Témata
Zdroj: FS ČVUT v Praze

160 let strojařského vzdělávání v Praze: Lidé a výrobní systémy pro 21. století

Nejcennějším zdrojem, kterým Fakulta strojní ČVUT v Praze disponuje, jsou lidé, ochotní nejen na sobě pracovat, ale nabyté zkušenosti přenášet na další generace studentů. Následující příběhy popisují, jak se moji kolegové z Ústavu technologie obrábění, projektování a metrologie Fakulty strojní ČVUT v Praze snaží připravovat studenty na výzvy 21. století.

Reklama

Děje se tak díky propojení vzdělávání a spolupráce na zajímavých projektech s našimi průmyslovými partnery v oblasti moderních výrobních a kontrolních technologií a aditivní výroby. Znalosti integrujeme v rámci projektování výrobních procesů a systémů. Odborně se tedy zabýváme jak vývojem a optimalizací konkrétních výrobních procesů a technologií, tak návrhem a realizací komplexních výrobních systémů.

Srovnání optické kvality při zrcadlení textu po CNC leštění – Maraging 300 (vlevo) a Polmax (vpravo). (Zdroj: FS ČVUT v Praze)
Realizace komplexního rámu nástroje pro vstřikování plastů. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

V souladu s aktuální poptávkou ze strany našich průmyslových partnerů se v rámci technologie obrábění zabýváme inovacemi, prototypovou výrobou a dokončováním nástrojů pro tváření, vstřikování a tlakové lití. Každé ze zmíněných odvětví má specifické požadavky nejen na přesnost a kvalitu povrchu výsledných produktů, ale také na základní fyzikální vlastnosti samotných materiálů. V posledních letech se na trhu objevila celá řada materiálových alternativ s optimalizovaným chemickým složením určených pro konkrétní aplikace a účel – například zvýšení leštitelnosti, eliminace smrštění nebo zvýšení tepelné vodivosti. Kolega Zdeněk Pitrmuc našim partnerům pomáhá tyto materiály zavádět místo tradičních nástrojových ocelí, a to od návrhu nástroje přes optimalizace výrobních postupů až po program údržby a renovace s cílem optimalizovat výrobní náklady i produktivitu navazujících výrobních technologií.

Horní šoupě tlakové licí formy a jeho původní a nový koncept s využitím konformního chlazení, realizovaný 3D tiskem. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Nejmodernější materiály

V posledních letech se na trhu ve větší míře objevily oceli typu Maraging M300. Tyto oceli např. kombinují korozivzdornost díky vysokému obsahu niklu, dosažitelnou tvrdost až 57 HRC, dobrou obrobitelnost frézováním v dodaném rozpuštěném stavu, nízkoteplotní vytvrzení při teplotách cca 490 °C s velmi uspokojivou stabilitou rozměrů. Nasazením tohoto materiálu se nám ve spolupráci s firmou Attl a spol. podařilo násobně prodloužit životnost manipulačních a upínacích nástrojů nerezových trubek v korozně náročném prostředí. Vzhledem k přijatelné obrobitelnosti byl umožněn také redesign nástrojů s výraznou redukcí výrobních nákladů. Vysoký stupeň čistoty zajištěný vakuovým přetavováním (VMR, VAR) nám umožnil také aplikovat postupy strojního leštění CBN a PKD nástroji, a tím dosahovat stabilně drsností Ra 0,02 až 0,04 μm i na běžném frézovacím centru, s využitím CBN nástrojů i při zachování ekonomiky výroby a při eliminaci potřeby ručního dolešťování. Jakkoli jsou výsledky perspektivní, je třeba podotknout, že tento materiál nedosahuje tak dobré optické kvality jako ESR+VAR přetavované modifikace nerezové oceli AISI 420 – např. Uddeholm Polmax.

Reklama
Reklama
Reklama

I přes nižší teplotní vodivost (cca 21 W.mK-1) lze materiál Maraging M300 použít pro segmenty forem pro tlakové lití hliníku za předpokladu implementace aditivních technologií pro vytvoření konformního chlazení. Tento přístup se prokázal jako vhodný v případě redesignu horního šoupěte pro výrobu bloku tříválcového motoru 1.0 TSI z materiálu AlSi9-Cu3 (Fe) ve Škoda Auto ve spolupráci s centrem aditivní výroby Audi, na kterém se podíleli naši kolegové a studenti doktorského studia pod vedením Vladislava Andronova. Šoupě tvoří 1/6 formy, a tedy i tvarově velmi složitou boční stranu odlitku konečného motorového bloku. Díl byl realizován technologií L-PBF a dokončen CNC obráběním.

Horní šoupě, vyrobené pomocí 3D tisku, s konformním chlazením pro vysokotlaké lití slitiny hliníku po tisku a po obrobení. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Ve znamení 3D tisku

Motivací pro toto inovativní řešení bylo nerovnoměrné chlazení dílu, při němž jsou chladicí kanály vyráběny vrtáním. Kvůli tomu docházelo k přehřívání nástroje na tvarové části šoupěte a zároveň k poškozování povrchu odlitku. Nová koncepce konformního chlazení nejenže eliminuje tento negativní jev, ale rychlejší a rovnoměrnější tuhnutí odlitku potlačuje riziko vzniku objemových staženin a zároveň zvyšuje produktivitu procesu lití.

Dokončování topologicky optimalizovaného komponentu pro aplikaci v leteckém průmyslu. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Technologie 3D tisku nás obecně také motivuje a nutí k přejímání nových způsobů pro navrhování dílů, kde se snažíme aplikovat topologickou či lattice optimalizaci pro snižování hmotnosti komponent při zachování jejich užitných vlastností. I přes značný potenciál technologie PBF ohledně možné tvarové složitosti dílů bez dramatického zvyšování výrobních nákladů na tisk je nutné již ve fázi návrhu respektovat technologická omezení tak, abychom náklady nezvyšovali v procesu následné automatizace dokončování dílů zpravidla technologiemi CNC obrábění. Komplexní proces, včetně dopadů na ekonomiku výroby, jsme si sami mohli vyzkoušet ve spolupráci s předním výrobcem v oblasti leteckého průmyslu v ČR při topologické optimalizaci držáku brzdné klapky, kdy samotný design musel kolega Jiří Sommer značně modifikovat právě s ohledem na možnost ekonomického strojního dokončování.

CMM měření vysoce přesných komponent. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Tento masivní rozvoj v oblasti aditivní výroby u nás významně akceleroval projekt Centra leteckého a kosmického výzkumu, který pomohl špičkově vybavit FS nejen v oblasti 3D tisku, ale například i v oblasti výpočetní tomografie pro pokročilé analýzy vnitřní struktury tištěných dílů, a také např. při analýzách kvality výroby složitých elektronických systémů. Ostatně v oblasti rozměrové kontroly kvality a textury povrchu provozujeme již od roku 2010 ve spolupráci se společností Zeiss měrové a školicí středisko, v němž kolega Petr Mikeš pomáhá průmyslovým partnerům posouvat přesnost v jejich high-tech aplikacích, ať již v oblasti elektroniky, polovodičového průmyslu, či klasického přesného strojírenství. Zároveň pravidelně odborně vzděláváme jejich zaměstnance v oblasti moderních technologií metrologie, systému ISO GPS i souřadnicového měření. S neustále rostoucím tlakem na to, aby kontrola kvality byla co nejblíže výrobnímu procesu, často přímo i ve výrobní lince, stále častěji vyvíjíme speciální optické systémy, které s využitím strojového učení mohou přímo inline poskytovat téměř okamžitou zpětnou vazbu o stavu jednotlivých dílů, a v časové návaznosti i o stavu samotného výrobního procesu. Takovým výsledkem je například prototyp systému optické kontroly poškození ozubených kol diferenciálu vyvíjený Šimonem Petráškem ve spolupráci s výrobou převodovek ve Škoda Auto, kdy tento prototyp byl již na konci minulého roku úspěšně otestován v rámci pilotního nasazení ve Vrchlabí.

Vývoj systému inline kontroly se strojovým učením pro pro detekci poškození ozubení diferenciálu, Škoda Auto. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

V hlavní roli komplexní projekty

Hluboká znalost jednotlivých výrobních technologií a snaha pomáhat je integrovat do funkčních celků nás stále častěji přivádí ke komplexním projektům návrhu výrobních a montážních linek či ucelených výrobních systémů. Jedním z takových případů je například linka pro osazování a lepení permanentních magnetů, jejíž nasazení umožnilo snížit podíl ruční práce i ergonomičnost při montáži elektrických motorů. Pod vedením Jiřího Kyncla se tato dlouhodobá spolupráce se společností SOPO Group přerodila až do komplexního návrhu dvou výrobních podniků společnosti, v němž jsme byli partnery od úvodního návrhu až po konečnou realizaci a náběh výroby. Prošli jsme si tak již i cestu od digitálního dvojčete výroby až po kolaudaci a „porodní“ bolesti náběhu sériové výroby.

Reklama
Linka na lepení permanentních magnetů. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

V současné době se díky nastavenému systému hodnocení aplikovaných výsledků výzkumu, vývoje a inovací těžko hledá motivace mladého a tvůrčího kolektivu, neboť v rámci tohoto systému uvedené výsledky v podstatě permanentně v hodnocení propadávají, jakožto výsledky lokálního dopadu v konkrétní firmě. O to více si poté vážíme toho, když naši práci ocení někdo zvenčí tak jako v případě spolupráce se společností P-D Refractories CZ, kdy jsme pro oblast žáromateriálů vytvořili kompletní digitální model automatizované linky pro výrobu keramických komínových vložek, tak aby společnost mohla odpovědně naplánovat investiční aktivity a zároveň ušetřit realizační náklady s využitím virtuálního zprovoznění systému. V rámci klíčových technologií výrobní linky jsme poté vyvinuli a vyrobili zařízení pro orbitální dělení extrudovaného nekonečného pásma pro eliminaci deformací, speciální soustruh pro obrábění tvarových prvků v rámci keramických komínových vložek a systém uchopování pro robotickou manipulaci surových vložek na pecní vozy. Veškeré technologie jsme vyvíjeli a pomáhali integrovat do komplexního výrobního systému pracujícího v taktu necelých pěti sekund. Tato inovace snížila zmetkovitost výroby z 9 % pod 1 %, zároveň přinesla podstatné navýšení výrobní kapacity při úspoře pracovních míst. Tento vývoj byl podpořen projektem „Vývoj technologie výroby keramických komínových vložek pro zlepšení jejich užitných vlastností a snížení výrobních nákladů“ v rámci programu podpory Trio pod MPO a výsledek byl oceněn cenou za Průmysl 4.0 za rok 2023 vyhlašovanou Svazem průmyslu a dopravy ČR, a to v rámci slavnostního zasedání při příležitosti MSV 2023 v Brně.

Digitální dvojče linky na výrobu keramických komínových vložek a samotná realizace. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)
Od digitálního dvojčete po realizaci. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)
Reálná robotizovaná výrobní linka. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Pro budoucí generace

Za celou fakultu mohu prohlásit, že našim průmyslovým partnerům pomáháme kontinuálně inovovat, vychováváme budoucí generace strojírenských inženýrů v ČR, a zvyšujeme tím i její konkurenceschopnost. Ve spolupráci s průmyslovými partnery vyvíjíme efektivnější stroje, výrobní technologie i zdroje energie. Náš záběr je napříč celým strojírenstvím a jsme unikátní v mnoha technických oblastech. Máme špičkové zkušebny leteckých motorů, v nichž pomáháme vyvíjet nejmodernější a vysoce efektivní letecké motory, spolupracujeme při vývoji inovativních obráběcích strojů, pomáháme našim partnerům inovovat jejich výrobní procesy ve smyslu Průmyslu 4.0, podíleli jsme se na vynálezu zařízení pro získávání vody ze suchého pouštního vzduchu S.A.W.E.R. Pokud máte zájem posouvat své produkty, procesy či podnikání a sháníte inovační potenciál v oblasti strojírenství, obraťte se na nás se svými problémy a společně najdeme jejich řešení.

Ocenění ze strany Svazu průmyslu a dopravy ČR na MSV 2023. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)
Vydání #3
Kód článku: 240325
Datum: 06. 03. 2024
Rubrika: Servis / Technické školství
Firma
ČVUT v Praze, FS, Ústav materiálového inženýrství

Ústav materiálového inženýrství Fakulty strojní ČVUT v Praze má rozsáhlou spolupráci s vysokými školami, výzkumnými organizacemi i průmyslem na národní úrovni i v zahraničí. V rámci expertní činnosti, grantů a projektů řeší řadu aktuálních problémů. V souvislosti s projektem Výzkumné a inovační centrum diagnostiky a aplikace materiálů ( ICDAM) došlo k výrazné modernizaci a rozšíření experimentálního vybavení ústavu o moderní přístrojovou techniku. Centrum zastřešuje laboratoře ústavu a technicky tak zajišťuje vědecké a výzkumné práce v rámci projektů a spolupráci s průmyslem.

Špičkové  laboratorní vybavení umožňuje nejen přímý kontakt ústavu s praxí, ale také zapojení do vědeckých projektů, rozvoj zahraniční spolupráce a participaci v nových oblastech materiálového výzkumu. Příkladem mohou být funkční povlaky připravené duplexním povlakovacím zařízením a moderní kompozitní materiály. Studenti se v průběhu studia mohou aktivně zapojit do řešení  výzkumně-vývojových projektů ústavu. Mají tak možnost získat cennou zkušenost týmové práce v laboratořích.

Číst dál
Související články
Firmy oceňují studentskou mezioborovou spolupráci

Už po patnácté se na Západočeské univerzitě v Plzni uskutečnil ojedinělý výukový projekt DESING, v němž studenti z několika zdejších fakult pracují v multioborových týmech na tématech zadaných průmyslovými podniky. Vyvrcholením jeho, již 15. ročníku, byl jubilejní 10. mezinárodní workshop, který proběhl začátkem dubna ve Vědeckotechnickém parku Plzeň. Čtyři nejúspěšnější plzeňské a dva bavorské studentské týmy tu v anglicky vedených prezentacích představily návrhy svých technických produktů.

Výzkum, vývoj, simulace - z Čech až na konec světa

„Všeobecný přehled je vlastně to nejlepší, co styl vysokoškolského vzdělání v Česku mladým lidem dává. Ještě zlepšit jazyky a máme – s malou nadsázkou řečeno – celou Evropu v hrsti.“ To jsou slova Ing. Jakuba Jelínka, vedoucího Střediska virtuálních simulací v německé společnosti TÜV SÜD Czech, které se věnuje nejen zkušebnictví a testování.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Související články
Profesor Stanislav Hosnedl 80

V říjnu tohoto roku se prof. Stanislav Hosnedl dožívá významného životního jubilea 80 roků. V roce 1964 dokončil studia v oboru Konstrukce obráběcích strojů na VŠSE FST v Plzni. Roku 1984 získal vědecko-akademický titul CSc., který po revoluci, později v roce 1990, obhájil také na ČSAV Praha. V roce 1992 se habilitoval a konečně v roce 2002 byl jmenován profesorem pro obor Strojní inženýrství.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
25. mezinárodní konference Hydraulika a pneumatika

Novotného lávka v centru Prahy bude ve dnech 8.–9. června 2022 hostit již 25. mezinárodní konferenci Hydraulika a pneumatika, jejímž cílem je výměna odborných zkušeností a nových poznatků ve výzkumu a vývoji hydraulických a pneumatických prvků a systémů.

Válka technologií a myšlení v krabici

Strategické myšlení předchází strategickému řízení, které je jen nástrojem. Bez skvělého strategického myšlení (proč a kam jdeme) nemůže být skvělé strategické řízení. Poučíme se z minulosti i ze slabých signálů budoucích trendů?

Od vydavatelství po startupy

Jiří Hlavenka není pro mnoho lidí neznámou osobností. Jde o člověka, který stál u zrodu vydavatelství i nakladatelství Computer Press a později i u prvního interaktivního webu o počítačích a počítačových technologiích, kde se neznalci mnohdy dozvěděli i odpověď na svou otázku. Jiří Hlavenka se ale v současné době věnuje investování do projektů, které mají smysl, a tak jeho jméno figuruje především u webu Kiwi.com, který vám najde - třeba i na poslední chvíli - nejlepší a nejlevnější letecké spojení kamkoli. Někdy může let po více "mezidestinacích" sice trvat déle, ale vždy se můžete spolehnout na to, že doletíte tam, kam jste si vysnili nebo kam potřebujete dolétnout.

Více propojujme vysoké školy s praxí

Profesor Jaroslav Kopáček patří zcela bez pochyb mezi nestory oboru hydrauliky a pneumatiky v naší zemi ve druhé polovině 20. století, a proto mu byla na Mezinárodním strojírenském veletrhu 2019 v Brně udělena po zásluze Zlatá medaile za celoživotní tvůrčí technickou práci a inovační činy. Při příležitosti ocenění práce pana profesora jsme připravili malý medailonek tohoto skromného a entuziastického člověka. Pan profesor nám při této příležitosti sdělil i několik svých zajímavých postřehů.

Prognózovat vývoj ekonomiky by bylo jednodušší, kdyby šlo jen o ekonomiku, říká ekonom Miroslav Zámečník

Složitá geopolitická situace natolik ovlivňuje ekonomické světové dění, že s jistotou prognózovat vývoj české ekonomiky není jednoduché. Klasické spouštěče, které ohlašují krizi, nefungují. Kdo dnes v recesi uspěje, proč je ČR pořád pro zahraniční investory zajímavá a která firma se budoucnosti bát nemusí? To jsou témata, nad kterými redakce MM Průmyslového spektra diskutovala s hlavním analytikem České bankovní asociace Miroslavem Zámečníkem.

Fórum děkanů strojních fakult

Uveďte prosím stěžejní exponát, který bude vaše fakulta na MSV v Brně prezentovat a proč se škola rozhodla právě pro něj?

Fórum děkanů strojních fakult

Na základě čeho definujete kompetenční znalosti absolventů příslušných studijních programů vaší fakulty? Spolupracujete při tom např. se zástupci výrobní praxe v kontextu konkrétních požadavků uplatnění v daných oborech profesích? 

Fórum děkanů strojních fakult

Jaký počet úspěšných absolventů bakalářského stupně ročně opouští vaši fakultu a jakými praktickými znalostmi disponují? Jaký osobně spatřujete rozdíl v uplatnitelnosti v praxi mezi bakalářem a absolventem strojní průmyslovky?

Výzkum rozděluji pouze na dobrý a špatný, říká Libor Kraus

Prezident Asociace výzkumných organizací Libor Kraus se pohybuje v oblasti výzkumu a vývoje 30 let. Jaká vidí pozitiva, úskalí a rezervy v této důležité součásti našeho ekonomického růstu? Na to jsme se ho zeptali v rozhoru, který poskytl redakci MM Průmyslového spektra.

Budoucnost české výroby tkví v inovacích, Část 1. Změna konstrukčního přístupu

Česká republika je zemí s dlouhou vědeckotechnickou, průmyslovou a inovační tradicí, díky níž jsme se z provincie stali jednou ze předních ekonomik světa. Dnes ale nedokážeme plně využít inovační potenciál a zaostáváme za vyspělou Evropou. Co nás brzdí?
Seriál, který připravují odborníci společnosti Autodesk, se na příkladech dobré praxe bude snažit nastínit možné cesty, jak by firmy a jedinci mohli zvýšit svůj inovační potenciál a tížený efekt.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit