Na jedné straně přes tři sta let historie jedné z největších a zároveň nejstarších technických vysokých škol v Evropě. Fakulta strojní Českého vysokého učení technického v Praze je vůbec nejstarší strojní fakultou u nás. Každá bláznivá myšlenka se zde může proměnit v abstraktní řešení a nakonec získat konkrétní formu.
Na straně druhé téměř sto třicet let zkušeností jedné z největších amerických společností General Electric, která měla v řadách svých zaměstnanců dva nositele Nobelovy ceny. Na svém kontě má statisíce mezinárodních patentů.
Spojení silného akademického zázemí ČVUT s nejvyspělejším projektovým řízením a obrovským komerčním potenciálem společnosti GE Aviation tak dává tušit zrod nebývalé šance. Jedinečné příležitosti vrátit Českou republiku tam, kam historicky patří – mezi světové hráče, kteří určují trendy v konstrukci letadel a leteckých motorů.
Nadšení, urputnost a elán děkana Fakulty strojní ČVUT Michaela Valáška a obrovský tah na branku ostříleného manažera divize ATP GE Aviation Milana Šlapáka jsou garancí, že tato obrovská šance nebude promarněna.
Střet kultury vědecké a komerčně-výrobní přišel podpisem kolaborativní smlouvy mezi FS ČVUT a GE Aviation o punc nemožného. Přináší výzvy, které se naskytnou možná jednou za sto let…
ROZHOVOR
Na otázky odpovídá děkan Michael Valášek:
Co pro vás znamená spolupráce s GE Aviation?
Když česká vláda s CzechInvestem dojednávala příchod GE Aviation do České republiky v masivnější míře, logicky GE Aviation volilo zemi také podle toho, kde již existuje solidní zázemí pro vybudování vývojového centra, protože jde o v České republice významný projekt stavby výrobního podniku spojeného s vývojovým centrem. Z tohoto pohledu jsme v rozhodovacím procesu GE Aviation hráli důležitou roli; společnost si pro svou významnou expanzi následně zvolila Českou republiku.
Strojní fakulta ČVUT má Ústav letadlové techniky již od roku 1976 a jsme zároveň jediní, kdo vedle konstrukce letadel učí i konstrukci leteckých motorů.
Zareagovali jsme tedy na společenskou objednávku. U nás, musím to říct, byla výuka konstrukce motorů téměř na vymření, protože neměla uplatnění. Dnes kapitalizujeme práci našich předků, tedy společností Walter a Motorlet. V souvislosti s nimi tenkrát vznikla Katedra letadlové techniky, na kterou dnes můžeme navázat. Nezatajuji, že to bylo v hodině dvanácté. Díky tomuto obrovskému impulzu nejen že nepřetrhneme vazbu s minulostí, ale i díky know-how, které spoluprací s GE Aviation získáme, tento obor u nás obnovíme a dále rozvineme.
Již dnes pozoruji více než dvojnásobný nárůst zájmu studentů o výuku konstrukce leteckých motorů. Což je skvělé zejména v kontextu doby, kdy studentů na strojních fakultách dramaticky ubývá.
Z hlediska společenské objednávky vzdělání v oboru leteckých a kosmických technologií nejde o vytvoření odborných kapacit pouze pro GE, ale pro celý dodavatelský řetězec a jednotlivé letecké výrobce v regionu. Obecně vidíme, že významně stoupá poptávka po projektech v oblasti leteckých a kosmických technologií. My na tuto poptávku odpovídáme právě posílením výzkumných a výukových kompetencí.
Přinášíme studentům jedinečnou příležitost. Když u nás budou studovat, budou za deset let připraveni pro práci ve vývojovém centru GE Aviation v České republice. Budou mít možnost podílet se na vývoji jedněch z technologicky nejpokročilejších leteckých motorů na světě s jednou z největších průmyslových firem na světě. A to přímo tady, v České republice.
Příchod leteckého výrobce ale nesouvisí pouze s obory letectví či konstrukce leteckých motorů. Spektrum je daleko širší. Znamená zajištění kompletního subdodavatelského zázemí výroby, technologie výroby a dalších činností. Tato spolupráce bude mít významný dopad i na ostatní studijní obory, počínaje výrobními technologiemi.
Pro strojní fakultu má spolupráce s GE enormní přínos. Znamená něco neuvěřitelného – jedinečnou šanci, která přichází možná jednou za sto let, příležitost obnovit existující a získat nové kompetence, nové vědomosti, obnovit a rozvíjet znalosti v konstrukci leteckých motorů a souvisejících technologií, jako je například 3D tisk, a dalších zcela nových technologií.
Pro strojní fakultu je to skutečně naprosto jedinečná, obrovská příležitost dostat se v oboru leteckých motorů a souvisejících technologií mezi absolutní špičku univerzit na světě.
Souvisí vznik Centra pokročilých leteckých technologií přímo s podpisem kolaborativní smlouvy s GE Aviation?
Spolupráce s GE Aviation pomohla akcelerovat naše rozhodnutí o vzniku tohoto centra. Česká vláda dlouhodobě vyjadřuje zájem o posílení výzkumných a výukových kompetencí v leteckých a kosmických technologiích, a proto fakulta připravila návrh na projekt Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání pro vznik centra Pokročilých leteckých a kosmických technologií. Na základě tohoto návrhu přijala vláda v létě 2016 usnesení, kde záměr fakulty podpořila. S návrhem projektu jsme byli úspěšní a na konci roku 2017 jsme získali podporu v objemu téměř jedné miliardy korun pro tento operační program na excelentní výzkum. Centrum se zaměřuje zejména na vývoj a optimalizaci moderních výrobních technologií včetně zmiňovaného 3D tisku, ale také na analytiku a big data z leteckých konstrukcí, což následně vede k mozným synergiím v oblasti Internetu věcí. Uzavřená smlouva s GE Aviation (podle všech pravidel EU) kromě jiného přinese znalostní podporu centru a výuce na fakultě a otevře cestu pro zajištění jeho udržitelnosti. Pro další rozvoj centra bude připravena řada dalších projektů a věřím, že se pro ně GE a další průmyslové partnery podaří získat.
Budujeme tak konkurenceschopnou infrastrukturu pro nezávislé výzkumné a vývojové projekty, jakož i pro rozvoj efektivní spolupráce nejen s GE, ale i dalšími hráči leteckého průmyslu, a to nejen v České republice. ČVUT bude mít čtyři špičkově vybavená pozemní testovací centra a zároveň letadlo, které bude sloužit jako letecká zkušebna. Dynamická a jádrová centra budou umístěna ve výzkumném a zkušebním ústavu v Praze, dvě vrtulové zkušebny budou na letišti v Hradci Králové. Letadlo bude umístěno v okruhu do sta kilometrů od Prahy. Tyto kapacity nám otevírají dveře k dalším výzkumným projektům v rámci Evropské unie, například Horizont 2020 nebo CleanSky, ale i ve světě a lze očekávat, že přilákají ke spolupráci další průmyslové partnery.
Fakulta strojní má velmi silné zázemí v oblasti konstrukce letadel, můžeme zmínit úspěch projektu ALBI, což je kompozitové letadlo kategorie ultralight, které nabízí pilotovi zážitek z proudového letadla. Studenti a zaměstnanci katedry se budou aktivně podílet na designu a realizaci konverze komerčního letadla na leteckou zkušebnu. A to je pro výchovu budoucích talentů úžasná příležitost oveřit své teoretické znalosti v praxi.
Co přesně je obsahem excelentního výzkumu, na který jste obdrželi dotaci?
Jedná se především o metodu vývoje celoživotního individuálního monitorovacího systému zdraví a funkčnosti leteckých motorů s předpovídatelnou údržbou. To se týká nejen leteckých motorů, ale dokonce i leteckých konstrukcí – na projektu se podílí i VUT Brno.
V praxi to znamená, že v momentě, kdy je motor vyroben, projde výstupním testem. Ten vyhodnotí a monitoruje jeho individuální vlastnosti, protože žádné dva motory nejsou nikdy zcela identické. Poté je sledován doslova celý jeho další život, například kam letí, v jakých klimatických či povětrnostních podmínkách, jaké manévry musel absolvovat apod. Budeme parametrizovat návrhové simulační modely tak, aby dokázaly zachytit vliv různých provozních cyklů motoru na jeho opotřebení. Chceme umět parametricky zachytit všechny údaje, abychom věděli, jak by se měl motor v daných podmínkách chovat. Tyto simulované údaje budeme v reálném čase porovnávat s měřeními z reálného motoru. V okamžiku, kdy bude mezi nimi shoda, je vše v pořádku. Můžeme pak pouze konstatovat, že z hlediska předvídatelné údržby je potřeba například během několika měsíců vyměnit určitou součástku. Ovšem v případě, že by nastala skoková změna, tedy významný rozdíl mezi tím, co simulujeme, a tím, co měříme, indikuje nám to určité nebezpečí, a tedy i požadavek na okamžitý servisní zásah. Což je pro bezpečnost leteckého provozu klíčové.
Za druhé se chceme zabývat novými technologiemi pro výrobu motorů v budoucnosti. Tam to začíná například 3D tiskem, který má dnes již obrovský potenciál a dynamicky se vyvíjí. Škála materiálů vhodných pro 3D tisk každoročně narůstá, v úvahu připadají i nekonečné možnosti jejich kombinací. Takové výrobky by měly a budou mít kvalitativně jiné mechanické vlastnosti, než mají dnes.
Jak silně vnímáte společenskou zodpovědnost za hospodářský vývoj v České republice?
Já jsem tuto společenskou objednávku, která je zde patrná několik let, přijal jako hozenou rukavici a rozvinul. Kdybych ji ovšem měl poměřovat okamžitým ziskem mým nebo mé fakulty, tak bych asi tu rukavici nezvedl. Vnímám ji ale jako důležitou roli univerzity, která společnosti umožňuje, aby se rozvíjela. Obecně je v České republice problém s tím, že je naše práce měřena pouze počtem odborných článků a do jakých časopisů jsme je napsali. Nikdo neměří další nepřímé dopady, zda jsme pomohli rozvoji průmyslu v českých zemích, posílili zaměstnanost či zda jsme přispěli ke zvýšení životní úrovně. Toto osobně považuji za nesmírně důležitou společenskou roli a objednávku. Musíme vychovávat absolventy, kteří jsou kompetentní a pomohou vytvořit světovou konkurenceschopnost průmyslu v českých zemích. Našimi výzkumnými kompetencemi musíme také vytvářet prostředí pro vznik inovací.
Vláda mnohokrát veřejně deklarovala důležitost rozvoje leteckého průmyslu v České republice. Jednak je to průmysl s vysokou přidanou hodnotou, jednak je to průmysl, který s sebou nese ohromné know-how, tudíž pomůže posunout ekonomiku od tzv. montoven směrem k výrobě s vyšší přidanou hodnotou spojenou s vývojovými centry. Pro vládu tento projekt znamená plnění její strategie včetně rozložení rizika a snížení závislosti České republiky na automobilovém průmyslu.
Na otázky odpovídá Milan Šlapák:
Jaké to je, být součástí tak přelomového projektu?
Ten pocit, že se mohu podílet na tak obrovském a významném projektu je povzbuzující. General Electric je vždy, ať operuje v jakékoli zemi, aktivním hráčem. Snaží se formovat prostředí, zemi, posouvat společnost dál.
V tomto případě se nám to povedlo. Naše aktivity rezonují nejen s myšlením představitelů vlády, univerzit, výzkumných institucí, našich dodavatelů, ale i dalších průmyslových hráčů v leteckém průmyslu, a to nejen v ČR.
Jsme jedním ze zakládajících členů Svazu českého leteckého průmyslu a signály, které od kolegů z branže dostávám, jsou velmi pozitivní. Vědí totiž, že pokud porosteme a budeme úspěšní v České republice, tak je to příležitost i pro ně. Pokud navážeme spolupráci s univerzitou, tak to znamená, že univerzita nebude vzdělávat budoucí potenciální zaměstnance pouze pro nás, ale pochopitelně i pro ně.
Tento projekt je významným katalyzátorem, který pomůže ve střednědobém a vyšším horizontu růstu průmyslu v České republice. Především tomu kosmickému a leteckému. Zároveň je to příležitost i pro ČVUT se dostat do elitního klubu nejlepších univerzit, které jsou již dnes partnery leteckého průmyslu.
V minulosti jsme s ČVUT už spolupracovali, ale na mnohem nižší úrovni. Zde sehrál velkou roli CzechInvest, se kterým jsme konzultovali kvalitu a kapacitu výzkumných možností na univerzitách a výzkumných ústavech v ČR. CzechInvest nás propojil s děkanem Fakulty strojní ČVUT Michaelem Valáškem, se kterým jsme si okamžitě padli do oka.
Rozsah aktivit, které nyní děláme v České republice, je jedinečný. V žádné další zemi nevytváříme takový ekosystém jako zde. Spolupráce s ČVUT je toho zářným příkladem. Je založena na velké vzájemné důvěře právě proto, že sdílení informací dosahuje takové hloubky. Nikdy jsme nikomu neposkytli tak obrovské kvantum know-how.
Vzhledem k hodnotě know-how a dat, které postupně s ČVUT sdílíme, jsme pochopitelně řešili otázku zabezpečení a ochrany informací a duševního vlastnictví. ČVUT je univerzitní prostředí, které z principu musí být otevřené pro jednoduché sdílení dat, nicméně takové prostředí představuje riziko z pohledu kyberbezpečnosti. Děkan fakulty Michael Valášek a jeho tým si toto velmi dobře uvědomují a byli otevřeni našim doporučením týkajícím se ochrany dat. Věřím, že se nám společně podařilo nastavit procesy kooperace tak, aby rizika byla eliminována. A zde jsou další, nepřímé benefity spolupráce – průkazné a kvalitní zabezpečení ochrany dat dá jistotu budoucím průmyslovým partnerům ČVUT.
Jak se spolupráce vyvíjí?
Jedním z prvních cílů naší spolupráce bylo podnítit vybudování potřebných kapacit a infrastruktury na ČVUT. To se úspěšně podařilo. Druhým úkolem je společný výzkum prediktivních modelů a výrobních technologií, třetím společným cílem je na straně ČVUT upgradovat a zatraktivnit výuku studentů včetně doktorandů a aktivně je zapojit do realizace projektu. Na těchto cílech se stále pracuje.
Jaké výsledky očekáváte od spolupráce s ČVUT a jak je použijete?
Tým ČVUT bude v první řadě v rámci projektu vyvíjet metodu návrhu modelu prediktivní údržby turbovrtulového leteckého motoru. Takový model vám následně dokáže predikovat budoucí chování a budoucí možné poruchy včetně času, kdy nastanou, v závislosti na různých faktorech, jako jsou venkovní prostředí provozu, chování pilota, způsob používání motoru, ale dokonce i vlastnosti použitých součástek v motoru a parametry z jejich výroby. Jedná se o retrospektivní vyhodnocení dat s prediktivním, respektive předvídajícím účinkem. Pokud použiji terminologii z oblasti internetu věcí (Internet of Things), hovoříme zde o návrhu metody pro vytvoření digitálního dvojčete (Digital Twin) pro každý motor.
Můžete to přiblížit i nám laikům?
Pro lepší pochopení uvedu analogický příklad ze sportovního prostředí. Dnes není problém určit očekávané chování dvacetiletého sportovce-běžce s určitou váhou a výškou a fyzickými předpoklady. Existují modely, které předpoví například tepovou frekvenci při určité fyzické zátěži. Takový teoretický model, který bude zároveň říkat, co se stane, když běžec zrychlí z deseti na patnáct kilometrů za hodinu nebo bude běžet v prostředí, kde není patnáct, ale dvacet dva stupňů Celsia, již existuje. My teď budeme pracovat na vytvoření modelu konfrontace s neočekávanými situacemi. Chceme predikovat, co se stane s jeho výkony a stavem těla a orgánů, když běžec začne kulhat na jednu nohu, když mu nedáme najíst či napít nebo mu dáme nevhodnou stravu. Náš cílový model také určí, jak se běžcovo chování změní v průběhu například deseti let, jaká bude jeho tepová frekvence poté, co uběhne maraton nebo sto metrů sprintem dle kombinace externích a interních parametrů. Přesně takový model bychom společně s ČVUT chtěli vytvořit. Použijeme pro to know-how GE Aviation a zároveň know-how ČVUT.
Aby ČVUT mohlo vůbec analyzovat takové obrovské množství dat v reálném čase, poskytneme mu k dispozici náš program Predix, který vyvinula divize GE Digital. Jedná se o operační systém, který funguje v cloudu. Má tu dovednost, že dokáže analyzovat terabyty dat a hledat závislosti mezi stovkami proměnných, což lidský mozek nebo stávající technologie nedokážou. Kapacitně není možné tyto kalkulace bez podobného systému obsáhnout. A právě tento projekt má obrovský potenciál, aby se systém typu Predix využil jako jeden z nástrojů. Bude nutné měřit enormní množství parametrů jednoho konkrétního motoru. Pokud bychom měli hledat závislosti mezi získanými parametry z průběhu výroby, servisu a života daného produktu klasickými, dosud existujícími metodami, bude to trvat velmi dlouho nebo to spíše nebude vůbec možné.
ČVUT je jedinou univerzitou na světě, které tento systém vytvořený pro komerční použití dáváme k dispozici pro akademické účely. Bude jej moci využít při výzkumu a zároveň nám poskytnout zpětnou vazbu.
Jaký přínos pro vás bude mít spolupráce v souvislosti s vývojem nových výrobních technologií?
Každý rok se objevují další a další materiály, které je či bude možné tisknout aditivní technologií. Univerzita bude zkoumat jejich vlastnosti, možnosti využití včetně jejich kombinace v rámci jednoho dílu. Čekám v této oblasti obrovské skoky, které by jinak nebyly dosažitelné. Zároveň bude ČVUT zkoumat další pokročilé výrobní technologie, které se v současné době rodí a industrializace je teprve před nimi.
GE Aviation již ukázalo, že 3D tisk je už běžně použitelná plnohodnotná technologie, kterou lze využít pro komerční produkty. Úspora nákladů při použití 3D tisku může být, za předpokladu velmi sofistikovaného výchozího návrhu, až čtyřicetiprocentní v porovnání s konvenčními technologiemi. Kvalitní návrh snižuje náklady na další úpravu. V současné době se 3D tisk využívá primárně pro výrobu statických součástek, tedy ne těch kritických. Obecně lze říct, že existují díly vhodné pro 3D tisk, kde jsou ekonomicko-technologické benefity zřejmé, a potom takové, u kterých je stávající technologie stále ekonomicky výhodnější.
Zejména v oblasti komplikovaných sestav a podsestav dochází k výrazné úspoře materiálu – produkt vyrobený aditivní technologií je oproti odlitku tenčí, a tedy lehčí, což je například v leteckém průmyslu naprosto zásadní. Dále odpadá složité sestavování, je zde tedy i úspora lidské práce, čímž se také snižuje riziko chybovosti s tím spojené.
Jakým způsobem se tyto nové výrobky certifikují, nenarážíte v tomto ohledu na skepsi?
Od samého začátku procesu, kdy zvažujeme náhradu konvenční technologie 3D tiskem, velmi úzce spolupracujeme s evropskými i americkými regulátory. Informujeme je průběžně – od okamžiku návrhu designu, výroby prototypu a následného testování. Máme tedy soustavnou zpětnou vazbu, která je pro nás zásadní. Pokud by regulátoři s čímkoliv nesouhlasili, okamžitě bychom jejich připomínky zapracovali do procesu návrhu, výroby a validace.
Skepsi určitě necítím, spíš zdravou opatrnost. Technologický vývoj a směr, kterým se průmysl ubírá, je rozjetý vlak, který nikdo nezastaví. To, že existují průvodčí, kteří kontrolují průběh jízdy a jsou připraveni zatáhnout za záchrannou brzdu, pokud se objeví červený signál, je jedině dobře. Nikdo nechce, aby došlo k fatálním nehodám.
Čtěte také: ATP JDE DO TISKU ANEB JAK SE TISKNOU LETECKÉ MOTORY A JAK SE ČESKO STALO ŘÍDÍCÍ VĚŽÍ TURBOVRTULOVÉHO LÉTÁNÍ
Očima autorky
Setkání dvou zdánlivě neslučitelných světů se odehrává na neutrální půdě Národního technického muzea v Praze. Jako první přichází s téměř půlhodinovým předstihem Michael Valášek, děkan FS ČVUT. Vidím jej poprvé, ale o tom, že do prostoru plného historie a pýchy české strojařiny právě vešel on, nepochybuji. Jeho akademické fluidum mě trochu děsí a uleví se mi až v okamžiku, kdy řekne, že má hlad a že se jde před plánovaným focením a rozhovorem ještě rychle najíst. Uf, je to také jenom člověk, pomyslím si. Ale to už vidím přes prosklené průčelí vstupní haly přicházet Milana Šlapáka, ředitele projektu ATP v GE Aviation Czech. Široký úsměv, vzpřímená chůze, která dává vyniknout jeho již tak velmi vysoké sportovní postavě. Působí dojmem úspěšného amerického podnikatele a já polykám nutkání pozdravit ho „Hi Milan“.
Při vstupu do expozice, kde máme naplánované focení reportáže, všichni konstatujeme, že naše vzpomínky a pocity z muzea z dětství se změnily. Jako by se prostor kolem nás trochu zmenšil. Velikost toho, co nás obklopuje, ale nabývá na významu. Další myšlenky zůstávají nevyřčeny, protože začínáme fotit a na rozhovor bude čas až později.
Pánové ochotně pózují navzdory zvědavým pohledům ostatních návštěvníků, s nadšením a obdivem si prohlížíme exponáty, mezi které patří například i první letecké motory waltrovky…
Pro samotný rozhovor nám muzeum uvolnilo trochu příznačně Křižíkův sál. Jméno Františka Křižíka, jednoho z nejvýznamnějších českých techniků, průmyslníků a vynálezců, je úzce spojeno právě s Českým vysokým učením technickým. To v mladém Křižíkovi rozpoznala nadání a elán a přijalo ho na fakultu jako mimořádného posluchače přesto, že Křižík neměl kvůli finanční tísni potřebnou maturitní zkoušku. A možná díky tomu svět nepřišel například o obloukovou lampu, která konkurovala Edisonově žárovce, jelikož svítila silněji.
Ale nejen konkurenční boj o lepší žárovku spojoval Křižíka s Thomasem Alvou Edisonem, jedním ze čtyř zakladatelů společnosti General Electric a snad nejznámějším americkým vynálezcem a podnikatelem. Stáli spolu i na stejné straně pomyslné barikády ve válce proudů – oba byli velcí zastánci později překonaného konceptu toho stejnosměrného.
František Křižík se tak stal svědkem příběhu, k jehož oběma aktérům měl historicky velmi blízko a který svým rozsahem a hloubkou nemá ve světě konkurenci.
Kateřina Ševčíková Urbanová, foto: Luděk Krušinský
