Konstrukční inženýrství a mechatronika

Garant studijního programu: prof. Ing. Zbyněk Šika, Ph.D.

Doktorský studijní program „Konstrukční inženýrství a mechatronika“ vychází z potřeb budoucích zaměstnavatelů a jejich poptávky po vysoce kvalifikovaných odbornících, kteří jsou schopni realizovat základní i aplikovaný výzkum a vývoj včetně následného transferu poznatků do průmyslu se zaměřením na konstruování a mechatroniku dopravních strojů a zařízení, výrobních strojů a zařízení, robotů, manipulátorů, přístrojové techniky i dalších zařízení. Koncepce studia je zaměřena na vědecké bádání a samostatnou tvůrčí činnost zohledňující silné mezioborové vazby v jednotlivých segmentech moderního strojního inženýrství.  

Konečným záměrem je zvyšování užitných vlastností strojů a přístrojů různého typu využitím nových konceptů strojů, použitím netradičních konstrukčních prvků, nekonvenčních materiálů a mechatronických řešení včetně masivního průniku nových senzorů a aktuátorů. Důraz bude kladen na harmonizaci kvality návrhu mechanických a optických částí strojů a přístrojů, kvalitu instrumentace senzory a aktuátory a racionální zapojení automatického řízení a umělé inteligence. Studium a disertační práce se budou ještě více zaměřovat na zapojení komplexních simulací a optimalizací simulačních modelů do návrhu strojů. Simulační modely podporující návrh budou vyvíjeny až do úrovně označované jako „Digitální dvojče = Digital Twin“. Důležitá bude celková návaznost na koncept Průmysl 4.0. V návaznosti na něj bude studium také více zaměřeno na výzkumná témata týkající se integrace robotiky, ergonomie a spolupráce člověk-stroj, nebo prediktivní údržby. V oblasti výrobních strojů bude věnována pozornost přesnosti a jakosti s důrazem na kontrolu rozměrů a jakosti dílců přímo ve stroji, produktivitě, spolehlivosti, minimalizaci dopadu na životní prostředí a aktuálním tématům výzkumu, jako jsou multifunkčnost strojů, možnost realizovat v jednom stroji technologie třískového obrábění i technologie „additive manufacturing“ a laserové technologie. Mezi témata studia a disertačních prací budou také patřit rozvoj experimentální činnosti pro ověřování výpočetních modelů či získávání provozních dat sledovaných strojních zařízení.  

V oblasti dopravních strojů a zařízení bude kladen důraz na plnění požadavků na optimální využití zdrojů, ekologii a komplexní přístup k vozidlům jakožto součástem větších dopravních systémů. Velká pozornost bude věnována mechatronice vozidel a autonomnímu řízení vozidel. Proto bude kladen velký důraz na obecné principy, které nezastarávají, ale i na moderní postupy, které se v oboru dopravní techniky rychle rozšiřují. Půjde o výzkum mechatronických komponent a kombinaci experimentů s virtuální realitou při řešení nových konstrukcí (CAD) i v pokročilých simulačních postupech (CAx - metoda konečných prvků MKP a mnohatělesových modelů v mechanice pevné fáze MBS, počítačová dynamika plynů CFD, simulace celých hnacích jednotek s 1D přístupem, řízení založené na modelech a rychlého vývoje kombinací simulace s fyzikální realitou - HiL, SiL CAT atp.). Lze očekávat velké množství nových podnětů v oblasti hybridních pohonů, autonomního řízení a v propojování virtuálního světa a světa fyzické reality v rámci iniciativy Průmysl 4.0. V oblastí letecké a kosmické techniky bude důležitým cílem rozvoj letadlové a kosmické techniky v rámci evropské a celosvětové konkurence v souvislosti s návrhem a výrobou letounů, kosmických těles a jejich systémového vybavení. Jedná se zejména o specifické letecké proudové struktury a jejich ovlivňování, kosmickou aerodynamiku, vnitřní proudění a termodynamiku proudových a raketových pohonných jednotek, letové výkony a vlastnosti pevných i pružných létajících aparátů, pevnostní, únavové a aeroelastické vlastnosti leteckých a kosmických konstrukcí a aktivní tlumení kmitání konstrukcí. Dále bude studium orientováno na inovace leteckých konstrukcí zejména s využitím moderních kompozitních materiálů a na experimentální aerodynamický a statický i dynamický pevnostní výzkum konstrukcí.  

V oblasti navrhování přístrojů budou předmětem studia i řešených disertačních prací různé typy mechanických či optických senzorů a přístrojů, počínaje jednoúčelovými zařízeními typu snímačů polohy, tlakoměrů, refraktometrů a dalších, až po komplexní systémy, například mikroskopy, spektrometry, částicové detektory, chromatografy a další. Klíčovými tématy budou také speciální znalosti z oblasti miniaturizace optických a mechanických prvků, návrhu přístrojů pro vakuové či kryogenní aplikace, schopnosti numerické simulace funkce jednotlivých funkčních celků přístrojů, včetně schopnosti návrhu a začlenění přístrojové techniky do složitých procesních celků. Bude zkoumáno použití speciálních materiálů vhodných pro optické, vakuové nebo lékařské aplikace, metody bezvůlového polohování, integrace s řídicími systémy i speciální technologií pro realizaci inovativních konstrukčních řešení přístrojů.  

Cílem doktorského studijního programu Konstrukční inženýrství a mechatronika je tak nejen vychovávat odborníky, kteří jsou specifickými znalostmi a dovednostmi vybaveni, ale v rámci výzkumu a vývoje jsou schopni nové originální výsledky vytvářet a následně je komercionalizovat v praxi. Mimo toho se očekává, že někteří z absolventů budou pokračovat v základním výzkumu a posílí jeho mezinárodní konkurenceschopnost v oblasti strojírenství. 

Profil absolventa

Absolventi doktorského studijního programu „Konstrukční inženýrství a mechatronika“ jsou schopni realizovat vývoj, výzkum a následný transfer interdisciplinárních poznatků do průmyslu zejména v oblastech konstrukce a celkového návrhu dopravních strojů a zařízení různého typu, výrobních strojů a zařízení, robotů, manipulátorů, přístrojové techniky i dalších. Budou odborníky s hlubokými a na trhu mimořádně žádanými znalostmi a dovednostmi v oblasti konstrukce nových strojů a přístrojů podloženými zároveň zkušenostmi z vědecké a výzkumné činnosti. Budou schopni reagovat na aktuální potřeby trhu ve vazbě na zavádění konceptu „Průmysl 4.0“, mechatroniku, moderní senzoriku, aditivní technologie, chytrou dopravu či kosmické technologie. Díky osvojeným klíčovým kompetencím jsou schopni dále rozvíjet a aplikovat získané znalosti a dovednosti nad rámec užšího odborného zaměření svého konkrétního výzkumu v rámci doktorského studia.  

Absolvent doktorského studia má nejen hluboké teoretické znalosti uplatnitelné při řešení těch nejnáročnějších výzkumných úkolů, ale i praktické zkušenosti s nejmodernějšími experimentálními a diagnostickými metodami a poloprovozními i provozními zařízeními na špičkové světové úrovni. Tím je připraven nejen teoreticky řešit složité úlohy při vývoji nových technologií a zařízení, ale též své závěry experimentálně ověřit počínaje návrhem experimentálního zařízení přes jeho realizaci až po vyhodnocení a zobecnění získaných výsledků. Vzhledem k složitosti nejmodernějších technologií, na které se zaměřuje výchova studentů, je kladen důraz nejen na posílení mezioborových vazeb v rámci vlastního doktorského studijního programu, ale i na posílení interdisciplinárních vazeb na úrovni příbuzných oborů. Absolvent je schopen na základě těchto znalostí komplexně řešit, objektivně hodnotit a formulovat dosažené původní výsledky zadaného vědecko-výzkumného úkolu, včetně jejich mezinárodní prezentace nebo realizace, a to i s přihlédnutím k jejich duševní ochraně. Takto vybavení absolventi najdou uplatnění jak v oblasti průmyslového výzkumu a vývoje, projektování a zavádění nových technologií a řízení složitých průmyslových systémů, tak i v akademické sféře a v dalších institucích zabývajících se vědou, výzkumem, vývojem a inovacemi v tuzemském i mezinárodním měřítku. 

Podmínky k přijetí ke studiu

• Základní podmínkou přijetí ke studiu je dosažení vysokoškolského vzdělání v magisterském studijním programu souvisejícího s tématem disertační práce.
• Podání řádně vyplněné přihlášky v určeném termínu a předepsaným způsobem.
• Předložení originálu dokladu o ukončeném vysokoškolském vzdělání (tj. diplom a dodatek k diplomu) nebo jeho ověřené kopie na Oddělení pro vědu a výzkum Fakulty strojní ČVUT.
• Přijímací zkouška je realizována ústní formou, zpravidla ze tří předmětů zvolených tak, aby uchazeč prokázal znalosti teoretických základů doktorského studijního programu. Součástí zkoušky je také ústní ověření dosavadních odborných aktivit, aktuálního stavu znalostí jazyků a orientace v oblasti zvoleného tématu disertační práce. Kritériem pro přijetí je konsensus členů zkušební komise o tom, zda má uchazeč předpoklady k úspěšnému absolvování studia a vypracování disertační práce. V případě více uchazečů o jedno vypsané téma určí komise pořadí a doporučí do studia uchazeče, který se umístil na prvním místě. Při přijímací zkoušce má dle SZŘ školitel právo veta na rozhodnutí o přijetí uchazečů ke studiu na jím navržené téma.

Podrobné informace o průběhu přijímacího řízení jsou zveřejněny  na webových stánkách fakulty.