Výzkum v oblasti dopravních a procesních systémů a technologií

SP2020/90

Brázda Robert doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2020 - 31. 12. 2020

The submitted project of the student grant competition (SGS) is divided into 4 independent scientific areas within the Institute of Transport of the FME VSB-TUO. The first scientific area is the area of research, development and innovations in the field of pneumatic conveying systems called "Development and research in the field of low pressure pneumatic conveying systems", the lead researcher is assoc. prof. Robert Brázda. The research area is aimed at reducing the energy intensity of low-pressure pneumatic transport with clearly defined cooperation with the students of the master and doctoral study programs. The monitored areas will be local losses in the pneumatic conveying system, in particular the area of friction and curvature losses, with the aim of reducing these losses and finding the optimal variant of the pulsation mode of the carrier medium. The second area called "Modeling and simulation of transport and logistics systems" is solved by team assoc. prof. Michal Dorda. The proposed project builds on SGS projects solved at the Institute of Transport Technology and the Institute of Air Transport in previous years. The research area is again focused on the development of mathematical and simulation models in the form of extending and generalizing existing models and creating new models to be able to model problems from real transport practice, paying particular attention to problems in the field of road, rail and air transport. The results will primarily be reflected in publications in reputable journals and proceedings from conferences registered in the recognized databases Web of Science and Scopus. It is necessary to develop these publishing activities in the workplace so that they can be used in the preparation of new and extension of existing accreditations at the Institute of Transport leading in the future to institutional accreditation in the field of Transport education. Allocation of the planned financial resources to the proposed project area will contribute to the support of students of the Master's degree in processing their diploma theses, which will be devoted to the area of ​​mathematical modeling and simulation of transport processes and systems. To support the solution of optimization problems not only in the field of transport, the SGS project in 2020 envisages the purchase of an unlimited license of optimization software Xpress-IVE, which is currently used by teachers and students of the Institute of Transport only in the form of a limited demo version. In terms of content, attention will be paid to solving decision-making tasks in the field of land public transport (such as coordination of public transport links, creation of public transport network, creation of flight plans, etc.), air transport (optimization of destination portfolio of regional airports) , economic and reliability aspects of aircraft power units), logistics (supply, production and distribution) and modeling of transport and logistics systems based on bulk service systems with so-called unreliable lines (ie. with the occurrence of line failures). The third area called "Development, research, realization and verification of functional properties of fixation equipment for stabilization of handling units" is solved by a team led by assoc. prof. Leopold Hrabovský. The project focuses on the research of a suitable method, development and implementation of the most suitable solution and the creation of a physical model of the most optimal variant, which will ensure the stabilization of the handling units in partial cells of the rack warehouse. The exact position of insertion of the handling units into the rack cell and their arresting in the desired position is particularly necessary when the loading device is a continuously operating handling device, operating in a fully automated mode. The fourth area of scientific interest is focused on electromobility and the project is called "Development of APU unit for electromobiles" and is headed by MSc.Jakub Šmiraus, Ph.D. The strategic aim of the project is to design the concept, functionality and technical solution of the back-up power supply for electric vehicles. The timeliness is quite evident in view of the many risks associated with the appearance of electric vehicles in road transport. This project reflects the requirements of the automotive industry for the development of electromobility, but its implementation is related to maintaining the safety of these vehicles. In the context of the development of battery vehicles, the topic of safety of operation when the battery is low or nearly discharged can be very discussed. This battery is then much more difficult to bring to a state where it is able to re-perform safety functions in vehicles than, for example, conventional propulsion simply by refueling the engine. In this area, a survey of modern trends in the production and design of vehicle drives of hybrid and battery vehicles will be carried out first. Following will be the selection of a model vehicle for the appropriate application of innovative technology with the potential for further development of the issue. The research will carry out strength calculations and simulations of engine and generator parts produced within the project.

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
Ing. Jakub Cíleček
Ing. 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