Dorința de a face mai bine, de a-ți depăși nivelul atins, este recunoscut a existat în întreaga evoluție a rasei umane. Adaptarea la condiții de viață, climă, amenințări au făcut ca inteligența umană, modul de a evalua date și de a lua măsuri corespunzătoare au condus la evoluția rasei și la calitățile și defectele actuale.
Preluând tradiţiile Olimpiadelor grecești, baronul Pierre de Coubertain a reușit reeditarea lor din patru în patru ani, sub deviza: citius, altius, fortius, ceea ce înseamnă – mai repede, mai sus(înalt), mai puternic. Aceste ţinte pot fi identificate în aproape toate eforturile de dezvoltare, indiferent de domeniul vieţii. Cultura greacă a fost preluată și răspândită de romani, care au fost foarte pragmatici în toate cele pe care le-au întreprins. Pentru a evita munca în zadar (pe care eu o consider una din cel mai păguboase aspecte ale civilizaţiei noastre, a românilor) au pus în practică un principiu pe care firmele de succes le adoptă și le practică și astăzi, anume: non multa sed multum, adică nu cantitate, ci calitate. Este adevărat faptul că există companii care adoptă fie unul, fie altul din aspectele menţionate, sau fac un compromis între cele două! (vezi produse premium faţă de cele de duzină).
Una din învăţăturile lui Budha spune că nimic nu este permanent. Aș adăuga și următoarele:
- Unul din cele mai mari daruri pe care CREATORUL (indiferent cum este conceput) ni le-a dat este faptul că nu suntem perfecţi!
- O consecinţă a acestui fapt este următoarea: singurul obiect perfect realizat de om (în accepţiunea mea) este sfera, bila de rulment. Dacă presupunem că această sferă (de dimensiuni corespunzătoare) este privită de doi oameni, pot apare următoarele situaţii:
- Dacă ei sunt plasaţi diametral opus, fiecare vede (teoretic) doar o jumătate de sferă, care, din anumite puncte de vedere (reale sau imaginare) diferă de cealaltă jumătate;
- Dacă cei doi se deplasează (rotesc) în jurul sferei cu aceeași viteză de rotaţie, lucrurile rămân neschimbate;
- Dacă vitezele lor diferă, la un moment dat câmpurile de vedere încep să se suprapună, în proporţii diferite;
- Dacă cei doi stau unul în spatele celuilalt, cel din spate vede sfera doar prin ochii celui ce stă în faţă.
Din aceste situaţii se pot evidenţia următoarele tipuri de relaţii:
- Dacă cei doi sunt în poziţii opuse, chiar dacă se deplasează în același sens și cu aceeași viteză, nu există niciun fel de dialog, de cooperare;
- Dacă se deplasează în sensuri contrare, sau cu viteze diferite, suprapunerea câmpurilor vizuale (în diferite grade) înseamnă posibilitatea de a dialoga, de a accepta opinia celuilalt și de a ajunge la un dialog, compromis;
- Dacă cei doi se află unul în spatele celuilalt, apare substituirea de personalitate, adică anularea individualităţii unuia din ei (cel care se află în spate).
Ca o primă concluzie pot afirma că structura noastră, ca indivizi, ne împiedică să vedem în același mod chiar o creaţie care este sau tinde spre perfecţiune!
O altă consecinţă este faptul că vom avea, ca specie, ceva de făcut atâta timp cât vom exista.
Pe de altă parte, de la începutul Revoluţiei Industriale – pornite de lorzii englezi, care își foloseau parte din avere pentru cercetare (știinţe exacte, mecanică, fizică, chimie, pentru tehnică etc) - s-a dorit realizarea de bunuri cu durată de utilizare mare. La transferul acestei revolurevoluţii pe pământ american, viziunea s-a modificat.
Dacă faci lucruri de uz de lungă durată, cu ce se vor ocupa oamenii (industria)? Pe de altă parte, activitatea de creaţie (design) în domeniul industrial a condus la evoluţia gusturilor (indusă, provocată), ceea ce făcea ca anumite produse, deși erau funcţionale și în parametrii acceptaţi, să devină vechituri.
Un exemplu edificator îl reprezintă automobilele, dar și îmbrăcămintea feminină, cosmeticalele etc, care, deși sunt funcţionale, nu mai au aerul la modă!
La ora actuală, una din preocupările majore ale producătorilor de mașini-unelte este de a oferi beneficiarilor lor mașini și sisteme/linii de fabricaţie care să poată prelucra economic și profitabil piese unicat, care trec prin linie o singură dată. Se poate ajunge la fabricaţia personalizată, în care produsul realizat are un cumpărător real, fizic. Se pune problema preţului, dar aceasta este una din preocupările producătorilor de mașini-unelte de a le face suficient de flexibile, calitate care se asigură și cu software-ul de rigoare (inclusiv cu modalităţile de dialogare dintre sistemul de fabricaţie și portofoliul de comenzi), cu accesarea sculelor, a dispozitivelor necesare etc. Principiul se va extinde și altor echipamente și procedee tehnologice!
Fiind vorba despre flexibilitate, un exemplu rămas clasic a fost cel legat de Henry FORD, cel care a convins inginerii să divizeze procesul de montare a automobilului astfel încât un fermier adus de pe câmp să poată lucra pe linia de montaj în maximum o săptămână. A fost întrebat de către un ziarist dacă poate oferi automobile la culoarea dorită de cumpărător. După o mică ezitare Ford a răspuns: da, atâta timp cât este neagră! Lucrurile, relaţiile s-au schimbat și acum ţinta producătorului este să satisfacă cât mai deplin dorinţele, gusturile beneficiarului.
La abordarea problemelor legate de progres, de cercetare, de dezvoltare a societăţii, trebuie să se ţină seama de faptul că „oamenii se împart în trei categorii: unii înaintează și-și consumă toate forţele pentru a face să progreseze știinţa,tehnica/tehnologia, cultura și omenirea – personalităţi cu vederi progresiste (1); majoritatea sunt cei care merg odată cu progresul, puţin alături (uneori), fără a-l împiedica sau ajuta (2); oameni care rămân în urmă, frânând cultura – indivizi conservatori, fricoși și lipsiţi de imaginaţie (3)″ Piotr KAPITZA.
Din cercetări efectuate de sociologi, din prima categorie (1) fac parte circa 5% din populaţie, din cea de a doua (2) circa 55%, iar restul din a treia categorie (3). Această imagine se potrivește și afirmaţiei făcute de Sir Winstone CHURCHILL (s-a referit la Apărarea Angliei în Cel de al Doilea Război Mondial): niciodată atât de mulţi (poporul englez) nu au datorat atât de mult celor puţini (piloţii militari). Din prima categorie fac parte creatorii de toate tipurile (artiști, savanţi, cercetători etc), care creează, descoperă ducând societatea înainte (nu întotdeauna benefic!!!) și care mănâncă pentru a trăi; din a doua fac parte cei cu un nivel de dotare intelectuală normală, cu o cultură medie sau înaltă, care înţeleg ceea ce li se cere și știu să aducă la îndeplinire sarcinile pe care și le asumă; în cea de a treia categorie sunt cei care trăiesc ca să mănânce și nu invers(!), care trebuie să fie împinși, îndrumaţi și supravegheaţi permanent până la îndeplinirea sarcinilor.
„Toți oamenii care știu să citească au puterea de a se depăși pe ei înșiși, de a multiplica în mod creator modurile lor de existență, au puterea să facă în așa fel încât viața lor să fie interesantă și plină de semnificații.” Aldous HUXLEY
Cu alte cuvinte, bucuriile vieţii nu trebuie să se rezume doar la cele ale trupului (condiţie de animal, nu de fiinţă gânditoare: omul nu este decât o trestie, dar una gânditoare – Blaise PASCAL).
NATURA din care facem parte, pe care nu trebuie să o stăpânim/învingem, ci să o înţelegem, să ne integrăm armonios în ea, ne oferă foarte multe modele, pe care, de-a lungul istoriei am încercat să le imităm, să le perfecţionăm și, poate cel mai interesant lucru, să ne înţelegem pe noi înșine, ca fiinţe gânditoare! Din ceea ce știam la un moment dat, două lucruri au fost inventate de om, care nu există în natură: roata și laserul. Relativ recent s-a descoperit că undeva, în univers, există o stea care se comportă ca un laser în impulsuri, deci nu mai avem proprietate intelectuală decât asupra roţii!
Încerc în această relativ lungă introducere să mă apropii de subiectul pe care mi l-am propus: PREZENTUL ȘI VIITORUL MAȘINILOR-UNELTE. În câteva discuţii avute cu persoane cu un înalt grad de competenţă în domenii diferite de mașinile-unelte, acestea au recunoscut că inginerii din acest domeniu sunt integratori de tehnologii, sau, cu alte cuvinte, pentru a realiza (concepe, prelucra, asambla, exploata etc) o mașină-unealtă este nevoie de mai multe condiţii.
Unele au fost prezentate în articole anterioare, dar cred că ar fi utilă prezentarea lor și aici, ţinând cont de complexitatea mai mare a acestor echipamente (nu exclud faptul că sunt și alte realizări umane/inginerești care au la bază integratori de tehnologii - aviaţie, auto etc). În anumite limite, într-o accepţiune specială, se poate aplica dictonul lui SENECA: nimic din ce este omenesc nu-mi este străin. Adaptând subiectul dictonului, înseamnă că pentru realizarea unei mașini-unelte la cerinţele de azi și de mâine sunt necesare (cel puţin) următoarele condiţii:
a. Să cunoască foarte bine structurile de mașini-unelte: sisteme de bazare, sisteme de acţionare, de ghidare, de lăgăruire, de protecţie, de fixare a piesei sau sculei etc;
b. Ce materiale se folosesc pentru atingerea scopurilor (caracteristici tehnice ale mașinii, durabilitate etc) și prin ce procedee tehnologice se pot transforma în piesele necesare;
c. (mai nou, din motive ecologice) Care este gradul de reutilizare a materialelor după dezactivarea mașinii (evitarea poluării, diminuarea apelării la exploatări miniere, diminuarea rezervelor descoperite deja etc);
d. Care sunt cerinţele specifice – definite sau întrevăzute – ale utilizatorului: caracteristici tehnice (curse, turaţii, viteze de avans, număr de axe comandate simultan, tipuri de materiale de prelucrat etc);
e. Ce echipamente de comandă numerică și tipuri de programe (software) sunt necesare;
f. Ce posibilităţi de actualizare/modernizare sunt și la ce se referă (hardware și software);
g. Tipuri de operaţii de prelucrare și familii de scule așchietoare (dacă este posibil, un singur furnizor);
h. Fluide utilizate pentru buna funcţionare a mașinii, a componentelor implicate în funcţionarea mașinii și a procesului de așchiere;
i. Măsuri de protecţie (securitate) a personalului, mașinii, mediului, de asigurare a bunei funcţionări, cu sesizarea unor anomalii (monitorizare);
j. Posibilitatea integrării în linii de fabricaţie automate, fără necesitatea supravegherii umane (unatended operation);
k. Posibilităţi de școlarizare (pregătire a personalului), de asigurare a service-ului, a pieselor de schimb, proceduri de întreţinere etc.
Secolul care s-a încheiat a fost denumit secolul vitezei, cu referire, în special la viteze de deplasare cu vehicule de diferite tipuri. Pentru moment, realizările satisfac în mare măsură așteptările (cercetări în domenii specifice continuă cu asiduitate!). Acum, accentul în tehnică/tehnologie (inclusiv în domeniul mașinilor-unelte) se pune pe comunicare, cu referire la:
- Achiziţia de date privind starea mașinii, prelucrarea lor și elaborarea de diagnoze actualizate, în vederea întreţinerii preventive;
- Accesul la fișiere de date (CAD/CAM) de la distanţă (programe de prelucrare, documentaţie de execuţie, modificări cerute de beneficiar, sau considerate a fi necesare din diverse motive justificate etc);
- Posibilitatea accesării unor baze mari de date (cloud), a efectuării la nivelul secţiei de producţie a unor operaţii informatice (edge computing);
- Accesul la solicitări ale beneficiarilor, care necesită ajustări ale procesului tehnologic, a caracteristicilor piesei etc;
- Date, informaţii privind evenimente naţionale sau internaţionale, date furnizate de concurenţă sau de potenţiali beneficiari, realizări tehnice sau știinţifice în domenii conexe, pentru îmbunătăţirea performanţelor mașinilor în fabricaţie, sau pentru dezvoltatrea unor variante noi;
- Studii de specialitate, de piaţă, de conjunctură economică, de politici de cadre etc.
Lupta se duce pentru productivitate, preţ de cost, calitate, termene de livrare, satisfacerea cât mai deplină a solicitărilor (eventual cu un plus de ofertă!). O întrebare care se poate pune tuturor celor care sunt implicaţi în întregul ciclu al produselor, de la concepţie până la vânzare: ce se întâmplă cu produsele greu vandabile sau nevandabile? Cred că aceeași întrebare și-au pus-o și alţii. Unul din răspunsurile economice, ecologice, comerciale etc este oferirea de produse personalizate, realizate pe linii de fabricaţie automate, complexe – serie egală cu un singur produs! Ce implicaţii are această poziţie asupra echipamentelor (hard și software), asupra comunicaţiilor, sculelor, regimurilor de prelucrare, dispozitivelor de fixare a pieselor și sculelor, certificării calităţii și multe altele?
NOTA: În [23] se descriu posibilităţile și pericolele pe care le poate oferi un sistem de accesare a datelor. App-ul TikTok, proprietate a unei firme din China, poate acumula un volum imens de date personale, contacte sociale, adrese email, date biometrice etc. El știe nu doar cine îl utilizează, ci și care îi sunt contactele, unde trăiește, unde călătorește, înregistrează subiectele abordate și pregătește reclame personalizate. În SUA este interzisă utilizarea lui de către funcţionari guvernamentali de pe aparate oficiale. Este un instrument foarte valoros pentru spionaj industrial, care adună date despe clienţi, comenzi, volumul acestora, cine sunt clienţii clienţilor, modalităţi și posibilităţi de plată etc. Analiza acestor volume mari de date poate fi folosită și de IMM-uri pentru dezvoltare, în același mod ca multinaţionalele/firme miliardare. Ca și în natură, un efect benefic poate fi dublat de elemente toxice (cazul unor fructe), ceea ce conduce la utilizarea cu precauţiuni a multor noutăţi! (inclusiv în tehnică).
Se afirmă de multă vreme faptul că una din cele mai valoroase surse de materii prime o constituie economiile de materiale sau/și reciclarea. În anii 1970 erau preocupări de diminuare a greutăţii elementelor de structură ale mașinilor-unelte (prin diminuarea grosimii pereţilor pieselor, de exemplu), pentru a economisi material, pentru a diminua preţul etc.
În acest sens a fost dezvoltat un instrument de cercetare (aparatură și software) numit Analiză Modală (Modal Analysis - MA), care permitea evidenţierea unor parametri dinamici ai structurilor: vibraţii și frecvenţe proprii de vibraţii, amplitudini ale acestora, fazele. Procedura a fost cuplată cu un alt instrument analitic și anume Analiza cu Element Finit (Finite Element Analysis -FEA), care, în timp, a extins posibilităţile de modelare: de la determinarea stării de efort în toate zonele/punctele unei structuri și a deformaţiilor mecanice, s-a extins la determinarea câmpului termic (câmp de temperaturi și deformaţii termice) la suprapunerea câmpurilor, adică moduri de comportare mecanice în regim de variaţie a regimului termic.
Aplicaţiile actuale au fost extise de la structuri realizate din materiale omogene (un singur tip de material) la structuri compozite (betoane, materiale plastice armate cu diferite tipuri de fibre etc). Aceste instrumente permit proiectanţilor să cioplească (prelucreze) materialul virtual, înainte de a transforma documentaţia de execuţie în obiecte fizice (cu economiile de rigoare: materiale, timp, uzuri etc).
La sfârșitul anilor 1980 am avut acces la un material documentar elaborat de compania Mazak. Din analiza efectuată de specialiștii companiei rezulta că nu este economic, tehnic și comercial să oferi pieţei două structuri de mașini-unelte – teoretic identice – pentru operaţii de degroșare și, distinct, o altă mașină destinată operaţiilor de finisare. Concluzia a fost că trebuie realizată o mașinăunealtă pe care să se poată efectua economic și precis ambele tipuri de prelucrări.
Pentru aceasta, compania a hotărât, pe baza cercetărilor, că grosimea pereţilor determinată prin MA și FEA trebuie înmulţită cu cinci!!! S-a ajuns la mașini-unelte mai grele, dar cu utilizare în toate tipurile de prelucrări. Prin modul de funcţionare/operare mașinileunelte sunt echipamente care transformă materiale brute în piese finite prin îndepărtare, extragere de material. Considerând probleme de economie de materiale, scurtarea duratei de execuţie, transferul rapid al fișierelor CAD în produs (aproape) finit, combinarea de diferite materiale în funcţie de condiţiile funcţionale ale componentei, de realizarea de componente care, din cauza complexităţii formelor (inclusiv existenţa unor spaţii închise, neaccesibile prin așchiere) a fost dezvoltată o altă tehnologie: Fabricaţia Aditivă (care posedă aceleași posibilităţi cinematice ca o mașină-unealtă cu cinci axe, cu surse laser, cu sisteme de alimentare controlată cu pulberi de diferite materiale, sau pat de pulberi) prin care se pot realiza piese de o complexitate de neimaginat, care nu pot fi realizate prin așchiere. Rămân de rezolvat mai multe probleme, între care rugozitatea suprafeţelor, precizia dimensională, de formă și poziţie.
Cu această tehnologie se economisesc materiale, inclusiv de tipul celor scumpe, rare (metale pentru aliaje cu caracteristici deosebite –W, V, Mo, Ni etc, sau metale nobile Au, Ag, Pt, Ir etc). Pentru obiectele utilizate pe Pământ, acestea pot fi, teoretic, recuperate. Pentru cele folosite la realizarea unor vehicule extraterestre recuperarea este puţin probabilă!
În anii de liceu, care erau axaţi în mare parte pe stilul și conţinutul sovietic al procesului educaţional, am învăţat despre ХОЗРАЩЁТ, care are ca definiţie simplificată o gospodărire eficientă a resurselor. În alţi termeni, FA asigură condiţii ale acestui principiu!
Odată cu dezvoltarea comunicaţiilor, a apărut o altă procedură/tehnologie: machine (deep) learning, care se referă la posibilitatea colectării/achiziţiei de date privind comportarea/starea mașinii-unelte și, pe baza unor algoritmi speciali, se poate prognoza termenul de intervenţie pentru întreţinere preventivă, sau, în cazul învăţării profunde (deep learning), un alt tip de algoritmi va permite mașinii-unelte (ca ansamblu) să evite anumite situaţii (condiţii funcţionale excesive), creându-se condiţii pentru un sistem adaptiv real.
O nouă tendinţă în dezvoltarea mașinilor-unelte (sisteme de mașini) este modul de lucru definit ca multitasking, sau multioperaţional. Caracteristicile acestui mod sunt [34]:
a. Abilitatea de a efectua diferite operaţii de prelucrare fără a mișca/deplasa piesa și fără intervenţia manuală;
b. Combinaţia de operaţii de strunjire, frezare, găurire și/sau honuire într-un singur reglaj al piesei;
c. Transferul fără asistenţă umană (nesupravegheat) al piesei de la prima la a doua operaţie de prelucrare;
d. Alimentarea și evacuarea (schimbarea) integrată cu ciclul de prelucrare.
Specificam mai sus faptul că oamenii devin tot mai creativi atunci când înţeleg natura și încearcă s-o imite. Este adevărat că ICARUS nu a reușit să-i ofere fiului său DEDALUS ocazia/cunoștinţele necesare pentru a zbura, dar ideea a rămas și a fost materializată mult mai târziu.
O remarcă interesantă care mi s-a întipărit în minte. Cu ocazia lansării primului balon cu aer cald de către fraţii MONTGOLFIER (Paris, 21 noembrie 1783) a participat la lansare și Benjamin FRANKLIN (fizician-inventatorul paratrăznetului și unul din Părinţii SUA). Unul dintre spectatori, vecin cu Franklin a făcut următoarea remarcă: și la ce bun (la ce folosește) acest lucru? Replica lui Franklin a fost promptă: la ce bun un nou născut? Această întâmplare reală poate ilustra una din deosebirile dintre descoperire și invenţie. Fenomene, procedee etc există în natură și prin perseverenţă sau întâmplare sunt oameni care înţeleg, explică și cuantifică fenomenul, care poate fi, ulterior folosit în domenii neimaginate iniţial. Invenţia este rezultatul sintetizării unor cunoștinţe care duc la realizarea unui obiect/sistem nou, cu funcţiuni și caracteristici neîntâlnite anterior sau mai bune decât ale obiectului precedent.
Corpul uman este și el un model pentru actuale și viitoare invenţii, bazate pe descoperiri ale structurii și modului de funcţionare ale acestuia.
Vreau să aminesc aici doar două imitaţii:
1. Roboţii imită în mare parte braţul uman și mâna. Aceasta din urmă este, după creier, cel mai complex organ al omului. Roboţii apucă/eliberează sarcini pentru care au fost concepuţi, chiar dacă acestea sunt extrem de fragile și/sau orientate aleator, imitând mâna umană. Roboţii sunt cu cel puţin cinci axe comandate și cu orientarea sistemului de apucare (aprehensiune) corespunzător poziţiei obiectului de manipulat și cu o forţă și procedeu de apucare corespunzătoare.
2. Sistemele de calcul actuale încep să imite creierul uman – cu centrii nervoși și sinapsele (legăturile) acestora. Complexitatea calculatoarelor actuale nu a atins-o, încă, pe cea a creierului uman. Dar au o altă calitate majoră: nu uită și permit regăsirea informaţiei foarte rapid, uneori chiar dacă stocarea nu a fost catalogată corespunzător. A apărut și la mașini-unelte o altă procedură: edge computing, care este un sistem de calcul distribuit, ce permite efectuarea de operaţii la nivelul secţiei de producţie. Pe de altă parte, pentru a mări vitezele de accesare și capacităţile de stocare s-a imaginat sistemul cloud. Nu știu dacă întâi a fost dezvoltat calculul distribuit sau s-a aflat că la caracatiţă există două tipuri de centri nervoși: unul central și unul distribuit, amplasat în șase din cele opt braţe. Acestea pot lua decizii fără ca informaţia să trebuiască să fie procesată de unitatea centrală.
Înainte de a încheia această trecere în revistă a câtorva din temele pe care le voi dezvolta în seria de articole viitoare vreau să prezint una din învăţăturile lui Confucius: cel ce mută un munte începe, întotdeauna, prin a îndepărta pietrele mici. În tehnică și tehnologie trebuie cunoscute realizări anterioare, cărora, prin abordări cu realizări/cunoștinţe actualizate, li se pot adăuga valenţe noi (caracteristici mai utile, nu neapărat superioare). Analiza a ceea ce rămâne valabil și ceea ce trebuie schimbat/îmbunătăţit reprezintă îndepărtarea pietrelor mici. Există și salturi spectaculoase, dar acest fapt necesită muncă în echipe complexe, eforturi comune și...mulţi bani, organizare etc! Voi reveni cu detalii aduse la zi.
