Fakulta strojní ČVUT v Praze má široký záběr výzkumných aktivit v inženýrských disciplínách. Základní i aplikovaný výzkum hraje na fakultě dlouhodobě podstatnou roli. 160 let historie je dlouhých a představuje velký závazek, ale i nadějný příslib dalšího rozvoje fakulty pro průmysl v Českých zemích založený na českých strojních inženýrech. Fakulta strojní má ucelený program spolupráce s průmyslem, který pomáhá nalezení správného propojení výzkumných pracovníků, studentů a podniků, které vede k uskutečnění úspěšných a inovativních průmyslových řešení, zvyšování technické excelentnosti a konkurenceschopnosti partnerských firem. Reflektujeme celospolečenská témata a vyvíjíme lepší technologie a stroje pro náš svět zohledňující čerpání zdrojů energie a zanechání uhlíkové stopy při užití nejmodernějších dat, AI a informatiky. Ve středu pozornosti činností realizovaných v rámci výzkumu na FS ČVUT v Praze je člověk a společnost. Nabízíme znalosti a řešení pro udržitelnou budoucnost světa.
Hlavními oblastmi zaměření aktivit FS jsou: Konstrukce strojů a přístrojů Výrobní technologie a management Energetika a environmentální inženýrství Robotika, mechatronika a Průmysl 4.0 Dopravní technika a pohony Informační a automatizační technika Matematické modelování v technice
V tomto článku stručně představíme výše uvedené oblasti aktivit, které budeme také prezentovat na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně, od 8. do 11. října 2024. Moderní stroje musí nejen bezchybně fungovat, ale také dobře vypadat. Jsme unikátní udržením celostního přístupu ke strojním konstrukcím v intencích integrovaného inženýrství. Zejména se to týká výrobních strojů, automobilů a jejich moderních pohonů, v oblasti konstrukce se zabýváme ale také problematikou výrobních linek, roboty, manipulačních zařízení, měřicích přístrojů, dopravní technikou či materiály. Při zpracování technických řešení je navrhován moderní a funkční design. Vyhodnocení konstrukčních návrhů pomocí virtuální reality i ucelených experimentů umožňuje dosáhnout výborných výkonových, ekonomických a environmentálních vlastností návrhů strojů a zařízení. Příkladem úspěšného konstrukčního řešení ve spolupráci s firmou Speedway Factory je vývoj plochodrážního motocyklu se zlepšenými vlastnostmi pro okruhové závody. Ve výrobě je potřeba dodržovat technologické postupy a zároveň zohledňovat požadavky na co nejvyšší kvalitu za rozumnou cenou. Proto je důležité vhodně volit strategii výroby, použití nástrojů i materiálů, optimalizovat technologické postupy a rozvíjet výrobní technologie na míru požadavků výroby. Díky tomuto komplexnímu přístupu výzkum a vývoj na Fakultě strojní ČVUT v Praze umožňuje nalézat řešení vedoucí k efektivním a ekonomicky výhodným inovacím výroby. Cílem spolupráce výzkumné a průmyslové sféry je zvyšování efektivity výroby a tím konkurenceschopnosti podniků. Prototyp systému pro detekci poškození ozubení, který provádí optickou analýzu poškození při výrobě ozubení s využitím strojového učení pro Škoda Auto, je dalším příkladem spolupráce s firmou, kdy se podařilo nalézt uspokojivé řešení problému ve výrobě. Výrobní provozy musí splňovat vysoké požadavky na bezpečnost, spolehlivost a udržitelnost, zároveň musí být šetrné k životnímu prostředí. Teoretické i aplikované odborné problémy v oblasti energetiky a procesní techniky řešíme v konkrétních úkolech se zaměřením na výrobu, spotřebu elektřiny, tepla a chladu, projektování strojů a zařízení a jejich integraci do komplexních energeticky, ekologicky a ekonomicky optimalizovaných systémům a provozů v celé řadě průmyslových odvětví. Zpracovatelský průmysl a energetika přímo ovlivňují životní prostřední, proto rozvíjíme stávající a hledáme nové technologie a energetické zdroje pro minimalizaci jejich dopadu a snížení ekologické zátěže. Realizujeme například výzkum v oblasti záchytu CO2 ze spalovacích procesů (CCS-carbon capture and storage) s využitím biomasy (Bio-CCS), resp. využití zachyceného CO2 z tohoto procesu (Bio-CCU). Výzkum je specificky zaměřen na oxy-fuel - spalování různých druhů biopaliv ve fluidní vrstvě, které se z pohledu nových zařízení jeví jako nejperspektivnější, a na celý technologický řetězec s ním spojený, včetně výroby kyslíku. Stojíme za vznikem technologie S.A.W.E.R., která získává vodu ze suchého pouštního vzduchu a získala prestižní ocenění za nejlepší technologický projekt v rámci světové výstavy EXPO 2020 v Dubaji. Virtuální jaderná elektrárna Cenelín a prohlídka Tokamaku, při které je možné zobrazit jednotlivé komponenty primárního i sekundárního okruhu v několika vrstvách včetně vysvětlení fungování komponent a základních technických parametrů. Projekt propojuje ve vzájemné spolupráci studenty a akademické pracovníky českých vysokých a středních škol s odborníky z jaderného průmyslu. Roboty a moderní výrobní stroje jsou složité mechatronické produkty, ve kterých se spojují klasické "strojařské"prvky spolu se sofistikovanými systémy pro řízení požadovaného přesného a produktivního provozu stroje. Jedná se o integraci hardwaru, softwaru, řízení a elektroniky. Výzkum a vývoj automatizačních řešení, koncept chytrého stroje a chytré výroby a robotické aplikace ve výrobních procesech orientujeme na průmyslové výrobní procesy, automatizaci, informační systémy a technologie a robotické systémy. Sledujeme trendy Průmyslu 4.0 se zahrnutím digitalizace, automatizace a komunikace. Robotická buňka ready2educate vybavená průmyslovým robotem KUKA a PLC Siemens je určena pro výuku robotiky. Součástí je také virtuální model robotické buňky, který je využíván při výuce a tvorbě programů, které je možné následně přenést na reálnou buňku, virtuální model je na samostatném PC. (zdroj: FS ČVUT v Praze) V oblasti dopravní a transportní techniky a strojů se výuka a výzkum na FS orientuje na automobily, leteckou i vesmírnou techniku a kolejová vozidla se zaměřením na konstrukci, mechaniku, pohony, senzory, emise, materiály a další. Výzkum a vývoj probíhá nejen ve spolupráci s průmyslovými partnery, ale také v rámci studentských týmů zapojených do mezinárodních soutěží. Jsme unikátní ve vývoji účinných řešení ke snížení emisí spalovacích motorů, konstrukci vozidel s důrazem na moderní nízkoemisní, hybridní a alternativní pohony. Studentská formule CTU.24 vyvinutá v rámci soutěže Formula student. Studentský tým každoročně staví nový vůz, při jehož vývoji využívá vědomosti získané při studiu k návrhu, výrobě a provozu funkčního vozu, se kterým se následně zúčastňuje soutěží proti dalším vysokým školám z celého světa. Pro bezproblémový automatický chod strojů je nezbytné získat a ovládnout data a informace. Jsme unikátní integrací a rozvojem činností a aktivit souvisejících s počítačovou simulací včetně schopností spojovat vlastní i komerční simulační programy pro nekonvenční zařízení. Ve spolupráci s průmyslovou sférou jsme rozšířili a modernizovali výuku některých předmětů a řešené diplomové práce našich studentů nyní mají špičkovou SW podporu. V rámci předmětu Technické měření zpracovávají studenti laboratorní úlohu, která ukazuje funkce vybraných senzorů, které se dnes používají v autonomních autech, ale i autonomních robotech. Jedná se o sensory: radarový FMCW s plošným skenováním, lidar, kamery. Při stavbě úlohy byly využity hotové kity se senzory. Modelování je tvůrčí proces, který kombinuje řadu dovedností na pomezí strojařiny, matematiky a fyziky. Cílem činností vyvíjených na FS je hlubší poznání chování strojů a jejich dílců a výzkum a vývoj zaměřený na jejich zlepšení. Zabýváme se optimalizacemi struktur strojů a modelováním jejich chování, vyvíjíme digitální modely. Výzkum zahrnuje i modelování interakcí komplexních systémů s okolím. Významné uplatnění nachází modelování například v biotechnických aplikacích. Jsme unikátní v oblasti biomechaniky, kde provádíme výzkum a vývoj náhrad všech velkých kloubů ve spolupráci s klinickou praxí, spolupracujeme při zavádění implantátů, testování materiálů pro 3D tisk z biokompatibilních titanových slitin. Studentské programy podporují zapojování studentů do spolupráce s podniky, i jejich zapojování do studentských skupin, tymů a klubů, které se mohou účastnit mezinárodních soutěží. Jedním z takových týmů je například eForce Prague Formula, v rámci kterého spolupracují studenti z FS a FEL na vývoji formule pro závody Formula Student. Dlouhodobým projektem zaměřeným na jaderný průmysl je digitální 3D model jaderné elektrárny Cenelín. Vývoji, stavbě a testům kosmických technologií se věnuje CTU Space Research, který se zabývá návrhem, testování a stavbou vysoce výkonných raket a kosmických technologií. Vyvinul raketu Illustria s vlastním 3D tištěným palivem a řídicím počítačem Cimrman. CTU Robotics - Space Rover Team vyvíjí funkční model vesmírného roveru s robotickou paží pro pohyb na Marsu. Dalšími týmy jsou například CTU AeroLab, Engineering Student klub či Young Manufacturing Leaders.