Vývoj výučbových podpôr pre predmety zamerané na mechatronické systémy a experimentálne merania

Basic informations

Thematic area: komisia č. 3 pre obsahovú integráciu a diverzifikáciu vysokoškolského štúdia

Project name (Slovak): Vývoj výučbových podpôr pre predmety zamerané na mechatronické systémy a experimentálne merania

Project name (English): The development of teaching aids for subjects focused on mechatronic systems and experimental

Start of project: 2024

End of project: 2026

Condition of project: Financovaný/riešený

Project number: 035STU-4/2024

Project leader: Ing. Rastislav Ďuriš, PhD.

University: Slovenská technická univerzita v Bratislave

Department: Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave

Project annotation in Slovak language

Hlavným cieľom projektu je vytvorenie nových študijných podpôr a učebných pomôcok pre predmety zamerané na Mechatronické systémy a Modelovanie mechatronických systémov a Experimentálne metódy a technická diagnostika. Časť vytvorených učebných pomôcok a študijných materiálov bude využívaná aj v predmetoch Hydraulické a pneumatické systémy a Spoľahlivosť a bezpečnosť technických systémov.  Vytvorené zariadenia a moduly budú primárne využívané v rámci cvičení na praktické overovanie získaných teoretických poznatkov.

Prvá časť riešenia projektu bude zameraná na vytvorenie simulačných modelov, fyzických modelov a zariadení a potrebných študijných materiálov pre rozšírenie náplní cvičení k predmetom zameraným na mechatronické systémy. Pri tvorbe modelov bude kladený dôraz na princíp návrhu založený na Model based design, t.j. využívanie rôznych úrovní modelovania a simulácii v jednotlivých fázach vývoja zariadenia alebo modulu. S využitím moderných metód výučby integrujúcich teoretické poznatky a praktické modelové aplikácie, vytvorené úlohy prezentujúce komplexný návrh a simuláciu mechatronických systémov. Študenti sa pri riešení týchto úloh oboznámia s procesom návrhu, vývoja, tvorby virtuálnych modelov, realizáciou numerických simulácií a vo vybraných aplikáciach budú verifikovať navrhnuté riešenia experimentálne. Získajú tak praktické skúsenosti potrebné pre navrhovanie zariadení s aplikáciou postupov projektovania mechatronických systémov. V tejto fáze riešenia projektu budú taktiež vytvorené potrebné študijné podpory vo forme návodov, sofvérových riešení a učebných textov potrebných pre prácu s vytvorenými modulmi, stendami a zariadeniami.

Okrem modelov vybraných mechatronických systémov je v tejto fáze riešenia projektu plánované vytvoriť dve pracoviská zamerané na návrh, modelovanie a fyzické zostavovanie a riešenie úloh z oblasti elektropneumatických systémov s využitím riadenia na báze PLC alebo priemyselných PC. Tieto pracoviská budú následne využívané v rámci cvičení z predmetov Hydraulické a pneumatické mechanizmy a Mechatronické sytémy.

Druhá časť riešenia projektu je zameraná na vytvorenie zariadení pre rozšírenie a inováciu experimentálnych meraní realizovaných v predmete Experimentálne metódy a technická diagnostika. V tejto časti riešenia projektu je cieľom navrhnúť a realizovať  tri nové laboratórne zariadenia pre podporu väčšej implementácie experimentálnych metód do vyučovacieho procesu. Zámerom je vybudovanie stendu pre demonštráciu napäťovo-deformačných stavov pre vybrané spôsoby namáhania s možnosťou merania zaťažovacích parametrov a parametrov odozvy využitím širokého spektra snímačov. Ďalším zariadením bude stend pre skúmanie dynamickej odozvy a diagnostiku porúch v sústavách s rotujúcimi prvkami. Pre zber a spracovanie údajov z týchto zariadení budú využité meracie ústredne spoločnosti Hottinger Bruel&Kjaer rady QuantumX a systém Pulse. Tretím zámerom tejto časti riešenia projektu je zostavenie aparatúry na optické meranie deformácii. Stendy budú využívané pre praktické overovanie poznatkov v rámci cvičení z predmetov Mechatronické systémy, Experimentálne metódy a technická diagnostik, Spoľahlivosť a bezpečnosť technických systémov.

K vytvoreným zariadeniam budú vytvorené manuály alebo návody umožňujúce študentom rýchlejšie si osvojiť poznatky a zručnosti potrebné na prácu s týmito stendmi a modulmi. Vybavenie laboratória, v ktorom budú stendy a meracie zariadenia umiestnené, umožňuje svojím vybavením komplexne rozvíjať nielen teoretické vedomosti, ale aj odborné a praktické zručnosti v oblasti mechatroniky a realizácie experimentálnych meraní uplatnením inovatívnych vzdelávacích postupov s využitím CAE technológii a Virtual Instrumentation.

Dôležitým cieľom projektu je aj vypracovanie študijných podpôr (učebné texty, simulačné modely) a rozšírenie obsahovej náplne cvičení vhodne zvolenými aplikačnými úlohami, ktoré sú orientované na prehĺbenie vedomostí a získanie praktických zručností študentov, a to najmä v oblasti simulácií mechatronických systémov, pri riešení praktických úloh a pri realizácii experimentálnych meraní. Cieľom je príprava absolventov tak, aby si osvojili mechatronické princípy pri návrhu technologických zariadení a boli tak schopní flexibilne a samostatne riešiť problémy v praxi.

Project annotation in English language

The main aim of the project is to create the new teaching aids and study supports for subjects Mechatronic Systems, Modeling of Mechatronic Systems and Experimental Methods and Technical Diagnostics. Part of the created teaching aids and study materials will also be used in the subjects Hydraulic and pneumatic systems and Reliability and safety of technical systems. The created devices and modules will primarily be used as part of exercises for practical verification of acquired theoretical knowledge.

The first part of the project solution will be focused on the creation of simulation models, physical models, equipment and educational experimental modules, including the necessary study materials for expanding and innovating the content of exercises for subjects focused on mechatronic systems. The main emphasis in the creation of models and study supports will be placed on the design based on the principle of Model Based Design, to use of different levels of modeling and simulation in individual development phases of device or experimental module.

The solution of the project will include the creation of tasks presenting a comprehensive design and simulation of mechatronic systems, and modern teaching methods integrating theoretical knowledge and practical model applications will be used in their creation. In solving these tasks, the students will be acquainted with the process of design, development, creation of virtual models, implementation of numerical simulations and the proposed solutions in selected applications will to verify experimentally. They will gain the practical experience needed to design devices with the application of mechatronic systems design procedures and perform experimental measurements.

Using modern teaching methods integrating theoretical knowledge and practical model applications, created tasks presenting a comprehensive design and simulation of mechatronic systems. When solving these tasks, students will become familiar with the process of design and development of virtual models, implementation of numerical simulations. In selected applications they will verify the proposed solutions experimentally. In this way, they will gain the practical experience necessary for designing of devices with the application of mechatronic system design procedures. In this phase of the project solution, the necessary study support will also be created in the form of instructions, software solutions and teaching texts necessary for working with the created modules, stands and devices. In addition to models of selected mechatronic systems, in this phase of the project solution, it is planned to create two workplaces focused on design, modeling and physical assembly and solving tasks in the field of electro-pneumatic systems using control based on PLC or industrial PCs. These workplaces will subsequently be used as part of exercises from the subject Hydraulic and pneumatic mechanisms.

Another goal of the project is to design and realize laboratory stands to support greater implementation of experimental methods in the teaching process. The aim is to build a stand for the demonstration of stress-strain states for selected types of stress with the possibility of measuring load parameters and response parameters using a wide range of sensors and test equipment for dynamic response and fault diagnosis of rotating elements. Hottinger Bruel & Kjaer measuring stations QuantumX and the Pulse system will be used for the measuring and processing data from these devices. For the design and modeling of electropneumatic systems, a stand with components and control by means of a PLC will be designed and implemented for subsequent practical applications.

All stands will be used for verification of theoretical knowledge in practical exercises in the subjects Mechatronic Systems, Experimental Methods and Technical Diagnostics, Reliability and Safety of Technical Systems and Hydraulic and Pneumatic Mechanisms.

The manuals enabling students to more quickly acquire the knowledge and skills needed to work with these stands and modules will be developed for each device created. Manuals and supporting electronic materials will also be prepared for performing of the measurements. The laboratory in which the stands and measuring devices will be located will enable the comprehensive development of not only theoretical knowledge, but also professional and practical skills in mechatronics and the implementation of experimental measurements using innovative educational procedures using CAE technology and Virtual Instrumentation.

An important goal of the project is the elaboration of study supports and expansion of the content of exercises with appropriately selected application tasks, which are focused on deepening knowledge, acquiring practical skills of students, especially in simulations of mechatronic systems, numerical analysis, practical tasks solution and performing experimental measurements. The aim is to prepare graduates so that they have the abilities to use mechatronic principles and procedures in the design of modern technological equipment and systems, and that they are able to solve practical problems flexibly and creatively.

Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA

	Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA	Capital expenditures in €
Drawn in year 2024	9 381,00	0,00