Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.
Člen interní :
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D.
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D.
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D.
doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D., FEng.
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.
Člen externí :
Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA

Hlavním cílem doktorského studia ve studijním programu Konstrukční a procesní inženýrství je, v souladu se zákonem o vysokých školách, výchova vysoce kvalifikovaných a vzdělaných odborníků, kteří jsou schopni samostatné vědecké, výzkumné a tvůrčí činnosti v oblastech konstrukčního a procesního inženýrství. Studium poskytuje absolventům patřičné znalosti a dovednosti, které umožňují vykonávat tyto činnosti v akademických i aplikačních institucích na mezinárodně požadované a standardizované úrovni. Důraz je kladen na poskytnutí potřebných teoretických znalostí a praktických zkušeností z oblasti tématu doktorského studia. Intenzivně je podporováno rovněž získání zkušeností ze zahraničních výzkumných pracovišť. Studijní program je koncipován svým zaměřením a obsahem tak, aby v maximální míře uspokojoval nároky a požadavky průmyslu a společnosti na vysoce vzdělané a kvalifikované odborníky v oblastech konstrukčního a procesního inženýrství.

Doktorské studium je založeno především na vlastní výzkumné a tvůrčí činnosti studentů – doktorandů. Tyto aktivity jsou intenzivně podporovány participací studentů ve výzkumných projektech národního i mezinárodního charakteru. Výzkumné oblasti zahrnují konstrukční inženýrství (analýzu, koncepci, konstrukci a projekci strojních zařízení, dopravních prostředků, výrobních strojů a energetiky) a procesní inženýrství (analýza, návrh a projekce procesů strojírenského, dopravního, energetického a petrochemického průmyslu).

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství je vysoce kvalifikovaným odborníkem s hlubokými teoretickými znalostmi a praktickými dovednosti v oblasti tématu doktorského studia, které mu umožňují vykonávat tvůrčí a výzkumnou činnost jak samostatně, tak ve vědeckých týmech. Absolvent je vybaven znalostmi současného stavu poznání z oblasti konstrukčního a procesního inženýrství, které nachází uplatnění v dalších činnostech výzkumu a vývoje a umožňují absolventovi realizovat navazující výzkumné a tvůrčí aktivity. Absolvent je rovněž schopen připravit návrh výzkumného projektu a následně jej vést. Současně je vybaven dovednostmi pro aplikaci a transfer teoretických poznatků základního výzkumu do aplikační sféry. Absolvent je dále schopen se přizpůsobit a adaptovat i dalším příbuzným vědním oborům, spolupracovat na interdisciplinárních úlohách a zvyšovat svoji profesní kvalifikaci. Vysoká úroveň získaného vzdělání je podpořena zapojením studentů do národních a mezinárodních výzkumných projektů a spoluprací se zahraničními výzkumnými institucemi. Tyto zkušenosti umožňují absolventům nejen uskutečňovat vlastní vědeckou činnost, ale také profesionálně prezentovat své výsledky, diskutovat o nich a prosazovat své názory a myšlenky na mezinárodní úrovni.

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství disponuje znalostmi a dovednostmi ve třech hlavních oblastech, jejichž synergie umožňuje široké uplatnění.
1. Vysoce odborné teoretické znalosti i praktické dovednosti úzce související s tématem dizertační práce (viz níže).
2. Odborné znalosti a dovednosti nezbytné pro vykonávání vědecké práce, výzkumných a tvůrčích činností.
3. Osobnostní a interpersonální dovednosti (soft skills), které umožňují absolventovi na profesionální úrovni prosazovat své myšlenky a názory, prezentovat a obhajovat výsledky své práce a diskutovat o nich a také efektivně pracovat ve vědeckém týmu či být jeho vedoucím.
Podle tématu dizertační práce získá absolvent vysoce odborné znalosti a dovednosti strojního inženýrství v konstrukci, projekci, návrhu a provozu strojů, strojních zařízení, inženýrských procesů a pochodů či transportních a dopravních prostředcích. Tyto znalosti a schopnosti umožňují uplatnění absolventů jak ve výzkumných institucích v ČR i zahraničí, tak i v komerčních společnostech a aplikovaném výzkumu.

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství je vybaven vysoce odbornými a specializovanými teoretickými znalostmi a praktickými dovednostmi strojního inženýrství v oblastech konstrukce a projekce strojů a strojních zařízení, procesů a pochodů, transportu a dopravních prostředků, které mu umožňují vykonávat samostatnou i týmovou vědecko-výzkumnou a vývojovou činnost jak v akademických či výzkumných institucích, tak ve firmách a aplikačně orientovaných institucích. Charakteristickou pracovní pozicí zastávanou absolventem je výzkumník, vědecký pracovník, vývojář, výpočtář, projektant či konstruktér. Absolvent je také vybaven schopnostmi pro vykonávání vedoucí či manažerské pozice.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program Konstrukční a procesní inženýrství je zaměřen na poskytnutí nejvyššího stupně terciárního vzdělání a je pokračováním navazujícího magisterského studijního programu Strojní inženýrství a bakalářského studijního programu Strojírenství, které jsou aktuálně akreditované a uskutečňované na FSI VUT v Brně. Absolventi jiných studijních programů se zájmem o studium v doktorském studijním programu Konstrukční a procesní inženýrství musí prokázat úroveň svých znalostí odpovídající výše uvedeným studijním programům.

1. Aditivní příprava vysokoteplotních slitin zpevněných disperzí nanočástic

   Hlavním cílem práce bude vyvinout a optimalizovat parametry 3D tisku precipitačně zpevněných niklových superslitin s přidanými nekoherentními nanočásticemi na boridové bázi a stanovit vztah mezi mikrostrukturou a základními mechanickými vlastnostmi nově připravených slitin. Mezi dílčí cíle práce bude patřit příprava práškových směsí niklových superslitin pomocí tříoseho elektromagnetického vibračního mixéru s odstupňovaným podílem zpevňujících nanočástic. Počítá se s následnou mikrostrukturní analýzou pomocí elektronové mikroskopie a to jak prášků, tak 3D tištěných materiálů před a po jednoosém mechanickém zatěžování za teplot až do 1000 °C.

   Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

2. Digitální dvojče rozhraní kolo-kolejnice

   Cílem práce je pomocí experimentálních metod vyvinout model, který bude popisovat třecí chování kontaktu kolo-kolejnice v přítomnosti maziv. Model využije data z reálného provozu k predikci tření v kontaktu, díky čemuž mazací systém pozná, kdy je nutná opětovná aplikace maziva. Výsledek práce bude mít vliv na efektivnější proces mazání kontaktu kola s kolejnicí. Dojde k optimalizaci spotřeby maziva při redukci opotřebení kontaktních těles.

   Školitel: Omasta Milan, doc. Ing., Ph.D.

3. Elektromotory pro aerospace

   Cílem tématu je vývoj konstrukce elektromotoru za pomocí strukturovaného magnetického obvodu vyrobeného metodou 3D kovového tisku. Předpokládá se, že vhodná konstrukce strukturovaného magnetického obvodu by měla zvýšit účinnost elektromotoru, snížit jeho hmotnost a zároveň zlepšit chlazení. Konstrukce magnetického obvodu bude založena na patentované technologii odboru Technické Diagnostiky (EP3373311).

   Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

4. Emise částic z rozhraní kolo-kolejnice

   Práce se věnuje experimentálnímu výzkumu emisí pevných částic z rozhraní kolo-kolejnice, vnikajících zejména při aplikaci maziv a materiálů pro obnovu trakce nebo v důsledku opotřebení. Cílem je popsat kritické faktory ovlivňující jejich vznik a působení na okolí a navrhnout vhodná opatření.

   Školitel: Omasta Milan, doc. Ing., Ph.D.

5. Mazání bodových kontaktů pomocí přírodních maziv

   Cílem práce je popsat formování mazacího filmu a tření v bodových kontaktech mazaných pomocí přírodních mastných kyselin a jiných látek používaných jako aditiva.

   Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

6. Mazání kontaktů s reálnou konformitou pomocí plastických maziv

   Cílem práce je zjistit pomocí experimentů a modelování vliv konformity kontaktu a vlastností maziv na množství maziva dostupného pro mazání bodových kontaktů s konformitou blízkou reálným aplikacím.

   Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

7. Modelování řídicích prvků hydrostatických ložisek pro zajištění stability mazací vrstvy

   Cílem je vyvinout experimentálně ověřený numerický model průtokových regulačních prvků zajišťujících stabilitu tenkých mazacích vrstev hydrostatických uložení.

   Školitel: Svoboda Petr, doc. Ing., Ph.D.

8. Modely tření rozhraní z technických plastů

   Cílem práce je popsat principy tření a vytvořit metodologii modelování statického a kinetického tření v kontaktech tuhých těles s povrchovými nerovnostmi a technických plastů. Práce kombinuje MKP modelování s experimenty.

   Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

9. Online monitorování LPBF procesu

   Cílem práce je pomocí kontinuálního pozorování procesu laserové fúze práškového lože (LPBF) objasnit souvislosti mezi nastavením procesu (skenovací strategie, výkony rychlosti), defekty a specifickou mikrostrukturou vnikající ve zpracovaném materiálu.

   Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

10. Pokročilá diagnostika ložisek pro větrné elektrárny

    Větrné elektrárny (VE) jsou jedním z celosvětově rozšířených alternativních zdrojů elektrické energie. Snaha o maximalizaci účinnosti elektrárny vede k vysokým nárokům na konstrukci a zároveň je požadována vysoká spolehlivost všech konstrukčních částí. Mezi kritické součásti patří zejména ložiska hnacího ústrojí. Vzhledem k časově proměnlivému zatížení je obtížné stanovit spolehlivě jejich životnost a zároveň je třeba zabránit jejich havárii za provozu, neboť může dojít k poškození celé turbíny a vysokým škodám. Cílem práce je vývoj pokročilé prediktivní diagnostické metody pro sledování technického stavu ložiska VE s využitím metod nedestruktivního testování.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

11. Pokročilé odpružení sjezdového kola

    Cílem práce bude vývoj systému inteligentního odpružení horských elektrokol. Současné komerčně nabízené elektricky řízené systémy odpružení na kolech nevyužívají potenciál rychlé semiaktivní regulace. Současné systémy tak pouze umožňují automatické ovládání ventilů, které se u starších modelů musely nastavovat ručně. Kvalitou jízdy ale tyto elektricky ovládané tlumiče nejsou schopny zajistit lepší jízdní vlastnosti. Rychlé semiaktivní tlumení s magnetoreologickými tlumiči umožňuje kvalitativní posun v dosažitelném pohodlí jízdy a přítlaku kola na vozovku. V současnosti probíhá vývoj demonstrátorů jednotlivých komponent. Tyto komponenty ale bude nutné integrovat do celého funkčního systému a experimentálně ověřit funkčnost. Těžiště práce bude zejména ve zjištění omezujících vlastností reálných prvků systému (tlumiče, senzory atd.) a následnému návrhu optimálního řízení systému.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

12. Predikce opotřebení dentálních výplňových materiálů při čištění zubů

    Výzkum je zaměřen na analýzy opotřebení dentálních výplňových materiálů v důsledku čištění zubů pomocí zubního kartáčku a zubní pasty při každodenní ústní hygieně. Jedná se o experimentální práci, ve které budou diskutovány zejména vlivy materiálu zubní výplně, tvaru zakončení a tvrdosti vláken kartáčku, abrazivity zubní pasty či vliv použití manuálního a elektrického kartáčku. Pozornost bude soustředěna také na efektivitu odstraňování zubního plaku.

    Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.

13. Rekonfigurovatelné mechanické metamateriály

    Cílem práce je pomocí pokročilých metod výpočtového modelování popsat mechanismy cíleně řízených změn morfologie mechanických metamateriálů vlivem změny vnějšího silového působení.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

14. Snížení opotřebení železničního podvozku za pomocí elektronického odpružení

    Cílem tématu je vývoj elektronicky řízeného systému odpružení železniční jednotky snižující opotřebení podvozku a infrastruktury. Součástí práce je experimentální ověření přínosu tohoto systému za pomocí měřícího dvojkolí na železniční jednotce InterPanter.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

15. Tepelné výměníky s řízenou nerovnoměrností distribuce chladiva

    Téma je zaměřeno na vytvoření metodiky navrhování nové generace aditivně vyráběných tepelných výměníků, využívajících strukturované materiály, splňujících veškeré pevností požadavky při minimalizaci hmotnosti a zároveň umožňujících řídit distribuci chladícího média dle potřeb konkrétní aplikace. V rámci řešení tématu se předpokládá úprava stávajících algoritmů multiúrovňové topologické optimalizace pro účely výměny tepla. Algoritmus by měl nově umožňovat vedle změny tuhosti v rámci jedné komponenty také lokální řízení chladícího výkonu. Experimentální vzorky i funkční díly budou realizovány prostřednictvím kovové aditivní technologie SLM a informace o proudění a tepelných vlastnostech struktur budou získány ze spolupráce s Ústavem procesního inženýrství.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

16. Voda jako ekologický prostředek pro úpravu tření mezi kolem a kolejnicí

    Cílem práce je zkoumat vliv cílené aplikace vody na úpravu tření mezi kolem a kolejnicí s cílem dosažení požadované úrovně tření. Klíčovým aspektem tohoto výzkumu je predikce vlastností reálné třecí vrstvy na kolejnici, která interaguje s aplikovanou vodou.

    Školitel: Omasta Milan, doc. Ing., Ph.D.

17. Voda jako spouštěč problémů s nízkou adhezí mezi kolem a kolejnicí

    Cílem práce je poskytnout experimentální důkaz o přechodovém chování kontaktu kola a kolejnice při kontaminaci vodou a dalšími materiály a vysvětlit povahu tohoto jevu na základě optického pozorování kontaktu. Důraz je kladen na popis rozsahu tohoto problému ve smyslu provozních podmínek a parametrů kontaminantů. Výsledky budou porovnávány se simulacemi partnerské organizace.

    Školitel: Omasta Milan, doc. Ing., Ph.D.

18. Využití strojového učení při zpracování dat vibrodiagnostiky železničních vozidel

    Prediktivní identifikace poruch a opotřebení je klíčovým aspektem pro bezpečný a efektivní provoz železničních vozidel. Metody strojového učení jsou využitelné k trénování modelu z dat a zobecňování na doposud nezměřená data. Cílem práce je natrénovat model s využitím strojového učení na datech získaných z podvozku železničního vozidla. Výsledný model poté bude nasazen k prediktivní údržbě železničního podvozku.

    Školitel: Omasta Milan, doc. Ing., Ph.D.

19. Vývoj magnetoreologického systému tlumení rázových dějů pro armádní aplikace

    V armádních aplikacích je důležitým požadavkem efektivní utlumení rázového zatížení. Může se jednat o tlumení zákluzů děl, tlumení sedaček při výbuchu či pádu stroje, a další. Publikované práce ukazují, že nasazení magnetoreologického (MR) systému odpružení spolu se semi-aktivním řízením může být významný posunem v této oblasti. Pro tyto aplikace je typické, že se pístové rychlosti pohybují v jednotkách m/s a dosahuje se vysokých tlumících sil. Jedná se tedy o poměrně extrémní pracovní podmínky pro tlumiče. Těžiště práce bude zejména v oblasti popisu chování MR kapaliny ve vysokých rychlostech a následná aplikace těchto poznatků do konstrukce magnetoreologického tlumiče. Důležitou oblastí bude i problematika návrhu senzorů a způsobu řízení. Cílem práce tedy bude vývoj a experimentální ověření MR systému odpružení pracujících za vysokých pístových rychlostí.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

20. Vývoj měřicího systému pro monitoring a ochranu rostlin

    Trend efektivního využívání přírodních zdrojů ovlivňuje celou řadu odvětví, mezi které patří také zemědělství. Pro správný růst rostlin je nutné zvolit vhodně způsob zavlažování tak, aby nedocházelo k nedostatečnému zalití, či naopak přelití rostliny a případnému plýtvání vodou. K rozhodnutí, zda rostlina potřebuje zálivku je třeba znát její aktuální kondici. Jak ukázaly předchozí výzkum, kondici rostliny lze spolehlivě monitorovat s využitím metody akustické emise (AE), která vznikla jako citlivá metoda pro diagnostiku únavového poškození ložisek. Na základě dat získaných ze snímačů AE lze rozhodovat o zálivce a případně i dávkování dalších půdních živin apod. K rozhodnutí lze využít také řízení s pomocí AI. Automatizované řízení pak lze užít pro automatizované zavlažovací systémy skleníků či např. pro hydroponii apod. Cílem práce je pak vývoj vhodné měřicí metody, které dovolí spolehlivý monitoring a vývoj algoritmu pro hodnocení získaných dat.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

21. Výzkum vzniku a šíření hluku v kolejové dopravě

    Hluk vznikající za provozu kolejových vozidel je stále aktuálním společenským problémem. Jedním z hlavních zdrojů silných hlukových projevů je kontakt kola a kolejnice. V případě nepřiznivých provozních podmínek může dojít k nadměrnému příčnému rozkmitání kola, které vede k vyzáření silného akustického signálu. Ačkoliv již byly popsány některé hypotetické mechanismy, jak hluk v kontaktu kola a kolejnice vzniká, stále nebyla celá řada jevů uspokojivě prozkoumána. Zejména v souvislosti s moderním přístupem řízení adheze na rizikových traťových úsecích díky aplikaci tekutých či pevných látek na povrch či boky kolejového svršku. Cílem práce je zkoumání vlivu provozních podmínek v modifikovaném kontaktu na výskyt nežádoucího hluku a jeho šíření do okolí.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

22. Zpracování pokročilých materiálů technologií Electron Beam Melting

    Cílem práce je pomocí elektronového svazku ve vakuu ověřit možnosti a strategie zpracování materiálů typu wolfram, tantal, měď nebo intermetalických slitin TiAl a zhodnotit jejich použitelnost v průmyslových aplikacích.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

23. 3D tisk magnetických obvodů

    Cílem tématu je výzkum a vývoj strukturovaných magnetických obvodů vyráběných metodou 3D tisku. Konstrukce magnetických obvodů bude založena na patentované technologii odboru Technické Diagnostiky (EP3373311). Tato technologie umožní vývoj vysoce efektivních magnetických obvodů. Vývoj lze směřovat do několika oblastí jako například elektromagnetické aktuátory, ventily či senzory.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

24. 3D tištěná individualizovaná segmentální kloubní náhrada: biotribologie artikulačního povrchu

    Podstatou výzkumu je tribologický popis chování 3D tištěných individualizovaných implantátů pro lokální náhrady defektů hlavice stehenní kosti. Cílem je navrhnout takový třecí povrch implantátu, který dosáhne velmi nízkého součinitele tření a minimálně opotřebí protilehlou kloubní chrupavku. Jedná se o experimentální práci, kde budou testovány vhodné biokompatibilní materiály jako jsou slitiny titanu vyrobené aditivní technologií Selective Laser Melting, slitiny CoCrMo a moderní biomateriály jako je PEEK či hydrogel. Výsledkem bude prototyp lokálního implantátu určeného pro klinické testy.

    Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.

25. 3D tištěné kovové kompozity vyztužené 2D nanomateriály pro biomedicínské implantáty nové generace

    Cílem je výzkum a vývoj nové generace kloubních implantátů s využitím 2D nanomateriálů, které umožnují dosáhnout podmínky superlubricity a zajistit tak správnou funkci náhrady při extrémně nízkém součiniteli tření a téměř nulovém opotřebení. Obecně se předpokládá, že 2D materiály představují milník v mnoha inženýrských oblastech, přičemž biomedicínské inženýrství není výjimkou. Předpokládá se spolupráce jak s akademickou, tak komerční sférou, přičemž výstupem bude implantát nové generace, který bude splňovat požadavky biokompatibility a bude tak vhodný ke klinickým testům.

    Školitel: Nečas David, doc. Ing., Ph.D.

26. 4D tisk magneticky aktivních elastomerů

    V současné době probíhá intenzivní výzkum a vývoj v oblasti magneticky aktivních elastomerů či hydrogelů, které je možné vyrobit za pomocí tzv. 4D tisku. 4D tisk je nová a zcela unikátní technologie, která umožní tisknout dynamické 3D struktury schopné měnit svůj tvar v průběhu času. Cílem tohoto tématu je vývoj zařízení a metodiky 4D tisku magneticky aktivních elastomerů a hydrogelů. Součástí práce bude i aplikace této technologie na problematiku mikro robotiky.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.