Veletrh Hannover Messe je považován za největší průmyslový veletrh na světě. Probíhající pandemie už podruhé zabránila jeho konání v tradiční formě, takže jeho bývalým návštěvníkům a vystavovatelům chybí možnost osobní návštěvy, živých prezentací produktů a technologií i osobních kontaktů. Proto se pořadatelé rozhodli vytvořit Hannover Messe Digital Edition, webovou platformu, nabízející kromě informací o novinkách a produktech například i streamování přednášek, digitální prezentace, podporu navazování kontaktů a organizace schůzek a další služby, kompenzující absenci osobního kontaktu.
Nosným tématem veletrhu byla transformace průmyslu do podmínek digitální budoucnosti, charakterizovaná hesly „Inovace. Inspirace. Interakce“. Ta vyjadřují podstatu tzv. čtvrté průmyslová revoluce označované jako Industry 4.0 (Průmysl 4.0), během níž jsou v průmyslu s využitím špičkových komunikačních a IT technologií budovány inteligentní samoučící se systémy. Základem této revoluční proměny je IoT (Internet of Things — internet věcí), tj. síť fyzických zařízení, strojů, robotů, vozidel, kamer a dalších zařízení, která jsou vybavena elektronikou, softwarem, senzory a síťovou konektivitou. IoT umožňuje stálé sdílení dat mezi všemi prvky zapojenými do produkčního řetězce, čímž jsou všechny výrobní a logistické procesy vzájemně propojeny. To vede k vytváření inteligentnějších, efektivnějších a udržitelnějších řešení. V rámci veletrhu prezentovali vystavovatelé a technologičtí lídři příslušných oborů nové technologie a ideje pro průmyslové podniky a energetické nebo logistické systémy budoucnosti. Více než 1 800 vystavovatelů z 250 zemí představilo téměř 10 500 produktů a novinek. „Virtuál-ní návštěvníci“ si tak nemohli stěžovat na nedostatečný přísun informací, například v „nejnabitější“ den veletrhu bylo prezentováno téměř 400 živě streamovaných přednášek. V tomto článku se zaměříme jen na několik vybraných produktů, zajímavých svou inovativností a na veletrhu prezentovaných jako novinky. Již tradičně jsou během veletrhu udělovány ceny Hermes Award za nejvýznamnější průmyslové inovace prezentované na veletrhu.
Letošní první cenu v hlavní kategorii Hermes Award 2021 (obr. 1) získala společnost Bosch Rexroth za podmořský ovladač řídicích ventilů SVA R2, který je prvním elektrickým ovladačem ventilů pracujícím pod vodní hladinou, a to až do hloubky 4 000 m (obr. 2). Proti dosud užívaným hydraulickým ovladačům nevyžaduje použití dlouhých hydraulických hadic ani pohonných jednotek, stačí mu přívody napájení u dosud užívaných řešení, na něž jej lze přímo napojit. Díky tomu se snižují náklady na instalaci, levnější je i provoz, snížila se spotřeba energie a zvýšila spolehlivost zařízení, což má také příznivý vliv na životní prostředí. Při velikosti a vlivu potenciálních zákazníků, tedy zejména společností zabývajících se podmořskou těžbou ropy a plynu, je význam této zdánlivě marginální inovace nezanedbatelný. Velmi zajímavý je také produkt, který se v Hermes Award umístil na druhém místě a jejž představila britská společnost Phoenix Contact. Jde o indukční vazební člen s technologií NearFi, přenášející vzduchem ethernet i napájení až do 50 W (24 V / 2 A) na vzdálenost do 10 mm. Ethernetový přenos s rychlostí až 100 Mb/s a s nulovou latencí je oboustranný a nezávislý na protokolu. Instalace bezdotykového propojení je snadná, rychlou diagnostiku poskytuje LED kontrolka. Řešení je vhodné jako náhrada často rozebíraných spojení, kde vylučuje opotřebení konvenčních konektorů, případně také jako náhrada kluzných kontaktů, resp. sběrných kroužků (obr. 3).
Nízkouhlíkové technologie K oblíbeným ekologickým tématům patří využívání elektrické energie z obnovitelných zdrojů a elektromobilita. Jejich rozvoji však brání omezená možnost ukládání elektrické energie. K ní jsou nejčastěji používány lithium-iontové (Li-ion) baterie. Lithium je však dosti drahé a těží se jen v omezeném počtu zemí. Navíc obvykle musí být pro zabezpečení dostatečného výkonu propojeno velké množství článků, takže baterie jsou těžké a z hlediska konstrukce i řízení složité. Nevhodná je také dlouhá doba jejich nabíjení a omezená životnost. Zejména při rychlejším nabíjení dochází k expanzi a následnému smršťování materiálu katod, které působí vznik trhlin a následné poškození článků a snížení kapacity a životnosti baterie. Řešení tohoto problému na veletrhu představili výzkumníci z Martin Luther University Halle-Wittenberg. Ti vyvíjejí samoopravný polymer, který se přidává do elektrolytu, vniká do tvořících se trhlinek, zaceluje je, a tak omezuje degradaci článků. Použití křemíkových anod není žádnou novinkou. V kombinaci se sírovými katodami umožňují o 90 % kratší dobu nabíjení, až třikrát vyšší hustotu energie a o 20 % nižší hmotnost ve srovnání s bateriemi Li-ion. Ale problém s expanzí katod je ještě horší, křemík jejím vlivem křehne a baterie se rychle ničí. Výzkumný tým společnosti Norsci z Halle vytvořil křemíkové nanostruktury, které nechávají dostatek místa k expanzi, takže nedochází k degradaci článků. Podle vyjádření pracovníků společnosti Norsci je baterie ve srovnání s konvenční konstrukcí podstatně lehčí a má až desetkrát vyšší kapacitu. Institut fluidní dynamiky z Helmholtz- Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) na veletrhu představil projekt Solstice, v němž ve spolupráci s dalšími evropskými pracovišti pracuje na vývoji článků z tekutého sodíku a zinku. Ty poskytnou dostatečně vysokou energetickou úložnou kapacitu pro průmyslové použití a jejich uplatnění v praxi se předpokládá během čtyř let. Ani ukládání elektrické energie pomocí superkondenzátorů (SuperCaps) není žádnou novinkou. Za malou revoluci však lze pokládat dosažení kapacity 100 000 faradů v loňském roce. Díky tomu mohla společnost SWJ Energy přikročit k vývoji řady produktů Cap- Module s energetickou úložnou kapacitou až 144 kWh, které hodlá uvést na trh koncem tohoto roku. Proti Li- -ion článkům nabízejí podstatně vyšší rychlost nabíjení, delší životnost, nezávislost na okolní teplotě a bezpečnost proti výbuchu. Produkt CapModule V byl vyvíjen jako jednotka zařazená před Li-ion baterií ve vozidle. V této funkci podporuje velmi rychlé uvolňování energie při akceleraci, účinnou rekuperaci při brzdění a podstatně zvyšuje životnost Li-ion baterie, která je předřazenou kondenzátorovou jednotkou chráněna před proudovými špičkami. Pouhý den před zahájením veletrhu ohlásila společnost SWJ úspěch při náhradě celé Li-ion baterie v městském automobilu Tazzari Zero třemi bateriemi CapModule V. Takto složená kondenzátorová baterie má kapacitu původní Li-ion baterie (12 kWh) a prototypu elektrovozu nazvanému Tazzari Zero CM zajišťuje pro městské auto postačující dojezd přes 100 km. Pozoruhodným rysem je, že nabíjení jeho kondenzátorové baterie trvá jen 10 minut a baterie pracuje při teplotách v rozmezí −30 až +70 °C (obr. 4).
Technika a technologie Specialisté Fraunhoferova institutu IWS ve spolupráci s Technickou univerzitou v Drážďanech uplatnili výhody aditivní technologie při konstrukci a výrobě raketového motoru s centrálním tělesem (aerospike engine). Motory tohoto typu mají vynikající účinnost, danou možností regulace výtoku plynů podle hustoty okolní atmosféry. Tím je dosaženo vysoké efektivity, a tedy podstatně nižší spotřeby paliva, zejména v nižších výškách nad zemí (udává se orientačně až o 30 % nižší proti motoru s klasickou rozšířenou tryskou). Nevýhodou však je značné teplotní namáhání zejména centrálního trnu, který slouží i k přívodu paliva, takže vyžaduje velmi efektivní chlazení. Výzkumníci navrhli sofistikovaně tvarované kanálky pro vodní chlazení i pro přístup paliva, které jsou tvarově velmi složitě, takže je není možné klasickými technologiemi vyrobit. Proto k výrobě použili technologii laserového spékání kovového prášku (Laser Powder Bed Fusion — LPBF). Proběhly už úspěšné funkční testy motoru sloužící k jeho dalšímu vývoji a optimalizaci (obr. 5). Společnost Igus využila technologii 3D multimateriálového tisku k výrobě součástí, v jejichž funkčních plochách jsou těsně pod povrchem pomocí 3D tisku vytvořeny snímače, registrující zatížení a opotřebení součástí. To umožní provozní sledování stavu součásti a díky tomu i včasné varování před případnou poruchou. Sledováno může být také provozní zatížení s cílem kontroly přetížení dílu. Tímto postupem nazvaným 3D isense budou moci být vyráběna inteligentní ložisková pouzdra nebo jiné díly, podléhající opotřebení třením (obr. 6). Výzkumníkům z Fraunhoferova institutu IST se podařilo vytvořit obdobné snímače na teplotně i mechanicky mimořádně namáhaném pracovním povrchu kovací zápustky následujícím postupem: na povrch zápustky se nanese keramická vrstvička oxidu hlinitého (Al2O3), která se vyleští. Na vyleštěný povrch se nanese vrstvička chromu a do ní se leptáním vytvoří snímače s napájecím vedením. Nakonec je aplikována 3 μm tenká povrchová izolační a opotřebení odolná vrstva Al2O3 (obr. 7). Jako veletržní premiéru představila americká společnost Rolling Motion Industries (RMI) produkt RMI Traction Drive, který je velmi zajímavý, i když není žhavou novinkou. Jde o revoluční koncepci pevného převodu, jenž k přenosu momentu nevyužívá ozubená kola, ale kulové valivé prvky ponořené v pracovní kapalině. Díky tomu je eliminováno tření v ozubení, sníží se ztráty na momentu a dosahuje se tichého provozu s podstatně nižšími vibracemi, a tedy i hlukem. Převodový poměr je stálý, dodává se v rozmezí 1 : 2 až 1 : 10. Vyšších hodnot lze dosáhnout kombinací více jednotek, které mohou dosahovat až 10 000 ot/min. Převod pracuje s účinností 98 % a hladina hluku je pouhých 40 až 50 dB. Životnost potvrzená už déle než pětiletým provozem v praxi je 2× až 3× vyšší než u konvenčního ozubeného převodu. Konstrukce je jednoduchá, ve skříni naplněné kapalinou do sebe zapadají tvarované konce vstupního a výstupního hřídele. Mezi nimi se odvalují dva kulové členy a v mezeře mezi nimi se pohybem stlačuje kapalina. Mezera se pohybem zužuje až na mikroskopickou tloušťku — v ní stlačená kapalina se chová jako pevná látka, která přenáší krouticí moment (obr. 8).
Elektronika a IT Společnost Kaspersky na hannoverském veletrhu představila nové řešení určené pro zabezpečení systémů k přenosu dat z koncových stanic IoT založené na osvědčené platformě Siemens IoT2040, rozšířené o nový software KasperskyOS. Jde o bezpečnostní bránu Kaspersky IoT Secure Gateway propojující chytrá průmyslová zařízení a senzory s dalšími součástmi platformami průmyslového internetu věcí Industrial IoT (IIoT). Software je vytvořen na principu bezpečnost díky návrhu (secure by design), to znamená, že ani při znalosti principu programu není omezena jeho bezpečnost. Proto poskytuje ve srovnání s klasickými řešeními dokonalejší ochranu dat generovaných na koncových zařízeních a jejich bezpečný přenos k digitálním aplikacím a do úložiště dat. Jde o první produkt dceřiné firmy společnosti Kaspersky, společnosti Adaptive Production Technology (Aprotech). Berlínská firma Optris na veletrhu uvedla infračervenou kameru Xi 410 s automatickým vyhledáváním horkého bodu, motorovým zaostřováním a rychlým ethernetovým rozhraním. Kromě běžné funkce infrakamery připojené k PC a napájené prostřednictvím internetového vedení (PoE) kamera pracuje autonomně jako automatický vyhledávač horkého bodu. Proto může měřit teplotu pohybujícího se předmětu bez externího přenastavování kamery. Kamera spolehlivě sleduje cíl, i pokud dojde k přerušení spojení se sítí nebo k problému s PC, a v případě potřeby spouští alarm. Proto je vhodná zejména pro použití v protipožární prevenci nebo pro sledování stavu strojů a zařízení. Novinkou korejské společnosti Techonvision je 50″ LED monitor Divisio TOV-500M, který umožňuje nezávislou práci až se čtyřmi PC při ovládání z jediné klávesnice a jedinou myší. Přitom lze používat plnou plochu monitoru, nebo jej rozdělit na dvě či čtyři pole. Přiřazení příslušného pole obrazovky jednotlivým PC se provádí pomocí infračerveného (IR) dálkového ovladače. Toto řešení je určeno k zajištění fyzického oddělení až čtyř sítí a následnému dosažení vyšší bezpečnosti systému. Připojené počítače mohou pracovat na rozdílných operačních systémech. (obr. 9) Fraunhoferův institut ITWM v Kaiserslautern provádí vyhodnocování algoritmů s ohledem na jejich vhodnost pro řešení na platformě kvantových počítačů. Jeho specialisté zjišťují, za jakých podmínek mohou být problémy reálného světa s pomocí kvantových počítačů řešeny, které nelze na klasických platformách řešit nebo u nichž by toto řešení vyžadovalo neúměrně dlouhý výpočetní čas, případně také jak mohou být kvantové počítače využity pro zvýšení produktivity. Výzkumníci vyhodnocují matematické formulace problémů z hlediska jejich vhodnosti pro různé platformy kvantových počítačů. Dalším krokem jsou srovnávací testy. K nim je možné použít například kvantového počítače IBM Quantum System One ve středisku Competence Center Quantum Computing Rhineland- -Palatinate společnosti Fraunhofer, který je prvním kvantovým superpočítačem instalovaným v Evropě (obr. 10).
Robotika Český pojem robot je užíván po celém světě, jeho variací je název kobot. Myslí se jim tzv. spolupracující/ kolaborativní robot, který práci člověka pouze slepě nenahrazuje jako robot, ale s člověkem aktivně spolupracuje. Podobně jako roboty se i koboty používají pro těžké a/ /nebo monotónní práce a díky automatizaci tyto práce obvykle výrazně urychlují a snižují chybovost při jejich provádění. Člověku však hlavně ulevují od triviálních úkonů, aby se mohl lépe soustředit na kreativní práci. Koboty s lidským pracovníkem spolupracují, aby zvýšily jeho schopnosti, proto se musejí přizpůsobit jeho tempu a pracují s nižší rychlostí a nižším výkonem než roboty. Vyznačují se však podstatně větší flexibilitou než robotické systémy a mnohem snadněji a rychleji se integrují do existujícího produkčního systému. Racer-5 Cobot italské společnosti Comau je šestiosý kloubový kobot, který překlenuje rozdíl mezi koboty a roboty, protože může pracovat rychlostí až 6 m/s při nosnosti 5 kg. Při nepřítomnosti operátorů může z kolaborativní rychlosti na tuto maximální rychlost rychle automaticky přecházet. Společnost Comau předvedla také exoskeleton MATE-XT, který díky podpoře rukou a páteře násobí fyzickou sílu manuálních pracovníků, přičemž nebrání jejich volnému pohybu. Podle vyjádření firmy jde o jediný komerčně dostupný exoskeleton s certifikací podle evropského ergonomického standardu EAWS (obr. 11). Společnost Schaeff ler Technologies představila řadu nových vysokovýkonných řešení pro roboty a zejména koboty s kloubovými rameny příští generace. Cílem řešení je konstrukce lehčích a tužších ramen s větším operačním dosahem a vyšší nosností. Tyto vlastnosti zajišťují nové typy materiálů a nová konstrukční řešení. Nový typ úhlových jehlových ložisek XZU založený na podobném principu jako dosud používaná křížová válečková ložiska se vyznačuje mimořádnou tuhostí proti klopení. Vyšší točivý moment, torzní tuhost a životnost zaručuje nový typ přesných harmonických převodovek DuraWave s optimalizovanými 3D profily zubů (obr. 12). Zvýšený výkon nabídne také nový typ motoru UPRS PCB s axiálním magnetickým tokem a cívkami realizovanými plošnými spoji. Je velmi kompaktní a dodává vysoký točivý moment. Nové možnosti v propojování strojů a procesů zabezpečí i lineární extenze, konfigurovatelná sedmá lineární osa. Její implementaci usnadňuje nová aplikace s rozšířenou realitou pro chytré telefony od společnosti Schaeffler. Smar t Item Picker společnosti Bosch Rexroth je samoučící se robotický systém pro rychlý automatický výběr objektů (například pro vychystávání položek ze skladu). Díky použití nejmodernějších metod umělé intel igence dokáže rozpoznávat i pro něj doposud neznámé objekty. Systém je modulární, takže umožňuje vybírání širokého spektra různých objektů a přizpůsobování se různým skladovým systémům a požadavkům zákazníka. Systém dokáže vytřídit až 600 objektů za hodinu při úspěšnosti rozpoznávání 99 %. (obr. 13). Univerzální chapadla pro roboty představila společnost Formhand Automation z Braunschweigu. Chapadlo je tvořeno měkkým polštářkem s prodyšnou textilní „dlaní“, který je vyplněn plastovými granulemi. Při uchopení je z polštářku odsáván vzduch. Vzniklým podtlakem se „dlaň“ přisaje ke sbíranému objektu a výplň granulí se přizpůsobí jeho povrchu, takže dojde k pevnému uchopení. Díky popsanému přizpůsobení je chapadlo schopné přenášet objekty libovolného tvaru z téměř libovolného materiálu včetně například textilních dílů (obr. 14).
Průmysl 4.0 Společnost Huawei představila koncept bezdrátové digitální továrny, jejíž řízení je řešeno pomocí technologií 5G, Wi-Fi 6 a optické sítě kombinovaných do jediné technologie. V současných průmyslových provozech jsou v 90 % využívány klasické vodiče, což přináší řadu nevýhod například při instalaci a zejména rekonfiguraci nebo přidávání výrobního zařízení. Základem sítě jsou přístupové body 5G a Wi- -Fi 6. Ve výrobě jsou využívány i jiné přenosové technologie, například Bluetooth, jejich integraci do sítě zabezpečuje možnost instalace příslušných modulů do jednotky přístupového bodu Wi-Fi 6. Instalací jediné sítě je tak zabezpečeno několik typů konektivity. Implementaci bezdrátové chytré továrny společnosti Huawei může posílit použití chytré antény Huawei AirEngine Wi Fi 6. Jde o anténu s šestnácti prvky se šířkou pásma až 10 GB, podporující až 1 024 terminálů s rychlostí 100 Mb/s a s latencí 10 ms. Anténa má o 20 % širší úhel vyzařování než dosavadní konstrukce, takže na pokrytí prostoru je potřeba méně jednotek (obr. 15). Společnost Siemens Energy uvedla produkt SensSolution, první řešení pro energetické přenosové soustavy s holistickým cloudovým přístupem, které poskytuje kompletní přehled o stavu celé přenosové soustavy. Do cloudového úložiště jsou ukládána důležitá provozní data ze všech prvků soustavy, které jsou k tomu vybaveny snímači a příslušnými jednotkami se síťovou konektivitou. Soustředění všech dat v cloudu poskytuje možnost přistupovat k soustavě z celostního hlediska. Jedině tak může analýza provozních dat a údajů o stavu jednotlivých uzlů přenosové soustavy poskytnout správnou představu o jejím celkovém stavu. To umožňuje lépe plánovat provoz soustavy, provádět správná rozhodnutí pro její optimalizaci, zdokonalit předvídání poruch a řešení kritických situací. Holistický (celostní) přístup se s výhodou uplatní i při řízení a plánování údržby a investic. To vše se projeví v trvalém zvyšování efektivnosti a profitability přenosové soustavy. Operátoři přenosové soustavy mají 24 hodin denně a odkudkoliv přístup k výsledkům a aplikacím v cloudu. Bezpečnost dat zaručuje jejich šifrování a sofistikované bezpečnostní brány. U nejkritičtějších aplikací zvyšuje bezpečnost jednosměrné hardwarové řešení s galvanickou izolací, které umožňuje pouze přenos dat do cloudu a nikdy naopak. SensSolution v podstatě vytváří nezávislý sekundární systém, který pracuje paralelně s řídicím systémem rozvodové soustavy (SCADA) a tak zvyšuje bezpečnost a efektivnost soustavy (obr. 16). Společnost Bosch vyvinula sadu integrovaných řešení SOTA/FOTA (software/firmware updates over the Air — bezdrátové aktualizace softwaru/ firmwaru). Bezdrátová aktualizace je užitečná zejména u vozidel či stavebních strojů. Tento produkt využívá technologii cloudu a je určen společnostem používajícím řešení internetu věci IoT v systémech Bosch IoT Suite — v současnosti je tak spravováno přes 15 milionů IoT zařízení. Produkt zabezpečuje provádění bezdrátové aktualizace programového vybavení zařízení a bran IoT, které je důležité pro udržování funkčnosti i bezpečnosti zař ízení. Touto cestou mohou být zařízení nejen updatována, ale i obohacována o nové funkce. Aktualizace lze provádět, kdykoliv je to potřeba, rychle, v masovém měřítku a globálně (obr. 17). Vídeňská společnost Craftworks na veletrhu představila vývojovou platformu Navio, která je určena pro podporu a usnadnění vytváření modelů a řešení AI (Artificial Intelligence — umělá inteligence). Produkt Navio podporuje i snadnou implementaci vyvinutých řešení. Podle kolekce (shluku) dat automaticky určuje optimální typ modelů, takže je mohou snadno vytvářet i méně zkušení uživatelé bez hlubších znalostí datové vědy (data science). Pro zkušenější uživatele je výhodná jednoduchá a efektivní správa strojového učení a podpora implementace řešení. Produkt je užitečný pro každého, kdo chce vytěžit možné maximum informací ze souboru dat ve formě tabulek i časových řad a také z obrazů. má velmi přívětivé rozhraní, jehož pomocí může uživatel snadno prozkoumávat navrhované modely a sledovat vysvětlení na příkladech (obr. 18). /Josef Chládek/
