Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Virtuální instrumentace pro oblast měření a testování III

SP2016/146

null

doc. Ing. Jan Žídek, CSc.
doc. Ing. Ludvík Koval, Ph.D.
prof. Ing. Petr Bilík, Ph.D.

01. 01. 2016 - 31. 12. 2016

Základním tématem projektu je aplikovaný výzkum v dále uvedených oblastech: •využití virtuální instrumentace pro oblast automatizovaného testování a vývoje měřicích systémů, •využití virtuální instrumentace pro pokročilé techniky zpracování číslicových signálů z různých aplikačních oblastí, •monitorování provozně technických funkcí a managementu energií v inteligentních budovách. Projekt navazuje a dále rozvíjí problematiku řešenou v projektech zaměřených na automatizované testování speciální měřicí techniky pro elektroenergetiku v rámci SGS2011 až SGS2013 a dále v projektech Virtuální instrumentace pro oblast měření a testování v rámci SGS2014 a SGS2015. Řešitelský tým v těchto předchozích letech dosáhl v uvedené oblasti řady výsledků, které vedly k vytvoření množství výsledků hodnocených v RIVu (viz. Zkušenosti řešitelského týmu). Hlavním úkolem projektu je podpora nadějných studentů bakalářského, magisterského a doktorského stupně vzdělání při zapojení do vědecko-výzkumných aktivit v těchto oblastech a jejich postupný přechod k řešení grantových projektů a realizaci smluvního výzkumu. Důraz je kladen na především na aplikační výzkum a spolupráci s průmyslem. Předložený projekt má za cíl rozvoj vědecko-výzkumných aktivit ve čtyřech stěžejních oblastech: 1) Testování přístrojové techniky využívané v oblasti distribuce a přenosu elektrické energie. Jedná se o testování analyzátorů kvality elektrické energie, jednotek pro vyhodnocení synchronních fázorů a statických elektroměrů. Zmiňované přístroje jsou stále potřebnější vzhledem k rozvoji obnovitelných zdrojů, které způsobují dosud neexistující potíže. Tématika projektu se na pracovišti K450 řeší již od roku 2011, kdy byl vybudován základ pracoviště, které se neustále zdokonaluje jak po HW, tak i po SW stránce. Minulé projekty SGS v této oblasti umožnily značný rozvoj výzkumných aktivit a podání několika výzkumných projektů. Na pracovišti byla vyřešena řada vědeckých úkolů i problémů pro praxi. Dva studenti doktorského studia v roce 2013 díky na tomto pracovišti úspěšně vykonali státní doktorskou zkoušku a jeden student v roce 2014 obhájil doktorskou práci. Podpora projektu umožní další rozvoj oblasti, která je zajímavá i pro zahraniční partnerská pracoviště, s jejichž pracovníky se setkáváme na odborných konferencích. Jedná se zejména o Žilinskou univerzitu v Žilině, Hunan University, Changsha, Hunan province, China. 2) Testování v průmyslu za pomocí strojového vidění. Pro vizuální kontrolu výrobků se používají techniky nazývané Machine Vision, česky pak obvykle překládáno jako „Strojové vidění“, Strojové zpracování obrazu“ případně „Vizuální inspekce výrobků“. Tato oblast byla na katedře dosud rozvíjena jen pro jednodušší a časově nenáročné aplikace na bázi mikroprocesorových systémů. S prudkým rozvojem tohoto typu testování výrobků v průmyslové praxi za použití virtuální instrumentace přichází potřeba seznamovat studenty s touto oblastí a současně je zde nezpochybnitelný potenciál pro výzkumnou činnost. V této oblasti byla v roce 2014 navázána spolupráce formou rámcové smlouvy o smluvním výzkumu s průmyslovým partnerem a v akademickém roce 2015-2016 se tři studenti touto oblastí zabývají formou bakalářské a diplomové práce u průmyslového partnera. V roce 2014 byla podána přihláška patentu interdisciplinárně propojující oblast 1 a 2. Podpora projektu SGS umožní další rozvoj oblasti, která je zajímavá i pro zahraniční partnerská pracoviště, s jejichž pracovníky se setkáváme na odborných konferencích. V této oblasti jsme v roce 2015 navázali spolupráci s Changshu Institute of Technology, Changshu, Jiangsu Province, China. 3) Aplikace pokročilých adaptivních metod zpracování číslicových signálů za užití virtuální instrumentace Obecnou motivací k orientaci předkládaného projektu je skutečnost, že v současné době je problematice adaptivních metod věnovaná velká pozornost, jelikož řada moderních aplikací vyžaduje tento progresivní přístup adaptace zpracování signálů měnícím se poměrům v rámci řešeného systému. Aktuálnost zkoumané problematiky koresponduje s nárůstem výkonnosti mikroprocesorové techniky (vícejádrové procesory, programovatelná hradlová pole, apod.). V současné době je možné sledovat rychlý vývoj metod adaptivního zpracování signálů, např. nejrůznější modifikace základních adaptivních algoritmů se stochasticky gradientní adaptací a s rekurzivní optimální adaptací, techniky umělých neuronových sítí, fuzzy systémy, popřípadě jejich kombinace známé pod názvem fuzzy-neuro systémy. Oblast adaptivního zpracování signálů je jednou z nejrychleji se vyvíjejících vědeckotechnických disciplín. Adaptivní metody zpracování signálů se dnes již dokázaly prosadit v mnoha oblastech a odvětvích, přičemž dosavadní praxe nasvědčuje tomu, že stejný trend bude pokračovat i v budoucnu. Pro praktické uplatnění těchto metod v reálných aplikacích je, mimo jiné, zapotřebí jak teoretický, tak aplikační výzkum nových i stávajících metod. Aplikační oblasti těchto nových přístupů ke zpracování číslicových signálů nejsou zatím příliš rozvinuty a v části oborů zcela chybí. Z uvedeného důvodu se zde nabízí široký prostor pro rozvoj dalšího výzkumu a nutnost seznamovat studenty s touto oblastí. Členové výzkumného týmu již v této oblasti publikovali velmi nadějné výsledky, jejichž společným jmenovatelem je využívání adaptivních metod zpracování signálů v reálných aplikacích z různých aplikačních oblastí: •adaptivní metody řízení aktivních výkonových filtrů, •měření, analýza, modelování, zpracování, hodnocení, automatická klasifikace plodového elektrokardiogramu s využitím virtuální instrumentace, •aplikace adaptivních metod v moderních komunikačních systémech s využitím virtuální instrumentace na bázi softwarově definovaného rádia, •aplikace adaptivních metod pro zpracování řečových signálů na bázi virtuální instrumentace. 4) Měření, zpracování a modelování stochastických veličin pro optimalizaci řízení provozně technických funkcí a managementu energií v inteligentních budovách. Pro měření, zpracování a modelování stochastických veličin za účelem optimalizace řízení provozně technických funkcí a snížení provozních nákladů v inteligentních budovách se používá velké množství softwarových nástrojů, které umožňují monitorování jednotlivých stavů provozně technických funkcí v budovách v reálném čase s cílem klasifikace, popř. rozpoznávání provozně technických stavů v inteligentní budově za účelem přiblížit se konceptu učící se budovy implementací vhodných algoritmů a vhodných matematických metod v návaznosti na koncept pozorné budovy. Na základě dostupných technologií (KNX) a SW produktů (LabVIEW, PI System, Wonderware), jenž jsou na katedře k dispozici a na základě implementace vhodných matematických metod (např. Adaptivní metody, Soft Computingové metody) při zpracování velkého objemu získaných dat lze výsledky z výše popsaných oblastí směřovat do jednoho tematického celku Inteligentních budov a vývoje moderních technologií v oblastech Smart Home, Green Buildings, Smart Grids, Smart Metering, Smart Cities, Internet věcí (IoT), mobilita (elektromobily) a jejich aplikací s využitím alternativních zdrojů a úspor energie.

prof. Ing. Petr Bilík, Ph.D.
doc. Ing. Jan Vaňuš, Ph.D.
prof. Ing. Radek Martinek, Ph.D.
Ing. Martin Tomis, Ph.D.
Ing. Michal Kelnar
Ing. Miloslav Holba
Bc. Dalibor Brunclík
doc. Ing. Radana Vilímková Kahánková, Ph.D.
Ing. Lukáš Šoustek
Ing. Hana Škutová
Ing. David Možný
Bc. Jan Schovánek
Bc. Tomáš Zbončák
Ing. Josef Navrátil
Bc. Václav Durčík
doc. Ing. Jan Žídek, CSc.
doc. Ing. Ludvík Koval, Ph.D.
prof. Ing. Petr Bilík, Ph.D.

Cílem projektu je rozvoj aplikovaného výzkumu v oblasti automatizovaného testování výrobků a přístrojové techniky; v oblasti kamerových inspekcí výrobků; v oblasti implementace pokročilých adaptivních technik zpracování signálů; a v oblasti monitorování provozně technických funkcí inteligentních budov.
Primárním cílem projektu je vytvořit platformu pro vědeckou práci, která umožní aplikační výzkum výše specifikovaných oblastí. Sekundárním cílem je využití ve výuce, kde mohou studenti získat teoretické znalosti a praktické zkušenosti z těchto progresivních oblastí.
Důraz bude kladen na motivaci studentů doktorského a magisterského studia k zapojení se do výzkumné a publikační činnosti. Předpokládá se vytvoření potřebného odborného zázemí pro přípravu grantových projektů a smluvního výzkumu. Cílem jsou publikace na kvalitních konferencích a žurnálech:
•publikace na tuzemských konferencích (ISI WoS, SCOPUS), min. 4 články,
•publikace na zahraniční konferenci, min. 3 články,
•priorita: publikace v žurnálech s IF.