérových objektů i pro vozy nižší cenové kategorie, což přispěje jak ke komfortu posádky vozidel, tak k její bezpečnosti. Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 8 -

9 g) Aktualizovaný harmonogram etap a podetap projektu Etapa a podetapy 1a 1b 1c 1d 2a 2b 2c 2d 3a 3b 3c Název etapy a stručný přehled činnosti v v etapě Rok 2009 Identifikace požadavků na sw vybavení pro pozicování infrazářičů v technologii výroby umělých kůží Studie proveditelnosti a návrhy konceptů a globální architektury potřebných sw nástrojů Vyhodnocení stávajících provozních a uživatelských zkušeností v předvývoji nasazeném systému regulace teploty. Návrh koncepce distribuovaného regulačního a nadřazeného informačního systému Analýza světového trhu zaměřeného na produkci a dodávky infrazářičů Identifikace fyzikálních charakteristik vybraných infrazářičů pro potřeby vyvíjené technologie Specifikace technických prostředků pro komplexní regulační a informační systém Návrh a realizace laboratorního pracoviště pro experimentální ověření klíčových částí regulačního a informačního systému Návrh metodiky práce s geometrickými daty objektů potřebných pro tvorbu virtuální sestavy infra ohřevu Realizace vybraného konceptu sw nástrojů pro pozicování infrazářičů nad topologicky složitými strukturami skořepinových forem Vývoj algoritmů regulátorů a modulů informačního systému Zajištění řešení etap (organizace) Termín ukončení etapy (měsíc/rok) CI, LENAM 9/09 TUL, LENAM 9/09 CI, LENAM, TUL 10/09 TUL 10/09 CI, LENAM 12/09 LENAM, TUL 12/09 CI, TUL 12/09 LENAM, TUL 12/09 LENAM, TUL 3/11 LENAM, TUL 3/11 TUL 3/11 Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka - 9 -

10 Etapa a podetapy 4a 4b 4c 5a 5b 5c 5d 5e Název etapy a stručný přehled činnosti v v etapě Roky 2010 a 2011 Testování funkcí sw vybavení a jeho optimalizace z hledisek potřeb uživatele Vyhodnocení dosažených výsledků a jejich prezentace, zahájení řízení pro ochranu duševního vlastnictví Testování všech funkcí informačního systému a regulace Rok 2012 Vytvoření uživatelské dokumentace k sw produktům a procesním postupům Hodnocení přínosů projektu a implementace sw technologie do praxe Implementace informačního systému a regulace do výrobní praxe Programové a technické zajištění komunikačního propojení ve struktuře řídicího a informačního systému Kompletní zpracování dokumentace k informačnímu systému a regulaci Orientační zajištění řešení etap (organizace) Orientační termín ukončení etapy (měsíc/rok) CI, LENAM, TUL 12/11 CI, LENAM, TUL 12/11 CI 12/11 TUL, LENAM 7/12 LENAM, CI 7/12 TUL, LENAM 7/12 TUL 7/12 TUL 7/12 Inovace technologie výroby umělých kůží Stránka