„Dobří teoretici bývají slavní,
ale dobří praktici bývají bohatí”
tvrdí prof. Ing. Michael Šebek, DrSc.,
vedoucí katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze
Zabýváte se problematikou řízení, speciálně tak zvanými polynomiálními metodami pro řízení. Co je to za metody a v jakých oblastech nacházejí praktické využití?
Řízení je fascinující obor, který najdeme všude. Pomocí zpětné vazby vylepšujeme chování nejrůznějších systémů od výrobní linky až po kosmickou raketu. V posledních letech najdete řízení i v nanotechnologiích, biologických nebo biomedicínských systémech, například při automatickém podávání léků do těla pacienta. Stejně tak můžeme řídit systémy ekonomické a mnohé další.
Řízení je všudypřítomné, dokonce tak, že si ho ani nevšimnete. Kdykoliv si myjete ruce, tak nastavíte teplotu vody, což už je řízení. Zdá se to jednoduché, ale tak jednoduché to není. Systémy nereagují okamžitě, potřebují nějaký čas, aby se začaly chovat jinak. Když vám přestane fungovat topení, tak si hned vzpomenete, že máte regulátor na topení. Takže náš obor se spíše vymezí negativně, když se vyskytne nějaký problém nebo katastrofa, když něco přestane fungovat.
Polynomiální neboli algebraické metody pro řízení byly vynalezeny u nás a rozšířily se do celého světa. Využívají se v různých technických oborech. Například je na našich metodách založen Polynomial Toolbox for Matlab, komerční software firmy PolyX, který používají průmyslové firmy z celého světa, jako třeba Lockheed Martin, Mitsubishi Electric, DaimlerChrysler, Saudi Aramco, Sandia Lab, Petro Bras, ale i US Air Force a QinetiQ.
Aplikace najdeme i v mnoha netechnických oblastech. Například v Centru rehabilitačního inženýrství University Glasgow slouží pro návrh systémů řídících svaly paraplegických pacientů. Na lýtkové svaly se jim připevňují elektrody a pulzy v těchto elektrodách řídí pohyb svalů, a tedy i těla pacienta. Systém umožňuje, aby paraplegik vstal. Dokonce pak může jezdit na speciálním kole. Skotové k tomu používají matematické metody, které jsme my vyvinuli.
Na čem dnes pracuje katedra řídicí techniky?
Naše katedra je poměrně velká, má asi šedesát zaměstnanců a čtyřicet doktorandů. Odborníci se dělí do několika skupin, máme silnou teoretickou skupinu, dále pak tým odborníků na řízení v reálném čase. To je zajímavý prvek řízení, že nestačí jen dělat správná rozhodnutí, ale ta rozhodnutí musí přijít ve správný čas. Pokud jinak správný příkaz přijde později nebo dříve, může způsobit katastrofu. Další z našich týmů se věnuje vestavěným systémům. Tyto malé systémy provádějí intenzivní výpočty a důležitá rozhodnutí všude kolem nás, ale jsou vestavěny do nejrůznějších zařízení, a tak je nevnímáme, alespoň pokud fungují správně.
Například moderní automobil obsahuje tak stovku řídicích systémů. Další skupina se věnuje řízení průmyslových procesů. Naše algoritmy pro optimalizaci spalování v kotlích implementuje firma Honeywell do elektráren po celém světě. Další tým se zabývá vývojem nového typu spalovacího motoru, který se netočí. Energie lineárně se pohybujícího pístu se převádí přímo na energii elektrickou. Princip je známý už léta, je v mnohém výhodný, ale je velice těžké jej řídit. Mnoha pracovištím v zahraničí ještě nikdy neběžel. Náš řídicí systém je už tak dokonalý, že opravdu dokáže běžet celý den.
Teď před námi stojí těžší úkol, abychom se pokusili prodat tento motor do průmyslu, například automobilce, která vyrábí takové motory. Tím bychom posunuli výzkum na vyšší úroveň. Možná se ale ani nakonec v automobilech neuplatní a bude se používat kdekoliv jinde ve větších generátorech s větším výkonem. Výzkumných projektů, na nichž participují i studenti, máme několik desítek.
Vaše katedra také vyvíjí metody řízení vibrací pro chystaný nový typ velkokapacitního letadla Airbus…
Ano, je to velmi atraktivní evropský projekt, na němž spolupracujeme s firmou Airbus a s dalšími evropskými firmami. Jde o vývoj úplně nového typu letadla, které nebude mít křídla, protože ono samo bude jediným křídlem. Bude mít trojúhelníkový tvar a cestující v něm budou sedět v dlouhých řadách, třeba i padesát lidí vedle sebe. To bude velice výhodné, ale nese to s sebou spoustu nových problémů, které je potřeba vyřešit. My se v projektu zabýváme vývojem metod pro potlačení vibrací trupu v příčné rovině. U klasického letadla s tuhým úzkým trupem to problém není, tam kmitají jen pružná křídla. U nového typu letadla vlastně pasažéři „sedí v křídle”. Vibrace by vadily nejen jim, ale i řízení letadla. Proto bude nové letadlo mít aktivní plochy potlačující toto tlumení a jejich řízení se právě věnujeme. Projekt bude financován EU několik let a pak se přemění ve vývojový projekt firem, které jej budou vyrábět. Nyní jsme v předkomerční fázi výzkumu.
Jak jste se k tomuto projektu dostali právě vy, respektive vaši studenti?
Byli jsme osloveni tak, že se na nás obrátily firmy samy. Stává se to často, pracovníci katedry jsou známí po celém světě, máme i několik skutečných hvězd. Někdy zase my vymyslíme nějaký projekt a zveme do něj kolegy ze zahraničí.
Firmy si na vaší katedře podávají dveře. Jaký je zájem o studenty vašeho oboru?
Zástupci firem mají zájem o naše odborné výsledky, ale ještě daleko větší zájem mají o naše absolventy. I dnešní krizi je dobrých inženýrů nedostatek a o absolventy naší katedry se průmyslové podniky doslova perou. Spolupracujeme s takovými průmyslovými partnery, jako jsou Honeywell, Siemens, Rockwell Automation, Thales, VisualTools, CEA, Alstom, Unicontrols, UNIS, Aero, Škoda Auto, Delong Instruments, Ricardo, TECO, WAGO a s dalšími.
Jedním z profesorů na naší katedře je dokonce profesor Havlena, který je současně významným výzkumníkem ve firmě Honeywell. Na celém světě mají jen dva tzv. fellows v oboru procesního řízení a on je jedním z nich. Jeden z předmětů nového studijního programu Kybernetika a robotika bude učit další významný odborník z průmyslu, Horáček z firmy Rockwell.
Čím byste nalákal na vaši katedru studenty z řad středoškoláků?
Náš obor není lehký, ale je moc zajímavý. Naši absolventi mají otevřené dveře do celého světa a do mnoha mezinárodních firem. Je zvykem, že naši studenti během studia vyjíždějí na půl roku do zahraničí v rámci programu Erasmus. Inženýr dnes bez znalosti angličtiny nemůže fungovat. Například v mém předmětu Systémy a řízení je povinná učebnice v angličtině. Je to jedna z nejlepších učebnic na světě. V tom vidím konkurenční výhodu našich absolventů nad školami, které používají místní učebnice. Atraktivní je pro studenty prvních ročníků také soutěž robotů, které dávají dohromady ze stavebnice. Cestu, jak robota sestavit a naprogramovat, musí najít každý sám. V letošním roce soutěžilo dvacet týmů a vítěz získal půlhodinový let vrtulníkem, elektroniku a sud piva. (smích)
Vedete také českou část evropského magisterského programu orientovaného na kosmické vědy a inženýrství…
Ano, jedná se o evropský magisterský program SpaceMaster, který nabízí naše katedra a který je financován evropským programem Erasmus Mundus. Podílí se na něm šest evropských univerzit. Je určen všem zájemcům s vynikajícími studijními výsledky, kteří se zajímají o kosmický výzkum a kosmické technologie. Výuka probíhá v angličtině ve společnosti studentů z celého světa.
Úvodní semestr studují studenti na Univerzitě ve Würzburgu. Druhý semestr nabízí předměty s vazbou na řešení projektů a studenti ho absolvují v kosmickém středisku ve švédské Kiruně za polárním kruhem. V kosmickém kampusu absolvují také nauku o vesmírném prostředí a jeho interakcích se zařízeními a posádkou vesmírných plavidel, metody pro výzkum atmosféry a mnohé další. Zábavnou součástí je studium polární záře, studenti sami vypouštějí stratosférické balóny a rakety.
Ve třetím semestru se rozdělí a jdou buď do Finska, Francie, Anglie nebo přicházejí na naši katedru, kde se zaměří na automatické řízení a vestavěné systémy s kosmickými i pozemskými aplikacemi. Během posledních dvou semestrů mohou studenti na kratší dobu navštívit partnerská evropská pracoviště, vybraní zájemci pak i pracoviště na Stanfordu, v Tokiu či Šanghaji. Ve čtvrtém semestru studenti absolvují závěrečné předměty a pracují na diplomové práci podle své specializace.
Během čtyř semestrů získají studenti rozšířené znalosti kosmických věd a technologií, zejména z oblasti raket, sond, satelitů, balonů, a radarů, telerobotiky, senzorové techniky, automatického řízení a kosmické dynamiky. A dostanou také dva tituly. Momentálně má ČVUT v tomto programu čtyři studenty, ze světa je jich v něm zapojeno celkem padesát. Naše katedra plánuje v sérii diplomových prací těchto studentů během několika let postupně navrhnout, sestrojit, vypustit a provozovat malou družici typu piko-satelit.
Zastáváte názor, že vědci a výzkumníci by měli být oceňováni podle svých výsledků…
Ano, odborníky bychom měli hodnotit podle toho, zda mají výsledky a zda si je dokáží prosadit na poli světové vědy nebo v praxi, ideálně pak v obou případech. Nemělo by nás to překvapovat, když v jiných oblastech je to samozřejmé. Nelze oceňovat prosté úsilí nebo nezdařené pokusy. Tento přístup se mi velmi osvědčil a šikovné mladé lidi na katedru přitahuje. Pracují v soutěživém tvůrčím prostřední a jsou dobře odměňováni. Rozhodně neodcházejí kvůli penězům.
Průmyslovou spolupráci s dobrými výsledky musí ocenit především firma sama. Pokud dobře využije dobré výzkumné výsledky, pak na tom vydělá. Pokud ne, tak to ztrácí smysl. Když firma vydělá, dokáže dobře odměnit i výzkumníka, který ji k tomu dopomohl. V tomto směru uvedu bonmot: Dobří teoretici bývají slavní, ale dobří praktici bývají bohatí.
Jste jednou z klíčových osobností Mezinárodní federace pro automatické řízení IFAC, která určuje rozvoj a směřování teorie i aplikací automatického řízení…
Léta jsem byl místopředsedou exekutivního výboru a teď jsme členem Rady IFAC, která celou federaci řídí. Jako hlavní manažer jsem úspěšně zorganizoval šestnáctý světový kongres IFAC v roce 2005 v Praze. Rozhodnutí o konání kongresu v Praze padlo díky aktivitě řady vědců v čele s profesorem Kučerou z ČVUT, který od roku 2002 zastával funkci prezidenta IFAC. Na tuto prestižní akci se do Prahy sjelo dva a půl tisíce odborníků na teorii automatického řízení. Dokonce se nám podařilo zajistit účast světově proslulého profesora Rudolfa Kalmana z USA, kterého v loňském roce za jeho vědeckou práci ocenil prezident Barack Obama.
Svým rozsahem a objemem předčil náš kongres všechny předchozí a stal se nejvýznamnější akcí svého druhu v historii federace IFAC. Díky novince – Průmyslovým dnům – byla i účast firem neobvykle vysoká. Kongres potvrdil význam české vědy a prestiž českých osobností na tomto poli.
Mgr. Andrea Vondráková
prof. Ing. Michael Šebek, DrSc. vystudoval Fakultu elektrotechnickou ČVUT v Praze. Pracoval na Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR a dlouhodobě působil v zahraničí na nizozemské Universiteit Twente a ETH Zürich. Je světově uznávaným odborníkem na teorii lineárních systémů a jejich řízení, zabývá se hlavně polynomiálními metodami, robustním řízením, numerickými metodami a softwarem. Řídil práci mnoha evropských týmů v této oblasti jako koordinátor Evropské sítě excelence EUROPOLY. Publikoval několik stovek výzkumných článků a jeho práce jsou hojně citovány po celém světě. Věnuje se také aplikaci teoretických výsledků. Založil a vede firmu PolyX, výrobce softwaru pro polynomy, polynomiální matice a jejich aplikace v systémech, signálech a řízení se stovkami instalací po celém světě. V současné době je profesorem oboru Technická kybernetika a vedoucím katedry řídicí techniky FEL ČVUT
