Výzkum a vývoj technologií pro strojírenství a řízení výroby

SP2025/015

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2025 - 31. 12. 2025

Zaměření projektu je směřováno do čtyř oblastí výzkumu, a to svařování, strojírenského tváření, strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav včetně průmyslového inženýrství, logistiky, projektování, Průmyslu 4.0 a AI. Výzkum v oblasti svařování bude v rámci projektu zaměřen na optimalizaci svařování Til slitiny vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting) a následné studium vlastností a mikrostruktury svarových spojů. Budou zhotoveny díly robotickým navařováním metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a následně budou zkoumány jejich vlastnosti. Výzkum bude rovněž zaměřen na svařování laserem, svařitelnost heterogenních svarových spojů a vlastnosti přechodových oblastí těchto spojů. Bude studován vliv tepelného zpracování na mechanické vlastnosti polotovaru vyrobeného aditivní metodou navařování. Dále budou vyhodnocovány vybrané užitné vlastnosti bronzových kluzných vrstev nanášených alternativními technologiemi: navařováním plazmou PTA, nástřikem HVOF a odstředivým litím. Bude proveden návh technologického postupu svařování oceli P265GH technologií TIG s využitím numerické simulace v programu Simufact Welding a jeho experimentálního ověření. Výzkum v oblasti strojírenského tváření bude zaměřen na analýzu vlivu nekonvenčního protlačování na experimentálním zařízení DRECE (Dual Rolls Equal Channel Extrusion) na mikrostrukturní změny iniciované v protlačovaném měděném pásu plechu v důsledku hetero-deformačního zpevnění. V důsledku nekonvenčního tváření lze předpokládat významnou změnu v závislosti pevnost-tažnost a dosažení unikátních technologických vlastností. Další oblastí výzkumu v této dílčí části projektu bude provedení numerické simulace za účelem volby vhodných tvářecích podmínek s ohledem na dosažení shodných výstupů v porovnání s reálným tvářecím procesem. Další oblast výzkumu bude zaměřena na tváření metodou ECAP (Equal Channel Angular Pressing) s využitím různých geometrií tvářecího nástroje, kdy budou sledovány mikrostrukturní změny použité slitiny. Další částí bude ověření vlivu robotizace pracoviště kování na zvýšení produktivity a snížení nákladů výroby. Dále bude výzkum zaměřen na optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů. Výzkum v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude zaměřen na proces hodnocení odolnosti organických povlaků proti otěru. Experimentální část bude zaměřena na zkoušení kvality povlaků podle normovaných zkoušek, např. AS 3894-4 Site testing of protective coatings, pomocí Sklerometru, který umožňuje pozorovat sílu potřebnou k poškrábání nátěru. Vyhodnocení bude probíhat i na základě měření drsnosti povlaků pomocí konfokálního mikroskopu LEXT OLS5000, metalografické analýzy povlaku v řezu a měřením mikrotvrdosti povlaku pomocí mikrotvrdoměru LECO LM 247AT. Dále se bude výzkum zabývat posuzováním vlivu chlazení po zinkování na soudržnost povlaku během sweepování. Vzorky s povlakem žárového zinku budou hodnoceny na základě měření drsnosti povlaku pomocí konfokálního mikroskopu LEXT OLS5000, metalografické analýzy povlaku v řezu, normovanými zkouškami ohybu na kónickém trnu ČSN EN ISO 6860 a odtrhovou zkouškou přilnavosti ČSN EN ISO 4624. Předmětem výzkumu v oblasti průmyslového inženýrství, logistiky, projektování, Průmyslu 4.0 a AI bude využívání pokročilých modelovacích a simulačních nástrojů, které umožňují detailní analýzu výrobních procesů a systémů. Tyto technologie napomáhají pochopit vzájemné vztahy v systému, předvídat dopady plánovaných změn a optimalizovat jejich vliv na celkový výkon. Umožňují simulaci, predikci a optimalizaci ještě před samotnou investicí, což výrazně přispívá ke snížení rizika a nákladů spojených s chybnými rozhodnutími. V kontextu logistiky a průmyslového inženýrství se tyto nástroje využívají například pro analýzu materiálových toků, optimalizaci skladových procesů a efektivní plánování zdrojů a kapacit a navržení vhodných informačních systémů pro řízení údržby. Díky integraci umělé inteligence (AI) lze procesy dále zefektivnit, například identifikací úzkých míst, automatizací rozhodovacích procesů a zlepšením predikcí na základě datových analýz. Zásadní význam má rovněž otázka kvality, zejména v automobilovém průmyslu, kde silná konkurence vyžaduje neustálé inovace. Výrobci musí reagovat na náročné požadavky zákazníků. To zahrnuje aplikaci principů Průmyslu 4.0 a přechod směrem k Průmyslu 5.0, který klade důraz na udržitelnost, lidský faktor a vyšší míru personalizace výrobků. Tyto přístupy umožňují nejen zvýšení konkurenceschopnosti, ale také dosažení vyšší efektivity a adaptability výrobních systémů v rychle se měnícím prostředí. V problematice eliminace vlivu vývoje legislativy na malé firmy v oblasti dopravy bude předmětem výzkumu zejména oblast regulací a povolení, bezpečnostních a provozních norem, časových omezení a zákazů jízd a v neposlední řadě změn v pravidlech plynoucích z mezinárodní legislativy.

prof. Ing. Radek Čada, CSc.
prof. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D.
Ing. Vladimíra Schindlerová, Ph.D.
Ing. Kristýna Sternadelová, Ph.D.
Mgr. Marek Vindyš
Ing. Marek Hejna
Ing. Ondřej Polka
Ing. Antonín Hikade
Ing. Matěj Blažek
Ing. Martin Fryšák
Ing. Bc. Tomáš Pektor
Ing. Rostislav Zabystrzan
Ing. Jiří Švec
Ing. Miroslav Tichý
Ing. Miroslav Lindovský
Ing. Jan Slováček
Ing. Petr Vantuch
Ing. Václav Sýkora, MBA
Ing. Martin Procházka
Ing. Petr Samek
Bc. Ing. Ondřej Sopr
Ing. Svatopluk Čech
Ing. Vladimír Stuchl
Bc. Dominik Keka
Bc. Petr Olivka
Bc. Štěpán Chlopčík
Bc. Filip Kurnota
Bc. Vojtěch Vons
Bc. Mario Glatter
Bc. Ivo Březina
Bc. Jakub Jeřábek
Bc. Lukáš Daňa
Bc. Jakub Slavík
Bc. Karel Široký
Bc. Jarmila Adámková
Bc. Roman Hýbl
Bc. Jan Vrážel
Bc. Ondřej David
Bc. Adam Tomek
Bc. Jindřich Láník
Bc. Tomáš Janko
Bc. Martin Buganský
Bc. Josef Žemla
Ing. Eva Galvasová
Bc. Michal Čech
Bc. Tomáš Čech
Bc. Rudolf Kleisl
Bc. Adam Faluši
Bc. Alžběta Pleváková
Bc. Jakub Skála

Cílem výzkumu v oblasti svařování je stanovení vlastností svarových spojů na výrobcích zhotovených 3D tiskem, návrh technologie svařování Ti slitiny vyrobené metodou SLM (Selective Laser Melting). Dále je to výzkum navařování metodou WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) a analýza vlastností součástí vyrobených metodou WAAM. Další oblastí pak bude studium vlivu tepelného zpracování na mechanické vlastnosti polotovaru vyrobeného aditivní metodou navařování. Výzkum bude rovněž zaměřen na svařování laserem, svařitelnost heterogenních svarových spojů a vlastnosti přechodových oblastí těchto spojů. Dalšími cíli výzkumu v oblasti svařování jsou studium vybraných užitných vlastností bronzových kluzných vrstev nanášených alternativními technologiemi: navařováním plazmou PTA, nástřikem HVOF a odstředivým litím. Dalším cílem výzkumu je návrh technologického postupu svařování oceli P265GH technologií TIG s využitím numerické simulace v programu Simufact Welding a jeho experimentálního ověření.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenského tváření bude ověření vlivu hetero-deformačního zpevnění při kontinuálním protlačování pásu plechu na experimentálním zařízení DRECE (Dual Rolls Equal Channel Extrusion) na výsledné vlastnosti měděného pásu plechu. Důležitou etapou řešení dílčí části projektu bude provedení numerických simulací v programu Simufact Forming, ve které bude provedena detailní analýza vlivu konstrukčních a technologických podmínek tváření na přesnost výsledku simulace. Další oblast výzkumu bude zaměřena na tváření metodou ECAP (Equal Channel Angular Pressing) s využitím různých geometrií tvářecího nástroje, kdy budou sledovány mikrostrukturní změny použité slitiny. Dalšími cíli výzkumu v oblasti tváření budou optimalizace technologií výroby součástí tvářením a analýzy tvářitelnosti plechů.

Cílem výzkumu v oblasti strojírenských materiálů a jejich povrchových úprav bude proces hodnocení odolnosti organických povlaků proti otěru. Experimentální část bude zaměřena na zkoušení kvality povlaků podle normovaných zkoušek, např. AS 3894-4 Site testing of protective coatings, pomocí Sklerometru, který umožňuje pozorovat sílu potřebnou k poškrábání nátěru. Vyhodnocení bude probíhat i na základě měření drsnosti povlaků pomocí konfokálního mikroskopu LEXT OLS5000, metalografické analýzy povlaku v řezu a měřením mikrotvrdosti povlaku pomocí mikrotvrdoměru LECO LM 247AT. Dalším cílem výzkumu bude posuzování vlivu chlazení po zinkování na soudržnost povlaku během sweepování. Vzorky s povlakem žárového zinku budou hodnoceny na základě měření drsnosti povlaku pomocí konfokálního mikroskopu LEXT OLS5000, metalografické analýzy povlaku v řezu, normovanými zkouškami ohybu na kónickém trnu ČSN EN ISO 6860 a odtrhovou zkouškou přilnavosti ČSN EN ISO 4624.

Cílem výzkumu v oblasti průmyslového inženýrství, logistiky, projektování, Průmyslu 4.0 a AI bude využívání pokročilých metod a nástrojů, které podporují optimalizaci výrobních procesů, logistických systémů a strategických rozhodnutí ve firmách. Výzkum bude zaměřen na klíčové oblasti zahrnují simulaci a predikci dopadů plánovaných změn, zvyšování efektivity materiálových toků, konsolidaci zařízení na základě kapacitních propočtů a zavedení efektivního skladového hospodářství pro předvýrobu, systémy řízení údržby, které bývají velmi často opomíjeny. Výzkum bude rovněž zaměřen na analýzu rizik ve vybraných společnostech, aby bylo možné identifikovat slabá místa, předcházet problémům a posílit celkovou odolnost firem. V rámci reálných projektů bude důraz kladen na implementaci Lean metod s cílem snížit plýtvání, zefektivnit procesy a tím posílit konkurenceschopnost na trhu. Dalším cílem výzkumu bude zlepšování kvality produktů prostřednictvím inovativních přístupů, snížení environmentálních dopadů výrobních procesů a propojení digitalizace s principy Průmyslu 4.0 a 5.0. Tyto principy spojují automatizaci, lidský faktor a udržitelnost, přičemž umožňují rychle reagovat na měnící se požadavky trhu. Výzkum bude zaměřen na aktivity směřující k vytvoření adaptivních a flexibilních systémů, které zajistí vyšší efektivitu, konkurenceschopnost a dlouhodobou udržitelnost, přičemž integrace pokročilých nástrojů, jako je umělá inteligence, výrazně přispěje k přesnějším analýzám, predikcím a rozhodování. Cílem výzkumu v oblasti řízení malých dopravních firem bude analýza dopadu změn v oblasti legislativy na malé firmy a eliminace faktorů, které je tímto vývojem budou zejména negativním směrem významně ovlivňovat.

Výstupy:
Publikace v odborných časopisech (Technical Gazette, Acta Polytechnica, Manufacturing Technology, MM Science Journal, All for Power, Konstrukce apod.) a sbornících odborných konferencí indexovaných v uznávaných databázích (WoS, SCOPUS) nebo na uznávaných odborných národních konferencích – celkem 6x článek. Výstupy budou rovněž využity v disertacích a diplomových pracích studentů řešitelského týmu.

Harmonogram:
01/2025–02/2025 Rešeršní a studijní etapa (studium současného stavu poznání v jednotlivých dílčích oblastech projektu, přípravy vzorků a modelů pro experimentální práce na předmětných technologiích),

03/2025–04/2025 Příprava a návrh experimentů (vývoj metodik experimentů a numerických simulací v rámci jednotlivých výrobních technologií),

05/2025–08/2025 Provedení experimentálních zkoušek (vývoj a provedení jednotlivých experimentů vycházejících z cílů projektu),

9/2025–12/2025 Zpracování výsledků a příprava publikací (příprava výstupů jednotlivých dílčích projektů do publikací, diplomových prací, případně do nepublikačních výstupů).