Potrzebujemy inteligentnych układów hydraulicznych

fot. Bosch Rexroth

Profesor Ludger Frerichs zajmował się samojezdnymi maszynami roboczymi przez cały okres swojej kariery zawodowej. Dyrektor instytutu na Uniwersytecie Technicznym w Braunschweig spodziewa się, że inteligentne połączenia wszystkich składowych procesu pozwoli na kolejne radykalne zwiększenie produktywności.

Profesorze Frerichs, czy nie jest pan zmęczony tymi wszystkimi dyskusjami na temat zwiększenia sprawności samojezdnych maszyn roboczych?

Absolutnie nie. Jest to i nadal będzie ekscytujące zadanie badawcze. Zwłaszcza kiedy zadamy sobie kluczowe pytanie: jak wykorzystać uzyskane zwiększenie sprawności systemu technicznego? W przeszłości kładliśmy duży nacisk na zwiększenie wydajności rozumianej jako produktywność uzyskiwaną przez klienta. Obecnie — i jest to znak czasu — coraz ważniejszy staje się moim zdaniem inny aspekt, mianowicie zmniejszenie kosztów przy zachowaniu tej samej wydajności, przy czym przez zmniejszenie kosztów rozumiemy w tym kontekście zmniejszenie zużycia zasobów ośrodków oraz redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Dlaczego jest pan zwolennikiem radykalnej zmiany?

Jako społeczeństwo zaczynamy sobie zdawać sprawę, że zmiana klimatu faktycznie zachodzi, a przez to coraz wyraźniej nasila się presja na podjęcie skutecznych przeciwdziałań. W przypadku produktów, o których mówimy, czyli samojezdnych maszyn roboczych, oznacza to równoczesne dążenie do dwóch celów: zapewnienie dostatecznej wydajności, np. aby zwiększyć produktywność w rolnictwie oraz zmniejszenie ilości zasobów zużywanych do wykonania danej pracy. Pomiędzy tymi dwoma celami często występuje sprzeczność, którą można rozwiązać tylko poprzez całościowe spojrzenie na cały system produkcyjny. Musimy zatem w większym stopniu myśleć w kategoriach zastosowania u danego klienta. Właściciel maszyny potrzebuje inteligentnego wsparcia technicznego, które pozwoli na optymalne wykorzystania jego maszyny i wszystkich jej możliwości. 

Jaką rolę będą odgrywać w przyszłości systemy hydrauliczne?

Hydraulika udowodni swoją przydatność w samojezdnych maszynach roboczych, ale potrzebny jest jej dalszy rozwój z ukierunkowaniem na zastosowania. Napędy hydrauliczne i zawory hydrauliczne muszą być inteligentniejsze oraz bardziej precyzyjne. Inteligencja jest potrzebna do przekazywania odpowiednich informacji na bieżąco wszystkim elementom systemu, a dzięki temu jego błyskawicznej optymalizacji w czasie rzeczywistym. Precyzja działania komponentów jest potrzebna do zminimalizowania strat oraz zapewnienia dokładnej informacji w czasie rzeczywistym o wykonywanych działaniach. Oznacza to stworzenie inteligentnych układów hydraulicznych, które generują informację potrzebną dla całego układu aplikacyjnego. Ponadto dostawcy komponentów hydraulicznych oraz producenci OEM muszą intensywnie pracować nad rozwiązaniami hybrydowymi i interdyscyplinarnymi, które łączą w sobie zalety różnych technologii.

To brzmi jako postulat koegzystencji różnych systemów?

Istotnie. Każda technologia — hydraulika, elektronika i mechanika — znajduje swoje miejsce w całościowym systemie oraz może wykazać swój specyficzny potencjał w rozwiązaniach hybrydowych.

Ale jak znaleźć właściwą równowagę pomiędzy systemami?

Badacze i konstruktorzy powinni przestać koncentrować się na pojedynczych komponentach, a zacząć patrzeć na system całościowo, w kontekście danego zastosowania. Wymusza to maksymalną otwartość i ścisłą współpracę pomiędzy wszystkimi uczestnikami. Wymaga także uwzględnienia różnych technologii w sposób realistyczny i wolny od uprzedzeń ideologicznych. Nie chodzi ani o to, by utrzymywać na siłę stan istniejący, ani też o to, by rzucać się na kolejne modne nowinki. Potrzebna jest natomiast wyższa kultura informacji i komunikacji.

W tym kontekście pojawia się kwestia napędu elektrycznego samojezdnych maszyn roboczych. Dlaczego dyskusja na ten temat ucichła?

Ponieważ po początkowej wrzawie wróciliśmy do rzeczywistości i do codziennej mozolnej pracy inżynierów, którzy uzyskują stopniowe sukcesy. Trzeba znaleźć odpowiedzi na pytania dotyczące napędów elektrycznych i zastosowań, w których ewentualnie mogłyby być one przydatne. Pytania te dotyczą zarówno poszczególnych funkcji, jak i całej maszyny w konkretnym zastosowaniu. Patrzę ufnie w przyszłość, gdyż we wszystkich związanych z tym obszarach, tj. maszyn elektrycznych, elektroniki dużej mocy i technologii magazynowania energii, prowadzone są intensywne prace rozwojowe oraz ponoszone są znaczne nakłady. Obecnie główną siłą napędową postępu w tej dziedzinie jest przemysł samochodowy. Jak wynika z naszego doświadczenia, oznacza to, że opracowano tylko niewiele komponentów, których moglibyśmy faktycznie użyć w samojezdnych maszynach roboczych, jednak postęp technologiczny jest tu bardzo znaczny. W tym kontekście możemy spodziewać się produktów interesujących również dla nas. Jeśli chodzi o napęd elektryczny maszyn, widzimy już wyraźnie przyszłość w sektorze wózków przemysłowych. W wózkach podnośnikowych z przeciwwagą silniki spalinowe są zastępowane napędem elektrycznym z zasilaniem akumulatorowym. Zmiana ta zachodzi szczególnie wyraźnie w zastosowaniach, gdzie wózki widłowe są używane częściowo wewnątrz pomieszczeń. To samo dzieje się w obszarze maszyn rolniczych i budowlanych. Należy przyjąć, że wszystkie maszyny używane w pomieszczeniach będą wcześniej czy później napędzane elektrycznie.

Czy mówiąc o inteligencji systemu, mówimy w istocie o koncepcji analogicznej do Przemysłu 4.0 w odniesieniu do branży rolniczej i budowlanej?

W zasadzie tak, ale nie wyłącznie. Nawiasem mówiąc, wolę używać terminu „systemy cyberfizyczne”, gdyż podkreśla on konieczność całościowego spojrzenia na system. Dostępność nowoczesnych technologii telekomunikacyjnych umożliwia wymianę danych w czasie rzeczywistym. Jednak inteligencja nie wynika z samego podłączenia do sieci, lecz wymaga dokonania następnego kroku polegającego na inteligentnym wykorzystaniu informacji dostępnej w systemie. Równocześnie rozwija się automatyzacja, która również przyczynia się do rozpowszechnienia inteligentnych rozwiązań i — w zależności od stopnia rozwoju — do poszerzenia możliwości użycia. Ponadto nie powinniśmy pomniejszać znaczenia postępu w technologiach mechanicznych i hydraulicznych. Są one często nie mniej „smart”- używając angielskiego określenia nieco bardziej powściągliwego niż „inteligentne”.

Czy „smart” oznacza, że operator będzie miał coraz mniej do powiedzenia?

Nie, to przyniosłoby katastrofalne skutki, ale to również zależy od stopnia automatyzacji w danym zastosowaniu maszyny. W zasadzie osoba odpowiedzialna na miejscu musi zachować prawo do podejmowania decyzji. W obszarze, o którym przed chwilą mówiliśmy, szybko stanie się oczywiste, jak należy wykorzystać uzyskany wzrost sprawności. Jeśli nadchodzi silna burza, operator lub brygadzista może nakazać wyłączenie trybu „eco” i wymusić dokończenie żniw z maksymalną szybkością zanim spadnie deszcz. Inny przykład: operator wózka podnośnikowego może zdecydować, że dwie ostatnie ciężarówki w piątek po południu zostaną rozładowane nie z wydajnością normalną, lecz maksymalną, co pozwoli na skończenie rozładunku przed weekendem. W takich przypadkach funkcje „smart” ułatwiają właściwe wykorzystanie wydajności maszyny. 

Mówi się, że samojezdne maszyny robocze stają się „globalne”. Co to znaczy?

To oznacza wysoki poziom dyscypliny projektowej przy zaawansowanych konstrukcjach oraz wyraźne przeciwstawienie się nadmiernym komplikacjom. Potrzebujemy rozwiązań, które spełniają oczekiwania i wymagania w poszczególnych regionach. Możemy zaprojektować trochę powyżej oczekiwań, aby ułatwić sprzedaż produktu, ale nie więcej niż tyle. Kluczowym elementem koncepcji projektowania uzależnionego od regionu jest modularność, gdyż pozwala to na utrzymanie kontroli nad kosztami.

I jeszcze à propos „globalności”: producenci maszyn rolniczych są postrzegani na świecie jako prekursorzy lansujący nowinki. Dlaczego tak jest?

Dzieje się tak z co najmniej trzech powodów. Dane ze sprawozdań finansowych pokazują, że producenci maszyn rolniczych inwestują więcej w prace badawczo-rozwojowe niż inne branże, na przykład znacznie więcej niż branża logistyki wewnętrznej czy branża maszyn budowlanych. Po drugie, klienci maszyn rolniczych często są równocześnie właścicielami i użytkownikami. I po trzecie, rolnik lub robotnik rolny siedzi bezpośrednio na maszynie, przez co wykazuje równocześnie racjonalne podejście i emocjonalne przywiązanie do niej.

Od stycznia 2012 r. prof. dr Ludger Frerichs był dyrektorem Instytutu Maszyn Mobilnych i Pojazdów Użytkowych na Politechnice Brunszwiku. Profesor Frerichs studiował inżynierię mechaniczną w Osnabrück i Braunschweig i uzyskał doktorat w Stuttgarcie-Hohenheim. Od roku 1990 zajmował stanowiska kierownicze renomowanych producentów maszyn roboczych i pracował nad rozwojem maszyn rolniczych i ciężarówek przemysłowych. Od lat związany jest z VDI i VDMA, promując badania i współpracę między uniwersytetami a przemysłem. Jest redaktorem naczelnym Rocznika Rolnictwa.

Fot. prof. dr Ludger Frerichs