České strojírenství brzdí pomalé hledání a zavádění inovací

Vyrábí pro zemědělství, stavebnictví, chemický průmysl a potravinářství, energetiku, dopravu, textilní průmysl, zdravotnictví… a konečně samo pro sebe – i produkty pro konečnou individuální spotřebu.

Zkrátka, chceme‑li v současnosti vyrobit něco materiálního, je u toho prakticky vždy strojírenství. Text jsem proto konzultoval se svými kolegy z Fakulty strojní ČVUT v Praze, kteří se jednotlivými obory detailně zabývají a jsou v nich respektovanými odborníky. Všem velice děkuji za diskuzi i poskytnuté podklady.

Nejvýznamnější změny posledních desetiletí

Ve výčtu významných změn začnu od návrhu, vývoje a výroby strojírenského výrobku. V těchto oblastech společných pro strojírenství jako takové se masově prosadily a dále prosazují systémy počítačové podpory. Tradiční prostředky pro simulaci mechanických systémů na bázi fyzikálního a matematického modelování zahrnující úlohy mechaniky těles, tekutin, sdílení tepla a dalších fyzikálních jevů jsou dnes ve strojírenství používány zcela běžně.

V posledních letech se významně rozvíjejí a postupně prosazují přístupy, které bývají označovány jako umělá inteligence. Ty těží z nových poznatků matematiky, výkonu výpočetní techniky a možnosti získat dostatek dat (měřením i aplikací např. výše zmíněných fyzikálních modelů) a vytváří modely s rychlou odezvou založené na datech.

Racionální propojení měření, fyzikálně matematických modelů a umělé inteligence spolu s digitalizací geometrických modelů a výrobní dokumentace vede ke komplexním modelům, které zkvalitňují a zkracují proces návrhu, vývoje a přípravy výroby.

V oblasti strojírenské výroby se již čtyři dekády prosazuje koncept označovaný dnes jako Průmysl 4.0 – propojení vysoce automatizovaných výrobních strojů a průmyslových robotů s pokročilými systémy řízení s cílem směřovat k bezobslužným výrobním systémům, které budou schopny uspokojit požadavky na individualizaci výrobků a současně dosahovat produktivitu, která je dnes typická pro hromadnou sériovou výrobu.

Významným trendem je nástup mechatroniky, tedy propojení klasických mechanických systémů s řízením na bázi digitální elektroniky a softwarového inženýrství. Výsledkem jsou strojní komponenty a mechanismy s vylepšenými i zcela novými vlastnostmi (například náhrada mechanického přenosu řídicích pokynů elektronickým, regulace tvorby směsi ve spalovacích motorech, nové koncepty zvyšování tuhosti komponent robotů či výrobních strojů, významná vylepšení ve výrobě zdravotnických náhrad a pomůcek).

Důležitý je také prudký rozvoj aditivních technologií (3D tisku) v uplynulé dekádě. Tato technologie v mnoha případech urychluje a zlevňuje výrobu a má potenciál vyrobit i součásti klasickými technologiemi nevyrobitelné. Má také přesah do oblasti vývoje nových materiálů, jejichž struktura a složení jsou optimalizovány vzhledem k funkci výrobku (funkčně gradované materiály). V uplynulých dvou dekádách se prosadily nové materiály na bázi kompozitů v komponentách přenášejících silové toky (hřídele, nosné konstrukce).

Významně se zvýšil tlak na ekologičnost a udržitelnost výroby i výrobků.

Drží české strojírenství krok se světem?

To je otázka, kterou si klademe. Ale co je české strojírenství? Budu vycházet ze široké představy podniků provozujících strojírenskou výrobu na území ČR a zaměstnávajících občany ČR. České strojírenství krok s těmito změnami celkem udrželo, protože většina z těchto změn souvisí s výrobou a tu potřebují všichni.

Změny směrem k chytré výrobě jsou v českém strojírenství převážně taženy a řízeny zahraničními vlastníky velkých firem, ale přes v zásadě potřebný podíl zahraničního kapitálu (většina strojírenské výroby v ČR je založena na zahraničním kapitálu) dnes rozhodně nejsme pouhou montovnou, jak si představují někteří politici a novináři.

Mnoho firem se zahraničními vlastníky postupně vybudovalo či obnovilo ve svých podnicích v ČR vývojová či výzkumná oddělení, mnohé výzkumné organizace vytvořily v ČR své pobočky nebo dceřiné společnosti. Řada „českou cestou“ privatizovaných firem skončila bohužel neslavně, ale vznikly také úspěšné nové české firmy, z nichž mnohé vyrostly na technicky vyspělých inovativních výrobcích.

Kdo určuje trendy

Světovou špičkou a tvůrcem trendů ve všech oblastech nejsou ani velké ekonomiky jako Spojené státy, Čína, Velká Británie… Na druhou stranu i státy naší velikosti mohou pomyslnou medailovou pozici zaujmout v konkrétním odvětví (jako např. Tchaj‑wan v oblasti výroby čipů). Nedomnívám se, že by získávání prvních míst mělo být jediným cílem českého strojírenství. Jde především o to nabídnout konkurenceschopné a kvalitní výrobky s dostatečnou mírou přidané hodnoty a novosti, o které bude zájem na trhu.

Na druhé straně se stále učíme, a ne zcela umíme vyhledávat nápady z akademické i průmyslové sféry, podpořit jejich původce a realizátory a dotáhnout vývoj produktu až na koncový trh. Pokud toto zlepšíme, máme šanci prosazovat nové trendy v konkrétních případech.

Chybí nám dlouhodobá strategie hledání, vytváření a aplikace inovací v tradičním strojírenství až po uvedení výrobku na trh.

Naše strojírenství s vysokým podílem zahraničního kapitálu vyžaduje ze všeho nejvíc komplexní komunikaci se zahraničními matkami firem v ČR tak, aby trend svěření části vývoje do ČR pokračoval. Mám na mysli komunikaci od úrovně ekonomické diplomacie přes naše vnitřní zákony a předpisy (kontrola snesitelnosti úrovně administrativní zátěže) až po komunikaci mnohdy již českých lokálních managementů s vedením firem. Tím bychom si měli zajistit spravedlivější podíl nejen na slávě z toho, že spoluvytváříme jedinečnost těchto firem, ale i na zisku.

Typickým nedostatkem mnoha tradičních strojírenských firem s českými vlastníky je pomalost v hledání a zavádění inovací, což je způsobeno zejména nedostatkem kapitálu a někdy i vůle. Přitom cena práce u nás již dávno není nízká.

Digitalizace výroby se stává výzvou také pro střední a malé podniky, kde je proces spíše zatím na počátku a pro které je nutno hledat odlišná řešení s ohledem na charakter výroby těchto firem. Aktuální hrozbou pro tyto firmy jsou vysoké ceny energií a nedostatkových surovin, které ohrožují jejich konkurenceschopnost.

Chybí nám dlouhodobá strategie hledání, vytváření a aplikace inovací v tradičním strojírenství až po uvedení výrobku na trh. Vláda průběžně formuluje prioritní směry výzkumu a vývoje v hlavních oblastech, ale ty jsou implementovány zejména v programu Technologické agentury ČR a mnohem volněji se promítají do alokace významných prostředků z dotačních programů EU, které jsou přerozdělovány dalšími agenturami a institucemi.

Nevolám zde po totální nadvládě aplikovaného výzkumu a jeho prioritních témat, ale po obecném dodržování těchto priorit formulovaných v politické a odborné diskuzi, které jsou důležité pro udržení přiměřené konkurenceschopnosti českého průmyslu.

Do vlastních řad musím říct, že pro české technické univerzity nejsou až takovým problémem nápady a vývoj inovací, problémem je jejich správné směrování, a především uplatnění na trhu. Právě v tom jsou možnosti vysokých škol omezené, chybí potřebný kapitál i zkušenosti.

Obecně chybí v českém strojírenství kapitálově silnější menší, flexibilní podniky a v průmyslu obecně chybí silná, státem garantovaná agentura schopná podpořit manažery s vizí, odvahou a obchodními schopnostmi při zavádění vhodných nových výrobků do výroby a na trh. Ne proto, abychom byli světovými lídry, ale proto, aby naše strojírenství v tvrdé světové konkurenci přežilo.

Kde jsou příležitosti?

Začnu z druhé strany, hrozbami. Velkou hrozbou pro společenství, ke kterému dnes ČR i český průmysl, potažmo strojírenství patří, je rušení a předávání celých výrobních odvětví našim partnerům (dnes často spíše konkurentům) v (dříve) méně rozvinutých zemích. Ať už se to dělo a děje z důvodu nižších výrobních nákladů nebo třeba kvůli vysokým ekologickým dopadům (musíme si přiznat, že tento důvod je ve skutečnosti výrazem našeho pokrytectví, protože podstatné dopady jako například skleníkové plyny nelze dlouhodobě lokalizovat).

Důsledky jsou stejné: naše společenství činí méně robustním a zvyšují jeho zranitelnost. (Ve strojírenství jsou důsledky často prakticky nevratné. Například zrušení a převedení výroby oceli nebo lodí znamená kompletní ztrátu této kompetence, protože především technické a dělnické profese nepředají know‑how novým generacím). Podobné důsledky má i doktrinářsky pojatý, politicky tažený ekologický populismus, který je mnohdy zcela odtržen od fyzikálních zákonů a ekonomických bilancí a vede k chybám při strategickém rozhodování.

Příležitostí pro české strojírenství je zachování tradičních výrobních oborů s co největší aplikací nových trendů a skutečných inovací, jak bylo řečeno výše. Nemusíme ve všem následovat západní části EU, zachováním řady oborů, které tam jsou dnes spíše utlumovány, přispějeme k udržitelné soběstačnosti našeho společenství vůči konkurentům.

Velkou příležitostí, respektive výzvou, zejména pro menší a střední strojírenské podniky je stavět konkurenceschopnost na vlastních inovacích a vlastních produktech. Firmy by měly být otevřené hledání vlastních rezerv v úrovni své výroby, vizí inovací a přidané hodnoty svých produktů. Spolupráce v aplikovaném výzkumu s vysokými školami může v tomto směru přinášet užitečné výsledky.

Výbornou zprávou pro strojírenství v ČR by byla také formulace a legislativní ukotvení jasné a smysluplné strategie průmyslu ČR vůči EU, tedy dotvoření prostředí, ve kterém by bylo možné investovat i při respektování dynamiky změn. Jako příklad konkrétní náplně si lze dnes představit jasné stanovisko vlády ke způsobu řešení dopadu vysokých cen energií na český průmysl a jeho konkurenceschopnost. Zejména malé a střední firmy vnímají absenci jakékoli garance nebo pomoci ze strany vlády s velkým zklamáním a rozhořčením.

Struktura ekonomiky a její potenciál

Strojírenství je obor, který buď přímo produkuje výrobky nutné k zajištění fyzické existence a relativního blahobytu člověka a lidské civilizace, nebo produkuje stroje a zařízení k výrobě takových produktů. Nejsem ochoten veřejně prohlásit, že do budoucnosti nepotřebujeme zemědělství, potravinářství, dopravu, medicínu (protetiku, nástroje a přístroje), energetiku, hutnictví a hornictví, aktuálně obranný průmysl a další strojírenské nebo na strojírenství závislé či s ním spojené obory.

Věřím, že strojírenství, které se vyvíjí, využívá moderní postupy a sleduje nové trendy, tedy strojírenství konkurenceschopné, které je oporou naší ekonomiky, nebude nikdy překonané ani končící.

Ke struktuře ekonomiky. ČR je výrazně zapojena do mezinárodní dělby práce, jejíž další vývoj je vzhledem k aktuální situaci těžko předvídatelný. Nepřemýšlejme, co ve strojírenství v ČR zrušit, ale jak výrobky i výrobu vhodně inovovat. Z těchto hledisek důkladně zvažujme, co, a hlavně jak podpořit.

Pokud v oblasti ekologie podpoříme místo politických projektů (jako jsou nulové emise v dopravě či energetice) kultivaci ekologicky špinavých technologií na základě pokročilých výsledků vědy, výzkumu a vývoje a na ně navázaná inovativní technická řešení, bude to šance skutečně pomoci Zemi i české ekonomice, například v souvislosti se strukturou ekonomiky často (a ne vždy zcela právem) kritizovanému a pro českou ekonomiku podstatnému automobilovému průmyslu, výrobě zařízení pro chemický průmysl a energetiku, nebo objemem zatím ne tak výraznému průmyslu leteckému, který prodělává v ČR jistou, a nikoli bezproblémovou renesanci.

Pokud se budeme v těžkém strojírenství a hutnictví orientovat na kvalifikované technologie s vyšší přidanou hodnotou (třeba materiály pro aditivní technologie, přesné lití atp.) nebo na netradiční náhrady klasických materiálů moderními alternativami (např. kompozity), nemusí to být ztracená „přežitá“ část průmyslu.

Oblast výroby obráběcích strojů je tradičním odvětvím, pro které je také v souladu s výše napsaným příležitost v uchování, a zejména rozvoji vlastního know‑how a technických řešení a v propojení hmotných zařízení s digitalizací a pokročilými řídicími softwary.

Technické vzdělávání a budoucnost strojírenství

Z hlediska potřeb českého strojírenství není studentů kriticky málo. Nejen na naší fakultě však klesají počty studentů, kteří mají strojařinu jako první volbu, a tak se snižují jejich předpoklady i motivace.

Mezi příčiny tohoto stavu patří trvale nízká prestiž technických oborů ve společnosti, konkurence snazších (to platí zejména u těch netradičních) humanitních oborů, které se v současnosti zdají nabízet i platově výhodná zaměstnání, konkurence více „trendy“ technických oborů (zejména informačních technologií, které samy o sobě nejsou schopny táhnout ekonomiku země, jako je ČR, a které nenabízejí tolik potřebné mezioborové studijní programy pro uplatnění ve strojírenství a dalších tradičních technických oborech), ale i naše vlastní nedostatky v přiměřené propagaci technických oborů ve společnosti, přesvědčování o jejich významu a perspektivách.

Významně mohou pomoci média, která atmosféru ve společnosti ovlivňují. Nejsem zastáncem propagačních kampaní, ale zdá se mi, že dikce velkých médií vede ve společnosti k obecnému pocitu, že průmysl včetně strojírenství je tolerovanou oblastí, ve které se nic zajímavého neděje a která na chod naší společnosti prakticky nemá vliv. Změna této dikce by velmi pomohla při získávání kvalitnějších studentů do technických oborů.

Studenti, kteří mají naši fakultu jako první volbu, se zajímají především o nové trendy strojařiny, pokud jsou srozumitelně a uvěřitelně vysvětleny. Pokud pak přijde z průmyslu nabídka pracovat na aplikacích těchto trendů i v tradičním a konzervativním strojírenství, tak to tyto studenty osloví a české strojírenství v budoucnu obstojí se ctí.

Je to i výzva pro manažery a majitele strojírenských podniků v ČR, aby nové trendy strojařiny a jejich možnosti znali a jejich správné uplatnění s odvahou podporovali a díky obchodním schopnostem uplatňovali.

ČVUT a české firmy

České firmy vnímají stále více význam spolupráce s technickými univerzitami nejen v oblasti přípravy kompetentních pracovníků, ale i v oblasti inovací a znalostí. Nyní by bylo třeba, aby české podniky formulovaly strategie svého výzkumu a vývoje a vytvořil se tak dostatečný čas pro rozvoj know‑how v rámci výzkumu a vývoje na technických univerzitách.

Nepřeje tomu vzrůst byrokracie v podpoře výzkumu a vývoje (mnohé podniky v ČR odmítají z tohoto důvodu užití veřejných dotačních prostředků) a nepřeje tomu nekritické převzetí trendu zvyšování kvality vědy a výzkumu prakticky výhradně orientací na publikace (hodnocené akademiky v rámci komunity a bez vazby na praxi) institucemi jako MŠMT a RVVI.

To vytváří tlak na technické univerzity, aby vytvářely pouze „papírové“ publikace a tím omezovaly své schopnosti zkoumat a vyvíjet praktické věci z reálného života pro skutečný průmysl až po případnou ztrátu této kompetence. Zatím české technické univerzity nové trendy ve strojařině znají a snaží se je podnikům nabízet a ve spolupráci rozvíjet.

Velkou příležitostí, respektive výzvou, zejména pro menší a střední strojírenské podniky je stavět konkurenceschopnost na vlastních inovacích a vlastních produktech.

Konkrétně bych zmínil racionální vývoj v energetice a mobilitě zahrnující alternativní pokrytí energetických potřeb zdroji s nízkými, ne však nutně nulovými emisemi skleníkových plynů a materiálově méně náročnými. Příkladem může být využití vodíku ve spalovacích motorech v kombinaci s kapalnými (syntetickými, zpočátku i fosilními) palivy.

Významná je i spolupráce s českými výrobci výrobní techniky a s dalšími průmyslovými partnery z oblasti průmyslové výroby, se kterými společně realizujeme řadu projektů aplikovaného výzkumu, jež se zaměřují na inovativní řešení pro zvyšování konkurenceschopnosti firem.

Naše fakulta na tomto poli vždy ctila holistický přístup nutný pro řešení problémů současnosti se zahrnutím co nejširšího okruhu partnerů v rámci velkých projektů (výzkumný záměr Integrované inženýrství, výzkumná centra a nyní Národní centra kompetence propojující mobilitu na silnici a na kolejích a úzká spolupráce mezi fakultami ČVUT (FEL, FD) i s VŠCHT, Centrum kompetence Strojírenská výrobní technika nebo v současnosti Národní centrum kompetence Strojírenství, Centrum leteckého a kosmického výzkumu…).

Aplikace výsledků výzkumu jsou pro technickou školu rozhodující a odrážejí se ve společných projektech se Škoda Auto, Škoda Transportation, Škoda Electric, Bosch, Brano, GE Aviation Czech, TOS Varnsdorf, Kovosvit MAS, Rotana, Hofmeister, HESTEGO, Compo Tech i ve výzkumu jako TÜV SÜD CZ, Garrett Advanced Motion, VZLÚ, Eaton European Innovation Center…).

Dobré aplikační výsledky ocenila i TAČR výročními cenami za spolupráci a Mezinárodní evaluační panel v rámci hodnocení Metodika 2017+, kdy se ČVUT spolu s VŠCHT jako jediné technické školy v ČR dostaly do kategorie A.

Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Miroslav Španiel, děkan Fakulty strojní ČVUT v Praze