Ústav výrobních strojů a zařízení na ČVUT v Praze

Kořeny Ústavu výrobních strojů a zařízení sahají do 20. let 20. století, kdy se výuka konstrukce výrobních strojů oddělila od Katedry mechanické technologie. Nová katedra, později ústav, měnila v průběhu času název i velikost. Současná podoba je z roku 2012, kdy se spojil tehdejší Ústav výrobních strojů a zařízení, který zajišťoval výuku studentů, s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), které bylo orientováno na výzkum a spolupráci s průmyslem a fungovalo jako školicí pracoviště doktorandů. Spojením vznikl jeden ústav, který zajišťuje vzdělávání mladých odborníků v bakalářském, inženýrském a doktorském studijním programu, výzkum v oboru výrobních strojů a technologií a podporu firem v této oblasti.

Moderní výrobní stroje jsou komplexní mechatronické celky, což se odráží i v náplni výuky. Studenti se vzdělávají v oblasti konstrukce obráběcích a tvářecích strojů, automatizace výrobních strojů a zařízení, pohonů, zpětnovazebného řízení a řídicích systémů, měření a diagnostice základních vlastností výrobních strojů. Všemi uvedenými předměty se prolíná výuka modelování a simulací. Ve výuce je kladen důraz na praktickou část, čemuž odpovídá významný objem výuky v laboratořích a především čtyři semestrální projekty, kde studenti prakticky aplikují získané teoretické znalosti nad jasně definovanou úlohou.

Výuku zajišťují především pracovníci Ústavu/RCMT, kteří mají kromě pedagogických i praktické zkušenosti z řešení úkolů zadávaných průmyslovými firmami. Kromě toho jsou do výuky zapojeni specialisté z firmy Zkušebna VUOS. Toto nastavení výuky přináší studentům kromě fundamentálních oborových znalostí i praktickou zkušenost z praxe. Další rozšíření praktických znalostí mají studenti v rámci seminářů Společnosti pro obráběcí stroje, Českomoravské společnosti pro automatizaci i specializovaných firemních seminářů pořádaných na půdě Ústavu/RCMT.

Propojení výuky, výzkumu a praxe se odráží i v tématech diplomových a disertačních prací, které často získávají ocenění. Zmínit lze např. diplomovou práci Ing. Alexandra Kozačoka zaměřenou na analýzu teplotních deformací nosné struktury stroje a návrh optimalizačních opatření pro stroj firmy Kovosvit MAS. Práce mj. získala ocenění Společnosti pro obráběcí stroje. Z významných disertací lze uvést např. práci Jana Veselého na téma komplexní modelování dynamiky a řízení NC strojů, která byla oceněna Zvoníčkovou nadací a na základě které se nyní realizuje mnoho významných projektů s firmami i navazující výzkum.

Absolventi se uplatňují jako projektanti, konstruktéři a pracovníci ve vývoji, inženýři v provozu a v podnikových zkušebnách i v obchodních společnostech, jako podnikatelé, popřípadě i jako učitelé technických předmětů. Absolventi ústavu nemají nouzi o zajímavé nabídky zaměstnání a velmi často již po několika letech praxe zastávají vedoucí pozice ve firmách.

Ústav výrobních strojů a zařízení spolupracuje ve výzkumu a výuce s dalšími ústavy jak na Fakultě strojní ČVUT v Praze, tak na VUT v Brně a ZČU v Plzni.

Výzkumu ve spolupráci s průmyslem i přímé komerční spolupráci je věnováno 90 % aktivit Ústavu/RCMT. S devadesáti aktivně zapojenými odborníky je toto pracoviště největší svého druhu v ČR a patří mezi významné i v mezinárodním měřítku. Výzkumné aktivity jsou zaměřeny na tři hlavní oblasti: 1. výzkum produktivních, spolehlivých a přesných obráběcích strojů; 2. výzkum vlastností, měření a diagnostiky obráběcích strojů; 3. výzkum produktivních a ekologických technologií. Pracoviště spolupracuje prakticky se všemi výrobci obráběcích strojů a jejich komponent v ČR a dále s mnoha uživateli hi-tech obráběcích technologií a strojů.

Ústav výrobních strojů a zařízení je velmi dobře vybaven pro výuku i výzkum v oboru jak z pohledu strojního vybavení, tak z hlediska hardwaru a softwaru pro zajištění konstrukčních, výpočtově simulačních a experimentálních aktivit. Výčet vybavení by byl dlouhý. Nemá smysl ho uvádět, protože kvalita výsledků je dána především týmem profesionálních výzkumných pracovníků s dlouholetými zkušenostmi ve výzkumu i výuce.

Spolupráci s průmyslem je věnována velká pozornost. Drtivá většina řešených projektů je ve spolupráci s průmyslovými firmami. Výsledky výzkumu jsou bezprostředně aplikovány v praxi spolupracujících firem. Důkazem dobré a intenzivní spolupráce s firmami je mj. již dvakrát získané ocenění v soutěži Nejlepší spolupráce roku za projekty s firmami TOS Varnsdorf a KŠK Kuřim.

Ústav/RCMT dosáhl mnoha úspěchů a ocenění, jak již bylo uvedeno na několika příkladech výše. Za nejvýznamnější úspěch však lze považovat především zájem průmyslových partnerů o společné řešení výzkumně-vývojových projektů. V tomto ohledu je unikátní projekt TAČR Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika, jehož konsorcium pracoviště vede. V projektu jsou zapojeny tři univerzity (ČVUT v Praze, VUT v Brně, ZČU v Plzni), šest výrobců obráběcích strojů (TOS VARNSDORF, TOS KUŘIM, TOSHULIN, ŠKODA MACHINE TOOLS, TAJMAC-ZPS, KOVOSVIT MAS) a jeden výrobce tvářecích strojů (ŠMERAL BRNO). Projekt je unikátní jak špičkovým složením konsorcia (tři největší technické univerzity v ČR, firmy, které z hlediska obratu realizují 60 % výroby výrobní techniky v ČR), tak i zaměřením na řešení aktuálních témat i dlouhodobého oborového výzkumu.

Hlavním cílem Ústavu/RCMT zůstává další zvyšování kvality ve výchově mladých odborníků, výzkum a podpora průmyslových firem v oboru výrobní techniky a technologie. V tomto ohledu bude pokračovat srovnávání výsledků se špičkovými zahraničními pracovišti.

Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení

Z hlediska vývoje katedry v posledních letech je třeba zmínit nově akreditovaný obor Hydraulika a pneumatika v rámci navazujícího magisterského studia, který od školního roku 2013/14 nahradil dřívější specializaci Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení. Dále byly v uplynulých letech významně inovovány laboratoře katedry, které jsou nezbytné pro kvalitní pedagogickou i vědecko-výzkumnou činnost.Na konci minulého roku katedra oslavila 50. výročí svého vzniku, čímž se řadí mezi nejstarší, ale stále aktivní katedry v rámci Fakulty strojní.

V oblasti výuky katedra zabezpečuje na Fakultě strojní bakalářský studijní obor s názvem Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení. V magisterském studiu zajišťuje výuku v již zmíněném oboru Hydraulika a pneumatika. Dá se říci, že v současnosti jako jediná v České republice nabízí komplexní studijní obor zaměřený na hydraulické a pneumatické mechanismy, přičemž výuka této problematiky má na pracovišti dlouholetou tradici. Katedra nabízí také možnost pokračovat v doktorském studiu.

Pro zavedení nejnovějších poznatků a trendů z oblasti tekutinových systémů jsou do výuky zapojováni odborníci z praxe. Ti se aktivně podílejí na výuce, vedou přednášky i cvičení a z řad studentů jsou vysoce ceněni. Kromě výuky jsou na katedře také pravidelně pořádány odborné přednášky a semináře firemních partnerů. Samozřejmostí jsou každoroční exkurze studentů do firem, např. Parker Hannifin, Bosch Rexroth, SMC Industrial Automation, Sigma Group, Danfoss Power Solutions a dalších. Katedra vypisuje ve spolupráci s praxí také témata závěrečných prací.

Absolventi nacházejí uplatnění jako projektanti, konstruktéři, výpočtáři a výzkumní a vývojoví pracovníci v různých odvětvích průmyslu. Začátkem tohoto roku byli formou dotazníku osloveni absolventi katedry z posledních tří let. Z výsledných dat vyplývá, že téměř 95% z nich našlo zaměstnání do tří měsíců od ukončení studia, přičemž více než polovina se v praxi zabývá přímo hydraulikou. Další absolventi se věnují pneumatickým systémům, 3D modelování či obecné konstrukci.

Z technického vybavení lze zmínit např. nové hydraulické praktikátory firmy Parker Hannifin pro procvičování úloh se základními prvky a rovněž proporcionální technikou, demonstrační a měřicí zařízení odstředivého a plunžrového čerpadla Armfield, vybavení laboratoře pneumatických mechanismů z finančního daru firmy SMC Industrial Automation, nebo sestavení aerodynamického tunelu s žárovým anemometrem Dantec Dynamics. Katedra disponuje měřicím zařízením Hydac HMG 3000, Hydrotechnik M5060 s rychlostí snímání měřené veličiny až 0,1 ms, včetně příslušných snímačů, laserovým čítačem nečistot v oleji Parker Hannifin, rotačními reometry Brookfield. Ze softwarového vybavení katedra využívá např. Ansys-Fluent, Automation Studio nebo Matlab-Simulink.

Z hlediska vědecko-výzkumné činnosti se katedra zabývá měřením, zkoušením a matematickým modelováním hydraulických a pneumatických prvků a systémů, včetně popisu dynamických jevů. Významnou oblastí výzkumu s dlouholetou tradicí je matematické modelování proudění. Ve spolupráci s dalšími pracovišti se řeší rovněž problematika přestupu tepla a spalování. Katedra se dlouhodobě podílí na řešení mezinárodních a národních grantů.V oblasti aplikovaného výzkumu se mimo jiné podílela na projektu TA ČR s názvem Regulované rekuperační převodníky, který byl Technologickou agenturou oceněn za ekonomický přínos. Pracovníci katedry se zapojují do výzkumné činnosti rovněž v rámci projektů postdoc či pre-seed aktivity.

Ze závěrečných prací můžeme zmínit např. návrh nůžkové zdvihací plošiny pro kamionové soupravy, návrh hydraulického pohonu krokového mechanismu vrtné soupravy, řešení interakce kapaliny a stěny potrubí při nestacionárním proudění, modelování proudění s uvažováním vlivu smáčivosti povrchů, modelování proudění s přestupem tepla a hořením, modelování proudění v hydrodynamickém čerpadle nebo modelování a experimentální ověření chování elastických pneumatických pracovních prvků. Z uvedeného je zřejmé, že okruh témat je skutečně široký.

Katedra dlouhodobě spolupracuje s Odborem fluidního inženýrství Victora Kaplana VUT v Brně, v rámci evropských projektů s TU Liberec a ZČU v Plzni, dále s partnery ze slovenských vysokých škol STU v Bratislavě, TU v Košicích a Žilinské univerzity. V posledních letech se rozvíjí také spolupráce se Slezskou polytechnikou z polských Gliwic.

Již bylo zmíněno, že odborníci z řad průmyslových firem se aktivně podílejí na výuce. Katedra spolupracuje s průmyslovou praxí rovněž v oblasti smluvního výzkumu, např. při měření a modelování proudění kotlových těles s firmou Viadrus, při posuzování hydromechanických parametrů centrální klimatizace Dolu Paskov s firmou OKD, při zvyšování účinnosti paralelizace CFD solveru Open FOAM s firmou Sobriety. Pracoviště také pořádá školení pro zástupce průmyslu v oblasti pneumatických prvků a systému.

Za významný úspěch v oblasti výzkumu lze považovat již zmíněný podíl na projektu TA ČR, který byl oceněn Technologickou agenturou. Z hlediska kvality výuky lze za úspěch pokládat poměrně velký zájem studentů o studium oboru a také následný zájem o absolventy z řad průmyslových firem.

V důsledku poklesu demografické křivky došlo ve vysokém školství k úbytku počtu studentů a pracoviště se s touto situací musí vyrovnat. Je i nadále nezbytné zavádět do výuky nejnovější poznatky z průmyslové praxe a tím absolventům katedry i do budoucna zajišťovat jejich dobré uplatnění a konkurenceschopnost na trhu práce. Současně je nutné neustále rozvíjet činnost ve vědě a výzkumu.

Jan Petřík

jan.petrik@mmspektrum.com