Předmět je zaměřen na získání informací o základech modelování částí i celých strojů metodou konečných prvků, přípravu geometrie pro MKP model, tvorbu volné a mapované sítě, definice okrajových podmínek, výpočty vlastností osamělých těles, výpočty vlastností soustavy těles a analýzu konkrétních konstrukcí. Cílem výuky je dát studentům základní znalost pro přípravu "digitálního dvojčete" (na různých úrovních) jako jednoho ze základních kamenů kyberfyzikálních systémů.
Osnova předmětu:
• Typy modelů a simulací, statické a modální vlastnosti vícehmotových soustav, modální transformace
• Tlumení mechanických soustav, popis soustavy ve stavovém prostoru; převod z fyzikálních a modálních souřadnic; přenosové funkce a dynamická poddajnost
• Metody diskretizace, úvod do MKP
• Úvod do MKP – preprocesing
• Preprocessing - pomocné konstrukce: tuhé a pružné vazby uzlů; náhrady spojů: pevné spoje (vazbové rovnice, tuhé spoje (CERIG), poddajné spoje (RBE3), pohyblivé spoje lineární rotační; náhrady pohonů: pohony KŠ, pohony pastorek-hřeben
• Úvod do MKP - procesing, postprocesing, verifikace
• Pokročilé MPK: submodeling, topologická a parametrická optimalizace; metodika komplexního návrhu a optimalizace stroje
• Propojené modely struktury a pohonů
• Komplexní modely strojů
• Virtuální obrábění

1. Motivace modelování a simulací výrobních strojů. Zatížení nosné struktury výrobního stroje procesními silami a teplem.
2. Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav.
3. Tlumení struktur výrobních strojů. Frekvenčně závislá dynamická poddajnost – výpočet a měření.
4. Řezné síly jako zdroj vnějšího silového zatížení stroje.
5. Úvod do samobuzeného kmitání.
6. Inženýrský úvod do modelování strojů pomocí metody konečných prvků (MKP).
7. Cíle úloh MKP v oblasti výrobních strojů.
8. Tvorba výpočtových modelů a definice okrajových podmínek. Úlohy strukturální a teplotně-mechanické.
9. Submodely uzlů a prvků nosné stavby stroje. Modelování vazeb, spojů a mechaniky pohonů.
10. Transformace a redukce modelů MKP nosných struktur pro tvorbu propojených modelů s mechanikou pohonů.
11. Výpočty strukturálních vlastností a interpretace výsledků ve vazbě na interakci stroje s výrobním procesem a zohlednění chování stroje v konstrukčního návrhu.
12. Vybrané případové studie z praxe. Shrnutí souvislostí.
13. Prezentace semestrálních prací. Zápočty.

Příklady v Matlabu: Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav. Frekvenční přenosová funkce. Modelování řezných sil v geometrické, časové a frekvenční oblasti. Výpočet diagramů stability obrábění pro definovaný proces.
Příklady v Ansys Workbench: Základy modelování MKP v ANSYS, příprava CAD geometrie a tvorba výpočetní sítě. Vazbové podmínky, náhradní modely valivých vedení, ložisek a mechaniky pohonů. Parametrizace kinematické konfigurace pohybových skupin stroje. Definice okrajových podmínek. Strukturální úlohy zjednodušených modelů dílců a soustav nosné struktury stroje (statika, modální analýza). Řešení a zhodnocení výsledků semestrální práce a interpretace výsledků.

• NOSKIEVIČ, Petr. Modelování a simulace mechatronických systémů pomocí programu MATLAB SIMULINK. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013. ISBN 978-80-248-3231-9.
• ŠPANIEL, Miroslav a Zdeněk HORÁK. Úvod do metody konečných prvků. V Praze: České vysoké učení technické, 2011. ISBN 978-80-01-04665-4.
• LÓPEZ DE LACALLE, L. N. a A. LAMIKIZ. Machine tools for high performance machining. London:Springer, c2009. ISBN 1848003803.

Absolvovaný základní kurz mechaniky (statika, kinematika, dynamika) a pružnosti a pevnosti v rozsahu bakalářského studia programu TZSI. Základní znalost prostředí MATLAB.