Kreativní a tvůrčí výuka je jistě cílem každé školy. Spojení moderních technologií se znalostmi a nadšením studentů je vždy základ zajímavého výsledku. VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou již řadu let aplikuje ve výuce projektové přístupy s úzkou aplikací PLM a BIM technologií na úrovni tvorby technické dokumentace a předvýrobních etap. Výsledky těchto strategií se promítají až do odborných maturit a ročníkových projektů v jednotlivých odborných předmětech a oborech a do vzájemné spolupráce předmětových komisí.

Výsledkem jsou bezesporu zajímavé práce, které poukazují na schopnosti studentů v oblasti technického vzdělávání. Pokud navíc tyto projekty vznikají ve spolupráci s průmyslovou praxí již na úrovni střední školy, je výsledkem často ojedinělý a neotřelý přístup k popularizaci jednotlivých technických oborů. Velmi příjemnou akcí, která zviditelňuje zajímavé projekty na středních odborných školách, je také středoškolská odborná činnost. V rámci společného zápolení mají možnost studenti škol srovnávat svá řešení a přístupy včetně využití zajímavých nových technologií.

O společnosti INTECO PTI

Společnost INTECO PTI, s. r. o., byla založena v roce 2008 pod názvem PTI EUROPE, s. r. o., jako evropský zástupce americké společnosti Process Technology International, LLC., která sídlí v Atlantě a působí převážně na americkém trhu, již téměř 25 let. Prvotní záměr, distribuovat výrobky mateřské firmy pro doplňkové technologie k elektrickým obloukovým pecím na evropský trh, se v návaznosti na stále se rozšiřující požadavky ze strany zákazníků postupně rozšířil i na dodávky komplexního projekčně konstrukčního řešení, výrobu, uvádění zařízení do provozu a optimalizace procesů spalování.

Firma se nadále zaměřuje na vývoj a inovace technologií a produktů spojených s výrobou oceli v elektrických obloukových pecích a s procesy následného zpracování oceli, a to převážně se zaměřením na spalování plynů. Dalšími oblastmi zájmu jsou zařízení pro ohřevy pánví, pneumatická doprava přísadových materiálů, jednoúčelové manipulátory pro měření teploty tekuté oceli, měření kyslíkové aktivity a odběr vzorků, hořáky, hořákové boxy a regulační řady (zemní plyn, kyslík, argon, dusík, stlačený vzduch apod.) pro řízení průtoku plynů do hořákových systémů.

Pro podporu konstrukčních činností využívá firma produkty firmy Autodesk. Pro kreslení schémat Autocad Electrical, pro 3D modelování Inventor a pro správu dokumentace Vault Professional umožňující hladkou spolupráci amerického a českého konstrukčního týmu na společných projektech.
V roce 2013 se firma PTI EUROPE, s. r. o., stala součástí rakouské skupiny INTECO a změnila svůj název na INTECO PTI, s. r. o. Jedním z klíčových produktů navržených kompletně v Evropě jsou struskové dveře s patentovaným principem pohonu pomocí hydraulického aktuátoru, jejichž model byl předmětem zmíněné maturitní práce.

Základní koncept projektu

Hledání vhodných témat pro zpracování maturitních a ročníkových odborných prací je poměrně složitý problém. Úroveň zkušeností studentů s realizací rozsáhlých cílových projektů je v období studia nízká. Pokud opomineme odborné a technické znalosti, je základem vhodné volby maturitního projektu především jeho organizační řešení. Logistika projektu, jeho časové rozložení a řešení znamená často pro začínající konstruktéry nepřekonatelný problém. Vstupem do skutečné reálné praxe, kde není dovoleno příliš velké experimentování, jsou studenti v tomto období doslova vtaženi do řady technických a organizačních procedur, které lze na úrovni studia simulovat pouze stěží.

Společnost INTECO PTI poskytla pro vytvoření maturitní práce studentům VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou nejen příjemné pracovní prostředí, ale především velmi zajímavé téma, které je úzce svázáno s portfoliem jejich výrobků. Hlavním cílem projektu bylo vytvoření kompletně mechanizovaného modelu struskových dveří s aplikací PLM nástrojů pro tvorbu digitálních prototypů. Součástí projektu bylo kompletní řešení sestavy modelu dveří, jejich kinematická simulace a návrh maketového servořízení otevírání dveří ve spojení s řídicí jednotkou Arduino osazenou mikroprocesorem Atmel.

Digitální prototyp ve spojení s 3D tiskem základem projektu

Pro řešení projektu byl zvolen PLM postup tvorby digitálního prototypu řešeného v Autodesk Inventoru Professional. Studenti pracovali průběžně na pracovišti společnost INTECO PTI na základě předem domluvených konzultací. Na rozdíl od reálného produkčního řešení struskových dveří bylo nutné jejich model optimalizovat s ohledem na jejich použití a především následnou mechanizaci. Studenti si tak dokázali v rámci reálné praxe ověřit své zkušenosti s aplikací průmyslových PLM nástrojů pro tvorbu digitálních prototypů. Zadání bylo nutné optimalizovat tak, aby dostali funkční model, ale nevyčerpali na jeho konstrukci celou časovou dotaci určenou pro přípravu maturitního projektu.

Žáci se navíc v prostředí firmy mohli seznámit s profesionálním nasazením PDM nástrojů pro řešení a správu projektů Autodesk Vault v rámci globální práce firmy. Tyto nástroje jsou integrovány také do výuky PLM technologií a zpracování technické dokumentace na VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou, ale jsou z hlediska rozsahu vytvářených projektů optimalizovány na prostředí výuky. Řada procesů řízení projektu proto vystupuje do popředí až na úrovni praxe, což je bezesporu velmi pozitivním aspektem spolupráce s průmyslovou praxí.

Díky postupům tvorby 3D prototypu a funkčního designu bylo možné optimalizovat a simulovat jednotlivá navržená řešení mechaniky modelu již v průběhu jeho návrhu. Základní koncepční návrh modelu byl řešen v podobě několika prvotních kinematických studií a dále rozpracován postupy funkčního designu do své finální podoby. Jistou výhodou pro řešení modelu byla optimalizace počtu stěžejních součástí a dodavatelského obsahu, čímž byla konstrukce dveří proti skutečnému produkčnímu výrobku zjednodušena. Při analýze správné funkčnosti modelu byla využita také řada softwarových nástrojů určených pro finální kontrolu s vazbou na CAQ, například 3D digitizér Microscribe.

Velmi příjemnou vlastností aplikace 3D prototypu je možnost analýzy kinematických studií a technických výpočtů pohybů. Tyto procedury se ukázaly jako stěžejní při simulaci pohybu modelu dveří a jejich kolizních stavů s okolními součástmi.

Dveře byly u finálního modelu poháněny modelářským servopohonem a doplněny řídicí jednotkou Arduino s mikroprocesorem Atmel. Lze tak poměrně snadno a za malých finančních vstupů simulovat funkčnost „dospělých“ průmyslových systémů. Cena řešení a jeho efektivita je tak právě pro projekty vznikající na úrovni školy velmi srovnatelná. Program byl simulován v cloudovém produktu Autodesk Circuits (Autodesk Tinkercad). VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou má této problematice digitálního řízení strojů a zařízení věnovánu velmi pěknou sekci „Můj první robot“ na www.spszr.cz. Jednotlivé zkušenosti jsou postupně aplikovány na atraktivních tématech ve výuce jednotlivých oborů pro svou vysokou flexibilitu a možnost přizpůsobit řízení prakticky libovolnému technickému problému.

Finální výroba modelu struskových dveří byla svěřena technologii 3D tisku FDM, kterou škola disponuje. Modely byly přímo optimalizovány již na úrovni Autodesk Inventoru a následně zpracovány na školní 3D tiskárně po předchozí optimalizaci struktury sítě modelu. Tento proces výrazně zmenšuje spotřebu ABS plastu a finančně sníží náklady na výrobu modelu.

Závěrem

Vytvořením smysluplného odborného zázemí ve škole, které se opírá o multioborové nasazení moderních PLM, případně BIM technologií a spolupráci s praxí, může být vždy dobrým základem pro úspěšný projekt. Druhým krokem je pak již jen nadšení pedagogů a studentů, kteří mají v současné době k dispozici špičkový software a produkční technologie a je jen otázka, jak celý proces tvorby odborných ročníkových a maturitních projektů ve výuce uchopit.

Závěrem děkujeme společnosti INTECO PTI za poskytnuté podklady a informace, studentům Ondrovi Hamanovi a Pavlu Hladíkovi za jejich pracovní nasazení, Ing. Petrovi Zahrádkovi za koordinaci projektu a Ing. Pavlu Hájkovi za 3D tisk.
VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou publikuje nejzdařilejší výstupy z ročníkových a maturitních projektů na svých stránkách na adrese www.spszr.cz v sekci „Co dokážeme“. Najdete zde zdařilé ukázky nasazení celého spektra PLM a BIM produktů ve výuce na škole, v různých typech studentských projektů a soutěží na různých úrovních spolupráce s technickou praxí.