Výzkum v oblasti dopravních a procesních systémů a technologií

SP2020/90

Brázda Robert doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2020 - 31. 12. 2020

Předkládaný projekt studentské grantové soutěže (SGS) je v rámci Institutu dopravy FS VŠB-TUO rozdělen na 4 samostatné vědecké oblasti. První vědeckou oblastí je oblast výzkumu, vývoje a inovací v oblasti pneumatických dopravních systémů s názvem "Vývoj a výzkum v oblasti nízkotlakých pneumatických dopravních systémech", jejímž řešitelem je doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. Oblast výzkumu je směřována ke snížení energetické náročnosti nízkotlaké pneumatické dopravy při jasně definované spolupráci se studenty navazujícího a doktorského studijního programu. Sledovanými oblastmi budou místní ztráty v pneumatickém dopravním systému, především oblast třecích ztrát a ztrát v obloucích, s cílem snížení těchto ztrát a nalezení optimální varianty režimu pulsace nosného média. Druhou oblast s názvem "Modelování a simulace dopravních a logistických systémů" řeší se svým týmem doc. Ing. Michal Dorda, Ph.D. Navrhovaný projekt navazuje na projekty SGS řešené na Ústavu dopravních technologií a Ústavu letecké dopravy v předešlých letech. Oblast výzkumu je tedy opět zaměřena na rozvoj matematických a simulačních modelů formou rozšiřování a zobecňování modelů existujících a tvorby modelů nových tak, aby byly schopny modelovat problémy z reálné dopravní praxe, přičemž pozornost bude věnována zejména problémům z oblasti silniční, železniční a letecké dopravy. Výsledky budou především promítnuty do publikačních výstupů v renomovaných časopisech a sbornících z konferencí evidovaných v uznávaných databázích Web of Science a Scopus. Tyto publikační aktivity je nezbytné na pracovišti rozvíjet, aby je bylo možno využít při přípravě nových a rozšiřování stávajících akreditací na Institutu dopravy vedoucích v budoucnu k institucionální akreditaci v oblasti vzdělávání Doprava. Přidělení plánovaných finančních prostředků navrhované oblasti projektu přispěje k podpoře studentů magisterského stupně studia při zpracování jejich diplomových prací, které budou věnovány právě oblasti matematického modelování a simulace dopravních procesů a systémů. Pro podporu řešení optimalizačních problémů nejenom z oblasti dopravy je v rámci projektu SGS v roce 2020 uvažováno s nákupem časově neomezené licence optimalizačního software Xpress-IVE, který je v současné době pedagogy a studenty Instituty dopravy využíván pouze v podobě omezené demo verze. Z hlediska obsahové náplně, pozornost bude věnována řešení rozhodovacích úloh z oblasti pozemní veřejné hromadné dopravy (jako je např. koordinace spojů veřejné hromadné dopravy, tvorba linkové sítě veřejné hromadné dopravy, tvorba letových plánů atd.), letecké dopravy (optimalizace destinačního portfolia regionálních letišť, ekonomických a spolehlivostních aspektů letadlových pohonných jednotek), logistiky (zásobovací, výrobní a distribuční) a modelování dopravních a logistických systémů na bázi systémů hromadné obsluhy s tzv. nespolehlivými linkami (tj. s výskytem poruch na linkách). Třetí oblast s názvem "Vývoj, výzkum, realizace a ověření funkčních vlastností fixačního zařízení pro stabilizaci manipulačních jednotek" řeší tým pod vedením doc. Ing. Leopolda Hrabovského, Ph.D. V rámci projektu je předmětem zájmu výzkum vhodné metody, vývoj a realizace nejhodnějšího řešení a zhotovení fyzického modelu nejoptimálnější varianty, který zabezpečí stabilizaci manipulačních jednotek v dílčích buňkách regálového skladu. Proč? Přesná poloha zasunutí manipulačních jednotek do buňky regálu a jejich aretace v požadované poloze je nezbytná zejména v okamžiku, kdy zakládacím zařízením je plynule pracující manipulační zařízení, vykonávající svou činnost v plně automatizovaném režimu. Čtvrtá oblast vědeckého zájmu je směřována na elektromobilitu a projekt je nazván "Vývoj záložního zdroje energie pro elektromobily" a vedoucím je Ing. Jakub Šmiraus, Ph.D. Strategickým záměrem projektu je návrh koncepce, funkcionality a technického řešení záložního zdroje energie pro elektromobil. Aktuálnost vzhledem k množství rizik vyskytujících se s objevováním se elektromobilů v silniční dopravě je vcelku evidentní. Tento projekt reflektuje požadavky automotive průmyslu na rozvoj elektromobility, s jejích zaváděním však souvisí udržení bezpečnosti provozu těchto vozidel. V rámci vývoje bateriových vozidel může být velmi diskutované téma souvislost bezpečnosti provozu při vybité nebo téměř vybité baterii. Tuto baterii je pak mnohem složitější přivedení do stavu, kdy je schopna znovu plnit bezpečnostní funkce ve vozidlech než například u konvenčních pohonu pouhým doplněním paliva motoru. V rámci této oblasti bude nejdříve proveden průzkum moderních trendů ve výrobě a designu vozidlových pohonů hybridních a bateriových vozidel. Následovat bude výběr modelového vozidla pro vhodnou aplikaci inovativní technologie s potenciálem dalšího rozvoje problematiky. V rámci výzkumu budou provedeny pevnostní výpočty a simulace částí motoru a generátoru vyrobeného v rámci projektu.

doc. Ing. Michal Dorda, Ph.D.
prof. Ing. Aleš Slíva, Ph.D.
doc. Ing. Leopold Hrabovský, Ph.D.
Ing. Jakub Šmiraus, Ph.D.
doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D.
Ing. Tomáš Bora
Jakub Cíleček
Jakub Cíleček
Bc. Pavel Kolář
Bc. Daniel Saňák
Ing. Patrik Satek
Ing. Patrik Satek
Bc. Anna Uliczková
Ing. Lukáš Tichý
Ing. Lukáš Tichý
Ing. Jiří Čerbák
Ing. Jan Horák
Bc. Marek Kuča
Ing. Filip Vaněk
Ing. David Rozhon
Ing. Patrik Matzke
Bc. Milan Sobek
Bc. Denis Tomíček
Bc. Ondřej Varecha
Bc. Jaromír Janek
Bc. Štěpán Krump
Ing. Filip Lapuník
Ing. Martin Václavík
Ing. Petr Bienek
Ing. Jan Mokryš
Ing. David Mičulka
Ing. Jiří Mikuda
Ing. Samuel Cienciala
Ing. Martin Dvořák
Bc. Jan Sikora
Ing. Karel Břemek
Ing. Marek Broulík
Bc. Lukáš Šodek
Bc. Pavel Kulhánek
Ing. Martin Jašek
Ing. Filip-Jan Byrtus
Bc. Ing. Dominik Dodek
Bc. Filip Skopal
Bc. Karel Nováček
Bc. Kateřina Suchánková
Ing. David Brantol
Bc. Lucie Adamusová
Bc. Marek Czerner
Ing. Jan Monsport
Ing. Petra Mücková

1. oblast výzkumu - Vývoj a výzkum v oblasti nízkotlakých pneumatických dopravních systémech
V rámci této oblasti výzkumu se očekává spolupráce řešitelů a studentů na zadáních magisterských prací a spolupráce řešitelů a doktorandů na řešení zadání doktorských prací. Zásadní a nosnou částí projektu je konečná realizace experimentálního měřicího zařízení pro řešení závislosti frikčních vlastností dopravního potrubí a dopravované partikulární látky na výsledný tlakový spád pro navrhovaný tlakového zdroje (dmychadlo, kompresor). Cíleně budou řešeny tlakové ztráty způsobené třením dopravované partikulární látky o stěny dopravního potrubí a ztráty v obloucích. Publikace podpořené tímto projektem budou směřovány především do periodik či konferencí indexovaných ve Web of Science nebo Scopus, nicméně jsou uvedeny i tradiční konference s danou publikační aktivitou, která má sloužit k výuce prezentačních schopností doktorandů.

Harmonogram řešení:
Leden - Květen 2020
Spolupráce studentů a řešitelů na závěrečných magisterských pracích. Příprava a zaslání dvou článků s indexací WoS. Práce studentů a řešitelů na projektu s cílem realizace experimentálního měřicího zařízení.
Červen - srpen 2020
Příprava a zaslání dvou článku na tradiční akci Mezinárodní konference při příležitosti setkání dopravních kateder. Příprava užitného vzoru a patentu = patentová řešerše, ověření působnosti patentu, vymezení a specifikování nároků patentu a užitného vzoru, kreslení potřebných schémat. Experimentální činnost na již hotovém experimentálním měřicím zařízení.
Září - prosinec 2020
Příprava dvou impaktovaných článků (snaha o Q1 a Q2).

2. oblast výzkumu - Modelování a simulace dopravních a logistických systémů
V rámci projektu SGS dojde k podpoře aktivit studentů v rámci řešení jejich závěrečných prací a v oblasti diseminace jejich odborných výstupů, realizovaných zejména během řešení jejich kvalifikačních prací, především v oblastech matematického modelování a simulace dopravních a logistických systémů a procesů.
Předpokladem je aktivní účast pedagogů, případně vybraných studentů na konferencích, jejichž sborníky jsou indexovány v databázích Web of Science nebo Scopus (jedná se tedy o výstupy kategorie D). V roce 2020 je možno uvažovat s aktivní účastí na následujících mezinárodních konferencích:
• Aplimat 2020, která se koná konané na Slovensku (Bratislava) – sborníky z předchozích ročníků jsou indexovány v databázi Scopus,
• Quantitative Methods in Economics (Multiple Criteria Decision Making XX) (QME 2020) konané na Slovensku (Púchov) – sborníky z předchozích ročníků jsou indexovány v databázi Web of Science,
• Mathematical Methods in Economics 2020 (MME 2020) konané v České republice (Brno) – sborníky z předchozích ročníků jsou indexovány v databázi Web of Science.
Kromě publikací v kategorii D předpokládáme, že v průběhu roku 2020 budou připraveny minimálně dva vědecké články, které budou rovněž v průběhu roku 2020 zaslány do vybraných impaktovaných časopisů orientovaných na problematiku modelování procesů v dopravě či logistice. Dále se očekává publikování jednoho článku evidovaného v databázi Scopus.
Poslední plánovanou kategorií výstupů jsou závěrečné práce studentů navazujícího magisterského studia, kteří se budou podílet na řešení projektu. U studentů, kteří k datu zahájení řešení projektu studují druhý ročník navazujícího magisterského studia, se předpokládá úspěšná obhajoba diplomové práce v červnu 2020. U studentů, kteří k datu zahájení řešení projektu studují první ročník navazujícího magisterského studia, se očekává profilace studenta na konkrétní téma závěrečné práce, které mu bude zadáno k řešení, a rozpracování závěrečné práce.
Harmonogram plánovaných konferenčních výstupů odpovídá termínům pro odeslání příspěvků na uvažovaných konferencích, např. články pro konferenci MME 2020 budou připravovány v měsíci březnu a dubnu 2020.

Základní harmonogram řešení je tedy následující:
Leden - květen 2020
Zpracování závěrečných prací (studenti druhého ročníku navazujícího magisterského studia – celkem 7 studentů), profilace témat závěrečných prací (studenti prvního ročníku navazujícího magisterského studia – celkem 3 studenti), konzultace těchto prací (pedagogové), příprava konferenčních příspěvků (pedagogové + vybraní studenti).
Červen - říjen 2020
Příprava impaktovaných publikací (pedagogové + vybraní studenti), zadání závěrečných prací a zahájení jejich řešení (studenti prvního ročníku navazujícího magisterského studia – celkem 3 studenti).
Listopad - prosinec 2020
Odeslání časopiseckých výstupů do vybraných časopisů, řešení závěrečných prací (studenti prvního ročníku navazujícího magisterského studia – celkem 3 studenti), konzultace těchto prací (pedagogové), finální zhodnocení projektu.
výskytem poruch na linkách).

3. oblast výzkumu - Vývoj, výzkum, realizace a ověření funkčních vlastností fixačního zařízení pro stabilizaci manipulačních jednotek
Souhrn předpokládaných výstupů:
1 x Užitný vzor (případně patent),
2 x Průmyslový vzor,
3 x Funkční vzorek,
3 x Příspěvek v odborném časopise,
2 x Příspěvek na mezinárodní konferenci.

Harmonogram řešení:
Leden 2020
Zpracování 3D modelů variantních návrhů fixačního zařízení a stabilizace manipulačních jednotek.
Únor 2020
Optimální řešení variantních návrhů fixačního zařízení a stabilizace manipulačních jednotek zpracovat a předat KvVaV, VŠB-TUO k zápisu do Deníku předmětů průmyslového vlastnictví a podání přihlášky Průmyslového vzoru na ÚPV.
Rozpracování ev. formuláře pro podání přihlášky Užitného vzoru (Patentu) vzoru na ÚPV.
Rozpracování výrobní a dílenské výkresové dokumentace (2D výkresy ve formátu DWG) řešení variantních návrhů fixačního zařízení pro stabilizaci manipulačních jednotek.
Březen 2020
Dokončení výrobní a dílenské výkresové dokumentace (ve 2D výkresy ve formátu DWG) fixačního zařízení pro stabilizace manipulačních jednotek.
Rozpracování ev. formulářů předpokládaných Funkčních vzorků pro následné zaevidování u útvaru KvVaV, VŠB-TUO.
Duben 2020
Výroba funkčního standu, dle vypracované výkresové výrobní dokumentace, tzn. funkčního vzorku fixačního zařízení pro stabilizaci manipulačních jednotek.
Dopracování ev. formulářů Funkčních vzorků a jejich zaevidování u útvaru KvVaV, VŠB-TUO.
Květen - Červenec 2020
Provádění experimentálních zkoušek, ověřování funkčnosti požadovaných předpokládaných parametrů fixačního zařízení pro stabilizaci manipulačních jednotek
Srpen - Září 2020
Zpracování podkladů získaných výsledků experimentálních zkoušek pro jejich publikování na vybraných konferencích Scopus a v časopisech WoS.
Říjen - Prosinec 2020
Publikace v odborných časopisech, fyzická účast na konferencích. Uplatnění výsledků Průmyslových vzorů na ÚPV a v časopisech WoS.

4. oblast výzkumu - Vývoj záložního zdroje energie pro elektromobily
Cílem projektu je vytvořit funkční model zařízení, které bude velmi lehké a jednoduché konstrukce. Bude jím možno z části nebo úplně nahradit baterii jako zdroj energie v případě ohrožení bezpečnosti posádky.
Vozidla s elektrickým pohonem (zejména BV) pak budou v případě poruch baterií nebo napájecí soustavy nebo při jejím vybití mnohem bezpečnější.

Aktivity se dá shrnout zhruba do následujících cílů:
- Vývoj funkčního provozuschopného prototypu zařízení APU pro podporu zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti u nově vyvíjených vozidel v rámci elektromobility.
- Rozvoj studentů v oblasti inovativních konstrukčních postupů a zvyšování kvalifikace v oblasti elektromobilita v automotive průmyslu.
- Vytvoření moderní funkční učební pomůcky a zvyšování úrovně kvality vzdělávání
- Vytvoření výukového modelu sloužícího k propagaci pracoviště a fakulty v souvislosti s moderními technologiemi v automotive průmyslu.
- V souvislosti s tímto vývojem záložních zdrojů pro elektromobily dále prohlubovat znalosti pracoviště s potenciálem budoucích projektů vázaných na spolupráci s praxí.

Harmonogram řešení:
Leden – březen 2020
Rozbor problematiky a studium nových přístupů k výrobě silničních elektrických vozidel (zejména BV).
Březen – červen 2020
Návrh různých koncepcí pohonných jednotek a generátorů za použití moderních metod návrhu a výrobních postupů.
Červen – říjen 2020
Návrh výrobního postupu a návrh výroby výrobního zařízení.
Listopad – prosinec 2020
Fyzická realizace návrhu – výroba ukázkového modelu a funkčního prototypu připraveného k testovacímu provozu.

Dílčí výstupy, v rámci projektu bude dosaženo:
- Sestrojení funkčního provozuschopného prototypu motorgenerátoru pro bateriová vozidla(BV)
- Podána přihláška prototypu motorgenerátoru ve formě záložního zdroje energie pro BV
- Diplomová práce v oblasti vývoje pohonných jednotek pro silniční vozidla
- Publikace výsledku a směru vědecko-výzkumné činnosti se snahou o maximální publikační kvalitu

V rámci této oblasti bude nejdříve proveden průzkum moderních trendů ve výrobě a designu vozidlových pohonů hybridních a bateriových vozidel. Následovat bude výběr modelového vozidla pro vhodnou aplikaci inovativní technologie s potenciálem dalšího rozvoje problematiky.
V rámci výzkumu budou provedeny pevnostní výpočty a simulace částí motoru a generátoru vyrobeného v rámci projektu.

Předpokládané výstupy v oblasti výzkumu jsou tyto:
2 vypsaná témata závěrečných prací, 1 prototyp (funkční vzorek) a 1 článek v odborném časopise, plánovány jsou další výstupy s vědeckou hodnotou