Katedra automatizace a měření SjF STU v Bratislavě 1964–2004

Katedra automatizace a měření SjF STU v Bratislavě 1964–2004

Katedra automatizace a měření (KAM) Strojnické fakulty Slovenské technické univerzity v Bratislavě letos oslavila 40. výročí svého založení. Při této příležitosti bylo uspořádáno slavnostní shromáždění a mezinárodní konference kateder automatizace a kybernetiky slovenských a českých vysokých škol s názvem Automatizácia a informatizácia strojov a procesov.

Historie a současnost KAM

Přednášku o historii katedry automatizace a měření na SjF v Bratislavě měl na slavnostním shromáždění její zakladatel prof. J. Skákala.

Historie katedry začala vlastně již v roce 1955, kdy se na strojnické fakultě začal přednášet předmět měření, regulace a automatizace. V druhé polovině 50. let a první polovině 60. let dvacátého století se na Strojnické fakultě Slovenské vysoké technické školy (SVTŠ, dnes STU) rozvinuly jednotlivé studijní směry (konstrukční, technologický a ekonomický) a stabilizovaly odborné specializace. V průmyslu v té době silně narůstal význam automatizace. To se odrazilo i na stavu československých vysokých škol, kde vznikaly samostatné katedry zabývající se tímto oborem (např. na Elektrotechnické fakultě SVTŠ vznikla katedra automatizace v roce 1961). Proto byl i na zmíněné strojnické fakultě podán návrh na zřízení katedry automatizace. Ta poté začala svoji činnost 1. září 1964 pod zpřesněným názvem katedra automatizace a regulace. Pracovníci byli nové katedře přiděleni z katedry parních generátorů a motorů. Vedoucím katedry byl jmenován Ing. Skákala, zprvu jako externí pracovník (byl v té době zaměstnán v Ústavu měření a automatizace SAV), od roku 1966 už jako zaměstnanec SjF. Katedra získala povolení školit vědecké aspiranty v oborech měřicí technika a technická kybernetika. V roce 1968 bylo otevřeno postgraduální studium oboru měřicí technika a metrologie s cílem připravovat odborníky pro Československý metrologický ústav. V roce 1969 byl otevřen studijní obor přístrojová, regulační a automatizační technika. V tomtéž roce byl doc. Skákala jmenován mimořádným profesorem pro obor měřicí technika. To umožnilo udělovat na katedře vědecké hodnosti a habilitace.

V roce 1976 byl na funkci vedoucího katedry jmenován doc. Skokan, protože prof. Skákala v roce 1972 přešel do Československého metrologického ústavu a funkci vedoucího katedry vykonával jen externě. Po svém návratu na katedru v roce 1981 opět vystřídal doc. Skokana a byl dále jejím vedoucím. V roce 1981 začala také výraznější diferenciace mezi obory přístrojová technika a automatizační technika. Od roku 1982 bylo otevřeno mezioborové studium strojnická aplikovaná elektronika. O tento obor byl mezi studenty mimořádný zájem. Ačkoliv bylo toto studium chápáno jako experimentální a dočasné, absolvovalo je osm ročníků studentů. V roce 1984 bylo opět otevřeno postgraduální studium oboru metrologie a zkušebnictví.

Změny v působnosti katedry vedly v roce 1986 i ke změně názvu na katedru automatizace a měření. V roce 1987 bylo otevřeno postgraduální studium progresivní směry v automatizaci strojů a procesů a skupinové studium oboru biomedicínské přístroje (na základě požadavku k. p. Chirana).

V roce 1990 odešel prof. Skákala z funkce vedoucího katedry a na jeho místo byl jmenován prof. Chudý, který v této funkci působil až do roku 1994, kdy byl jmenován proděkanem fakulty. Protože se katedra v roce 1988 přestěhovala do nových prostor, uvolněných elektrotechnickou fakultou, bylo hlavním úkolem v tomto období budování laboratoří, včetně počítačové, a vytváření počítačové sítě. V roce 1991 byla katedra posílena pedagogy ze zrušené katedry kybernetiky. V souvislosti s tím se začalo s výukou předmětu základy technické kybernetiky. V roce 1991 katedra získala oprávnění školit doktorandy, konat rigorózní zkoušky a udělovat titul doktor mj. též v oboru měření a řízení strojů a procesů. Změna v náplni studia v oboru přístrojová, regulační a automatizační technika vedla v roce 1994 ke změně názvu na přístrojová, informační a automatizační technika.

V roce 1994 se vedoucím katedry stal prof. Ing. Gabriel Hulkó, DrSc., který tuto funkci zastává do současnosti. Pedagogické aktivity a vědecko - výzkumná činnost jsou soustředěny do dvou hlavních zaměření: automatizace a aplikovaná informatika a přístrojová a informační technika. Ve školním roce 19994/1995 bylo na KAM otevřeno bakalářské studium automatizace a informatika ve strojírenství. Šlo o paralelní formu bakalářského studia, vycházející z potřeb praxe. V roce 2001 byl zaveden (nejen na KAM, ale na celé SjF) sériový třístupňový model bakalářského studia. Budoucí zájemci o inženýrské studium v oborech PIAT, aplikovaná mechanika a mechatronika byli zařazeni do bakalářského studia mechatronika. Tato změna měla a má značný vliv na vývoj studijního oboru PIAT.

V současné době vypracovali pracovníci katedry materiály pro akreditaci studijního programu automatizace a informatizace strojů a procesů pro inženýrské a doktorandské studium, programu měření a zkušebnictví pro inženýrské studium a oboru měřicí technika pro doktorandské studium. Kromě toho se pracovníci katedry účastní také příprav akreditace mezioborového bakalářského studijního programu plasty ve strojírenství a inženýrského programu autotronika.

Pracovníci katedry se aktivně zapojují také do budování Institutu vzdělávání firmy PSA Peugeot-Citroen Trnava a Institutu měření pro firmu Volkswagen Slovakia. Institut vzdělávaní PSA zahájil svoji činnost v září tohoto roku a ještě letos by zde mělo školením projít 800 zaměstnanců této automobilky. Institut měření bude pracoviště vybavené špičkovým měřicím zařízením pro kontrolu kvality strojních dílů. Předpokládá se, že institut budou kromě firmy Volkswagen, která do jeho zřízení a vybavení investuje v přepočtu přes 60 milionů korun, využívat i další firmy.

V rámci organizačních změn se na katedře připravuje vytvoření ústavu přístrojové, informační a automatizační techniky, který vznikne spojením KAM a katedry elektrotechniky SjF.

Výzkumná činnost

Výzkumné aktivity pracovníků KAM se od jejího založení orientovaly především na problémy základního výzkumu. Katedra spolupracovala s Ústavem teorie informace a automatizace ČSAV, Ústavem technické kybernetiky SAV (později Ústavem řízení a robotiky a dnes Ústavem informatiky SAV). Úzká byla též spolupráce s Ústavem měření SAV a s Československým metrologickým ústavem v Bratislavě (nyní Slovenský metrologický ústav). V současné době pracují zaměstnanci katedry na těchto grantových projektech:

• Řízení systémů zadaných numerickými strukturami na složitých oborech definice s demonstrací přes internet (grantový projekt VEGA, vedoucí projektu prof. G. Hulkó),

• Metody vyhodnocení kalibrace snímačů (grantový projekt VEGA, vedoucí projektu prof. R. Palenčár),

• Nové počítačové metody pro analýzu osudu a účinku biologicky aktivních látek (grantový projekt VEGA, vedoucí projektu doc. L. Dedík),

• Modelování, řízení a simulace distribuovaných výrobních systémů (grantový projekt Agentury na podporu vědy a techniky, vedoucí projektu prof. B. Frankovič, Ústav informatiky SAV, vedoucí řešitelského týmu na SjF STU prof. G. Hulkó),

• Zavádění systému řízení měření do strojírenské výroby (grantový projekt VEGA, vedoucí projektu doc. E. Kureková).

Významné jsou výsledky výzkumu v oblasti adaptivního, fuzzy a robustního řízení. Díky koordinaci KAM bylo vytvořeno Centrum pro výzkum problémů řízení systémů s rozloženými parametry. O jeho výsledcích a vyvíjeném softwarovém produktu Distributed Parameter Systems Blockset for Matlab and Simulink bude uveřejněn článek v některém z následujících čísel.

Opominout nelze ani aktivity v oblasti návrhu a vyhodnocování měření a metrologie. Pracovníci KAM se podíleli na seriálu Nejistoty v měření, který byl uveřejněn v našem časopise a měl velmi dobrý čtenářský ohlas.

Výsledky výzkumu se uplatňují i v technické praxi, např. u firem VUJE, Terming, Honeywell atd.

Laboratoře

Podpora vyučovacího procesu prací v laboratořích je nesporně významným prvkem. KAM proto věnuje vybavení laboratoří mimořádnou pozornost.

Laboratoř automatického řízení se zaměřuje především na oblast experimentálního ověřování nových metod řízení, modelování a identifikace dynamických systémů. Důraz je kladen na tvorbu algoritmů a programového vybavení pro prediktivní a adaptivní řídicí systémy s aplikacemi na spojité výrobní procesy, na technické objekty se soustředěnými i rozloženými parametry a na mechatronické systémy. Jednotlivá pracoviště tvoří osobní počítač s měřicími kartami, moduly přizpůsobení I/O signálů a laboratorní model. S modely jako spojené nádoby, kaskádově uspořádané nádoby, kulička na tyči se stejnosměrným nebo lineárním motorem, kmitavá mechanická soustava druhého řádu s lineárním pohonem, soustavami ventilátor-klapka, motor-generátor, motor-brzda, motor-setrvačník nebo tyčí s ohřevem na konci se lze setkat i v mnoha jiných laboratořích. Unikátní je model pro simulaci topení, ventilace a klimatizace (HVAC), model přečerpávací elektrárny a modulární model pro simulaci soustav s rozloženými parametry na principu ohřevu proudícího vzduchu.

Laboratoř experimentální a senzorové techniky se soustřeďuje na tyto oblasti:

• návrh, realizace a vyhodnocení experimentálních měření s využitím standardních PC, programovatelných převodníků a měřicích karet,

• využití inteligentní senzorové techniky v průmyslové automatizaci,

• měření s přenosem dat na dálku s využitím internetu a průmyslových sběrnic a protokolů, standardních databázových programů a programovacích jazyků.

V první oblasti se využívají, kromě laboratorních modelů, především osobní počítače, laboratorní zdroje napětí a proudu, osciloskopy, multimetry, generátory signálů, měřicí karty (Advantech), převodníky se sériovým rozhraním a software pro tvorbu virtuálních měřicích přístrojů (Advantech, National Instruments, Mathworks). V druhé oblasti jsou studentům k dispozici snímače tlaku, teploty, průtoku a proteklého množství, výšky hladiny, rychlosti, otáček, polohy atd., např. od firem Emerson Process Management, Endress + Hauser, Honeywell a JSP. V třetí oblasti se studenti učí pracovat s komunikačními protokoly FTP a HTTP a komunikačními rozhraními WWW a WAP. Na osobních počítačích mohou využívat databáze MySQL a PostgreSQL a programovat v programovacích jazycích HTML, WML, PHP a ASP. K dispozici jsou také snímač s webovým serverem pro měření teploty, vlhkosti a rosného bodu (Omega), měřicí převodníky a záznamníky dat.

Další laboratoří je laboratoř informačních a řídicích systémů. Na jejím vybavení se podílely společnosti Siemens, Festo a další významné firmy z oboru automatizace. Prostředky instalované v laboratoři představují světovou špičku v oboru. Laboratoř tak slouží nejen při výuce, ale také při zkoumání vlastností a možností aplikací těchto prostředků. Zařízení a demonstrační pracoviště jsou instalována na pracovních „ostrovech„, které jsou vzájemně propojeny rozvody průmyslových komunikačních sběrnic a počítačové sítě uloženými v podlaze. Stejným způsobem je rozvedeno i elektrické napájení a stlačený vzduch. V laboratoři je instalován i přístupový bod bezdrátové sítě Wi-Fi. Jednotlivé automatizační prostředky jsou na přenosných panelech a lze je variabilně připojovat k jednotlivým pracovištím pomocí jednotných rozhraní I/O. Výsledné konfigurace umožňují realizovat celou škálu experimentů od ověřování vlastností snímačů až po modelování automatizace celého výrobního procesu včetně diagnostiky a údržby. Instalovaná informační technika může být využita k tvorbě komplexních projektů víceúrovňové automatizace.

Laboratoř se zaměřuje především na tyto oblasti:

• průmyslové řídicí systémy,
• systémy pro ovládání a vizualizaci,
• průmyslové komunikační sběrnice,
• distribuované periferie,
• pohony a měniče frekvence,
• přístrojová a senzorová technika pro spojitou výrobu,
• správa procesů a inteligentních zařízení,
• bezpečnostní systémy strojů a zařízení,
• bezdrátové přenosy dat pro podporu údržby a servisu,
• internet v průmyslové automatizaci,
• komplexní zabezpečení procesu včetně diagnostiky a údržby.

Generálním sponzorem laboratoře je firma Siemens, která tuto laboratoř uvádí také jako autorizované školicí a konzultační středisko pro řídicí systémy Simatic S7, průmyslové komunikační systémy a systémy SCADA/HMI.

Poslední, nikoliv však svým významem, je laboratoř měřicí techniky. Tato laboratoř je primárně určena k základnímu seznámení studentů s měřením a měřicí technikou. Studenti zde mají možnost měřit veličiny, jež se v průmyslové praxi měří nejčastěji (tlak, teplota, průtok, rychlost proudění, výška hladiny, délka, otáčky atd.). Kromě toho lze v laboratoři měřit tlak s vysokou metrologickou úrovní, neboť jsou zde k dispozici kapalinový pístový tlakoměr M200/5H (rozšířená nejistota měření 0,015 %), převodníky tlaku DMP 333 (rozšířená nejistota měření 0,15 %) a kapalinové tlakoměry 0 až 25 MPa a 0 až 40 MPa s rozšířenou nejistotou měření do 0,4 %. Novinkou je kalibrace nekonvenčních měřidel síly a krouticího momentu. Jde zejména o kalibraci mnohakomponentových silovo-momentových snímačů a maticových taktilních snímačů.

Závěr

Katedra KAM za čtyřicet let své existence vychovala více než dva tisíce inženýrů a desítky kandidátů věd a doktorů. V současné době zde pracuje 24 zaměstnanců, z toho čtyři profesoři a šest docentů. S tímto odborným potenciálem se katedra orientuje na progresivní disciplíny, jako je automatizace, informatika, mechatronika, metrologie a zkušebnictví. Její absolventi nacházejí uplatnění v oblasti projektování a provozu automatizovaných systémů ve strojní i spojité výrobě, v konstrukci automatizačních prostředků a měřicích přístrojů, v oblasti řízení kvality, zkušebnictví atd. Přechod na třístupňový model výuky (bakalář – inženýr – doktor) ještě zlepší připravenost absolventů na různorodé požadavky výrobní, výzkumné i vývojové praxe.

(Bk)