Průmyslová digitalizace a AI (FSI-HME)

Po úspěšném absolvování předmětu bude student:

• rozumět hlavním principům a motivacím digitalizace průmyslových výrobních systémů a znát klíčové komponenty konceptu Průmysl 4.0 (např. kyber-fyzikální systémy, IoT, digitální dvojčata, robotizace, automatizace, datová analýza) se zřetelem k technologiím obrábění, tváření a svařování;

• být schopen identifikovat možnosti využití digitalizačních technologií ve výrobě a logistice, hodnotit jejich efekt na produktivitu, pružnost, kvalitu a náklady technologických procesů;

• získat základní praktické dovednosti v oblasti návrhu a využití IoT senzorů a základní datové analýzy v průmyslovém kontextu;

• být připraven kriticky zvažovat aspekty implementace digitalizace, zejména bezpečnosti, datové kvality, změn v pracovních postupech a v organizační struktuře výrobních podniků.

Základní znalosti z manipulace s materiálem,  automatizace výroby. Student musí mít přehled o používaných strojích a zařízení ve strojírenských technologiích, a to především v technologiích tváření, obrábění, svařování, slévání a nekonvenčních technologiích a znát jejich uplatnění v praxi.

Předmět poskytuje studentům úvodní a zároveň prakticky zaměřené seznámení s koncepty, technologiemi a procesy moderního průmyslového prostředí, které se vyznačuje digitalizací, propojením výrobních a informačních technologií a využitím pokročilých výrobních technologií (tzv. Průmysl 4.0). Důraz je kladen zejména na aplikace ve strojírenských technologiích – obrábění, tváření a svařování. Studenti si osvojí základní přehled o kyber-fyzikálních systémech, internetu věcí (IoT), digitalizaci výrobních a logistických procesů, digitálních dvojčatech, automatizaci a robotizaci pracovišť a roli dat a umělé inteligence v optimalizaci průmyslových procesů. Cílem je, aby absolventi byli schopni pochopit technologické i systémové souvislosti digitalizace v průmyslu, zvažovat její dopady na výrobu, údržbu a provoz a aktivně participovat na transformaci výrobních podniků.

Účast v každém cvičení je kontrolována. Omluvena může být výuka pouze jednoho cvičení, v případě více zameškaných cvičení a nemožnosti výuku nahradit bude přiděleno vypracování náhradních protokolů a výpočetních zadání.

Průběžná kontrola výuky je zajišťována prověřováním samostatného přístupu studentů k řešeným dílčím projektůma prezentacím. Výsledné hodnocení předmětu je prováděno prověřením účasti ve výuce a zhodnocením kvality vypracování dílčích projektů s následným udělením zápočtu, který je nezbytnou podmínkou možnosti absolvování zkoušky. Zkouška, prověřující úroveň celkových znalostí, se sestává z části písemné a ústní.

• Úvod do digitalizace v průmyslu – definice, motivace, historický vývoj (od průmyslových revolucí po Průmysl 4.0)


• Digitální dvojče (Digital Twin) a simulace výrobních procesů
  Klíčové technologie digitalizace – IoT (internet věcí), senzory a sběr dat, komunikační technologie, edge a cloud computing


• Kyber-fyzikální systémy a výrobní IT/OT integrace – propojení výrobních systémů a informačních technologií


• Automatizace, robotizace a flexibilní výroba v rámci digitalizace
  Data, analytika a umělá inteligence ve výrobě – sběr dat, předzpracování, analýza, prediktivní údržba


• Logistika a digitalizace
  Interoperabilita, standardy a bezpečnost v digitálním průmyslu – protokoly, kyberbezpečnost, ochrana dat


• Implementace digitalizace – strategie, fáze, KPI, měření úspěchu


• Udržitelnost, ekologie a digitální výroba – jak digitalizace pomáhá snižovat spotřebu energie, materiálu; cirkulární výroba


• Trendy a budoucí směry – průmysl 5.0, autonomní výrobní buňky, digitální dvojčata celé továrny, propojení s umělou inteligencí
  Případové studie z průmyslu – úspěšné implementace digitalizace v reálných výrobních podnicích

• 
  

  Digitalizace
  Úvodní cvičení k předmětu, motivace digitalizace a AI ve výrobních technologiích, seznámení s požadavky na semestrální projekt.

  
  


• 
  

  Prezentace
  Krátké studentské prezentace na téma vybrané aplikace digitalizace / AI v obrábění, tváření nebo svařování.

  
  


• 
  

  Prezentace ÚST
  Prezentace laboratoří ÚST a vybraných průmyslových projektů v oblasti digitalizace, robotizace a inteligentních výrobních systémů.

  
  


• 
  

  VR a DT
  Ukázky využití virtuální reality a digitálních dvojčat (Digital Twin) pro návrh, simulaci a vizualizaci výrobních buněk a technologických procesů.

  
  


• 
  

  Průmyslový robot KUKA, ABB
  Praktická práce s průmyslovým robotem – základní programování, demonstrace typických úloh manipulace ve výrobním procesu.

  
  


• 
  

  Kolaborativní robot Fanuc, ABB
  Cvičení zaměřené na kolaborativní roboty (HRC): programování, bezpečnost, integrace do technologického pracoviště.

  
  


• 
  

  IoT 
  Využití platformy Raspberry Pi jako jednoduchého IoT uzlu – sběr a přenos dat z technologického zařízení, základní vizualizace.

  
  


• 
  

  Manipulace C2 – Logistika 
  Digitální podpora manipulace a logistiky v hale C2: jeřáby, zvedací zařízení, sledování materiálových toků.

  
  


• 
  

  MES/ERP Systémy a digitalizace
  Ukázka a základní práce se systémem MES – sledování výroby, zakázek a strojů, jednoduché vyhodnocení OEE.

  
  


• 
  

  Průmysl 4.0 - praktické příklady
  Praktické cvičení vedené externím odborníkem / partnerskou firmou (Holoubek) zaměřené na reálné příklady implementace digitalizace a automatizace.

  
  


• 
  

  Digitální sklad
  Demonstrace digitálně řízeného skladu – čárové a RFID kódy, evidence materiálu a polotovarů, napojení na výrobní systém.

  
  


• 
  

  Zápočet
  Zápočtové cvičení: praktický test a ústní/plošná prezentace semestrálních projektů.

  
  

MAŘÍK, Vladimír - KEIL, Robert. Průmysl 4.0: Základ ekonomické transformace ČR. 1. vydání. V Praze : Management Press, 2024. 375 stran. ISBN 978-80-7261-604-6.

Tao et al: Digital Twin in Industry: State-of-the-Art, IEEE Transactions on Industrial Informatics ( Volume: 15, Issue: 4, April 2019)