Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky na VUT v Brně

Za významný rok v rozvoji vědecko-výzkumné činnosti našeho ústavu můžeme označit rok 2010, kdy jsme společně s dalšími ústavy FSI VUT v Brně zahájili činnost NETME Centre. Podařilo se nám přenést zkušenosti z průmyslu do oboru Výrobní stroje, systémy a roboty a na jeho základě akreditovat česko-německý magisterský studijní program Výrobní systémy a bakalářský Výrobní technika. Dále rozvíjíme oblast kvality, spolehlivosti a bezpečnosti.

Cílem výuky je podat znalosti a zkušenosti z mnoha disciplín, které souvisejí s našimi studijními obory. Kromě výuky čistě technických předmětů nabízíme studentům i doplňkové předměty, které ocení ve své praxi. Závěrečné práce mohou studenti podle rozsahu zadání řešit samostatně nebo v týmu.

Ústav dbá na provázanost výuky s praxí. Na jedné straně se naši specialisté podílejí na řešení průmyslových projektů, na druhé straně na našem ústavu působí řada odborníků z praxe a přímo přenáší své zkušenosti do výuky. Naši učitelé pracují nebo pracovali např. ve firmách Kieselstein GmbH, Siemens Dynamowerk Berlin, Konštrukta-Trenčín, Siemens AG Österreich, Intemac Solutions, TOS Kuřim – OS, Automotive Lighting, Jihlava, Toshulin, nebo Kuličkové šrouby Kuřim.

Z diplomových prací bych rád vyzdvihl práci Ing. Petra Kočiše Orientační ústrojí průmyslových robotů, která získala absolutní vítězství v soutěži ABB University Award, práci Ing. Jiřího Michele Konstrukce malé vertikální CNC frézky, která získala ocenění Společnosti pro obráběcí stroje, nebo práci Ing. Michala Holuba Návrh technologie a zařízení pro kontinuální broušení drátu brusnými kotouči, oceněnou časopisem MM Průmyslové spektrum.

O naše absolventy je v průmyslu neustálý zájem. Více jak 80 % našich studentů v pátém ročníku je již zaměstnaných. S průmyslovými partnery navíc spolupracujeme i v oblasti postgraduálního studia, kde mohou šikovní doktorandi získat podniková stipendia a jistotu budoucího zaměstnání.

V ČR a SR spolupracujeme s univerzitními pracovišti s obdobným odborným zaměřením. Z těch zahraničních bych uvedl TU Chemnitz, Fraunhofer IWU Chemnitz, TU Wien nebo TU Graz.

Výzkumná činnost je zaměřena do následujících oblastí: posouzení a analýzy rizik u strojních zařízení; podpora komplexního zabezpečování kvality vývoje složitých strojních zařízení s vizualizací virtuálních prototypů v předvýrobní etapě v 3D imerzním prostoru v měřítku 1:1; zvyšování výrobní přesnosti obráběcích strojů pomocí volumetrických i parametrických kompenzací; multiparametrická diagnostika strojů a zařízení; vývoj výrobních a manipulačních zařízení; vývoj speciálního SW pro strojírenské aplikace; posouzení systému údržby strojů a zařízení; soudně-inženýrské poradenství v oboru strojírenství a ekonomiky výrobních strojů, systémů a zařízení.

Značné množství aplikací výsledků naší VaV činnosti bylo realizováno např. ve spolupráci s Blumenbecker Prag, Hestego, LAC, Kovosvit MAS, Roboterm, Škoda Machine Tool, Šmeral, Tajmac-ZPS, Toshulin, TOS Kuřim – OS, TOS Varnsdorf, UNIS Brno, apod.

Náš ústav je vybaven špičkovým zařízením pokrývajícím rozsah zaměření výuky a VaV činnosti, jako je např. Laser Tracer Etalon, Powerwall nebo čtyřstěnná virtuální CAVE. Studenti se naučí v našich laboratořích pracovat např. s přístroji balbar QC20-W nebo s laserovým interferometrem XL-80, s výpočetními a simulačními SW nástroji MathCAD, Inventor, Solidworks, NX, IDEAS, ADAMS nebo ANSYS, řídicími systémy Siemens, Beckhoff a různými metrologickými přístroji včetně optického snímání a vyhodnocování textury povrchu.

Ústav dlouhodobě spolupracuje s výše uvedenými výrobci obráběcích a tvářecích strojů. Spolupráce se intenzivně rozvíjí již od roku 2000, kdy jsme se zapojili do projektu Výzkumné centrum strojírenské výrobní techniky a technologie, který nyní pokračuje jako Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika. Spolupráce s průmyslem je rovněž řešena na smluvním základě a konkrétní projekty jsou řešeny v rámci VaV činnosti Sekce výrobních strojů a zařízení Divize mechatroniky NEMTE Centre při FSI VUT v Brně.

Úspěchy máme zejména v oblasti zvyšování geometrické přesnosti obráběcích strojů pomocí volumetrické kompenzace a ve využití technologií imerzní virtuální reality při vývoji a prezentaci obráběcích strojů. Pochlubit se můžeme i výše uvedenými oceněními našich studentů.

Naší snahou je neustálé zvyšování kvality jak v oblasti výuky, tak i v oblasti spolupráce s průmyslovou praxí.

Katedra výrobních strojů a konstruování na VŠB-TU v Ostravě

V posledních letech prošla katedra řadou změn, které byly vyvolány především vnějšími vlivy. Dá se konstatovat, že katedra tyto změny zvládla a nadále plní svou úlohu jak v oblasti vzdělávání, tak i v oblasti vědy a výzkumu.

Katedra zajišťuje výuku podle platných studijních plánů v souladu s ISO 9001 a Systémem managementu kvality, který je implementován na Fakultě strojní. Zajišťujeme výuku nejen na Fakultě strojní a na jejich externích pracovištích, ale současně i na fakultě HGF, FMMI a FAST. Samotná výuka probíhá tradiční formou přednášek a cvičení. Důraz se snažíme dát, mimo jiné, na intenzivnější propojení výuky s praxí.

Učební osnovy se snažíme koncipovat takovým způsobem, abychom teorii v co nejširší míře aplikovali na řešení praktických problémů. Do výuky vybraných předmětů zveme odborníky z praxe. Ve spolupráci s praxí jsme zavedli předměty, kde výuku vedou přímo odborníci z praxe. Tímto způsobem se snažíme přiblížit požadavkům firem, udržet vysokou konkurenceschopnost našich absolventů na pracovním trhu a po absolvování studia jim usnadnit přechod do praxe. Stalo se již tradicí, že značná část témat bakalářských a diplomových prací je zadávána ve spolupráci s praxí.

Diplomové práce:Jakub Černoch – Konstrukční řešení sedadla první třídy vlaku, Michal Biler – Návrh a výroba vstřikovací formy, Radim Dittrich – Hydraulické nůžky.
Disertační práce:Ing. Tomáš Kubín – Poruchy mechanizované výztuže GLINIK 06/15-POzS nasazené na Dole Paskov a návrhy na jejich odstranění, Ing. David Jablonský – Konstrukční parametry plazmových pecí pro výrobu speciálních slitin.

Vzhledem k faktu, že strojírenské firmy mají dlouhodobé problémy najít kvalifikované pracovníky, není pro naše absolventy problém najít zaměstnání v odpovídajícím oboru, ve kterém mohou zúročit své vědomosti a dovednosti nabyté během studia. Naši absolventi nacházejí uplatnění prakticky ve všech průmyslových odvětvích, pracují ve firmách po celé České republice, ale i v zahraničí, ať už se jedná o oblast těžkého a lehkého strojírenství, automobilového, leteckého nebo energetického a těžebního průmyslu.

Katedra udržuje a snaží se dále rozvíjet spolupráci s ostatními vzdělávacími a výzkumnými institucemi jak v ČR, tak v zahraničí. Spolupráce je orientována především na vzdělávací a výzkumné aktivity v rámci projektů a grantů. V této souvislosti lze za uplynulé období zmínit spolupráci s ČVUT Praha (Fakulta strojní), VUT Brno, ÚAM Brno, VÚHU Most, Univerzitou obrany v Brně. Pokud se týká zahraniční spolupráce, pak to je například TU Košice, Polytechnika Ślaska – Gliwice, Univerzitet u Beogradu.

Snažíme se o to, aby výsledky naší výzkumné činnosti nebyly samoúčelné, ale použitelné v praxi. Podle našich zkušeností bývají do praxe zavedeny zpravidla výsledky projektů MPO a výsledky v rámci smluvního výzkumu. V současnosti jsou na katedře, mimo jiné, řešeny rovněž projekty PreSeed, které jsou přímo zaměřeny na komercializaci výsledků.

Katedra spravuje dvě počítačové učebny, na kterých máme pro výuku k dispozici softwary jako AutoCad, Inventor, CATIA V5 (V6), NX, Rhinoceros 5, V-RAY a další. Pokud se týká dalšího vybavení, pak lze jmenovat 3D ruční skener pro reverzní inženýrství, zařízení pro rapid prototyping, jako je frézka – Roland Modela MDX-540z nebo 3D tiskárna. Razantní modernizací, pokud se týká přístrojového vybavení, prošla také laboratoř technické diagnostiky, kterou jsme vybavili celou řadou nových zařízení.

Jednou z našich stěžejních aktivit je spolupráce s praxí. Spolupráce se odehrává jak v oblasti pedagogické, tak v oblasti vědy a výzkumu. Tato spolupráce má dlouholetou tradici a je neoddělitelnou součástí práce katedry. V zásadě se dá říci, že spolupráce probíhá od procesu vzdělávání pracovníků praxe přes navrhování projekčně-konstrukčního řešení strojů a zařízení až po spolupráci v oblasti diagnostiky a údržby strojů a zařízení.

K významným úspěchům by se dalo počítat získání projektů, kde jsme spolupracovali s význačnými zahraničními partnery, jako například s China University of Mining and Technology v Pekingu. Další úspěšná spolupráce, která vyústila v realizaci navržených zařízení, byl projekt pro přípravu vysoce čistých a strukturně definovaných speciálních materiálů. Za zmínku stojí i získání a úspěšný průběh řešení projektů PreSeed, jež jsou orientovány přímo na komercializaci výsledků. Pokud se týká úspěchů na poli pedagogickém, pak je to úspěch našeho studenta Tomáše Pavelka, který získal hlavní cenu v celosvětové soutěži Citigo Design Contest, kterou v roce 2012 vyhlásila automobilka Škoda.

Vzhledem k možnému budoucímu vývoji bude, v součinnosti s praxí, nesporně důležité vhodným způsobem propagovat studijní obory a potenciální uchazeče o studium přesvědčit, že strojní konstrukční obory mají širokou perspektivu a budoucnost. Pokud se týká výuky, pak požadavky praxe aktuálně promítat do učebních osnov, v nejširší možné míře aplikovat teorii na řešení praktických problémů, udržet vysokou odbornou úroveň výuky v profilujících předmětech a dále modernizovat přístrojové vybavení učeben a laboratoří katedry. V neposlední řadě bude důležité udržet a rozšířit úzkou spolupráci s průmyslovou sférou v oblasti výzkumu a vývoje.

Katedra sklářských strojů a robotiky na TU v Liberci

Katedra sklářských strojů byla v roce 1963 založena na Vysoké škole strojní a textilní v Liberci a posledních 25 let se na Fakultě strojní Technické univerzity v Liberci orientuje rovněž na oblast robotiky. Za dobu existence katedry promovalo více než 730 jejích absolventů. Činnost katedry je zaměřena na výuku, vědeckovýzkumnou činnost a spolupráci s průmyslem, jejíž podíl dosahuje zhruba 1/3. Stejně je v současné době zastoupena výuka a výzkumně-vývojové granty.

Katedra zajišťuje výuku v zaměření Sklářské stroje a robotika, což umožňuje specializaci na sklářský průmysl, a zároveň se věnuje aplikaci automatizace a robotizace v průmyslu. Studentům poskytuje šanci na velmi dobré uplatnění v průmyslové praxi. Výuka je provázána s praxí, výzkumem a vývojem. Studenti tak získávají nejnovější poznatky, které uplatňují ve studentských projektech, bakalářských a diplomových pracích. Pravidelně jsou katedrou pořádány soutěže studentské tvůrčí činnosti, studenti v rámci výuky navštěvují výrobní závody a veletrhy (např. Automatica München, Glasstec Düsseldorf).

Bakalářské, diplomové i disertační práce jsou zaměřeny na aplikace v průmyslové praxi, jsou zadávány ve spolupráci s průmyslovými partnery a na základě řešených výzkumných a vývojových projektů. Výuku zajišťují akademičtí pracovníci, kteří jsou zapojeni na projektech a zakázkách zadávaných pro průmyslové partnery. Katedra zajišťuje také odborné přednášky odborníků z praxe, které jsou často součástí výuky.

Diplomové práce: David Fikar – Technologická hlavice průmyslového robotu pro opracování plochého skla, 2013,

Martin Plavec – Mobilní platforma servisního robotu pro pohyb na vertikální skleněné stěně, 2011.

Disertační práce: Michal Starý – Modelování procesu gravitačního tvarování plochého skla, 2008,

Marcel Horák – Dynamická manipulace s tenkými deskami skla, 2005,

Vlastimil Hotař – Hodnocení průmyslových dat pomocí fraktálové geometrie, 2005.

Absolventi nacházejí uplatnění ve sklářském průmyslu, kde je odborníků nedostatek, a využívají znalostí z robotiky ve firmách zaměřených na automatizaci a robotizaci, na pohonné prvky, v oblasti automotive a také ve výzkumných a vývojových institucích.

Katedra spolupracuje v rámci univerzity s dalšími katedrami, fakultami a ústavy. Významná je spolupráce s Ústavem pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace. Katedra spolupracuje s Ústavem skla a keramiky VŠCHT, Praha, především na odborných článcích a konferencích.

Vědeckovýzkumná a vývojová činnost je orientována na vývoj pokročilých technologií a konstrukci strojů a zařízení ve sklářském průmyslu, druhým okruhem cílených aktivit je řešení konstrukčních uzlů průmyslových robotů, mechatronických prvků automatizační techniky a periferií robotizovaných pracovišť. Akcent je kladen na vývoj speciálních technologických hlavic, mechanických i podtlakových chapadel a adaptivních úchopných hlavic s vysokou odolností vůči vlivům okolí.

Dnes je těžištěm inovačního výzkumu řešení autonomních servisních robotů pro pohyb po vertikálně orientovaných stěnách pro inspekční, technologické a další aplikace. Významnou aktivitou je řešení komunikace řídicího systému pohonů a inteligentních kamer pro vizualizaci technologické scény. Výzkumný tým má kompetence v oblastech počítačového modelování reologických a teplotně závislých materiálů, pevnostních výpočtů kritických uzlů strojů a tvorby kinematických a dynamických modelů mechanických soustav a mechatronických komponent.

Katedra má tři laboratoře a prototypovou dílnu. Laboratoř robotiky s deseti roboty (kloubové roboty Kuka KR 16, KR 90, KR 3 a KR 5 scara, Turboscara Bosch), robot s paralelní strukturou (ABB IRB 360 FlexPickerTM) a dvouramenný robot (Yaskawa SDA10F). Laboratoř sklářské techniky s pecními agregáty, měřicími standy, ultrazvukovými soustavami, zařízením pro měření pevnostních a frikčních vlastností, měřicí systémy pro měření teplotních polí a senzorikou. Laboratoř Robot vision s průmyslovými kamerovými systémy (monochromatické a barevné (2D) kamery, řádkové kamery, inteligentní kamery, monochromatická 3D kamera, systém osvětlení a temný box) a konfokálními snímači.

Katedra aktivně spolupracuje s nejvýznamnějšími podniky sklářského průmyslu, jako jsou AGC Flat Glass Czech Teplice, AGC Automotive Czech Chudeřice, Preciosa Jablonec nad Nisou, Sklopan Liberec, Sklostroj Turnov, a automatizačními firmami, např. Festo Praha, Blumenbecker, Škoda Auto atd.

Byl vyvinut servisní robot ROBOTUL Vertical Climber 02., který se dokáže pohybovat po hladké vertikální ploše, např. po skleněném plášti budov. V kombinaci s technologickými nástavbami je určen pro mytí stěn a pro inspekční činnosti. Vývoj druhé generace robotu byl realizován v rámci PRE-SEED projektu Nové technologie a speciální komponenty strojů a probíhá cílené vyhledávání partnerů pro komerční uplatnění.

V současné době je významná spolupráce s firmou Sklopan Liberec při řešení technologie mechanického opracování povrchu plochého skla EcoSphere, která je šetrná k životnímu prostředí a zavádí unikátní patentovaný způsob výroby matového skla bez použití agresivních fluoridových kyselin.

Jsme si vědomi, že trendem vývoje automatizačních prostředků jsou a budou servisní roboty a průmyslové roboty s možným nasazením do bezprostřední spolupráce s lidmi (tzv. human like roboty). Je zřejmé, že tato vyspělá technika se neobejde bez kvalitní a vysoce školené obsluhy. Na výzkumu v dané oblasti a přípravě kvalitního personálu se bude katedra podílet.

Katedra výrobních systémů a automatizace na TU v Liberci

Katedra výrobních systémů a automatizace na Fakultě strojní Technické univerzity v Liberci vznikla teprve nedávno – 1. 1. 2015 – spojením dvou kateder, a to katedry výrobních systémů a katedry aplikované kybernetiky. Ve své činnosti (pedagogické i odborné) navazuje na předchozí pracoviště.

Na katedře funguje a stále se rozvíjí (s podporou projektů OPvK, SGS, TEP) ucelený systém výuky, tzv. výukový podnik EduCom. Díky funkčnímu týmu lidí a špičkovému vybavení katedry jde o unikátní propojení techniky a organizace, které je pomocí projektové výuky přenášeno do vzdělávání studentů. Toto provázání je velice kladně hodnoceno průmyslovou praxí i samotnými studenty.

Díky aplikaci částečně projektové výuky je dosaženo propojení výuky s praxí. Do výuky jsou zapojeni i odborníci z průmyslu, kteří přednášejí na konkrétní aktuální témata. Většina zadání závěrečných prací (diplomových a bakalářských) pochází z průmyslu. Se studenty se absolvují exkurze do podniků.

Diplomová práce oceněná cenou Nadace Preciosa: Konstrukce spodního suportu CNC soustružnického centra TT75 (obhajoba 2011). Bakalářské práce oceněné cenou děkana FS: Automatizace obsluhy kartáčového rámu (obhajoba 2012), Prototypová výroba funkčního celku na CNC obráběcím centru (obhajoba 2014). Diplomové práce oceněné cenou děkana FS: Konstrukce prototypu CNC stroje pro laserové řezání plechů (obhajoba 2012), Návrh pneumatických pohonů a rozbor bezpečnosti pro jednoúčelové zkušební zařízení (obhajoba 2013). Významné doktorské práce: Matematický model pneumatické soustavy (obhajoba 2008), Uplatnění heuristických optimalizačních metod v oblasti rozvrhování strojírenské výroby středních a malých podniků (obhajoba 2014), Metody zpracování obecných tvarů ploch (obhajoba 2014).

Katedra se snaží zůstat v kontaktu se svými absolventy. Od většiny dostává zpětnou vazbu o uplatnění získaných znalostí v praxi a cenné připomínky pro zlepšení procesu vzdělávání. Většina absolventů magisterského programu nalézá uplatnění jako konstruktéři, průmysloví inženýři, procesní technici, IT specialisté, programátoři v národních i nadnárodních společnostech.

Spolupráce probíhá formou výměnných pobytů a stáží pracovníků a studentů katedry nebo pořádání různých soustředění, seminářů. Další spolupráce je formou společných projektů a témat závěrečných prací studentů. Katedra úzce spolupracuje s katedrou průmyslového inženýrství a managementu Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni v rámci projektu Unipranet. Katedra je členem Společnosti pro obráběcí stroje (při FS ČVUT).

Výzkumná činnost katedry se stále rozvíjí s ohledem na požadavky průmyslové praxe. Zabývá se rekonstrukcí a automatizací strojů, velké úsilí je věnováno výzkumu a aplikaci nových technologií a metod v oblasti aditivních technologií (zkušenosti z oblasti 3D tisku od roku 2001), výrobní logistice a projektování a inovaci výrobních systémů. Katedra disponuje i rozsáhlým know-how týkající se optimalizace a inovace podnikových procesů a využívání počítačové simulace, které získala zejména řešením konkrétních projektů průmyslové praxe.

Dlouhodobě je výzkumná a vývojová činnost zaměřena na optimální způsoby výrobních procesů ve strojírenství s využitím moderní automatizační a výpočetní techniky, adaptivní řízení, identifikace systémů, robustní identifikace a řízení. V současné době se zaměřuje zejména na analýzu a syntézu regulačních obvodů s číslicovými regulátory.

Katedra disponuje moderní technikou, např. soustružnicko-frézovacím centrem Mazak Integrex 100 IV pro pětiosé obrábění, pro rapid prototyping technologií FDM strojem Dimension SST 768, technologií lití ve vakuu, laboratoří pro modelování servopohonů (pohony Yaskawa, Matlab), hydrodynamická měření, 3D digitalizaci (3D digitizér Atos II, handyscan REVscan, Trimble CX) a softwarovým vybavením pro simulace výrobních procesů a jejich optimalizaci (Tecnomatix, Witness). Laboratoře automatizace disponují dvouhmotovým systémem se vzájemnou interakcí, mikropočítačovým řídicím systémem se sériovým rozhraním SPI a I2C, logickým řídicím systémem s PLC automatem, PC s vizualizačním softwarem, stavebnicí pneumatických dílů Festo s vývojovým systémem s jednočipovým mikropočítačem Intel 8052 ve spojení s PC.

Ve spolupráci s Laboratoří prototypových technologií a procesů Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace využíváme moderních zařízení (laserový řezač, 3D tiskárny Objet Connex500 a SLM280HL).

Ve velké míře jde o smluvní výzkum, témata závěrečných prací studentů, odborné praxe a exkurze ve firmách. Katedra dále nabízí kurzy pro firmy i rekvalifikace. Pořádá konference a semináře ve spolupráci s firmami. Také pravidelně spolupracuje s řadou expertů z praxe v oblasti pedagogiky.

V roce 2014 byl realizován smluvní výzkum v oblasti aplikací aditivní výroby a 3D skenování v objemu cca 4 miliony Kč. Bylo zkonstruováno kompenzační zařízení pro proporcionální pneumatický rozvaděč – národní patent číslo 305093. Dalšími úspěšnými projekty jsou konstrukce a vývoj zařízení pro výrobu nanovlákenných přízí a jejich optimalizace pro oftalmologické implantáty; vývoj zařízení pro produkci nanovláken metodou tažení (prezentováno na MSV v Brně 2012 na stánku FS TUL, v roce 2015 bude prezentována druhá generace zařízení); vývoj a konstrukce 3D tiskárny založené na technologii DLP (prezentováno na MSV v Brně 2014 na stánku FS TUL).

Katedra na základě odborných činností pracovníků předchozích kateder plánuje vytvořit funkční odborné týmy ve třech oblastech: digitální továrna a simulace výrobních systémů, 3D technologie (3D tisk, 3D skenování, CAD/CAM, CNC), automatizace a konstrukce speciálních zařízení a výrobních strojů. S těmito týmy chce uspět ve velkých projektech (např. OP VVV) ve spolupráci s ostatními útvary na TUL. Dále hodlá pokračovat v aplikaci projektové výuky zavedené na katedře v rámci projektu EduCom v oboru Výrobní systémy a procesy. A neméně důležitým cílem je produkovat úspěšné absolventy.

Jan Petřík

jan.petrik@mmspektrum.com

Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky na VUT v Brně - //www.uvssr.fme.vutbr.cz/

Katedra výrobních strojů a konstruování na VŠB-TU v Ostravě - //www.340.vsb.cz/

Katedra sklářských strojů a robotiky na TU v Liberci – //www.ksr.tul.cz/ksr/

Katedra výrobních systémů a automatizace na TU v Liberci – //www.kvs.tul.cz/