Výzkum a vývoj moderních postupů a technologií v průmyslové praxi

SP2025/001

Fries Jiří doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2025 - 31. 12. 2025

Předmětem výzkumu v rámci projektu jsou níže uvedené, blíže popsané výzkumné moduly, které se částečně prolínají. Jejich realizace bude závislá na přiděleném objemu celkových finančních prostředků Oborovou komisí. Výzkum, vývoj a detekce vibrací přenášených do podpěrné konstrukce vibračního dopravníku: Zamýšleným cílem výzkumu je na vytvořeném laboratorním zařízení detekovat snímači vibrace přenášené do podpěrné konstrukce vibrujícího žlabu podepřeného regresními pružinami. Detekované velikosti vibrací buzených jednofázovým vibračním motorem o výkonu 40 W, s možností řízení otáček frekvenčním měničem, poslouží jako vstupní data k automatizovanému monitorování pracovní činnosti dopravníku. Na již realizovaném měřícím zařízení provést s využitím tenzometrických snímačů síly, digitálního siloměru a polohovacích zařízení (stolů) měření pružných deformací pryžových (regresních) pružin (vybraných typů) v závislosti na působící tlakové síle. Dílčími cíli projektu jsou: 3D konstrukční návrh laboratorního zařízení v prostředí software SolidWorks (Inventor); volba návrhu strojních dílů nezbytných k realizaci laboratorního zařízení; výběr nejvhodnějších komponentů a realizace funkčního vzorku, tzn. laboratorního zařízení, na které lze experimentálně detekovat vibrace přenášené do podpěrné konstrukce vibrujícího žlabu podepřeného regresními pružinami. Výzkum nových postupů v oblasti akustické emise a vibrační diagnostiky: Akustická emise (AE) je metoda diagnostiky, která spočívá v detekci a analýze akustických vln vznikajících při rychlých změnách v materiálech a strukturách. Tyto vlny mohou vznikat při vzniku trhlin, tření nebo plastických deformacích. Akustická emise je výjimečná svou schopností detekovat problémy v jejich počátečních fázích, často dříve, než se projeví vizuálně nebo pomocí jiných diagnostických metod. Tato metoda je velmi citlivá a umožňuje monitorování i malých defektů v reálném čase, což je klíčové pro prevenci poruch a prodloužení životnosti strojního zařízení. Vibrační diagnostika se zaměřuje na analýzu vibrací, které jsou generovány mechanickými pohyby strojů. Měření vibrací je založeno na frekvenčním spektru, které odhaluje různé poruchy v zařízení, jako je nevyváženost, opotřebení ložisek, nesouosost nebo rezonance. Vibrační analýza umožňuje detailní rozbor chování stroje v širokém frekvenčním spektru, což je klíčové pro určení povahy poruchy a její závažnosti. Pomocí analýzy harmonických frekvencí a jejich amplitud lze identifikovat specifické poruchy a odhalit potenciální problémy dříve, než vedou k vážným poruchám nebo výpadkům. V rámci našeho projektu se zaměřujeme na integraci těchto dvou metod, akustické emise a vibrační diagnostiky, pro komplexní monitoring stavu strojního zařízení. S využitím moderní měřicí techniky a pokročilých analytických nástrojů se projekt soustředí na identifikaci a lokalizaci poruch s vysokou přesností. Pro zajištění ještě lepší detekce a analýzy dat budeme v rámci projektu implementovat také nástroje umělé inteligence (AI). AI umožní automatizovanou analýzu rozsáhlých datových sad, což zrychlí diagnostiku a umožní prediktivní údržbu, čímž přispěje k efektivnějšímu řízení životního cyklu strojů a snížení nákladů na opravy. Díky předchozím modulům SGS se nám podařilo výrazně rozšířit možnosti laboratoře technické diagnostiky. Mezi nejvýznamnější přínosy patří rozšíření vybavení o měřící systém Dewesoft SIRIUS Modular (SGS 2022), vývoj laboratorního vibrodiagnostického standu (SGS 2021) a výroba tribometru (SGS 2024). V návaznosti na tyto úspěchy se letošní modul zaměřuje na výzkum nových postupů v oblasti akustické emise a vibrační diagnostiky. Stávající vybavení, jako je systém Dewesoft SIRIUS, bude i nadále využíváno v rámci nového výzkumu. Nicméně pro realizaci stanovených cílů bude nezbytné pořídit novou snímačovou techniku a upravit či navrhnout nový laboratorní testovací stand, který umožní provádění experimentů s vyšší přesností a flexibilitou v dané vědecké oblasti. Rozdělení finančních prostředků v rámci letošního modulu bude věnováno opětovnému rozšiřování celkové vědecko-výzkumné kapability naší laboratoře a také nákupu nových snímačů a dalších periferií nutných pro zajištění měření. Separace armovací vrstvy ETICS od izolace: Začátek vývoje v oblasti zateplování budov se datuje do 70. let minulého století. K největšímu rozmachu však dochází až na přelomu století. Již od počátku se využívá armovací vrstvy ETICS (ETICS je zkratka pro External Thermal Insulation Composite System, což v českém překladu znamená Vnější Tepelně Izolační Kompozitní Systém), která se nanáší na různé kontaktní zateplovací materiály. Především se jedná o polystyrén a vatu (obecné názvy). Vývoj v oblasti izolačního materiálu, a především požadavku na vrstvu tepelné izolace, nastavují dnes zcela jiné standardy pro zateplování budov. Proto je v současnosti stále větší potřeba nahrazovat stará zateplení budov novými. Vzniká tak odpad, jehož další ekologické využití je velice problematické. V případě, že by bylo možné separovat armovací vrstvu ETICS včetně finální povrchové úpravy od zateplovací vrstvy, bylo by možné dále jednotlivé materiály účelně využít. Aplikace moderních tvůrčích metod v procesu vývoje produktového nebo průmyslového designu: V současnosti se v procesech navrhování designu výrobků aplikují jak tvůrčí metody klasické, tak moderní, které jsou většinou založené na digitálních technologiích. Pro svoji sofistikovanost, komplexnost a stále také pro vysoké náklady ale nejsou moderní tvůrčí metody v procesech designu aplikovány v takové míře, v jaké by měly být. Pokud bych měl některé moderní tvůrčí metody jmenovat, tak tyto: digitální skicování na interaktivním tabletu, vytváření virtuálních modelů a fotorealistických vizualizací (zejména pomocí generativních algoritmů) a rychlé prototypování (3D tisk metodou FDM nebo metodou MJF, CNC frézování designérských materiálů jako např. TecClay nebo SuperClay apod.). Předmětem výzkumu bude zkoumání možností moderních tvůrčích metod při řešení konkrétních designérských úkolů a výzev v různých tematických oblastech (např. design protetických pomůcek založených na individuální výrobě pomocí různých metod 3D tisku a související výzkum materiálů, design autonomních silničních a kolejových vozidel pro městskou hromadnou dopravu, design kabiny závěsné důlní lokomotivy pro významného regionálního výrobce apod.).

doc. Ing. Jiří Fries, Ph.D.
Ing. Jan Blata, Ph.D.
doc. Ing. Leopold Hrabovský, Ph.D.
Ing. Tomáš Kubín, Ph.D.
MgA. Petr Nenička
Ing. David Šeděnka, Ph.D.
Ing. Václav Jakubík
Ing. Tomáš Navrátil
Ing. Tomáš Machálek
Ing. Štěpán Pravda
Ing. Martin Fries
Ing. Lukáš Štercl
Ing. Jakub Gaszek
Bc. Michal Moštěk
Bc. Michael Jandák
Bc. Lukáš Fifka
Bc. Jarmil Hlaváč
Bc. Daniel Kaminský
Ing. Jiří Machač
Ing. Pavla Karbanová
Ing. Petr Bachura
Ing. Vojtěch Chudoba
Bc. Adam Klejch
Bc. Martin Vaněk
Bc. David Mejta
Bc. Adam Komárek
Bc. Jan Procházka
Bc. Tobiáš Hroch
Bc. Matěj Schikora
Bc. Ivana Balarynová
Ing.et Ing.Mgr. Tomáš Jelínek
Bc. Mikuláš Křístek
Bc. Jakub Holánik
Mgr. Radim Pechal
Bc. Ondřej Hurta
Bc. Zdeněk Vacek
Bc. Lukáš Sznapka
Bc. Jan Majer
Bc. Jakub Pavlín
Bc. Ondřej Skalík
Bc. Štěpán Michalík
Bc. Dominik Jahn
Bc. Václav Janek
Bc. Jiří Kowalik
Ing. Alois Obšel
Bc. Denisa Wardasová
Bc. Libor Knopp
Bc. Tomáš Řeha

Cíle celého projektu, stejně jako předmět výzkumu je prakticky možno členit do zmíněných modulů.

Výzkum, vývoj a detekce vibrací přenášených do podpěrné konstrukce vibračního dopravníku:
Vytvořené fyzické měřící stanoviště v laboratoři Katedry konstruování bude využito jako experimentální měřící stanoviště pro studenty doktorské formy studia (studenti doktorské formy studia zapojení do experimentální činnosti v laboratoři kat. 340 budou spoluautory článků s IF indexovaných ve WoS) a k praktickému doplnění teoretických znalostí z oblasti oboru konstruování, manipulace a činnosti plynule pracujících dopravních zařízení.
Měřící stanoviště poslouží jako měřící zařízení k vytvoření min. 1x funkčního vzorku, 2x článků indexovaných ve WoS/Scopus a min. 1x příspěvku na mezinárodní konferenci.

Výzkum nových postupů v oblasti akustické emise a vibrační diagnostiky:
Úprava stávajících nebo návrh a výroba nových laboratorních standů, které umožní měření specifických parametrů souvisejících s akustickou emisí a vibrodiagnostikou. Verifikace teoretických a matematických modelů na základě experimentálně získaných dat z navržených nebo upravených testovacích standů.
Cílem projektu jsou mimo jiné výstupy v podobě: 2x článek v databázi Web of Science v časopise s impakt faktorem (IF) na úrovni Q2 nebo vyšším, zaměřený na nové přístupy v akustické emisi a vibrační diagnostice. Dále pak 1x funkční vzorek/prototyp zařízení nebo testovacího standu pro akustickou emisi a vibrační diagnostiku, který bude využit v dalším navazujícím výzkumu.

Separace armovací vrstvy ETICS od izolace:
Technologie na ekologické zpracování a další využívání izolační vrstvy v podobě polystyrénu jsou dnes již známé. Bohužel v případě rekonstrukcí zateplení, dochází ke stržení celého zateplovacího systému od nosné konstrukce budovy a ke skládkování odpadu. V případě, že by bylo možné odstranit pouze vrstvu ETICS, bylo by možné na stávající izolaci nanést nový izolační materiál nebo dál tento materiál samostatně separovat. Celá vrstva ETICS se díky armovací tkanině dá také po vhodné úpravě dále využívat jako příměs do betonových směsí.
Hlavním cílem modulu v rámci SGS projektu tedy je zejména testování možnosti mechanického odstraňování armovací vrstvy ETICS od izolační vrstvy a následně koncepční návrh zařízení na mechanickou separaci armovací vrstvy ETICS od izolační vrstvy.
Předpokládanými výstupy modulu jsou: 1x příspěvek v odborném časopise s IF indexovaném ve WoS/Scopus. Je zde rovněž potenciál na FV, prototyp apod. Podklady (technická zpráva) pro konstrukční návrh mechanického separátoru armovací vrstvy ETICS od izolace je samozřejmostí.

Aplikace moderních tvůrčích metod v procesu vývoje produktového nebo průmyslového designu:
Hlavním cílem bude zpracování diplomových prací (2×), dalšími cíli budou vytvoření exponátů pro expozici VŠB-TUO v rámci Meat Design Ostrava 2025 (min. 2× fyzický model ve vhodném měřítku a plakáty B1) a certifikovaných záznamů v RUV (Registru uměleckých výstupů, min. 2×), příp. příspěvek v odborném časopise indexovaném v WoS nebo Scopus (1× Design Issues nebo The Design Journal). Součástí diplomové práce je, kromě designérského a konstrukčního řešení, vždy také rešerše, somatografická studie nebo ergonomická analýza, technická dokumentace apod.
________________________________________

Předpokládané výsledky projektu:
Publikace na konferenci nebo v časopise s IF indexovaných ve WoS a/nebo SCOPUS, popřípadě funkční vzorky, prototypy apod., které budu realizovány částečně v období po skončení realizace SGS 2025.
Konkrétně se bude jednat minimálně o: 4x příspěvek v odborném časopise indexovaném v WoS nebo Scopus; 2x funkční vzorek; 1x příspěvek na mezinárodní konferenci.

Harmonogram prací:
jaro 2025 – rešerše v daných oborech lidské činnosti; design a výkresová dokumentace; nákup zařízení a materiálu, příprava zařízení,
léto 2025 – výroba jednotlivých komponent prototypů; měření, získávání dat, ověřování metod a postupů,
podzim 2025 – ověřovací provoz u modulů, které to vyžadují; vyhodnocení získaných dat, tvorba výstupů,
zima 2025 – zhodnocení projektu – jednotlivých modulů; závěrečné zprávy; publikační a další tvůrčí činnost v návaznosti na realizaci projektu (probíhá zpravidla již od započetí projektu).