Beszélgetés Jármai Károly professzorral
-Dráma a hajtóműben : megette az egyik fogaskerék a másikat-
-Tyúk vagy tojás , avagy miért kell élettartamra tervezni?-
Amikor a termék figyelembe veszi a felhasználó butaságát
Nem akartam hinni a szememnek, hiszen én a GÉP című folyóiratot lapoztam, ami, olyan cikkeket közölt, amelyek Miskolci Egyetemi szerzők tollából származtak, és akkor megpillantottam, mint hivatkozást, illusztrációt, a botsáska fotóját, egy másik helyen pedig a levélbodorítóét. Mellettük kardáncsukló fotója, illetve egy erőgépé. Jelentheti ez a természeti analógia keresés azt, hogy a géptervezésnek megváltozott a filozófiája?
Az elmúlt években a Gépész- és Informatikai Karhoz tartozó hét kiválósági műhelyben, melyek a 4-es Kiválósági Központhoz tartoznak, – ahol a tevékenység nemcsak a tervezést, de a technológiát is magába foglalja, ám még így is szűk ez a megközelítés mert a tervezésen belül is sokféle tevékenység zajlik, – tehát ezeknek a műhelyeknek a munkájában, a különféle terméktervezéstől a vegyipari alkalmazásokig, nemcsak hogy új anyagok jelentkeztek, de azokat meg kell munkálnunk, a tervezésnél a számításoknál figyelembe kell vennünk. Maga a technológia is változott. A tervezésnél az új számítógépes programokkal, amelyek pontosabb megbízhatóbb számításokat tesznek lehetővé, megbízhatóbb modellalkotást érhetnek el e kutatók. Ez az egyik oldal, a másik a technológiáké, hiszen vannak olyan eljárások, amelyek tíz évvel ezelőtt még nem is léteztek, vagy legalább is nem terjedtek még el.
Mondjuk a hegesztés kapcsán, az amit dörzshegesztésnek hívunk…
Például, ám ha már ezt hozta szóba: a hegesztés esetében folyamatosan zajlik az előremenetel, illusztrálhatjuk ezt a hibrid technológiák, hibrid eljárások alkalmazásával – amikor a lézert összekapcsolják az argon védőgázos hegesztéssel… és akkor megnő a hatékonyság. Ha önállóan gyárt le ilyen varratot, nagyobb az energia bevitele, a hibrid megoldás gazdaságosabb és jobb minőségű a varrat. Ez csak egy elem a sokból. A megmunkálásnál, a forgácsolásnál,- amely a másik tudományos műhely területe-, a keményesztergálásnál speciális anyagok kellenek, mert ha kevesebb a kenőanyag- éppen abból a megfontolásból, hogy a környezetet ne szennyezzük-, akkor a szerszámoknak kell jobbnak lenniük, hogy ezt bírják. Ennyit a változásról a fejlődésről…
Amikről még szó esik diskurzusunkban, ám visszatérve a természeti analógiára- régen, amikor a fizikát tanították, a felületi feszültség illusztrálásához segítségül hívták a vízipókot, így könnyű volt megértetni a jelenséget…
Biztos, hogy voltak korábban is a természethez közelítő, ott megtalálható megoldások, amelyeket az emberi alkotások létrehozásánál felhasználtak, annyiban a természeti analógia mindenképpen előtérbe kerül, hogy az ember a számítógéppel jobban meg tudja közelíteni a komplex struktúrákat, ez a fajta szimuláció vagy matematikai modellezés lehetővé teszi azt: összetettebbé válhat a természet megfigyelése. Jobban, hűebben tudja leírni , ahhoz képest ami korábban elképzelhetetlen volt. Ezeknél a protéziseknél, például, amelyeket nagy számban gyártanak és építenek be embereknél, a mechanikai vizsgálat, szilárdsági vizsgálat, a legyárthatóságuk, milyen anyagokból készüljenek, mindezek révén válaszolhatunk arra a kérdésre, miként legyenek akár személyre szabottak. Nagyon nehéz moduláris felépítéssel beépíteni az emberekbe ilyet, de sok más olyan területet is találunk, ahol a számítástechnika jelentősen segített a komplexitás előre menetelében.
Két visszatérő motívumot vélek felfedezni a szavaiban, és ezt bizonyította számomra nemrégiben egy kari disszeminációs konferencia, az ott elhangzó előadások. Az egyik: van egy nagyon erőteljes környezetvédelmi háttere, az erre való törekvés, ezeknek a munkáknak, megtalálható olyan kutatás, amely konkrétan a környezet védelmére irányul, mondjuk a hulladékkezelési eljárásokkal foglalkozik, vagy – ahogyan Ön említette a kenőanyagok esetében – indirekt módon védi a környezetet. A másik motívum: a számítógépes szimuláció.
Hadd kezdjem az előzővel, a környezeti kérdésekkel. Nem lehet velük nem foglalkozni. Az a vonulat, hogy a környezetre jobban figyelünk mind a tervezés, mind a technológia kapcsán, hogy ne termeljünk annyi hulladékot, olcsóbban, kevesebb energia felhasználásával oldjuk meg a feladatokat, így készüljenek el a gépek, szerkezetek, s próbáljuk a hulladékokat „eltüntetni” valamilyen módon – mindez létkérdéssé vált, ha valaki körül néz a világban, tapasztalja. Az óceánokban hulladék szigetek vannak, hatalmas kiterjedésű hulladék halmozódik fel mindenütt… Szóval, ezzel foglalkozni kell, ha tetszik, ha nem. Mi ilyen szempontból igyekszünk elébe menni a problémáknak, azokra megoldást találni, az egyes kutatócsoportok munkájában éppen ezek az innovatív, környezet barát technológiák állnak előtérben a fejlesztések kapcsán. Nagyon sok hulladék, viszonylag kis veszélyt jelentve, eltüntethető a környezetünkből, és ez nagyon nagy érték. Az, hogy ez jelentkezik a gépgyártás technológiában, a tervezési, termelési részekben, olyan szoftverek vannak, például, hogyha feldarabolunk egy acéllemezt, a művelet után, lehetőleg ne maradjon nagy hulladék a hasznos anyag mellett, – ennek egyébként költség vonzata is van. Az acél persze, feldolgozható újra,- már a kompozitoknál ez problémát jelent, meg a vasbetonnál mondjuk, de a betont is el kell tudni helyezni, amikor elbontanak és újra építenek valamit. Mi, a hét kutatóhelyen elsődlegesen a gépészethez közelítő, de nagyon széles spektrumot magába foglaló témakörökkel foglalkozunk, a gépgyártás technológia, a tervezés, mechanikai, mechanikai technológiai modellezés, szerkezetek és a környezetbarát technológiák ölelik fel ezt a munkálkodást.
Láthatóan, vannak kutatásaikban kapcsolódási pontok más egyetemekkel.
Az együttműködés három síkon zajlik: Az első az, amikor az egyetemen a tanszékek , a karok vagy a munkát megtestesítő szakemberek dolgoznak együtt. A másik a hazai vállalatok, oktatási intézmények, tehát egyetemek közös munkája, a harmadik a nemzetközi mezőnyben való együttműködés, erre szerencsére, mostanában egyre több a precedens. Az egyetemközi kooperációra mindig volt példa, és én örülök ennek mindig, ha ilyenek megvalósulnak. Én személy szerint a Tüzeléstani Tanszéken a Szemmelveisz házaspárral voltam hosszú ideig közös munkában, amikor a kemencefal szerkezeteinek az optimálásában dolgoztunk együtt, vagy a mi tanszékünk az Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Tanszékkel cukorszárító berendezések optimálásán, vagy azon a megoldáson működött együtt: az olvasztó berendezéseknél hogyan lehet optimálissá tenni a légcserélést. Volt, amikor a Műszaki Földtudományi Karon alakult ki közös tevékenység néhány kollégával.
A külföldiek?
Vegyük az én példámat, most is van egy EU programban való részvételem, amely acélszerkezetek tűzvédelméhez kötődik, ebben tizenkilenc partner található, egy nagy, acélszerkezeteket gyártó luxemburgi világcég az ArcelorMittal a koordinátora az együttes munkának. Szinte minden európai országból vannak képviselők. Ez egy jó európai együttműködés. Említhetném az Erasmus-t az oktatásban, ami szintén egy jó együttműködési lehetőség, hozzátenném: az oktatás mindig társul a kutatáshoz. Most volt török hallgató aki hozzám is járt órára, illetve az én hallgatóm, Finnországban van. Ezek egyre természetesebbnek tűnnek, s ha sorolnám, hogy a kutató műhelyekben, kinek milyen kapcsolatai vannak, hosszú ideig tartana – az Aschaffenburgi Egyetemmel vagy a leobenivel vagy a Harkovi Egyetemmel, a magdeburgival, a kassaival. Szerencsére, itt az egyes technológiai tanszékeknek jelentős nemzetközi kapcsolatrendszere van, az áramlás- és hőtechnikai gépeknél szintén, a gép- és terméktervezés témában hasonlóképpen. Felsorolni nehéz, hogy pontos listát adjunk, de nincs olyan, aki nélkülözi ezt,- igazából érdemes élni a lehetőséggel mindenkinek oktatási és kutatási szinten egyaránt. Ami a nehézség, az a hazai iparvállatok dolga, sokszor nehezebb dió, mint a külföldi kontaktus, szerencsére van erre is pozitív példa, már az is, hogy sikerül megnyernünk több céget is arra: szponzoráljon bennünket egy-egy kiadvány elkészítésében. A múlt héten volt a GOP projekt zárása, melynek keretében az elmúlt években 2 milliárd forintnyi kutatást végzett döntően a három műszaki kar.
A mechatronikához egy egész konzorcium jött létre, 250 millió forintot összeraktak, hogy az állam 250 milliója mellé kerülhessen az összeg…
Az ilyen klaszterek, konzorciumok létrehozásához a cégek nagyon kellenek, de érezhető a magyar gazdaságban az ipari partnerek visszahúzódása, a nehéz gazdasági körülmények miatt. Amit korábban esetleg könnyebben lehetett náluk elérni, most már lemondtak róla, a tevékenységüket racionalizálták, és sok mindentől elzárkóznak, ez megnehezíti a kapcsolódást. Sokszor előfordul, hogy elmegyünk valahova , megnézzük, javaslatot teszünk valamire, azután nem kell merthogy, nincs esetleg rá annyi pénz vagy olyan nagy formátumú átalakítást nem akarnak csinálni, vagy egyszerűen megpróbálják házon belül megoldani.
Ha csupáncsak a hegesztésről beszélgetnénk, az is napestig tartana, kiemelne néhány mozzanatot az innovatív anyagtechnológiák tudományos műhelyének ténykedéséből?
A műhelynek az a három ténykedése – az említett mellet, a hő és felületkezelés vagy a képlékenyalakítás – önmagában is megállná a helyét, mindez egy, a Mechanikai Technológiai Tanszékhez tartozik, Mindhárom kapcsán mondhatjuk, hogy a számítógépek egyre jobban „bejönnek” ezekre a területekre, például a hegesztésnél a modellezésben, a szimulációban, hogy mást ne mondjak az oktatásban. A hegesztő tanuló nem használ el nagyon sok próbatestet és energiát, amíg az ismeretek birtokába jut, egy videón keresztül érzékeli, milyen minőségű a munkája- nagyon valósághű, kiválóan visszaadja azt, minthogyha hegesztene. De, elsősorban nem az oktatás itt a cél, hanem a kutatás: megemlíteném a SysWeld végeselemes programot, ami annyit tesz, magát a hegesztett szerkezetet jobban meg lehet ismerni a méretezés, a gyártás szempontjából. Ez a modellezés rengeteg felesleges nehézségtől kíméli meg a gyártókat. A hőkezelés és a felületkezelés…ahogyan változnak az anyagok, egyre jobban idomul ezekhez, ha az ember azt mondja, hogy rozsdamentes acél vagy valamilyen nitridálás vagy valamilyen cementálás, a technológia nagyon speciális ismereteket igényel és sok tapasztalatot, hasonlóan a képlékenyalakításhoz. A cél: megismerni az anyag viselkedését. Egy új típusú anyag tulajdonságai nagyon kedvezőek lehetnek, olykor pedig sajátos problémákat vetnek fel, ha ezeket a műveleteket össze kell kapcsolni. Sokszor, egy egyszerű, mondjuk hőkezelési technológia, tönkre teheti a szerkezetet. Mondok egy példát, nekem is volt olyan kerti gépem, amelyben az egyik fogaskerék megette a másikat. Ha jól választják meg ezeket a paramétereket, ilyen nem fordulhat elő. Egyre jobban feladatorientálttá alakítjuk az anyagot, hogy sokat bírjon, kis tömegű, nagy teherbírású, szívós legyen, mindeközben sok veszély is megjelenik, ezeket ki kell védeni a gyártástechnológia kapcsán is, és a tervezésnél már erre gondolni kell.
Ha már az anyagokról esik szó, vannak nagyon szuper kemény fémek…
Ezek megmunkálása egy külön attrakció, ha ezeket akarjuk megmunkálni, vágni, marni, esztergálni, köszörülni, akkor már speciális szerszámok kellenek, és itt vetődik fel a hűtés- kenés problematikája, mely a kutatási feladatok közé tartozik. Vagyis szuper kemény szerszámokkal indul az egész és befejeződik a hűtés és a kenés csökkentésével, az előbbiekre éppen azért van szükség, mert lehetővé teszik az utóbbiak mérséklését, s ahogyan erről már beszéltünk, ez már jelentős környezeti tényező. Maga a megmunkálás igen sok elméleti kérdést is felvet, amelyeket kísérletekkel próbálnak alátámasztani, jelentkezik a véges elem, a különféle hőmérések, a felületi érdesség kérdése, ezek mind költségtakarékossági, gazdaságossági kérdések is. A modellezésben a kísérletek kielemzésében igen fontos szerepet kapnak a számítógépek.
Meglepődtem azon, hogy az egyik tudományos műhely alternatív üzemanyag kutatással foglalkozik…
Úgy van, magának a témának a megjelölése is az, hogy gépészeti és alternatív üzemanyag kutatások energetikai mérőcella, szélcsatorna és numerikus szimuláció együttes alkalmazásával. Igazából, itt elsődlegesen áramlástechnikai problémák kutatását jelöli meg ennek a tevékenységnek a címe. Elméleti és gyakorlati kérdésekről van szó, így hűtött vagy gyorsuló mozgást végző henger vizsgálata szélcsatornában, belső és külső égésű motorokkal kapcsolatos mérések energetikai berendezések vizsgálata, műszaki hőátviteli kérdések elemzése- ezt takarja a ténykedés. Mondjuk például, a LED – égők használata egy ilyen elemzés, ami festékszárításhoz kell, de mondhatom a turbinák használatát. Tudja, egy turbina esetében a lapát szögének módosítása, egy jobb hatásfok elérése érdekében milliárdos megtakarítást eredményezhet nagyszámú és hosszú időn át használt berendezéseknél.
Az ember azt gondolná, gépészeti fejlesztéseket nem lehet másként csak innovációval megoldani… miért akkor erre, egy külön kutatási program?
Az innovatív gépészeti termékfejlesztésben nemzetközi trend, hogy a számítástechnika uralkodóvá válik a tervezésben. Nagyon összetett modellekben 3D-s megoldásban, amit szépen lehet mozgatni, a terhelések hatását elemezni, az anyagokat változtatni benne, – minden egyes részletébe bele lehet nézni, mi hogyan viselkedik. Az, hogy egy ilyen szerkezet mennyire eladható, praktikus legyen, jó kinézetű legyen, ergonómiai szempontból megfelelő legyen, azután bejönnek, mint tényezők, a zajhatások – például, amikor megpróbáljuk levinni egy gép tömegét, akkor a zajszintje megemelkedik- van ez a hármas dolog: valami jót, gyorsan és olcsón. Na, ez egyszerre nagyon nehezen valósulhat meg, mindig valamelyik tényező rovására megy az erre való törekvés. Éppen egy innovációval lehet átlépni bizonyos határokat. Maradjunk a kerti szerszámoknál: ha a csapágyház, például műanyagból van, ez csökkenti a tömeget, a szerkezet súlyát, még a zajszintet is mérsékli, ám egy dologra rossz hatással van, ez az élettartam. Ma már igencsak előtérbe került az élettartamra való méretezés. Annak idején, úgy láttuk, milyen jó dolog ez, mostanában a hátrányát „élvezzük” a garancia lejárta után esik szét a gép. A hallgatókat megszavaztattam, kinek hány éves a mobil telefonja, – átlagban másfél-két évesek voltak a készülékek, egyik sem volt öt évnél idősebb. Kérdés, mi volt előbb, a tyúk vagy a tojás, tehát az eladók igényén, vagy a vevők elvárásain alapul az élettartam kérdése. A vágy, hogy nagyobb legyen a készülék tudása, ez mozgatja: szabaduljunk meg tőle, ha jó, ha nem. A másik, hogy rá van kényszerítve a vevő, mert olykor tényleg nem működik tovább az eszköz. Az elektronizálásban hatalmas léptékű a fejlődés, de a gépészetben is. A korábbihoz képest például elképzelhetetlen, mennyire elektronizálták már a darukat is, de az élettartamuk az csökkent. A Cementipari Gépjavítóban, amikor régebben megvették, (most már bevásárló központ van a helyén) a régi (30-40 éves) daruk még működtek…Nagyon fontos, hogy a berendezés azon az élettartamon belül, amit szánunk neki megbízhatóan működjön. Volt ilyen problémánk, hogy a kandallók, amiket gyártanak visszajönnek garanciális időben, repedések miatt. Bizonyítható volt, hogy mindez a helytelen használatból adódott. Lehetett volna pereskedni, ám ezt a cég presztízse nem engedte meg, inkább a terméken kellett úgy módosítani, hogy ilyen igénybevételeknek is megfeleljen, illetve hogy mérsékelje a módosított szerkezet az ilyen igénybevételeket a kialakítása révén.
Vagyis a felhasználó butaságát is kalkulálni kell olykor…
Olykor…Annak idején Zienkiewicz amikor feltalálta a véges elemes modellt, azt mondta: a szerkezeti elemeket bontsuk fel kis apró darabokra ezeknek írjuk fel a mechanikai egyensúlyát, ebből az alakváltozásra és a feszültségre tudunk következtetni a terhelés és a peremfeltételek függvényében. Közelítést végzett, azt mondta, hogy mindent behálózok, ha ezt sűrűbben teszem, akkor finomabb, ha ritkábban, akkor durvább lesz a közelítése a szerkezet viselkedésének. De rövidebb vagy hosszabb idő alatt a számítást el tudom végezni. Ez annyira bevált, hogy használják az élet megannyi területén, a tervezésben is, a technológiai modellezésnél is. Ennek a témának a kutatása, fejlesztése és alkalmazása kötődik a Mechanikai Tanszékhez. A kutatás célja, hogy különböző kompozitoknál, – acél , műanyag , gumi,- lehet szilárdsági vizsgálatokat elvégezni. Nagyon eltérő minőségű és viselkedésű anyagok vannak, az érintkezési kopási problémákat elemezni lehet és kell és még sorolhatjuk az egyes felhasználási módozatokat.
A fémszerkezetek optimális méretzésének témája kimondottan az Ön irányítása alá tartozik.
Elég régóta foglalkozom ezzel a témával, 34-ik éve a Szállítóberendezések, új nevén Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszéken. Itt is tapasztalható, hogy újabb anyagokat is használunk, például megjelentek a szálerősítéses műanyagok, mint alkalmazási elemek, például amikor rétegezett elemekről van szó. A fő cél mindig az volt, hogyan lehet egy szerkezetnek a tervezését úgy megvalósítani, hogy minimális legyen a költsége, minimális legyen a tömege, maximális az élettartama. A biztonság, az természetes tényező. Amit mi itt a kollégákkal kidolgoztunk,- elsődlegesen a Farkas József nevét említeném, most lesz nemsokára 85 éves, egy konferenciát is szervezünk a tiszteletére- az a tervezés, a gyártás és a gazdaságosság összekapcsolása. Bármit méretezünk, egy bordázott lemezt vagy egy szélturbina oszlopot, szalaghidat vagy kandallót, a tervezés figyelembe veszi a technológiai szempontokat – hegesztés, felület előkészítése, vágás, festés,- ezeknek a költségeit, lehetőleg a takarékosságot az optimum tükrében, úgy hogy a gyártott terméket el is lehessen adni.
Végül váltsunk témát. Az ember sejti, mi is az a zöldkémia, de mit takarnak a kutatásaik?
Például az energiahatékonyság kutatását a vegyiparban. Ha fél százalékkal tudnak hatásfokot emelni, az már milliárdokat jelent, csökken a gyártás költségigénye, esetleges környezetterhelése. A nyomástartó edényeknek, a csővezetékek azok viselkedésének a kutatása a gáz- és porrobbanások függvényében, elengedhetetlenül fontos,- ezek számítástechnikai szimulálása hasonlóképpen. A környezetbarát technológiák megvalósítása, a zöldkémia egy erősebb vonulata. Nem is a háztartási technológia hatása, bár azok kutatása is hasonló problémákat vet fel, de a vegyipari szennyezés, az egy döbbenetes dolog lehet, erre láttunk példát a világban és sajnos itthon is. Előtérbe kerül az életciklus elemzés, vagyis, hogy egy termék, az élete folyamán- elkészülésétől a kidobásig- hogyan terheli a környezetet. Azt mondjuk, egy acél berendezést gyártunk, azt használat után beolvaszthatjuk, ám nem így van ez például az elektronikai termékeknél- ezekkel foglalkozni kell, ez egy hangsúlyozott terület a kutatásban, ami főként a Vegyipari Gépek Tanszékhez tartozik.
A világ egyre inkább abba az irányba megy, hogy a nyersanyagból a terméken át minél gyorsabban hulladék legyen. Mi a magunk határain belül ezt a kör szeretnénk ésszerűbbé, tervezettebbé, megbízhatóbbá és gazdaságosabbá tenni.
