Nové výzvy pro Národní centrum kompetence Strojírenství

Národní centrum kompetence Strojírenství (NCKS) tvoří v současné době konsorcium devíti výzkumných organizací a 24 průmyslových partnerů. Konsorcium bylo založeno v roce 2018 a od roku 2019 do roku 2022 realizovalo výzkumně-vývojové aktivity s podporou z programu Národní centra kompetence 1.

NCKS je zaměřeno na výzkum, vývoj a inovační aktivity nezbytné pro zvyšování konkurenceschopnosti českého strojírenského průmyslu v oblasti středního a lehkého strojírenství.

Konsorcium se v letech 2019 až 2022 zabývalo řešením témat významných pro budoucí inovace strojů, zařízení, technologií a materiálů. Jeho výzkumná agenda zahrnovala pět základních oblastí:

- Měření a analýza parametrů strojů, zařízení a technologií;

- Mechatronické systémy pracovních členů mechanismů, výrobních a manipulačních strojů;

- Virtuální modely strojů a technologií, matematické modelování strojů, technologií a fyzikálních procesů významných pro strojní celky;

- Rozvoj a aplikace metod a postupů při návrzích a realizaci nových koncepcí a provedení strojů, zařízení a technologií pro zpracovatelský průmysl, včetně prototypové realizace a jejich verifikace;

- Nové materiály a technologie jejich výroby a zpracování.

Výzkumně vývojové aktivity byly realizovány na úrovni dílčích projektů, do jejichž realizace se společně zapojovaly výzkumné organizace a průmyslové podniky. Ve vzájemné synergii byla také definována témata těchto projektů. Do konce roku 2022 bylo úspěšně zrealizováno 53 projektů. Konsorcium vytvořilo 135 výsledků: sedm užitných vzorů, 57 funkčních vzorků, 10 prototypů, jednu certifikovanou metodiku, dva softwary, 30 ověřených technologií a 28 ostatních výsledků, z větší části rovněž realizačních a aplikačních.

Tento výčet dokládá výrazné zaměření NCKS na realizaci výsledků s vysokým potenciálem využití v praxi.

Skladba průmyslových partnerů konsorcia NCKS je z pohledu oborového zaměření různorodá. Velkou část zastupují výrobci obráběcích strojů. Tento obor představuje jeden z významných segmentů českého strojírenství s výrazným exportním potenciálem, který je třeba intenzivně rozvíjet, čemuž NCKS významně přispívá jak nyní, tak i do budoucna. Působení výrobců obráběcích strojů v NCKS a vybrané výsledky byly představeny ve vydání MM Průmyslového spektra č. 6/2022.

Dále jsou v konsorciu zastoupeny firmy z různých průmyslových oborů, jejichž společným zájmem je inovovat své výrobky a výrobní postupy s cílem zvýšení konkurenceschopnosti. NCKS se zabývá řešením společných témat definovaných ve výzkumné agendě a jejich implementací do konkrétních aplikovaných výstupů. Podrobný výčet přesahuje rámec tohoto článku. Pro ilustraci dále uvádíme několik příkladů.

V rámci realizace projektu Pokročilá řešení ocelových komponent pro dopravní techniku průmyslový partner společnost Proinno společně s výzkumnými organizacemi COMTES FHT, SVÚM a ZČU v Plzni pracovali na snižování hustoty ocelí pro dynamicky namáhané komponenty a zvyšování korozní odolnosti. Výsledkem projektu jsou oceli vysoce legované hliníkem se sníženou hustotou až o 11 %, se zvýšenou korozní odolností v solném prostředí a se zvýšenou odolností proti tečení.

Protikorozní ochraně se také věnovala firma ZEBRA GROUP, která společně s výzkumnou organizací SVÚM pracovala na projektu Kompozitní protikorozní organické povrchové úpravy, založené na neelektrolyticky nanášeném povlaku s mikrolamelami zinku poskytujícími katodickou ochranu, na který je nanesen funkční krycí (tzv. utěsňovací) povlak na bázi organické epoxy-fenolické vysoce zesíťované pryskyřice. Řešení je využíváno k ochraně dílů multifunkčního vozidla ZEBRA, které se mino jiné používá pro odklízení sněhu a posyp solí a je vystaveno agresivnímu prostředí.

Příkladem další úspěšné realizace je spolupráce firmy Wikov Gear a výzkumného centra NTC Západočeské univerzity v Plzni na realizaci inovací vybraných uzlů průmyslových převodovek. Při řešení byl vytvořen unikátní software pro simulace axiálních kruhů a realizovány výpočty a testy pro zajištění vyšší spolehlivosti převodovek. Do provedených činností spadaly i analýzy vlivu tvarových odchylek zubů, výzkum možného úniku oleje labyrinty rychloběžných převodovek a simulace dvoufázového proudění popisující distribuci oleje.

Dalším zajímavým projektem byla Linka na výrobu plošných kompozitních nanovlákenných materiálů s využitím AC electrospinningu. Linka, vyvinutá ve spolupráci TU Liberec a firmy Nano Medical, umožňuje výrobu plošného nanovlákenného materiálu až do šířky 1,6 m. Jedná se o celosvětově novou technologii výroby nanovlákenných vrstev, které mají nové užitné vlastnosti. Linka byla např. využita v době covidové pandemie k produkci nanovlákenných materiálů, jež našly uplatnění při výrobě roušek a respirátorů. Do budoucna lze linku využít pro produkci filtračních médií, ochranných pomůcek a oděvů, nosičů biologicky účinné látky atd.

Spolupráce výzkumné organizace VÚTS a firmy Modelárna Liaz měla multioborový charakter. Byla zaměřena na optimalizaci bezpilotního vrtulníku Skyspotter, který v podvěsu může nést nejrůznější přístroje. Standardně je vrtulník vybaven stabilizačním gyroskopem s kamerou s vysokým rozlišením a laserovým dálkoměrem, může nést například radar, magnetometr, spektrometr, ale také robotického průzkumníka, který se na místě přistání odpojí a pracuje samostatně. Během spolupráce byly navrženy a zrealizovány zkušební standy pro testování celého vrtulníku, testování převodovek, včetně metodik a SW, řešeno bylo antivibrační uložení autopilota atd. Aplikační potenciál vrtulníku je velmi široký díky schopnosti létat v obtížných podmínkách a provádět při tom řadu měření a monitoring pro civilní, záchranářské i bezpečnostní využití.

Zajímavých a perspektivních řešení vytvořených v NCKS je celá řada. Na závěr vybíráme projekt Návrh a zhotovení prototypů zařízení pro vertikální manipulaci s meziprodukty v automatizovaných výrobních systémech, zrealizovaný výzkumnou organizací VÚTS. Řešení reagovalo na současné trendy automatizace výrobních a montážních procesů spojených s nároky na minimalizaci ploch potřebných pro provoz výrobních technologií vedoucích k realizacím víceúrovňových výrobních linek. Během řešení vznikly prototypy několika vertikálních manipulátorů, které již našly uplatnění například v linkách na výrobu baterií pro elektromobily.

Úspěšná spolupráce byla motivací a výzvou pro konsorcium NCKS k přípravě výzkumné agendy pro další období. Konsorcium využilo možnosti plynoucí z vyhlášení TA ČR druhé veřejné soutěže Programu na podporu aplikovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací Národní centra kompetence 2 a předložilo návrh projektu na roky 2023 až 2028. V rámci hodnoticího procesu návrh projektu obdržel kladná hodnocení a již pokračuje ve svých aktivitách a podílí se na řešení aktuálních výzev pro evropské strojírenství 21. století. Strategická výzkumná agenda reflektuje požadavky zákaznické a uživatelské, ekonomické, environmentální, společenské, a zejména pak technologické. Důraz je kladen hlavně na zvyšování výkonů a přesnosti strojů a zařízení, snižování jejich energetické náročnosti, automatizaci výrobních procesů, zkracování inovačních cyklů, snižování dopadů na životní prostředí, nákladovou optimalizaci a zohlednění trendů spadajících do oblasti Průmysl 4.0. NCKS se bude orientovat na návrhy a realizace pokročilé a udržitelné výrobní techniky a technologií, bude rozvíjet poznatky v oblasti digitální transformace a flexibilní automatizace. Současně se bude věnovat návrhům nových materiálů a oblasti nanotechnologií, viz níže uvedený přehled.

Naplnění uvedené výzkumné agendy (viz tabulka) bude, tak jako v předchozím období, realizováno prostřednictvím dílčích projektů, do jejichž řešení se bude zapojovat širší spektrum partnerů. Další výzvou pro NCKS 2 je realizace rozšiřujících aktivit podpořených z Národního plánu obnovy. Konsorcium zareagovalo na aktuální trendy a potřeby a v letech 2023 až 2026 se bude věnovat realizaci dalších čtyř dílčích projektů:

- Technologie a nástroje pro zelenou transformaci ve strojírenství;

- Technologie a nástroje pro digitální transformaci ve strojírenství;

- Vývoj pokročilých cirkulárních procesů;

- Inteligentní systém aditivních technologií.

Konsorcium NCKS 2 bude do budoucna představovat významnou výzkumně vývojovou platformu pro rozvoj strojírenství a souvisejících oborů. Získané poznatky bude aplikovat do praxe formou jejich zavádění do výrobních programů zapojených průmyslových partnerů či formou jejich využití pro další výzkumně vývojové aktivity a technologický transfer dalším zájemcům mimo konsorcium.

Ing. František Kubelka
pověřený konzultant NCKS
Technologická agentura ČR
Následující pozitivní hodnocení projektu NCKS pramení z poznatků čtyřletého sledování průběhu plnění plánu výzkumu a vývoje. Cíl projektu NCKS vytvořit společným výzkumem a vývojem aplikační výsledky, kterými budou konkurenceschopné komerční produkty, byl splněn. Výstupy projektu jsou prezentovány 135 realizačními výsledky, které byly vytvořeny v 52 dílčích projektech, a 27 účastníky projektu. To vyžadovalo tvůrčí erudici řešitelských týmů a schopnost vedení centra koordinovat činnosti účastníků projektu, kontrolovat výzkum a vývoj dílčích projektů a plán realizace projektu, organizovat zasedání rady centra a valné hromady, průběžně zajišťovat administrativně technické záležitosti. Strategická výzkumná agenda byla determinována pěti výzkumnými tématy a bylo užitečné k nim určit odborné garanty. Jednání rady NCKS bylo vždy věcné a profesionální. Rozhodující pro splnění cílů projektu byl profesně odpovědný výběr dílčích projektů. Důslednost managementu projektu se projevila ve stanovení interních kontrol v roce 2020 a 2022. Informace z kontroly o stavu řešení a předpokladu realizace dílčích projektů byly vyhodnoceny a poskytnuty radě centra. Pozitivní vliv na řešení měl hlavní řešitel prof. Ing. Miroslav Václavík, CSc., který přirozenou autoritou a svými odbornými znalostmi a zkušenostmi ovlivnil směrování projektu, posuzování dílčích projektů a průběh plnění projektu. Manažer projektu Ing. Jaromír Ficek, Ph.D., vytvořil rozhodující organizační nástroje pro optimální řízení projektu. Průběžné zprávy a závěrečná zpráva přehledně a věcně prezentovaly stav plnění dílčích projektů v rámci výzkumných témat (měřicí metody strojů a technologií, mechatronika a řízení, virtuální modely strojů a technologií, stavba strojů, nové materiály a jejich zpracování). Je přínosné, že NCKS pokračuje v rámci 2. výzvy. České strojírenství je stále významným oborem průmyslu s výrobky s vysokou přidanou hodnotou a pro udržení konkurenceschopnosti je výzkum a vývoj nezbytný.