Vizitka akademického pracovníka

Fotografie Ing. Bc. Jana Dvořáková
Jméno a příjmení Ing. Bc. Jana Dvořáková
Status Akademický pracovník
Pracoviště Katedra technických studií
Pracovní zařazení asistent
Telefon +420 567 141 309
E-mail jana.dvorakova@vspj.cz
Místnost 3N015

Konzultační hodiny

Den Čas Poznámka
čtvrtek
11:20 - 12:20

Publikační činnost

Článek v databázi Web of Science

2020

Horák, Z., Dvořák, K., Zárybnická, L., Vojáčková, H., Dvořáková, J., & Vilímek, M. (2020). Experimental Measurements of Mechanical Properties of PUR Foam Used for Testing Medical Devices and Instruments Depending on Temperature, Density and Strain Rate. Materials, 13(20), 4560. doi: 10.3390/ma13204560

Článek v databázi SCOPUS

2019

Dvořák, K., Zárybnická, L., & Dvořáková, J. (2019). Quality Parameters of 3D Print Products by the DMLS Method. Manufacturing Technology, 19(2), 209-215. doi: 10.21062/ujep/271.2019/a/1213-2489/MT/19/2/209

Ostatní odborné články v recenzovaných periodikách

2018

Dvořák, K., & Dvořáková, J. (2018). Přístupy k přípravě dat pro 3D tisk. LOGOS POLYTECHNIKOS, 2018(4), 4-15.

Projekty

Interní grantová soutěž

Implementace výuky CAM do předmětu Výrobní technologie II

Upravit 01. 03. 2020 - 31. 12. 2020

Anotace

Cílem projektu je zavedení výuky CAM – Computer Aided Manufacturing do předmětu Výrobní technologie II. Jde o povinný předmět, vyučovaný ve 2. semestru oboru Aplikovaná technika pro průmyslovou praxi.

CAM – Computer Aided Manufacturing, počítačem podporovaná příprava výrobních technologií, převážně třískové obrábění, představuje předvýrobní a výrobní aktivity v rámci životního cyklu výrobku. Jde především o definování dráhy obráběcího nástroje a technologických podmínek obrábění na digitálním modelu – virtuálním prototypu finálního výrobku. Doposud byly základy této oblasti v rámci předmětu uváděny pouze teoreticky a okrajově. V průmyslové praxi jde o velmi ceněnou znalost, protože velký objem výroby zahrnuje v rámci životního cyklu výrobku technologie obrábění, v současné době realizované především na číslicově řízených obráběcích strojích – CNC, Computer Numeric Control. Současně jde atraktivní odvětví pro posluchače technických oborů, ATPP a v budoucnu Aplikované strojírenství. Projekt je realizován s využitím stávající technologické softwarové a hardwarové infrastruktury s návazností na budoucí technologickou infrastrukturu ve formě reálných číslicově řízených obráběcích strojů. Hlavním výstupem projektu jsou materiály pro podporu teoretické i praktické výuky CAM a pro podporu a realizaci souvisejících technologických procesů na VŠPJ.

 

Zdůvodnění

Zavedení rozšířené výuky CAM do předmětu Výrobní technologie II představuje kvalitativní posun, spočívající ve zvýšení znalostí posluchačů v oblasti využívání nástrojů řízení životního cyklu výrobku v předvýrobních a výrobních fázích. Pro výuku se předpokládá využití stejného prostředí nástroje Siemens NX, modul CAM, který je pro výukové a výzkumné účely k dispozici a posluchači se s ním prakticky setkávají v předchozích a souběžných předmětech Technická dokumentace a CAD (Computer Aided Design – počítačem podporované konstruování) a Základky konstruování. V uvedených předmětech posluchači vytvářejí digitální modely – virtuální prototypy a jejich výrobní a montážní technickou dokumentaci. Současné trendy průmyslové praxe ve výrobních fázích zahrnují využití digitálních 3D modelů k definování výrobních postupů a souvisejících technologických metod. Zpracování výrobní technologie obrábění v nástroji CAM představuje aplikování výchozích teoretických znalostí pro řešení konkrétní úlohy ve virtuálním prostředí s využitím širokého spektra vstupních faktorů. Definovaný obráběcí proces lze ve virtuálním prostředí simulovat, vizualizovat a verifikovat výsledek ve formě virtuálního procesu a obrobku s předpokladem identického výsledku při obrábění na reálném stroji. Vstupní parametry lze optimalizovat a získávat ve virtuálním prostředí zkušenosti, uplatnitelné při reálném obráběcím procesu. Na VŠPJ jsou aktuálně zřizována dvě pracoviště, zahrnující v rámci portfolia výrobních zařízení NC stroje, CP Factory a Laboratoř výrobních procesů, kde lze prakticky realizovat na výukových úlohách obrábění dle programů, definovaných v rámci výuky CAM. Efektivní zavedení uvedených technologií do výuky vyžaduje přípravu a ověření výukových postupů, zahrnujících podpůrné materiály, výchozí digitální modely a ověřené kódy NC programů. Propojení s výrobní infrastrukturou představuje vytvoření postprocessorů – překladačů NC programů, vytvořených v digitálním prostředí, do kódu, srozumitelného řídicího systému stroje, na kterém je technologie prakticky realizována. Praktická realizace výukových postupů ve fázi zavedení do výuky zahrnuje využití materiálu ve formě polotovarů a případně nástrojů pro provádění základních a rozšířených konkrétních technologických postupů NC frézování.

Simulační a verifikační možnosti použitého nástroje jsou současně významným ekonomicko-optimalizačním nástrojem. Jedním z výstupů provedené simulace je určení strojních časů, včetně prodlev, což je klíčovou informací pro určení ekonomické náročnosti výroby konkrétní součásti a může být podkladem pro interní, případně externí komerční kalkulace.

 

Měřitelné cíle projektu a jejich stručný popis

Hlavním měřitelným cílem projektu je vytvoření knihovny modelů a vztažených verifikovaných technologií obrábění definovaných ve virtuálním prostředí na digitálních modelech.

Souvisejícím sekundárním měřitelným cílem je vytvoření postprocessorů – překladačů pro oba řídicí systémy aplikovaných obráběcích strojů. Postrpocessor je dále trvale využíván pro překlad následně v budoucnu definovaných programů pro NC obrábění.

Dalším měřitelným cílem je odladění a optimalizace vzorových úloh pro obrábění na konkrétních strojích.

Součástí uvedené aktivity je vytvoření virtuálních prototypů obou realizovaných strojů.

 

Plánované výstupy

-          Knihovna min. 10 virtuálních prototypů – digitálních modelů s konstrukčními prvky, zahrnujícími různé kombinace technologických operací s progresivní složitostí.

-          Knihovna min. 10 verifikovaných simulací obrábění na výše uvedených virtuálních prototypech.

-          Postprocessor, případně postup konverze simulace obrábění pro frézku v CP Factory.

-          Postprocessor, případně postup konverze simulace obrábění pro frézku v laboratoři výrobních procesů.

-          Obrobené vzorky výchozích modelů – dle reálné výkonnosti strojů, která je v rámci projektu ověřena.

-          Přehledový výukový podpůrný materiál tvorby technologie obrábění v prostředí Siemens NX – CAM, ve formě strukturovaných návodných textů s obrázky.

-          Publikační výstup ve formě článku, zaslaný do odborného časopisu, případně představený na odborné konferenci.

-          Virtuální prototypy, zjednodušené digitální modely strojů – NC frézek, provozovaných na VŠPJ. Jde o významný strategický faktor pro budoucí výukové, výzkumné a vývojové procesy na VŠPJ.

Výukové materiály, včetně souvisejících modelů budou umístěny v rámci příslušných témat a úloh do Moodle – předmětu Výrobní technologie II. Využití se částečně přepokládá v rámci konkrétního tématu předmětu Základy konstruování.

  

Charakteristika výchozího stavu

Nástroj Siemens NX představuje CAx platformu zavedenou do výuky CAD a Základů konstruování v oboru ATPP, s podporou uvedeného nástroje je realizována řada výzkumných a výukových projektů, včetně žákovských dílčích úloh, semestrálních a bakalářských prací. Výuka CAM je součástí teoretického dílčího tématu předmětu Výrobní technologie II. Zavedení výuky CAM v návaznosti na praktickou realizaci a propojení s implementovanými výrobními technologiemi vyžaduje portfolio návazných aktivit, především vytvoření uvedených modelů, simulací, postprocessorů a vzorových úloh. Problematika převážně pokročilých modelovacích metod byla publikována, obvykle s podporou interních projektů v následujících výstupech:

 

DVOŘÁK, K., (2016), Modeling strategy of freeforms on the basis of qualitative analysis. In

2016 7th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE). IEEE.

1 Print, CD, on-line.. London: IEEE Press. s. 295-299. ISBN 978-1-4673-8828-3.
Dostupný z WWW: <http://ieeexplore.ieee.org/document/7549553/>.

 

Dvořák, K., Bílek, M., & Dvořáková, S. (2016). Free form surface modeling and analysis. In WSCG 2016 Posters Proceedings (17-20). Plzeň: UNION Agency.

 

DVOŘÁK, K., (2013), Management of parametric CAD model by external tools. Applied

Mechanics and Materials. 390, s. 616-620. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.390.616.

Dostupné z: http://www.scientific.net/AMM.390.616

 

Problematika CAM je částečně v souvislosti s řízením životního cyklu výrobku zmíněna v:

Dvořák, K. (2015). Reducing risks of virtual prototypes in the product lifecycle management. In Selected Risks of Business Processes (6-16). Praha: ČVUT.

 

Aspekty využití simulačních potenciálu CAx technologií ve výuce jsou představeny v:

Dvořák, K. (2015). CAD VISUALISATION IN ENGINEERING EDUCATION. In Efficiency and Responsibility in Education 2015 (89-95). Praha: CZU.

 

Členové projektového týmu, dr. Dvořák, Ing. Bílek a Ing. Dvořáková absolvovali rozšiřující školení NX – CAM nástroje Siemens NX.

 

NC frézky, na kterých bude realizována praktická výuka, jsou zaváděny do infrastruktury VŠPJ v průběhu r. 2020. Kromě praktické výroby vzorových dílů a odlaďování technologií, jsou uvedené výstupy na zavedení konkrétní infrastruktury nezávislé.

 

Použité metody a nástroje

Digitální modely virtuálních prototypů, výchozí geometrie pro přípravu technologie, definování geometrie a technologických podmínek, včetně příslušných simulací a verifikací je realizována v prostředí Siemens NX, který je výukovou a výzkumnou platformou KTS VŠPJ. Prostřednictvím uvedeného nástroje jsou sestavené překladače – postprocessory pro každý z následně použitých reálných strojů. Realizace praktického seřízení stroje a obrábění se předpokládá s využitím Frézky CP Factory a dvouosé konzolové frézky XYZ – KMX2 1500 v Laboratoři výrobních procesů. Ověření metod obrábění na reálných strojích se předpokládá s využitím polotovarů na bázi slitin hliníku, konstrukční oceli a nerezové oceli. Jde o obvyklé materiály používané ve většině praktických strojírenských aplikací. Pro praktické obrábění budou použity obvyklé standardizované obráběcí nástroje a přípravky.

 

Popis plánovaných aktivit 

Projekt je realizován v následujících fázích:

-          Příprava 3D modelů – virtuálních prototypů, zahrnujících PMI – product manufacturing information, geometrické a technologické informace ve 3D prostředí. Realizováno v NX – CAD.

-          Příprava, simulace a verifikace technologie v prostředí NX – CAM. Tvorba ISO G-kódů.

-          Tvorba postprocessorů – překladačů ISO-G NC kódů pro konkrétní řídicí systém použitého stroje.

-          Postprocessing NC kódů pro řídicí systémy strojů.

-          Příprava strojů pro praktické obrábění, seřízení vzorových úloh, ověření obrábění.

-          Vyhodnocení technicko-ekonomických faktorů přípravy technologie obrábění.

-          Tvorba podpůrného výukového materiálu pro tvorbu NC kódů v Siemens NX formou textových a obrazových návodů, případně videosekvence.

-          Příprava publikačního výstupu v oblasti simulací a optimalizací obráběcího procesu ve fázi přípravy.

 

Časový plán řešení projektu:

3 / 2020 – Zahájení řešení projektu.

3 - 6 / 2020 – Tvorba referenčních 3D a 2D digitálních modelů, použitých pro následnou přípravu technologických procesů obrábění.

3 - 8 / 2020 – Příprava preprocessorů CAM-dat, tvorba simulací, vizualizací, verifikací, optimalizací. Vyhodnocení technicko-ekonomického faktoru.

4 - 10 / 2020 – Tvorba digitálních 3D modelů, virtuálních prototypů strojů VŠPJ, použitých pro simulace, tvorbu NC programů a postprocessovaných řídících kódů.

5 – 10 / 2020 – Příprava postprocessorů – kódů srozumitelným řídicím systémům nasazených reálných strojů.

3 – 12 / 2020 – Průběžná implementace modelů, preprocessorů, postprocessorů a souvisejících dat ve formě dílčích textových a video návodů do výuky.

9 / 2020 – Publikování výsledků v odborném časopise.

12 / 2020 – Administrativa projektu, ukončení projektu.

 

Složení řešitelského týmu a způsob zapojení členů do plánovaných aktivit

Ing. Bc. Jana Dvořáková, katedra technických studií – Koordinace projektu, vyučující výrobních technologií v oboru ATPP, pověřená teoretickým i praktickým rozšířením výuky CAM do výuky předmětu Výrobní technologie II. Tvorba 3D modelů, NC kódů, výukových materiálů.

Spoluřešitelé:

Ing. Bc. Karel Dvořák, Ph.D., katedra technických studií – využití komplexních znalostí prostředí NX, včetně pokročilých metod a postupů. Konzultace tvorby 3D modelů, NC programů, postprocessorů. Praktická aplikace výrobních metod, seřízení obráběcích strojů při praktickém obrábění. Zavedení praktických úloh do výuky.

Ing. Michal Bílek, katedra technických studií – specialista v oblasti průmyslových řídicích systémů, spolupráce na tvorbě modelů, NC programů, postprocessorů a aplikovaní technologií na frézku v CP Factory.

Ing. Stanislava Dvořáková, Ph.D., katedra matematiky - statistické zpracování numerických výstupů, řešení optimalizační úloh.

Specialista z průmyslové praxe – spolupráce na přípravě postprocessorů, konzultace postupů transferu virtuálních postupů do reálných aplikací.

Min. 2x student oboru ATPP, nebo aplikované strojírenství – Spolupráce na tvorbě 3D modelů, NC kódů, verifikace modelů. Tvorba virtuálních prototypů zjednodušených modelů aplikovaných strojů pro zpřesnění přípravy technologií obrábění.

 

Míra zapojení studentů

Součástí řešení projektu je i tvorba velkého počtu modelů spočívající v částečně rutinní konstrukční práci, kterou jsou studenti schopni na základě dovedností získaných v předmětech Technická dokumentace a CAD a Základy konstruování spolehlivě provést. Jedná se o časově náročnou činnost, jejíž vykonávání zároveň umožní upevnit a prohloubit znalosti nabyté předchozím studiem a přispěje k zvýšení uplatnitelnosti absolventů v oblasti strojírenské konstrukce.

 

Zdůvodnění strategického významu projektového návrhu pro rozvoj pedagogických činností na VŠPJ

Zavedení CAM do výuky předmětu Výrobní technologie II přispěje k zvýšení konkurenceschopnosti absolventů na poli pracovního uplatnění a zároveň povede ke zvýšení atraktivity studijního oboru pro studenty i jejich potenciální zaměstnavatele. Pro kvalitní osvojení základů CAM je nutno studentům umožnit prohloubení odpřednášené a procvičené problematiky, což bude umožněno díky samostatné práci s vytvořenými modely a simulacemi. Zároveň se zvýší efektivita práce ve cvičeních, bude možno navazovat na úlohy v různé fázi složitosti a rozpracovanosti dle individuálních dispozic, výchozích a aktuálních znalostí studentů a zároveň umožní na konci sledovaného období dosáhnout společné požadované úrovně u všech posluchačů kurzu Výrobní technologie II: Zároveň dojde k propojení s dalšími rozvojovými aktivitami na VŠPJ, umožňujícími praktickou realizaci výukových úloh v nově zřizovaných CP Factory a Laboratoři výrobních procesů.

Kategorie projektu:

a)      Inovace studijních programů, oborů, předmětů.

b)      Zvýšení rozsahu, účinnosti a kvality pedagogické práce.

c)      Podpora mezioborových tvůrčích týmů.

d)      Řízení tvůrčí a odborné práce studentů VŠPJ.

 

Způsob naplňování zvolených oblastí:

Tvorba 3D digitálních modelů, NC programů a řídících kódů je realizována prostřednictvím nástroje Siemens NX, který je na VŠPJ k dispozici v dostatečném počtu licencí pro výukové a výzkumné účely. Pokročilé zkušenosti s nástrojem mají akademičtí pracovníci, základní a středně pokročilé zkušenosti mají po úvodním kurzu posluchači oboru ATPP, předpokládá se zapracování posluchačů AS.

Tvorba 3D modelů je realizována standardními postupy hybridního modelování, složitější modely s využitím volného tvarování ploch. Stejné metody jsou uplatněny při tvorbě virtuálních prototypů obráběcích strojů. Technická dokumentace je realizována prostřednictvím 2D výkresové dokumentace, u vybraných modelů prostřednictvím PMI – Product Manufacturing Information, geometrické a technologické informace ve 3D modelu, což je další z nastupujících trendů současné průmyslové praxe. NC programy jsou vytvářeny v prostředí NX Manufacturing metodami frézování a soustružení. V identickém prostředí jsou realizovány postprocessory – překladače pro řídicí systémy reálných strojů. Vzhledem ke strojnímu potenciálu a dispozici pouze NC frézek budou dále zpracovávány postupy pro frézování. Klasické soustružení bude zpracováváno pouze na úrovni simulace, případně překladu do kódu virtuálního stroje. Vzhledem k sofistikovanosti transferu generického kódu pro řídicí systémy konkrétního stroje, předpokládá se využití konzultací externího specialisty.

Optimalizační postupy jsou zpracovány z dat, generovaných verifikačním nástrojem CAM systému. Zpracování a publikování dat probíhá prostřednictvím běžně dostupného statistického a publikačního SW (MS Excel, Word, obojí součástí SW standardu VŠPJ).

Výukové materiály ve formě textových a obrazových návodů budou distribuovány prostřednictvím LMS Moodle, případně volně k dispozici na společných síťových umístěních.

 

Seznam významnějších dílčích nákladů a zdůvodnění jejich opodstatněnosti

Materiál pro praktické obrábění – polotovary ve formě použitelné dle charakteristik reálných provozovaných frézek. Převážně polotovary ve formě kvádrů, kulatiny, případně tyčí různých tvarů průřezů, ev. plechy. Materiálové zastoupení – slitiny hliníku, konstrukční oceli obvyklých jakostí, nerezové oceli. Materiál je nezbytný pro přípravu a ověření postupů praktického obrábění.

Personální náklady – převážnou část projektových aktivit představuje práce ve virtuálním prostředí vývojového technologického nástroje. Jde o velký objem práce. Současně se předpokládá využití konzultanta s rozsáhlými zkušenostmi nástroje Siemens NX CAM, zejména pro spolupráci na tvorbě překladačů – postprocessorů, což je klíčovým a současně kritickým faktorem úspěšnosti aplikování virtuálních postupů do dílenské reality.

Vedoucí projektu: Ing. Bc. Jana Dvořáková

Celková částka: 89000 CZK

Dotační titul: Interní grantová soutěž

Kontakty

Vysoká škola polytechnická Jihlava
Tolstého 16
586 01 Jihlava

Kontakt:
Telefon: +420 567 141 111
Fax: +420 567 300 727
Email: vspj@vspj.cz
ID datové schránky: w9ej9jg

IČ: 71226401
DIČ: CZ71226401

Studijní oddělení:
Telefon: +420 567 141 181
Email: studijni@vspj.cz

Čekejte prosím, stránka se načítá