Research and Development of Technologies for Engineering and Production Control

SP2025/015

Čada Radek prof. Ing., CSc.

01. 01. 2025 - 31. 12. 2025

The focus of the project is on four areas of research, namely welding, engineering forming, engineering materials, and their surface treatment, including the industrial engineering, logistics, design, Industry 4.0 and AI. Research in the field of welding will be focused on optimization of welding of Ti alloy produced by SLM (Selective Laser Melting) method and subsequent study of properties and microstructure of welded joints. Parts will be fabricated by robotic welding using the WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) method and subsequent study of properties and microstructure of welded joints. Parts will be fabricated by robotic welding using the WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) method and their properties will be subsequently investigated. The research will also focus on laser welding, weldability of heterogeneous welded joints and the properties of the transition regions of these joints. Furthermore, selected performance properties of bronze slip layers deposited by alternative technologies: plasma PTA welding, HVOF spraying and centrifugal casting will be evaluated. The design of the technological process of welding P265GH steel by TIG technology will be carried out using numerical simulation in Simufact Welding software and its experimental verification. Research in the field of engineering forming will focus on the analysis of the effect of unconventional extrusion on the experimental device DRECE (Dual Rolls Equal Channel Extrusion) on the microstructural changes initiated in the extruded copper strip sheet due to hetero-deformation strengthening. As a result of the unconventional forming, a significant change in the strength-tensile relationship can be expected and unique technological properties can be achieved. Another area of research in this sub-project will be to perform numerical simulations in order to select appropriate forming conditions with respect to achieving identical outputs compared to the real forming process. Another area of research will focus on Equal Channel Angular Pressing (ECAP) forming using different geometries of the forming tool, where microstructural changes of the alloy used will be monitored. Another part will be to verify the effect of robotization of the forging workplace on increasing productivity and reducing production costs. Furthermore, the research will be focused on the optimization of component manufacturing technologies by forming and formability analysis of sheet metal. Research in the field of engineering materials and their surface treatments will focus on the process of evaluating the abrasion resistance of organic coatings. The experimental part will focus on testing the quality of coatings according to standardised tests, e.g. AS 3894-4 Site testing of protective coatings, using a sclerometer to observe the force required to scratch the coating. Evaluation will also be carried out by measuring the roughness of the coatings using a LEXT OLS5000 confocal microscope, metallographic analysis of the coating in section and by measuring the microhardness of the coating using a LECO LM 247AT microhardness tester. In addition, the research will assess the effect of post-galvanizing cooling on coating cohesion during sweep. The hot-dip zinc coated samples will be evaluated by measuring the coating roughness using a LEXT OLS5000 confocal microscope, metallographic analysis of the coating in section, standardized bending tests on a conical mandrel EN ISO 6860 and tear adhesion test EN ISO 4624. Research in industrial engineering, logistics, design, Industry 4.0 and AI will focus on the use of advanced modelling and simulation tools that enable detailed analysis of manufacturing processes and systems. These technologies help to understand the interrelationships within a system, predict the impact of planned changes and optimise their effect on overall performance. They enable simulation, prediction and optimisation before the investment is made, which significantly contributes to reducing the risk and cost of wrong decisions. In the context of logistics and industrial engineering, these tools are used, for example, to analyse material flows, optimise warehouse processes and plan resources and capacities efficiently, and design appropriate maintenance management information systems. By integrating artificial intelligence (AI), processes can be further streamlined, for example by identifying bottlenecks, automating decision-making processes and improving predictions based on data analysis. The issue of quality is also crucial, especially in the automotive industry, where intense competition requires constant innovation. Manufacturers need to respond to demanding customer requirements. This involves applying the principles of Industry 4.0 and moving towards Industry 5.0, which emphasises sustainability, the human factor and a higher degree of product personalisation. These approaches allow not only to increase competitiveness, but also to achieve greater efficiency and adaptability of production systems in a rapidly changing environment. In the issue of eliminating the impact of legislative developments on small firms in the transport sector, the research will focus in particular on the area of regulations and permits, safety and operational standards, time restrictions and driving bans and, last but not least, changes in rules arising from international legislation.

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).