Płaska walcarka firmy Baier & Michels i proces ECCO TEC – łączony proces prasowania i walcowania do produkcji precyzyjnych części bezwiórowych

Rewolucja w inżynierii mechanicznej: Jak ten nowy proces walcowania pozwala zaoszczędzić 80% materiału

Dostawa i instalacja 125-tonowej walcowni płaskiej w zakładzie Rohrbach w Ober-Ramstadt to coś więcej niż tylko logistyczny wyczyn w śnieżny styczniowy weekend. Za tym wydarzeniem kryje się fundamentalna transformacja produkcji przemysłowej, ilustrująca, jak niemieckie firmy muszą reagować na wzmożoną globalną presję konkurencyjną. System opracowany przez Baier & Michels stanowi technologiczną odpowiedź na egzystencjalne pytanie: czy wysoce zautomatyzowana, bezwiórowa produkcja może zrekompensować przewagę kosztową azjatyckich konkurentów, jednocześnie spełniając wymogi ekologiczne?

Przełom technologiczny w produkcji precyzyjnych części

Walcarka szczękowa płaska stanowi fundamentalną zmianę paradygmatu w produkcji precyzyjnych elementów z długim trzpieniem. Proces opiera się na zasadzie formowania na zimno z wykorzystaniem dwóch przeciwbieżnych, płaskich szczęk walcowych, z których jedna jest nieruchoma, a druga porusza się poziomo za pomocą mechanizmu korbowego. Przedmiot obrabiany, umieszczony między szczękami, jest formowany stopniowo dzięki klinowej geometrii szczęk walcowych, jednocześnie obracając się i zmniejszając swój przekrój.

W przeciwieństwie do walcarek z matrycami obrotowymi, które pracują w trybie ciągłym i osiągają wyższe cykle, maszyny z matrycami płaskimi oferują decydujące korzyści w przypadku średnich partii produkcyjnych i złożonych geometrii. Podstawową korzyścią są znacznie niższe koszty inwestycji w połączeniu z elastycznością, co czyni ten proces szczególnie odpowiednim dla europejskiego sektora produkcyjnego średniej wielkości. Technologia b&m-ECCO TEC, opracowana przez firmę Baier & Michels, łączy procesy prasowania i walcowania w bezwiórowy proces produkcyjny, który umożliwia wytwarzanie komponentów tradycyjnie wytwarzanych w ramach wielu etapów obróbki w ramach jednego, zintegrowanego procesu.

Znaczenie tej technologii staje się oczywiste dopiero w porównaniu z konwencjonalną obróbką skrawaniem. Tłoczyska, wrzeciona regulacyjne i wały napędowe są zazwyczaj wytwarzane poprzez toczenie, frezowanie, nacinanie kół zębatych, obróbkę cieplną i szlifowanie końcowe – proces wieloetapowy, materiałochłonny i energochłonny. Z kolei bezwiórowe formowanie na zimno pozwala na niemal całkowite wykorzystanie surowca, ponieważ nie powstają wióry. W przypadku złożonych elementów formowanych na zimno można osiągnąć oszczędności materiału sięgające 80%. Oszczędności te przekładają się na znaczące korzyści dla środowiska: emisja CO2 spada nawet o 67%, ponieważ eliminuje się energochłonne procesy recyklingu wiórów metalowych, a zapotrzebowanie na surowce pierwotne ulega radykalnemu zmniejszeniu.

Utwardzanie materiału podczas procesu formowania oferuje dodatkową korzyść metalurgiczną. Włókna materiału nie są rozrywane; zamiast tego zwiększa się gęstość dyslokacji w sieciach krystalicznych, co skutkuje gęstszą, szczególnie sprężystą strukturą powierzchni. Utwardzanie to eliminuje konieczność dodatkowej obróbki, takiej jak hartowanie, a jednocześnie pozwala uzyskać wyższe wartości wytrzymałości niż w przypadku elementów obrabianych mechanicznie. W zastosowaniach wymagających bezpieczeństwa, takich jak cylindry hydrauliczne, gdzie tłoczyska są poddawane ogromnym siłom ściskającym i rozciągającym, stanowi to znaczną poprawę jakości.

Strategiczne znaczenie dla niemieckiej inżynierii mechanicznej

Inwestycję w wysokości 20 milionów euro firmy Baier & Michels, należącej do Grupy Würth i zatrudniającej około 500 pracowników, należy postrzegać w kontekście fundamentalnego zagrożenia dla niemieckiej bazy przemysłowej. Niemiecki przemysł maszynowy, tradycyjnie stanowiący trzon tego zorientowanego na eksport kraju, zatrudniającego ponad 1,2 miliona pracowników i mającego ponad 70% udziału w eksporcie, jest systematycznie atakowany przez chińską konkurencję.

Podczas gdy udział Niemiec w globalnym eksporcie maszyn spadł do 15,2% w latach 2013–2023, udział Chin wzrósł z 14,3% do 22,1% w tym samym okresie. Ta zmiana wynika nie tylko z komparatywnej przewagi kosztowej, ale również z ofensywy polityki przemysłowej: w 2019 roku chińscy producenci maszyn otrzymali bezpośrednie i pośrednie subsydia w wysokości średnio 15,7 mln euro na firmę, co umożliwiło im oferowanie produktów po cenach niekiedy o 50% niższych niż w Niemczech. Jednocześnie 61% członków VDMA przewiduje, że za pięć lat ich pozycja konkurencyjna będzie jedynie przeciętna lub słaba.

W tej sytuacji decyzja Baier & Michels o zainwestowaniu 20 milionów euro w zakład w Ober-Ramstadt, wbrew trendowi przenoszenia produkcji za granicę, stanowi strategiczny ruch pozycjonujący. Dyrektor zarządzający Jörg Pohl jasno przedstawił uzasadnienie: technologia produkcji w nowej hali oferuje tak znaczące korzyści, że dalsze inwestycje w nią są pewne. Stwierdził, że firma opracowała produkty, które są praktycznie bezkonkurencyjne i zapewniają tak wysokie korzyści dla klientów, że na przykład koszty pracy nie są najważniejszym czynnikiem.

To stwierdzenie ujawnia zarówno sedno problemu, jak i potencjalne rozwiązanie. Koszty pracy w Niemczech są strukturalnie wyższe niż w Azji, ale wysoce zautomatyzowane, zaawansowane technologicznie procesy produkcyjne mogą z nawiązką zrekompensować tę niedogodność, jeśli jednocześnie skrócą czas produkcji ośmio- lub dziesięciokrotnie i drastycznie obniżą koszty materiałów. Technologia b&m-ECCO TEC tworzy zatem przewagę konkurencyjną, której nie da się odtworzyć w krajach o niskich płacach poprzez samo cięcie kosztów.

Jana Tischler, Dyrektor ds. Sprzedaży Nowych Klientów w Baier & Michels, podkreśliła silną presję rynkową ze strony Azji jako kolejny aspekt strategiczny. Maszyna zabezpiecza zakład produkcyjny firmy w Niemczech, zapewniając jednocześnie bardzo krótkie trasy transportu w Europie. To stwierdzenie wskazuje na przewagę strukturalną, która zyskuje na znaczeniu ze względu na zmiany geopolityczne. Odporność globalnych łańcuchów dostaw stała się priorytetem od czasu zakłóceń związanych z pandemią i napięć geopolitycznych. Lokalne lub regionalne łańcuchy wartości minimalizują ryzyko transportowe, redukują emisje i umożliwiają szybszą reakcję na potrzeby klientów.

Decyzja o lokalizacji produkcji w Niemczech, zamiast przeniesienia jej do sąsiednich krajów UE lub z Azji, musi być również rozpatrywana z perspektywy makroekonomicznej. Badania pokazują, że choć strategia reshoringu międzysektorowego zmniejsza zależności, to jednocześnie pociąga za sobą znaczne straty w poziomie dobrobytu. Całkowity reshoring zmniejszyłby PKB Niemiec o prawie 10%, ponieważ utracone zostałyby korzyści wynikające ze specjalizacji i globalnego podziału pracy. Niemniej jednak, strategiczny reshoring może być korzystny w kluczowych sektorach o wysokiej wartości dodanej i złożoności technologicznej, zwłaszcza w połączeniu ze wzrostem produktywności dzięki technologiom Przemysłu 4.0.

Nasze globalne doświadczenie branżowe i biznesowe w zakresie rozwoju biznesu, sprzedaży i marketingu - Zdjęcie: Xpert.Digital

Skupienie się na branży: B2B, digitalizacja (od AI do XR), inżynieria mechaniczna, logistyka, odnawialne źródła energii i przemysł

Więcej na ten temat tutaj:

• Centrum biznesowe Xpert

Centrum tematyczne z przemyśleniami i wiedzą specjalistyczną:

• Platforma wiedzy na temat globalnej i regionalnej gospodarki, innowacji i trendów branżowych
• Zbieranie analiz, impulsów i informacji ogólnych z obszarów, na których się skupiamy
• Miejsce, w którym można zdobyć wiedzę i informacje na temat bieżących wydarzeń w biznesie i technologii
• Centrum tematyczne dla firm, które chcą dowiedzieć się więcej o rynkach, cyfryzacji i innowacjach branżowych

Synergie ekonomiczne i ekologiczne

Wyróżnienie w postaci Niemieckiej Nagrody Zrównoważonego Rozwoju 2025 podkreśla podwójną korzyść tej technologii: efektywność ekonomiczną i efektywność ekologiczną. Jury jednoznacznie doceniło jej wkład w redukcję zużycia zasobów pierwotnych oraz wzrost efektywności w sektorze o wysokim popycie. Wzmacniając regionalne łańcuchy wartości i unikając transportu dalekobieżnego, proces ten przyczynia się również do redukcji emisji.

To połączenie jest niezwykle istotne z perspektywy polityki przemysłowej. Unijna taksonomia i zaostrzone cele klimatyczne zmuszają firmy do dekarbonizacji produkcji. Jednocześnie koszty energii w Europie rosną strukturalnie powyżej poziomu azjatyckiego, zagrażając konkurencyjności energochłonnych sektorów przemysłu. Technologie łączące drastyczną redukcję emisji CO2 z oszczędnościami kosztów stają się zatem kluczowym czynnikiem konkurencyjności.

Efektywność materiałowa formowania na zimno ma wpływ na kilka poziomów. Po pierwsze, zmniejsza się bezpośrednie zużycie materiału, co, biorąc pod uwagę obecne wahania cen surowców, natychmiast obniża koszty produkcji. Po drugie, eliminuje się koszty utylizacji wiórów metalowych. Po trzecie, znacząco zmniejsza się zużycie energii, ponieważ nie jest wymagana energochłonna obróbka cieplna, a samo formowanie na zimno odbywa się w temperaturze pokojowej. Po czwarte, wyższa precyzja formowanych elementów pozwala na uzyskanie mniejszych tolerancji bez konieczności późniejszego szlifowania, co przekłada się na dalsze oszczędności energii i czasu.

Perspektywa gospodarki o obiegu zamkniętym wzmacnia te zalety. Prawie całkowite wykorzystanie materiałów minimalizuje zapotrzebowanie na surowce pierwotne. Jednocześnie elementy formowane na zimno są trwalsze dzięki zwiększonej wytrzymałości, co wydłuża cykl życia produktu i zmniejsza zużycie zasobów w całym okresie użytkowania. Badania pokazują, że wydłużenie żywotności komponentów dzięki optymalizacji procesów produkcyjnych pozwala na redukcję emisji CO2 nawet o 30%.

Obszary zastosowań i znaczenie przemysłowe

Znaczenie technologii walcowania płaskiego staje się oczywiste, biorąc pod uwagę obszary zastosowań produkowanych precyzyjnych części. Tłoczyska są kluczowymi elementami cylindrów hydraulicznych stosowanych w maszynach budowlanych, sprzęcie górniczym, instalacjach offshore i prasach przemysłowych. Cylindry te przekształcają ciśnienie hydrauliczne w siłę mechaniczną i muszą wytrzymywać ekstremalne obciążenia. Jakość tłoczyska – jego wykończenie powierzchni, prostoliniowość, twardość i wytrzymałość – w istotnym stopniu decyduje o niezawodności operacyjnej i trwałości całego układu hydraulicznego.

Wrzeciona napędowe i wały napędowe znajdują zastosowanie w obrabiarkach, systemach pozycjonujących i przekładniach. Przenoszą moment obrotowy lub zamieniają obrót na ruch liniowy, co wymaga najwyższej precyzji i nośności. Możliwość wytwarzania takich komponentów bez obróbki skrawaniem, o złożonych profilach i zmiennych średnicach wzdłuż osi podłużnej, otwiera nowe możliwości dla projektantów w zakresie lekkich konstrukcji i projektowania zintegrowanego funkcjonalnie.

Rynek tych komponentów jest ogromny. Sam globalny rynek cylindrów hydraulicznych szacuje się na kilka miliardów euro rocznie, a rosnący popyt napędza rozwój odnawialnych źródeł energii, projektów infrastrukturalnych i automatyzacji przemysłowej. Możliwość znacznie szybszej, bardziej ekonomicznej i zrównoważonej produkcji tych części nie tylko zapewnia producentom przewagę konkurencyjną, ale także obniża koszty w całym łańcuchu wartości.

Jest to szczególnie istotne w kontekście elektromobilności i lekkiej konstrukcji. Formowanie na zimno pozwala na uzyskanie lżejszych komponentów o tej samej lub wyższej wytrzymałości przy tej samej masie. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku elektrycznych układów napędowych i nośników akumulatorów, gdzie każdy zaoszczędzony kilogram zwiększa zasięg lub zmniejsza pojemność akumulatora. Formowanie na zimno umożliwia również zastosowanie bardziej ekonomicznych materiałów bazowych, które w procesie formowania uzyskują niezbędne właściwości mechaniczne.

Wyzwanie logistyczne i złożoność operacyjna

Transport i montaż 125-tonowej maszyny ilustrują złożoność dużych projektów przemysłowych. Ciężki pojazd transportowy przewiózł 100-tonowy element centralny z Belgii do Rohrbach w ciągu trzech nocy, w asyście sześciu innych ciężarówek przewożących dodatkowe komponenty. Specjalne dźwigi musiały podnieść część maszyny przez dach nowo wybudowanego budynku fabrycznego. Pomimo starannego planowania, opóźnienia w przyjeździe dekarzy spowodowane zimowymi warunkami drogowymi i trudnościami w demontażu trwale zamontowanych elementów dachu spowodowały czterogodzinne opóźnienie.

Wyzwania te są symptomatyczne dla wymagań nowoczesnych systemów produkcyjnych. Sama maszyna została zbudowana w Belgii, a hala produkcyjna powstała równolegle w Rohrbach – przykład międzynarodowego podziału pracy, nawet w projektach europejskich. Koordynacja budowy hali, produkcji maszyn, transportu, montażu suwnic i instalacji końcowej wymaga precyzyjnego zarządzania projektem i integracji wielu specjalistów.

Po zainstalowaniu maszyny rozpoczyna się faza uruchomienia i rozruchu produkcji. Podczas tej fazy rozruchu konieczne jest zoptymalizowanie parametrów procesu, wyregulowanie narzędzi i przeszkolenie pracowników, aż do osiągnięcia gotowości do produkcji seryjnej i niezawodnej realizacji zakładanych czasów cykli.

Digitalizacja i integracja Przemysłu 4.0

Nowoczesne walcownie są coraz częściej wyposażone w funkcjonalności Przemysłu 4.0. Czujniki rejestrują parametry procesu w czasie rzeczywistym, samouczące się systemy sterowania autonomicznie kompensują wahania materiałowe, a dane narzędzi są automatycznie odczytywane za pomocą kodu DMC. Ta cyfrowa integracja umożliwia śledzenie części, konserwację predykcyjną i ciągłą optymalizację procesów.

Samouczący się system sterowania opracowany przez firmę Baier & Michels stanowi opatentowaną przewagę konkurencyjną. Takie adaptacyjne systemy mają kluczowe znaczenie dla rentowności, ponieważ redukują ilość braków, skracają czas przezbrajania i maksymalizują wykorzystanie zakładu. W branży, w której marże maleją z powodu presji cenowej, różnica między 85 a 95% wykorzystaniem zakładu może oznaczać różnicę między zyskiem a stratą.

Cyfryzacja otwiera również nowe modele biznesowe. Zdalna konserwacja, konserwacja predykcyjna i doradztwo w zakresie procesów opartych na danych mogą być oferowane jako usługi dodatkowe. Połączenie maszyny z systemem planowania produkcji umożliwia niemal natychmiastowe dostosowywanie się do wahań zamówień i optymalizuje zarządzanie łańcuchem dostaw.

Średniej wielkości firma pokazuje, jak to się robi: plan konkurencyjności Niemiec

Rozwój w Baier & Michels ilustruje możliwą ścieżkę rozwoju niemieckiej inżynierii mechanicznej: wiodącą pozycję technologiczną poprzez innowacje procesowe, zrównoważony rozwój jako czynnik różnicujący oraz strategiczne bezpieczeństwo zakładu poprzez skokowy wzrost wydajności. Sukces tej strategii zależy od kilku czynników.

Po pierwsze, muszą istnieć odpowiednie ramy polityczne. Koszty energii, biurokracja, obciążenia podatkowe i jakość infrastruktury to kluczowe czynniki decydujące o atrakcyjności danej lokalizacji. VDMA (Niemiecka Federacja Inżynierów) słusznie apeluje o fundamentalne reformy: ulepszenie infrastruktury, międzynarodową konkurencyjność systemu podatkowego, redukcję przeszkód regulacyjnych i zapewnienie przystępnych cen energii. Bez tych usprawnień strukturalnych, doskonałość technologiczna poszczególnych firm nie wystarczy do stabilizacji lokalizacji jako całości.

Po drugie, kluczowe znaczenie ma skalowanie. Technologia b&m-ECCO TEC musi ugruntować swoją pozycję na rynku i być stosowana w znaczących ilościach, aby osiągnąć szeroki zasięg. Wymaga to przekonujących referencji od klientów, transferu technologii i potencjalnego licencjonowania innym producentom. Grupa Würth, dzięki swojej globalnej sieci i sile finansowej, może odegrać w tym procesie rolę multiplikatora.

Po trzecie, należy utrzymać intensywność badań i rozwoju. 28 000 godzin pracy rozwojowej nad obecną maszyną świadczy o konieczności ciągłej innowacji. Publiczne finansowanie badań, współpraca z uniwersytetami i instytutami badawczymi oraz ochrona własności intelektualnej to kluczowe czynniki sukcesu.

Po czwarte, nie można ignorować zależności od rynku chińskiego. Chiny są drugim co do wielkości rynkiem eksportowym dla niemieckiej inżynierii mechanicznej, a jednocześnie najważniejszym dostawcą maszyn do Niemiec. Jednostronne oddzielenie doprowadziłoby do znacznych strat w dobrobycie. Strategia musi zatem znaleźć równowagę między dywersyfikacją rynków zbytu, wzrostem konkurencyjności w Europie i selektywną współpracą z Chinami w obszarach niekrytycznych.

Instalacja największej na świecie walcarki płaskiej w Rohrbach to zatem coś więcej niż tylko techniczne arcydzieło. To deklaracja przyszłej rentowności Niemiec jako lokalizacji przemysłowej – dowód, że kraje o wysokich płacach mogą utrzymać się w globalnej konkurencji dzięki innowacjom, zrównoważonemu rozwojowi i doskonałości technologicznej. Czy ten przykład będzie precedensem, czy pozostanie wyjątkiem, okaże się w nadchodzących latach. Jedno jest pewne: wyścig nie jest przegrany, ale dystans do konkurencji maleje z każdą opóźnioną reformą i każdą utraconą inwestycją.

Konrad Wolfenstein

Chętnie będę Twoim osobistym doradcą.

skontaktować się ze mną pod Wolfenstein ∂ xpert.digital

zadzwonić pod +49 89 674 804 (Monachium)

LinkedIn