Výzkum v oblasti výrobní techniky a technologie

Z denních zkušeností se přesvědčujeme, že se představy o vzájemné spolupráci obou stran často rozcházejí z celé řady důvodů, které jsme nespočetněkrát na našich stránkách rozebírali. Naštěstí mezi nimi existují čestné výjimky, na které bychom chtěli v rámci této ankety upozornit. V průběhu roku oslovujeme klíčové pracovníky výzkumného centra RCMT při FS ČVUT v Praze s žádostí o jejich pohled na obor, který výzkumně zastupují, a na to, jak se jim daří jejich výsledky uvádět do praxe.

Dnešní pohled je očima vedoucího odborné skupiny Ecodesign Ing. Jiřího Vyroubala, Ph.D.a vedoucího skupiny Pokročilé modelování Jaroslava Šindlera.

Co mě na strojařině fascinuje?

Odmalička jsem se setkával s mechanismy a technikou všeho druhu. Hlubokou stopu ve mně v mládí zanechaly tisíce hodin strávených se stavebnicí Merkur. I dnes jsem stále fascinován, jak rychle, přesně a  elegantně se mohou stroje pohybovat a přitom manipulovat s mikrogramy nebo tisíci tunami hmoty. Nákladní „automobil“ z atomů nebo důlní rypadlo jsou hranice, které mě stále překvapují a naplňují radostí. Stroje dokážou posouvat hranici poznání i pomáhat ve zdánlivě neřešitelných situacích. A to je právě to, co mě baví nejvíce.

Motto:
Když má člověk vizi a práce jej baví, dokáže posunout limity.

Ing. Jiří Vyroubal, Ph.D., je absolventem magisterského studia na ČVUT v Praze v oboru automatizace řízení, který dále rozšířil o doktorát v oblasti výrobních strojů a zařízení. Od roku 2005 pracuje v RCMT, kde se nejprve věnoval přesnosti strojů, od roku 2011 je naplno zapojen do energetické efektivity výrobních strojů. Postupně se vypracoval z pozice technika metrologa na vedoucího odborné skupiny a vedoucího vývojových projektů. Je členem několika mezinárodních pracovních skupin zabývajících se tvorbou legislativních prostředků v daném oboru. Ve volném čase aktivně sportuje. Je ženatý a má dvě děti.

Ing. Vyroubal: V současné době máme v Evropě za sebou první velkou vlnu tzv. ekodesignu, tedy snižování přímé spotřeby výrobních strojů. Tato aktivita dokázala, že lze vyrábět s nižší spotřebou energie a tedy s nižšími provozními náklady. Nově vzniklé výrobní stroje a technologie ukázaly své technické možnosti a postupně se rozšiřují do průmyslu. Další posun je očekáván v souvislosti s využitím nanomateriálů, rekuperace energie a progresivních výrobních technologií. Vývoj tedy bude pokračovat dál.

Nelze však hovořit jen o strojích samostatně, ale hlavně v souvislosti s energetickou efektivitou výroby, jejímž cílem je dodat produkt rychle, levně a kvalitně.

J. Šindler: Jednotícím trendem současnosti je systémové inženýrství. Ačkoliv systémové inženýrství existuje po mnoho desítek let, až dnes se začíná hojně využívat v životním cyklu výrobku. Systémové inženýrství se na fyzikální systém dívá jako na celek, který lze popsat vzájemnou interakcí subsystémů. V případě strojírenství lze jako příklad systému uvést virtuální model obráběcího stroje, jehož subsystém tvoří struktura stroje a model pohonů. Subsystém struktury stroje lze získat z numerického modelu stroje nebo identifikací z měření. Současné numerické metody umožňují použití detailního numerického modelu v systémovém modelu. Jednou z metod, která toto umožňuje, je model order reduction (MOR). MOR umožňuje kompresi numerického modelu se stupni volnosti v řádu 106 do modelu o několika desítkách stupňů volnosti. Zároveň je zachována veškerá fyzikalita a detaily modelu. Systém tvořený těmito subsystémy obsahuje i detailní informace z jednotlivých modelů. Systémový model pak slouží k analýze chování celého systému. Příkladem může být simulace přeladění systému při přesunu smykadla z maximálně vysunuté polohy do zasunuté polohy. Budoucnost systémového inženýrství leží v naplnění cílů Industry 4.0.

Ing. Vyroubal: Cílem naší skupiny je zvyšování energetické efektivity výrobních procesů. Činnost pokrývá vývoj strojů a technologií v úzké spolupráci s dalšími skupinami a dále analýzy využití energie formou přímých měření podle vlastních postupů i platných norem a návrhy opatření pro snížení spotřeby. Mezinárodní rozsah činnosti představuje přímé zapojení do tvorby norem ISO pro analýzu hospodaření s energií i zastupování ČR prostřednictvím SST v evropské asociaci Cecimo.

Na strojařině mě nejvíce baví použití matematiky pro průmyslové aplikace.

Jaroslav Šindler pracuje v RCMT od roku 2009. Odborně se zaměřuje na výpočty MKP prvků a vývoj optimalizačních metod a metod MOR.

J. Šindler: Skupina pokročilého modelování se zabývá vývojem a použitím metod, které umožňují analýzu systému jdoucí dále než jedna simulace či měření. Typicky se jedná o optimalizace a s tím spojené citlivostní analýzy, kdy jsou propočteny tisíce variant. Dalším tématem je obohacení virtuálního modelu stroje o detailní model silové interakce s obrobkem a také o dynamiku obrobku samotného. S tím je spojen vývoj výpočetního modelu pro výpočet a vizualizaci odebraného materiálu při obrábění. V tomto tématu se skupina podílela na vývoji realtimového algoritmu pro simulaci přeladění tenkostěnných obrobků v průběhu obrábění. Jedním z témat je také vývoj metod MOR.

Ing. Vyroubal: Spolupráce znamená v první řadě podporu českého výrobního průmyslu, a to ve formě jak vývojových projektů s výrobci strojů, tak v poskytování podpory uživatelů těchto strojů. Formy spolupráce z pohledu financování mohou být granty dotované z veřejných peněz i přímá komerční spolupráce. Naše zkušenosti a široký přehled, zahrnující stroje, technologie, diagnostiku i legislativní oblast, nám umožňují komplexní pohled na věc. Naším cílem je vždy nalezení takového řešení, které je ekonomicky výhodné, přináší technické zlepšení stávajícího stavu a dává zákazníkovi smysl v rámci jeho strategického rozvoje.

J. Šindler: Skupina má dlouhou praxi při optimalizacích struktur obráběcích strojů a obecně jakýchkoliv struktur. Vyvinuté metody byly například uplatněny pro optimalizaci izolace podmořských ropovodů. Další možnou formou spolupráce je tvorba systémových realtimových modelů obráběcích strojů se simulací a vizualizací úběru materiálů pro ladění a optimalizaci technologie. Metody systémového inženýrství je skupina připravena uplatnit i v jiných oborech.

Roman Dvořák

E.Kopecka@rcmt.cvut.cz

Na Pražském hradě se v polovině října konalo setkání lídrů českého exportu, které mělo za cíl v první řadě představit přítomným čtyřem stovkám hostů z řad topmanagementu podniků výsledky Studie českého strojírenství H2/2016, zpracované analytickou společností CEEC Research. Další částí programu byly dva diskuzní panely věnované tradičním tématům, jichž se mj. dotýkala i daná studie – nedostatku kvalifikovaných pracovníků ve strojírenství, intervenci ČNB či nástrojům na podporu exportu a řadě dalších. Ve svém úvodním vystoupení apeloval místopředseda vlády pro vědu a výzkum Pavel Bělobrádek na stávající vzdělávací systém. Uvedl, že pokud delší dobu nedokáže generovat technicky kvalifikované, inovativní, pilné a motivované pracovníky, pak nejen strojírenské firmy nebudou schopny dostát svým závazkům a přijdou o zakázky. A konkurence si takovou příležitost nenechá ujít.

Stát přijde o vyšší příjmy z daní, lidé o větší výdělky, spotřebitelský sektor o koupěschopnou poptávku. Je dobře, že si vláda tento fakt uvědomuje, stejně jako vlády předešlé. Historickou otázkou však zůstává, co pro tuto změnu realizují konkrétního. Názory, že stát nemůže převzít zodpovědnost za koncepci vzdělávání, se zdají být v této souvislosti nelogické.

Analytická společnost CEEC Research doposud realizovala celkem tři studie v oblasti strojírenství, které jsou volně ke stažení na jejích stránkách www.ceec.eu. Z té poslední, uskutečněné mezi 101 respondenty vyplývá, že v současné době sedm z deseti strojírenských společností pociťuje nedostatek kvalifikované pracovní síly. Nejvíce přitom chybí dělnické profese a odborní specialisté. Za nejefektivnější způsob řešení této situace pokládají ředitelé strojírenských společností spolupráci s odbornými školami a výchovu vlastních pracovníků. Přesto se tři čtvrtiny z nich obávají, že je tento problém bude v budoucnu limitovat v růstu.

Společnostem v současné chvíli nejvíce chybí dělníci a odborní specialisté. Nejméně si strojírenské firmy stěžují na nedostatek vhodných pracovníků nejvyššího managementu.

-dvo-