Moderní obráběcí stroj jako celek je klasickým představitelem složitého mechatronického produktu. Ten v sobě spojuje klasické „strojařské“ prvky spolu se sofistikovanými systémy pro řízení a zabezpečení přesného, vysoce produktivního a univerzálního provozu stroje. Zabýváme se výzkumem a vývojem automatizačních řešení, konceptem chytrého stroje a chytré výroby a výzkumem robotických aplikací ve výrobních procesech.
V oblasti řídicích systémů CNC strojů jsou výzkumné a vývojové aktivity zaměřeny především na oblast interpolátoru – vývoj jádra interpolátoru, virtuálního modelu a pokročilých funkcí pro rychlejší průjezd požadovanou trajektorií při dodržení všech omezení rychlosti, zrychlení i jerku a dosažení požadované geometrické přesnosti. Kromě vývoje vlastních algoritmů interpolátoru jsou výzkumné a vývojové aktivity zaměřeny také na optimalizaci nastavení parametrů interpolátoru současných řídicích systémů.
Výzkumné aktivity jsou zaměřeny především na návrh řízení výrobních a měřicích zařízení a tvorbu speciálních PLC včetně komunikace s ostatními systémy. Vyvíjeny jsou systémy pro optimalizaci řízení výroby využívající informace o stavu výrobní kapacity, schopností operátora i informace ze souvisejících technologií (např. metrologie). Tyto systémy jsou potom propojeny s nadřazenými systémy, jako jsou MES a ERP systémy.
Výzkum je orientován zejména na řízení průmyslových robotů (výpočet inverzní kinematiky, regulace) a na propojení průmyslových robotů a výrobních strojů. Dále je předmětem výzkumu využití robotů pro obráběcí operace a návrh trajektorie vzhledem k výrazně proměnlivé tuhosti robotu. Samostatným tématem je kalibrace průmyslových robotů a zvyšování jejich přesnosti v omezeném pracovním rozsahu (kompenzace).
Více o technologii robotického 3D tisku z termoplastů
Vyvíjeny a zkoumány jsou nadstavbové systémy výrobních strojů, které umožňují přímou komunikaci s řídicím systémem stroje a současně zvyšují funkcionalitu stroje a komfort jeho ovládání pomocí rozšiřujících aplikací, např. diagnostické systémy, inprocesní měření, správu zakázek, vizualizace a simulace procesů a vlastností strojů atd. Jejich součástí je průmyslová komunikace využívající real-time sběrnic (EhterCAT, Profinet, atd.), ale také komunikace založená na datových modelech jako OPC-UA. Kromě nadstavbových systémů se ale jedná i o systémy pro sběr dat a jejich analýzu a vývoj speciálních cyklů, které jsou integrovány přímo do real-time řízení stroje.
Využití umělé inteligence při analýze obráběcího procesu
V oblasti zvyšování přesnosti a spolehlivosti strojů jsou výzkumné a vývojové aktivity soustředěny především na vývoj, implementaci a testování přídavných mechatronických zařízení. Jedná se zejména o integrovaná měřicí zařízení identifikující změnu geometrie stroje při provozu a kalibrační zařízení umožňující rychlé proměření a kalibraci stroje mezi výrobními procesy. Tato odměřování slouží nejen ke zvýšení přesnosti při výrobě, ale také při inspekci vyrobeného dílce přímo ve výrobním stroji – inprocesní měření. Současně je výzkum zaměřen na témata pokročilých teplotních kompenzací s vazbou na přímé měření deformace/volumetrické přesnosti sloužící pro rekalibraci teplotních modelů. Dále jsou aktivity zaměřeny také na aktivní prvky, jedná se např. o jednotky pro automatické ustavení obrobku a dále zařízení pro potlačení vibrací – pasivní a aktivní dynamické hltiče.
Identifikace aktuálního stavu stroje a predikce jeho vývoje (např. predikce životnosti vřetenových ložisek) jsou klíčové výzkumné aktivity v oblasti diagnostických systémů. K diagnostickým účelům jsou vyvíjeny a testovány měřicí systémy i detailní matematické modely vybraných uzlů a jsou využívány nástroje strojového učení. Tyto nástroje využívají nejen data získaná přímo ze stroje, ale také data získaná z matematických modelů simulujících různé provozní stavy.
Řešení těchto témat umožňuje silné hardwarové i softwarové zázemí. Pro pokročilé simulace a řízení jsou využívány sw Matlab/Simulink, ControlDesk (dSpace), LabView, virtuální jádra řídicích systémů Siemens Sinumerik VNCK a Heidenhain Virtual iTNC a další. V oblasti automatizace se jedná zejména o systémy Beckhoff TwinCat, Tecomat Mosaic a Siemens TIA portál. Kromě těchto nástrojů jsou využívány i klasické programovací jazyky jako C, C++, C# atd.