- SOŠ a SOU Roudnice nad Labem

„Inspiruj se a vzdělej se“
Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.3.49/01.0004
Vzdělávací program
obor Stavebnictví
obor Strojírenství
obor Elektrotechnika
obor Telekomunikační technika
realizátor projektu:
Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Roudnice nad Labem, příspěvková
organizace
Neklanova 1806
413 01 Roudnice nad Labem
zpracovatel:
Sociálně-právní institut, s.r.o.
Báňská 287, 434 01 Most
© 2013
Úvod
Dokument, který se Vám nyní dostává do rukou vzniká v rámci projektu „Inspiruj se a vzdělej
se“ reg. č.: CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je podpořen Evropským sociálním fondem a státním
rozpočtem České republiky. Realizátorem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné
učiliště Roudnice nad Labem.
Cílem tohoto dokumentu, nebo chcete-li vzdělávacího programu, je přiblížení novinek
a aktuálních trendů spolu se správnými a efektivními metodami výuky cílovým skupinám. Cílové
skupiny představují zejména pedagogové středních škol a odborných učilišť. Komplexní vzdělávací
program se skládá z celkem 4 částí, a to:




obor Stavebnictví,
obor Strojírenství,
obor Elektrotechnika,
obor Telekomunikační technika.
Pro přehlednost a dobrou orientaci v poměrně rozsáhlé publikaci, kterou tento vzdělávací
program bezpochyby představuje, bude jeho struktura rozčleněna do čtyř oblastí. Tyto oblasti budou
jednotlivě pojednávat o výše uvedených oborech. Každá jednotlivá část (obor) bude opatřena
vlastním obsahem a předělovým listem, což zajistí vhodnou přehlednost celého dokumentu pro
čtenáře a uživatele publikace.
Konkrétní úvodní informace k jednotlivým oborům jsou rovněž zakomponovány v úvodních
částech jednotlivých oborů.
Doufáme, že pro Vás bude tato publikace nejen přínosným zdrojem nových informací, postřehů
a metod, ale rovněž pro Vás bude pohodlné a příjemné s ní pracovat a prohloubí tak ještě o to více
Vaše znalosti, jež budete moci využít v rámci vlastní výuky či výkonu povolání.
Tým spolupracovníků,
Sociálně-právní institut, s.r.o.
2
Obor
Stavebnictví
1 Obsah
1
Úvod ................................................................................................................................................ 6
2
Výuka oboru stavebnictví ................................................................................................................ 8
2.1
3
Metody při výuce..................................................................................................................... 8
2.1.1
Výklad .............................................................................................................................. 8
2.1.2
Individuální zapojení studentů ........................................................................................ 8
2.1.3
Praktické ověření, práce v odborných učebnách ............................................................ 9
2.1.4
Zpracování závěrů úloh ................................................................................................. 10
2.1.5
Hodnocení studentů ...................................................................................................... 10
2.1.6
Úlohy na počítačích ....................................................................................................... 10
2.1.7
Odborný výcvik v učebních oborech ............................................................................. 11
2.1.8
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik .......................................................... 11
2.1.9
Literatura, studijní materiály, ostatní zdroje ................................................................. 12
Aktuální trendy a novinky a jejich využití v praxi .......................................................................... 13
3.1
Energeticky efektivní domy ................................................................................................... 13
3.2
Konstrukční řešení pasivních domů....................................................................................... 14
3.2.1
Tvar, půdorys a orientace budovy ................................................................................. 14
3.2.2
Stavební konstrukce ...................................................................................................... 16
3.2.3
Využití obnovitelných zdrojů energií ............................................................................. 25
3.3
Hodnocení energetické náročnosti budov ............................................................................ 29
3.3.1
Průkaz energetické náročnosti budovy ......................................................................... 29
3.3.2
Energetický štítek obálky budovy .................................................................................. 30
3.4
Dřevostavby ........................................................................................................................... 32
3.4.1
Úvodní část .................................................................................................................... 32
3.4.2
Tepelně izolační vlastnosti dřevostavby ........................................................................ 32
3.4.3
Akustické vlastnosti dřevostavby .................................................................................. 32
3.4.4
Bezpečnost dřevostavby................................................................................................ 32
3.4.5
Konstrukční systémy dřevěných staveb ........................................................................ 33
3.5
Srubové stavby ...................................................................................................................... 36
3.5.1
Srubové stavby s novodobými konstrukčními elementy............................................... 37
3.5.2
Charakteristické znaky srubových staveb...................................................................... 38
3.6
Hrázděné stavby .................................................................................................................... 38
3.6.1
Hrázděné stavby v současné době ................................................................................ 39
3.6.2
Charakteristické znaky hrázděných staveb ................................................................... 40
4
3.6.3
Vícepodlažní hrázděné stavby ....................................................................................... 40
3.6.4
Tradiční konstrukce pro vyztužení hrázděné stěny ....................................................... 40
3.6.5
Sloupkové stavby dnes .................................................................................................. 42
3.6.6
Charakteristické znaky sloupkových staveb .................................................................. 43
3.7
Rámové stavby ...................................................................................................................... 43
3.7.1
Dnešní rámové stavby ................................................................................................... 43
3.7.2
Charakteristické znaky dřevěných rámcových staveb ................................................... 45
3.8
Skeletové stavby .................................................................................................................... 45
3.8.1
Novodobé dřevěné skeletové stavby ............................................................................ 46
3.8.2
Charakteristické znaky skeletových staveb ................................................................... 47
3.9
Stavby z masivního dřeva ...................................................................................................... 47
3.9.1
3.10
4
Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků zaměstnavatelů ............. 53
4.1.1
Tvrdé znalosti (oborové)................................................................................................ 54
4.1.2
Měkké znalosti............................................................................................................... 54
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí ......................................................................... 55
5.1
6
Informační model budovy (BIM) ........................................................................................... 50
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy .................................................................... 53
4.1
5
Charakteristické znaky masivních dřevěných staveb .................................................... 48
Velká Británie ........................................................................................................................ 55
Závěr .............................................................................................................................................. 56
5
1
Úvod
Dokument, který se Vám nyní dostává do rukou vzniká v rámci projektu „Inspiruj se a vzdělej
se“ reg. č.: CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je podpořen Evropským sociálním fondem a státním
rozpočtem České republiky. Realizátorem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné
učiliště Roudnice nad Labem.
Cílem tohoto dokumentu, nebo chcete-li vzdělávacího programu, je přiblížení novinek
a aktuálních trendů spolu se správnými a efektivními metodami výuky cílovým skupinám. Cílové
skupiny představují zejména pedagogové středních škol a odborných učilišť. Komplexní vzdělávací
program se skládá z celkem 4 částí, a to:




obor Stavebnictví,
obor Strojírenství,
obor Elektrotechnika,
obor Telekomunikační technika.
Vzdělávací program vychází zčásti z již vytvořené publikace „Aktuální trendy a přehled novinek
v oboru“. Tento dokument tak představuje teoretický základ, který byl v publikacích vzdělávacího
programu dále rozpracován do podoby, která bude využitelná a aplikovatelná proškolenými
pedagogy v rámci jejich osobní výuky. V samotném závěru pak publikace pojednávají o současném
uplatnění žáků těchto technických oborů na trhu práce a o metodických přístupech zahraničních škol,
které mohou být pro tuzemské odborné školy a učiliště značně inspirativní a inovativní.
Tento vzdělávací program tak velkou měrou přispěje nejen k odbornému rozvoji cílových skupin
tedy pedagogů středních škol a odborných učilišť, ale také poměrně významnou měrou přispěje
k vyššímu uplatnění žáků těchto škol na trhu práce. A to také díky tomu, že vzdělávací program
v sobě odráží a interpretuje novinky a aktuální trendy v oborech, které budou do určité míry
ovlivňovat budoucí vývoj jednotlivých oborů. Studenti, kteří tak získají potřebné informace již
v průběhu svého studia, budou moci nabídnout tyto znalosti zaměstnavatelům na trhu práce, kteří
tuto skutečnost jistě ocení.
Stavebnictví je obor, díky němuž je zajišťována výstavba, údržba, modernizace, rekonstrukce
a demolice stavebních objektů. Stavebnictví plní pro společnost několik důležitých funkcí:





sociální (bydlení, kultura, zdravotnictví, vzdělávání, sport),
průmyslová výroba,
zemědělská výroba,
doprava,
energetika.
Hlavním a nejdůležitějším cílem musí být vytváření vhodného pracovního a životního prostředí
pro existenci lidí, zvířat, rostlin a zároveň maximální zachování všech přírodních a kulturních
památek. Stavebnictví tak představuje velmi komplexní obor lidské činnosti, zahrnující nejen složky
6
technické, technologické a ekonomické, ale i estetické a ekologické. Vznik stavebnictví jako takového
je spojen s procesem specializace stavební výroby. Takto vznikaly například obory bytových a
občanských staveb, průmyslových staveb, dopravních staveb, inženýrských staveb apod. Pojem
stavebnictví je obsáhlejší nežli pojem stavební výroba, pod níž se zpravidla rozumí provádění
stavebních prací dodavatelským způsobem. Odlišností od průmyslové výroby je stálé stěhování
výrobce (stavbařů) ze stavby na stavbu a výrobků (staveb), délkou výrobního procesu, závislostí na
klimatických podmínkách, individuálním charakterem staveb a značným množstvím různých hmot,
které je třeba dopravovat a zpracovávat. Stavebnictví je závislé na mnoha průmyslových odvětvích,
které vyrábějí stavební materiály a strojírenské výrobky (ocelové konstrukce, prefabrikáty, zdravotně
technická zařízení, stroje pro stavební a silniční práce). Vysoké nároky jsou kladeny především na
dopravu. Do oboru stavebnictví se počítají hlavní dodavatelské stavební podniky, stavební útvary
různých nestavebních organizací. Stavebnictví spolu se strojírenstvím se rozhodujícím způsobem
podílí na realizaci investiční výstavby.
7
2
Výuka oboru stavebnictví
2.1 Metody při výuce
2.1.1
Výklad
Výklad prozatím zůstane ještě po nějakou dobu standardní, tedy učitel přednáší dané téma.
Studenti si zaznamenávají do svých poznámkových sešitů zápisky, buď podle vlastního uvážení, nebo
formou diktování pedagoga. Pokrok byl zaznamenán též ve způsobu záznamu poznámek. Většina
studentů má tendenci používat notebooky, laptopy, tablety apod. Totéž platí při kreslení schémat a
obrázků.
V souvislosti s pokrokem musíme řešit základní dilema, které pomůcky dovolit a které ne.
Zajisté to záleží i na sociální struktuře obyvatel, ale předpokládejme kompletní vybavení, tedy tablet,
fotografování například pomocí mobilu. Dostáváme se přímo k modelu, proč celou látku nezveřejnit
na webových stránkách a pak přistoupit k metodě e-learningu. Na první pohled je to z hlediska
efektivity a módnosti vynikající nápad. Ale zpátky do reality. Kolik studentů na středních školách je
natolik zodpovědných, že se bude učit doma. Tuto metodu je možné aplikovat u škol, kde studují
vybraní studenti. V ostatních školách prozatím budeme pokračovat klasickým zápisem poznámek.
Pokud student používá klasickou metodu, projde mu látka alespoň při záznamu několika smysly a je
pravděpodobné, že zanechá stopu. Dalším pozitivem je to, že zapisování udržuje studenta ve stavu
pohotovosti. Lze říci, že stejná ne-li horší situace bude v učebních oborech.
Toto by mohlo fungovat, pokud bychom komplexně akceptovali e-learning. Avšak při
současném stavu, kdy učitel učí minimálně ve čtyřech až osmi třídách v různých ročnících, při
probíhajících změnách, by pedagog nedělal nic jiného, než by připravoval a opravoval e-learningové
lekce. Otázkou zůstává fakt, zda vůbec je to možné fyzicky zvládnout. Tak se dostáváme k otázce,
proč chodit vůbec do školy. Tyto metody vedou pak opět k individuálním zadáním, protože jakákoli
podobnost příkladů a úkolů, vede ke spolupráci, která končí kopírováním a opisováním úloh.
Na internetu dnes najdeme téměř vše, můžeme tudíž předpokládat, že si student raději
stráví podstatně více času „brouzdáním na internetu“ i hledáním vhodnějších textů, aby nemuseli
vynaložit duševní úsilí na formulování vlastních myšlenek. Je pravda, že všichni, kdo se e-learningem
zabývají, a je to hlavní náplň jejich pracovní činnosti, budou tuto metodu povyšovat nadevše.
Zkušenosti však ukazují, že i sebelepší e-learning nemůže zabránit opisování nebo i vypracování úlohy
někým jiným.
Dle mého názoru z výše uvedených faktů vyplývá závěr, že dobrý výklad prokládaný dalšími
interaktivními formami, jako jsou aktuální ukázky zdrojů z internetu, ukázky z knih snímané pomocí
vizualizérů, vhodná prezentace apod. je nenahraditelný. Výklad lze určitě oživit také pomocí
interaktivní tabule, kde do předem připravených „map“ studenti v průběhu výuky mohou doplňovat
své nápady, navrhovat postupy řešení apod.
2.1.2
Individuální zapojení studentů
Součástí výuky je i příprava referátů na aktuální a probíraná témata. Příprava různorodých
prezentací a samostatných vystoupení před publikem, tedy před konkrétní třídou. Tato forma výuky
8
pomůže nejvíce studentům, kteří budou pokračovat v dalším studiu na VŠ. Faktem je, že současné
podmínky pro přípravu a propracování těchto témat jsou diametrálně odlišné od klasického pojetí,
kdy student nejdříve musel vyhledat materiál, přečíst, případně jej prostudovat. Student by měl
používat různé zdroje a snažit se najít relevantní náplň tématu.
V této „disciplíně“ dochází ve většině případů k následujícímu. Referáty a samostatné práce
sice student připraví a zřejmě je dokáže i dobře „odprezentovat“, ale tím to končí. Zpravidla se jedná
o kompilace materiálů, jejichž hlavním zdrojem je internet. Vytrácí se tedy účel a pochopení
problematiky. Navíc jsou kladeny obrovské nároky na teoretickou připravenost učitele, protože by
měl uvést na správnou míru nepřesnosti, chyby a nesprávná tvrzení. Jelikož studenti s oblibou
zabíhají do oblastí, podle jejich názorů nejmodernějších, nebývá to pro učitele jednoduché. A o tom,
že nepřesnými a zkreslenými informacemi se internet jen hemží, není asi třeba polemizovat.
V současné době však převažuje následující trend, že se studenti s odbornou publikací,
odbornou literaturou nebo tištěným mediem nesetkali, pracovat s těmito zdroji neumějí a
v některých případech vůbec nemají tušení, kde se takové materiály dají získat. Závěrem však
můžeme říci, že jsou ovšem i studenti, kteří mají v určité oblasti znalosti na vysoké úrovni. Pak je
určitě dobré i za cenu odbočení od zadaného předmětu výuky právě formou referátu, prezentace
umožnit těmto jedincům „vyniknout“.
2.1.3
Praktické ověření, práce v odborných učebnách
Ve většině případů bude zachován model praktických cvičení v dílnách či jiných odborných
učebnách. To především závisí na vybavení těchto učeben. I zde se vcelku jednoznačně ukazují fakt,
že ani ty z pohledu učitele nejtriviálnější úlohy by neměly být podceněny a vynechány.
Již v nenávratnu jsou doby, kdy na školy se zaměřením na stavebnictví a příbuzné stavební
obory byli přijímáni studenti, kteří měli vynikající výsledky na základních školách a často museli projít
sítem přijímacích zkoušek. Dnes je situace naprosto jiná a školy vítají každého studenta bez ohledu na
jeho studijní předpoklady. Pokud se tedy má úroveň absolventů alespoň přiblížit reálným představám
zaměstnavatelů, vyžaduje to od učitelů obrovskou práci a úsilí. Studenti dnes jen v mizivém procentu
mají potřebnou manuální zručnost a velice obtížně budete hledat studenta, který má alespoň
minimální zkušenosti a jakousi průpravu pro zacházení s běžným nářadím. Toto jsou bohužel stejné
zkušenosti i z učebních oborů, protože nastupující žáci nejsou vůbec manuálně zruční a je to často
mravenčí práce naučit je primitivním praktickým úkonům.
Tedy často je to stanovení základních požadovaných manuálních a řemeslných úkonů, které
jsou studentům cizí. Při praktických úlohách je na zvážení, jakým způsob práce zvolit. Týmová práce,
tedy skupinky dvou až tří studentů, vzájemná kooperace studentů, případně jejich vlastní přístup
(dominantní osoba) může být jakýmsi katalyzátorem při řešení problémů. Určitě jsou témata a
činnosti, které budou mít ryze individuální zadání a úkol bude zpracovávat jedinec. Nelze asi
specifikovat každý problém zvlášť.
Samostatnou kapitolou jsou odborné výcviky učebních oborů na konkrétních pracovištích.
9
2.1.4
Zpracování závěrů úloh
Student, který pracuje na úloze, by asi po jejím provedení a uvedení do chodu měl umět
koncipovat závěr a získané poznatky, které mu úloha přinesla. Pokud se tato závěrečná hodnocení
nevyžadují, lze těžko očekávat, že studentům nějakým hlubším způsobem problematika v hlavě
zůstane a že si odnese alespoň část toho, co bylo záměrem úlohy.
Pokud studenti zpracovávají skupinově úlohy, je asi optimistické očekávat individuální
zpravování. Někde je těžké dokazování, že je úloha zpracována jednou a jen opticky poopravena,
zvláště když jsou výsledky správné. Individuální zadávání a hodnocení je sice možné, ale přináší
neúměrné nároky na pedagoga, a to pak hlavně při přípravě a samotné odborné praxi. Jsou určitě
úlohy, kdy je nutné zkontrolovat jejich správnost a je-li vyučující sám, vznikají dlouhé prodlevy a
psychická zátěž na vyučujícího je často enormní. Zvláště pokud jsou skupiny studentů velké. Dalším
faktorem velkých skupin studentů je, že vedení škol se brání dělení tříd kvůli úsporám financí.
2.1.5
Hodnocení studentů
Není asi nijak diametrálně odlišný přístup k hodnocení studentů v různých oborech
a předmětech. Hodnocení teoretických znalostí je doménou každého pedagoga. Je na samotném
učiteli a charakteru předmětu, jakým známkám dává vyšší prioritu, zda preferuje ústní zkoušení,
testy či jiné formy zkoušení.
Snad nekonečná polemika se vede kolem hodnot známek za odevzdané závěry z úloh,
referátů.
Existují
protichůdné
názory
nejen
na
jejich
hodnocení,
ale
i váhu těchto známek. Většina pedagogů v praxi zastává názor, že v termínu neodevzdaná práce musí
být náležitě ohodnocena a to v plné hodnotě. Těžko lze jinak očekávat, že studenti budou práci
odevzdávat v termínu. Na druhé straně, vzhledem k větším míře kolektivnímu pojetí, je třeba
výsledkům přiřadit příslušnou hodnotu.
Přímé hodnocení při práci v laboratoři není považováno za rozumné. I když zde lze objevit
aktivní přístup, rychlost reakcí, intuici, aplikaci teorie apod. Ale toto by měl být pedagog schopen jaksi
na pozadí vnímat a přihlédnout k tomu při závěrečném hodnocení.
2.1.6
Úlohy na počítačích
Je třeba rozlišovat, co je pro praxi studenta ve stavebním oboru důležité. Určitě by nebylo
rozumné, aby se v odborných předmětech suplovala výuka běžných kancelářských softwarových
produktů. Na druhé straně není ke škodě v rámci mezipředmětových vztahů zahrnout do výuky běžné
znalosti z textového editoru, tabulkového procesoru. Důvodem může být i to, že ze základních škol
přicházejí studenti diametrálně odlišně vybaveni těmito znalostmi. Někdy je schopnost použít např.
SW produkty kancelářského balíku Office doslova tristní. A velice často studentům chybí provázanost
těch základních produktů a řešení běžných úloh. Pro některé bývá naprostou novinkou, že úlohy
z matematiky, statiky apod. mohou elegantně vyřešit pomocí zmíněných produktů.
10
Samostatnou kategorií je pak celá řada softwarových produktů, které více či méně úspěšně
suplují praktické úlohy. Tedy zapojování obvodů různé složitosti. SW produkty, které vysvětlují
a pomáhají při sestavování měřících úloh. Jsou zde k dispozici různé simulační úlohy apod. Je
k dispozici mnoho produktů z oblasti CAD, CAM, dají se aplikovat úlohy za pomoci programovacích
jazyků atd. Nastává tedy dilema, jaký způsob zvolit a jakým směrem se ubírat. Patrně toto dilema je
ještě komplikováno tím, kde vzít na dané SW produkty peníze a sehnat odborníky nejlépe s praxí pro
jejich výuku. Vždyť i studium nových produktů není vždy snadnou záležitostí.
Je na místě argument, že tyto produkty dovedou přiblížit úlohy, které jsou jinak obtížně
realizovatelné, pokud vůbec realizovatelné jsou.
Většina pedagogů je toho názoru, že nejlepší průpravou je praktická úloha v reálné situaci.
Na trhu je dnes dostatek produktů, kterými lze vybavit pracoviště pro výuku stavebnictví,
Největší problém je financování těchto produktů. Finanční náklady jsou značně vysoké a softwarové
produkty se musejí také opravovat, obnovovat, což představuje další peníze a také to vyžaduje další
zátěž pro učitele. Ve většině škol je dnes celá anabáze přípravy úlohy, její odměření, kontrola
přístrojů a případné opravy, závislá na vyučujícím.
2.1.7
Odborný výcvik v učebních oborech
Odborný výcvik v učebních oborech je samostatnou kapitolou, která se bude specificky řešit
v každém učilišti a v každém oboru jednotlivě. Patrně by bylo ideální, kdyby učeň již od svého
zahájení studia alespoň věděl, že obor, který si vybral, mu poskytne obživu a mohl alespoň doufat, že
s ním zaměstnavatel uzavře pracovní smlouvu. Ale pokud taková situace nastane, pak jde o
výjimečnou situaci. Toto se negativně projevuje i v samotné motivaci žáků.
2.1.8
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik
Exkurze jsou odbornými publikacemi považovány za jednu z forem, která může vhodně výuku
a teorii doplnit. Záleží na zvážení a schopnosti pedagogů, kam se studenty vyjít a co jim ukázat.
Nebývá to vždy jednoduché, zvláště když v některých regionech ukončuje činnost jeden podnik za
druhým. Ne všechny společnosti, zvláště pak ty menší jeví vstřícnost k těmto školním akcím. Toto je
obvykle otázka osobních kontaktů jednotlivých pedagogů. Exkurze mimo region jsou většinou
zajímavé, avšak finančně náročné.
Otázka spolupráce s podniky je vynikající nápad, dokonce se objeví i zářné příklady, jak
podniky projevují zájem o studenty již v průběhu studia, také jim umožňují odbornou praxi ve svých
provozech. Toto je zajisté kvalitní myšlenka, ale dnes je velmi složité ji realizovat.
Povinný odborný výcvik, který je realizován na technických školách, je dokladem toho, že
škola většinou nemá šanci studenty doporučit do takových oborů, které souvisejí s jejich zaměřením,
protože firmy o to nikterak nestojí. Končí to většinou různorodými brigádami v soukromých firmách
a agenturách někdy i pochybného zaměření. Nakonec je tedy výjimkou, že odborný výcvik slouží
k prohloubení učiva a ke zlepšení přístupu k odborným předmětům ve škole.
11
2.1.9
Literatura, studijní materiály, ostatní zdroje
Nedílnou součástí vždy bylo a domnívám se, že i nadále bude použití kvalitní literatury, která
odpovídá aktuálnímu stavu a oboru. A zde máme obrovský dluh. Učebnice, pokud jsou, už vlastně ani
neposkytují kvalitní přehled látky pro daný obor resp. specializaci.
Literatura, která vystihovala potřeby jednotlivých rezortů je dávnou minulostí a o tom, že by
nastala pozitivní změna, se asi nedá ani snít. Pokud si některá škola vytvoří svoje skripta nebo učební
materiály, pak je to díky obětavosti jednotlivých aktivních pedagogů. A tak se dnes setkáváme
s několika publikacemi, které jsou vydány před řádkou let, nebo s rozsáhlými publikacemi, především
překlady ze zahraničních pramenů. I když vybereme některou z aktuálních publikací, je to zpravidla
obsáhla kniha, kterou nelze použít jako učebnici, ať již proto, že je objemná, nebo drahá. Obdobná
situace nastává i v oblasti časopisů a odborných periodik. Ty jsou také poměrně drahé a nemůžeme
chtít po studentech, aby se časopisy staly povinnou součástí jejich výuky. I tady se pak potkáme s tím,
že časopisy řeší zpravidla problémy na hony vzdálené od potřeb v učilištích nebo středních školách.
Odborné publikace podle mých zkušeností jsou vzácností i pro učitele. Odborné knihovny,
pokud existují, nejsou pro nedostatek financí dostatečně aktualizovány. Je tedy zpravidla na
pedagogovi, aby se staral o svůj odborný růst na vlastní náklady, a to není při současné ekonomické
situaci a vysokých cenách publikací, nijak snadná záležitost. Opět se tak obloukem vracíme
k problematice dostupných materiálů a zřejmě zase skončíme u všemocného internetu, o jehož
pozitivech a negativech, o kterých jsme se již zmiňovali, můžeme polemizovat.
12
3
Aktuální trendy a novinky a jejich využití v praxi
Prakticky každá z oblastí, o kterých budeme v této části publikace pojednávat, se může pyšnit
novými trendy. Pokud má být splněn požadavek, aby student opouštějící školu, byl pro svého
budoucího zaměstnavatele přínosem, měl by se s těmito aspekty seznámit už během studia. Je
pochopitelné, že nelze všechno obsáhnout a prakticky vyzkoušet. Ale student by měl školu opouštět
s vědomím, že pro něj studium a poznávání nekončí, ale naopak právě začíná.
3.1 Energeticky efektivní domy
Energeticky efektivní domy (EED) zaznamenaly v posledních letech bouřlivý vzestup a staly se
v oblasti stavebnictví obrovským hitem. Je to v posledních letech zapříčiněno zejména stoupajícími
cenami energií, díky nimž se stala koncepce energeticky efektivního domu ekonomicky velmi
zajímavou, a tím velmi populární. K rozvoji těchto domů přispívá též intenzivní vývoj v oblasti
materiálů a technologií, které jsou potřebné pro stavbu energeticky efektivních domů. Tento „boom“
v oblasti výstavby energeticky efektivních domů klade vysoké požadavky také na profese, které jsou
součástí procesu návrhu a výstavby těchto budov. Je zapotřebí, aby všichni zúčastnění měli dobré
povědomí o konstrukci a celkové koncepci těchto budov, aby mohli svůj díl práce při výstavbě provést
s vysokou kvalitou.
Energeticky efektivní domy dokážou ušetřit až 90% nákladů oproti běžným novostavbám.
Základním principem, na jehož základě EED fungují, je udržení tepla v obytné části domu, což
přispívá ke snížení spotřeby energie potřebné na vytápění objektu. Dalším důležitým faktorem je
poté zisk energie z obnovitelných zdrojů. EED se vyvíjejí už od 70. let minulého století a za tu dobu se
vyčlenilo několik kategorií:



Nízkoenergetický dům (NED) - nejrozšířenější zástupce EED. Aby mohl být dům zařazen
do kategorie nízkoenergetických domů, musí jeho spotřeba tepla klesnout pod
50kWh/(m2*a). Využívá se především kvalitní tepelná izolace a omezení tepelných
mostů. Dále je to snaha maximalizace pasivního zisku solární energie, využívání vnitřních
zdrojů tepla a řízené větrání s rekuperací tepla.
Energeticky pasivní dům (EPD) - energeticky pasivní dům lze považovat za další vývojový
stupeň nízkoenergetického domu. Jeho spotřeba by neměla překročit 15kWh/(m2). Ve
skutečnosti se jedná o obdobný dům, u nějž se využívá stejných prostředků jako
u nízkoenergetického domu s tím rozdílem, že vše je dotaženo do stavu, kdy již není
zapotřebí vytápět dům konvenčním způsobem, čímž se dům stává do značné míry
energeticky nezávislý.
Energeticky nulový dům (END) – již z názvu je patrné, že spotřeba tepla u nulového
domu se blíží nule, konkrétně je to hranice 5kWh/(m2*a). Nutno však poznamenat, že
tato hranice je v praxi jen velmi těžko dosažitelná a dosáhnout jí lze jedině v ideálních
klimatických podmínkách a jen s využitím nákladných technologií. K zisku energie se
nejčastěji používají obnovitelné zdroje energie, jako jsou solární články nebo malá větrná
turbína.
13


Energeticky nezávislý dům (EAD) - tento typ EED by se klidně mohl nazývat Dům slunce,
jelikož veškerá energie, které se v domě používá, musí být pokryta pouze přímým
slunečním zářením. Vzhledem k tomu, že dům není vůbec připojen na veřejnou
elektrickou síť, musí disponovat dostatečně velkým energetickým zásobníkem, aby mohl
pokrýt spotřebu energie během celého roku.
Plusoenergetický dům (PED) – obdobně jako u EAD musí také zde být veškerá spotřeba
energie zajištěna slunečním zářením. Na rozdíl od EAD však musí solární panely
produkovat přebytek elektrické energie, který je následně dodáván do sítě.
V tuzemsku jsou nejrozšířenější první dva typy energeticky efektivních domů. I když jsou
jednotlivé typy energeticky efektivních domů a hranice mezi nimi jasně definovány, v praxi často není
jednoduché rozhodnout, o jaký typ se ve skutečnosti jedná. Odlišnost jednotlivých typů spočívá
především v řešení energetických soustav, protože jejich koncepční a stavebně konstrukční řešení je
prakticky stejné a v principu odpovídá standardu energeticky pasivnímu domu. Důležitější než určení
typu energeticky efektivního domu je především to, že tyto domy jsou šetrnější k životnímu prostředí
a vzhledem ke sníženým nákladům na vytápění také ekonomicky výhodnější.
3.2 Konstrukční řešení pasivních domů
O hodnotě spotřeby energie se rozhoduje již ve fázi návrhu budovy. Při architektonickém
návrhu je nutné dbát na vhodný tvar, půdorys a umístění budovy na pozemku. Ukazuje se jako
vhodné rozdělit budovu na dvě sekce podle režimu užívání – na obytnou a neobytnou část.
3.2.1
Tvar, půdorys a orientace budovy
Při architektonickému návrhu by se mělo dbát na to, aby budova byla co možná nejvíce
kompaktní. Kompaktní tvar je velmi důležitý z energetického hlediska, jelikož platí, že budovy, které
mají velkou plochu obvodového pláště (A) v poměru k objemu obestavěnému prostoru (V), vykazují
prokazatelně vyšší spotřebu energie než budovy, který mají tento poměr menší. Dále také platí, že
domy, které mají při stejné ploše kompaktnější tvar, mají nižší pořizovací náklady. Z toho vyplývá, že
konstrukce vyprojektovaná vhodně z hlediska úspory energie přináší také úsporu stavebních nákladů.
Na druhou stranu je nutné poznamenat, že kompaktnost a úspornost domu by neměla být
prosazována na úkor vizuální složky domu. Energetické efektivní budovy by neměly působit nudně
a jednotvárně.
Sluneční energie je u pasivních domů hojně využívána a tomuto faktu by měl být uzpůsoben
také tvar objektu a jeho orientaci ke světovým stranám. Aby mohl dům co nejlépe přijímat sluneční
záření, je nutné, aby jižní, osluněná fasáda měla co největší rozměry a disponovala velkými
skleněnými plochami, které umožní průchod slunečního záření hluboko do domu. Naopak severní,
odvrácená fasáda by měla mít malé rozměry a prosklené plochy by se zde měly objevovat jen za
účelem nejnutnějšího osvětlení vnitřních prostor.
14
Ukázka dispozičního řešení pasivního domu Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.]
Co se týče rozdělení místností uvnitř objektu, je vhodné dodržet zásadu, aby obytné místnosti
byly orientovány směrem na jih a vedlejší místnosti směrem k severu. Stejně tak by měly být na
severní straně umístěny nevytápěné nárazníkové prostory (s výjimkou zimních zahrad, které by měly
mít jižní orientaci) a garáže.
Půdorys pasivního domu [2]
15
Tipy pro návrh a provedení:










3.2.2
3.2.2.1
zvolit kompaktní tvar, tzn. malý poměr A/V,
navrhnout jižní fasádu co největší a severní co nejmenší,
vytvořit co největší prosklené plochy v jižní fasádě a co nejmenší v severní fasádě,
šikmá ostění oken,
obytné místnosti orientovat k jihu,
vedlejší a skladovací prostory orientovat na sever,
na sever orientovat nevytápěné nárazníkové prostory přisazené z vnější strany
obvodového pláště, který kryje vytápěné a izolované prostory,
garáž přistavit k severní fasádě budovy,
zimní zahradu, je-li v projektu, připojit k jižní fasádě,
řadové domy jsou energeticky výhodnější než jednotlivě stojící domy.
Stavební konstrukce
Základy
Základové konstrukce pasivního domu by měly být tepelně izolovány, a to až do hloubky 1 m.
Nejlepšími tepelně izolačními vlastnostmi přitom disponuje polystyren o minimální tloušťce 150 mm.
V případech, kdy je zakládání provedeno na železobetonové desce, se tepelná izolace provádí pod
touto deskou. U většiny dřevostaveb, které jsou jako pasivní domy stavěny nejčastěji, se zakládání
provádí na patkách, čímž vzniká pod domem tzv. průlezný prostor. Tento prostor zamezuje vzniku
tepelných mostů u základů, vniku vlhkosti do domu.
3.2.2.2
Podlahová deska
Pasivní domy by měly být navrhovány pokud možno nepodsklepené. Podlaha, která je
umístěna přímo na terénu, musí být dostatečně tepelně izolovaná. Musí se přitom dbát na to, aby
tato tepelná izolace splňovala požadavky předepsané pro použití pod podlahovou deskou.
V některých případech se mezi podlahovou desku a potěr umisťuje další tepelně izolační vrstva,
eventuálně také izolace proti kročejovému hluku. U podlahových desek vytápěných prostorů je také
nutné pamatovat na hydroizolaci.
3.2.2.3
Obvodové stěny
Obvodové stěny mohou být konstruovány jako stěny masivní nebo lehké. Masivní stěny jsou
nejčastěji tvořeny různými typy plynosilikátů nebo jsou konstruovány betonáží pomocí tzv.
ztraceného bednění. Masivní stavební materiály samy o sobě však nemají dostatečně malý součinitel
prostupu tepla (u obvodových konstrukcí pasivních domů by se měl pohybovat v rozmezí U = 0,1 –
0,15 W/(m2K)) při zachování rozumné tloušťky stěn, proto se u pasivních domů většinou používají
vícevrstvé konstrukce stěn, které jsou tvořeny:
16



3.2.2.4
nosnou vrstvou – masivní konstrukce, která přenáší zatížení a akumuluje teplo,
tepelně izolační vrstvou – izolační materiál,
ochrannou vrstvou – vrstvou, která chrání stěny před vnějšími vlivy.
Střecha
Z důvodu dosažení co možná nejmenší ochlazované plochy se u střech volí tvar pultové nebo
ploché střechy. U pasivních domů se volí buď střecha jednoplášťová, anebo dvouplášťová. U obou
typů střech se musí dbát na kvalitní zateplení, tloušťka tepelné izolace by měla být minimálně 400
mm.
V některých případech lze pasivní dům opatřit také střechou sedlovou. V tom případě se
vrstva izolace vkládá mezi krokve. U této konstrukce se na vnitřní stranu vkládá také parozábrana pro
zajištění požadované neprůvzdušnosti.
U některých architektonických projektů jsou ploché střechy ozeleněny. Jedná se o jakési
navrácení zelené plochy přírodě, jelikož velikostně odpovídá velikosti zastavěné plochy. Rozeznáváme
tyto typy ozeleněných střech:




extenzivní – vegetační porost 4 – 10 cm vysoký (traviny),
intenzivní – vyšší vegetační porost 30 cm (keře, stromy),
polointenzivní – střed mezi extenzivní a intenzivní střechou 15 – 30 cm,
biotopní – samovolné ozelenění 6 – 12 cm.
Ukázka ozeleněné střechy u nízkoenergetického domu
3.2.2.5
Tepelná izolace
Obecně lze říci, že celý dům musí být výborně izolován, z pohledu současné běžné výstavby
až extrémně. Tloušťka izolace se určuje výpočtem, průměrně se však pohybuje kolem hodnoty 30 cm
u obvodových stěn, v případě střechy však můžeme najít až 40 cm tlustou izolaci. Opomenuta nesmí
být ani izolace podlahy vůči zemině či suterénu. Aby izolace plnila správně svou funkci, musí být
17
provedena bez přerušení, spár a zbytečných prostupů, které by vytvářeli takzvané tepelné mosty,
neboli hůře izolovaná místa se zvýšeným tepelným tokem tepla. Nemá význam na tloušťce izolace
jakýmkoli způsobem šetřit, jelikož izolace samotná je levná a na ceně stavby se navýšení tloušťky
izolace projeví minimálně. Je to dáno tím, že všechny ostatní položky jako je například omítka, barva,
lepidla, stavba lešení a práce s tím spojena zůstávají stejné.
Vlastnosti tepelné izolace:






tepelná vodivost – schopnost materiálu přenášet teplo z teplejší strany stavební
konstrukce na chladnou stranu,
difúze vodní páry – slouží k určení prostupu vodní páry, popsána je faktorem difúzního
odporu, zjišťuje se pravděpodobnost kondenzace vodní páry, kde je nebezpečí vzniku
plísní, slouží pro zjištění nutnosti instalovat parozábranu,
pevnost v tlaku – informuje o chování materiálu při zatížení tlakem, u střešní izolace
musí být vyšší než u izolace stěn,
požární odolnost – schopnost materiálu odolávat ohni, materiály se dělí do tříd dle
stupně hořlavosti,
odolnosti proti stárnutí,
vliv na životní prostředí – posuzuje se původ materiálu, dostupnost, obnovitelnost,
zdravotní nezávadnost.
Jako tepelnou izolaci je možné použít všechny běžně dostupné izolační materiály. Mezi
nejpoužívanější patří:
 polystyren – nejrozšířenější druh izolace, nelze ho dlouhodobě vystavit vysokým
teplotám ,
 polyuretan – tvrdá pěna, používají se desky, má dobrý součinitel tepelné vodivosti,
 minerální vlna – používají se rohože nebo desky, je vyráběna z křemičitanové nebo
čedičové taveniny 19,
 minerální násypy – používají se k vyplňování dutin, podlah, atd. ,
 pěnové sklo - vyznačuje se vysokou pevností v tlaku, využití jako izolace základů,
nevýhodou je vysoká cena,
 vakuová izolace – používají se desky s povrchem z metalizované vyztužené fólie, ve které
je izolační hmota z pyrogenní kyseliny křemičité,
 transparentní izolace – „Trombeho stěna“, akumulační zeď za skutečnou stěnou, slunce
proniká přes izolaci, ohřívá hmotnou stěnu, která akumuluje teplo,
 recykláty – z celulózových vláken nebo drcený polystyren,
 izolace z přírodních materiálů – ekologické izolace, z obnovitelných materiálů (dřevěná
vlákna, dřevěná vlna, konopí, bavlna, len, korek, ovčí vlna, sláma).
18
Tepelné izolace z konopí a dřevovláknitých desek [2]
3.2.2.6
Výplně otvorů
Úkolem okenních konstrukcí je zprostředkovat vizuální kontakt s exteriérem a umožnit
vnikání světla do vnitřních prostorů. Kromě toho mají zvláště v případě pasivních domů velmi
důležitou funkci k zajišťování pasivních solárních zisků. Okna u pasivních domů musí splňovat kromě
funkčních a estetických požadavků také požadavky energetické. Okna lze u pasivních domů označit za
nejslabší články, jelikož jsou běžně až pětkrát tepelně slabší než obvodové konstrukce. Na druhé
straně jsou zdrojem solárních zisků, a proto při vhodném návrhu jsou okna v topné sezóně celkově
ziskové. To znamená, že zisky jsou větší než ztráty. Aby tohoto mohlo být docíleno, je potřebné, aby
splňovala následující podmínky:
 hodnota celého okna včetně rámu musí být menší než 0,80 W/(m2K),
 musí se zvolit vhodné zasklení – nejefektivněji se jeví zasklení trojskly vyplněnými
vzácným plynem; ty běžně dosahují hodnoty Ug < 0,6 W/(m2K) s vysokou propustností
slunečního záření nad 50%,
 musí se minimalizovat tepelné mosty v místech osazení okna do stěny – okna se umisťují
do vrstvy tepelné izolace, která se přetahuje přes rám okna; rám okna by měl být také
kvalitně izolován.
Důležitou otázkou je plocha zasklení. Bylo spočítáno, že největší úspory energie je dosaženo
při zasklení přibližně 30-40% plochy v jižní fasádě. Další zvětšování oken nevede k významným
úsporám a navíc kvůli přebytkům slunečního tepla dochází k výraznému přehřívání interiéru. V letním
období je nutné chránit okna vůči přehřívání a instalují se žaluzie nebo stínicí pergoly. Umístění
těchto žaluzií je nutné mimo úroveň tepelné izolace, například do samostatných boxů a skříněk. Okna
v pasivní budově by měla být fixní, aby se zamezilo nadbytečnému větrání netěsnostmi, ale z praxe se
navrhují alespoň malá otevíratelná křídla pro lepší lidský pocit a obytný komfort.
3.2.2.7
Koncepce vzduchotěsnosti
Pro fungování pasivního domu je důležité, aby míra těsnosti obalu byla velmi vysoká. Často se
setkáváme s námitkou, že dům nebude tzv. „dýchat“. Tato námitka je však neopodstatněná, jelikož
potřebnou výměnu vzduchu zabezpečuje dostatečné větrání. Naopak, objeví-li se netěsnosti v obalu
19
pasivního domu, dochází k úniku tepla a současně také vlhkosti, čímž vzniká nebezpečí, že vlhkost
začne kondenzovat na konstrukčních prvcích, čímž může ovlivnit jejich životnost. Další nebezpečí,
které s sebou přináší kondenzace vodních par na konstrukcích, je tvorba plísní v exponovaných
místech.
Současně těsnost obálky ovlivňuje i efektivitu zpětného zisku tepla větracího systému, jelikož
se vzduch vyměňuje netěsnostmi místo toho, aby procházel rekuperačním výměníkem. Již ve fázi
projektování je proto nutné navrhnout spojitou vzduchotěsnou obálku kolem celého objektu bez
zbytečného přerušení. Při realizaci je důležité přesně dodržovat projekt, který by měl obsahovat
dostatečně detailní stavební dokumentace. Významnou roli hraje také důkladný stavební dozor.
U masivních staveb je zajištěna vzduchotěsnost stěn vrstvou omítky bez prasklin.
U dřevostaveb plní funkci vzduchotěsnící vrstvy nejčastěji desky (např. OSB) nebo fólie, u nichž se
spoje přelepují speciálními páskami. Velmi důležité je důkladné provedení utěsnění oken a všech
míst, kde dochází k napojení a prostupu konstrukcí. Pouhé vyplnění spár PUR pěnou nestačí a místa
styků různých konstrukcí, nejen oken, je nutné utěsnit vhodnou páskou, tmelem nebo fólií.
V okamžiku provádění stavby, kdy je ještě přístupná neprůvzdušná vrstva a všechna napojení,
je doporučeno uskutečnit test Blower-Door. Tímto testem rozumíme detekční metodu na zjišťování
vzduchotěsnosti obálky budovy a tím dochází k zjištění energetické náročnosti domu (při vadách
vzduchotěsnosti oken, stěn či střechy totiž dochází k významným únikům tepla a tím větší náročnosti
na vytápění). Po dokončení stavby je tento test nutností. Touto zkouškou probíhá měření výměny
vzduchu pomocí ventilátoru, který v budově vytvoří přetlak a podtlak. Pro vyhledávání netěsných
míst se využívá termovizní kamery a další zařízení.
Blower-door test [5]
Hlavními zásadami pro koncepci vzduchotěsnosti jsou:



koncepce vzduchotěsnosti musí být dopředu navržena,
množství spojů, překryvů v napojeních a prostupů je třeba omezit na minimum,
všechna napojení musí být zkontrolována před osazením obkladu,
20





3.2.2.8
3.2.2.8.1
musí být uskutečněn test Blower-Door, a to v okamžiku provádění stavby, kdy je ještě
přístupná neprůvzdušná vrstva a všechna napojení. Již musí být osazena rovněž všechna
okna a dveře,
všechny materiály musí být výrobcem schváleny pro daný způsob použití,
všechny materiály musí být navzájem kompatibilní,
na vnitřní straně neprůvzdušné vrstvy musí být ponechán instalační prostor,
masivní zdivo je vzduchotěsné pouze tehdy, je-li opatřeno omítkou alespoň z jedné
strany.
Technická zařízení pasivních domů
Větrání
Větrání je u pasivních budov velmi důležitou činností, která je nutná z hlediska odvádění
nashromážděné vodní páry v místnostech. Pára musí být odváděna z důvodu vyrovnání relativní
vlhkosti mezi interiérem a exteriérem budovy a případné kondenzaci vodní páry. Kromě snížení
vlhkosti vzduchu je větrání nutné také z důvodu odvětrání oxidu uhličitého vznikajícího dýcháním,
vyvětrání prachu, odvodu škodlivin, které se uvolňují z nábytku, textilií, stavebních hmot a ostatních
předmětů a také z důvodu snížení obsahu radonu, jehož množství se může značně lišit podle lokality
a druhu stavebních materiálů.
Jak již bylo zmíněno, u pasivních budov je nutná výměna vzduchu. Doba, během které se
v místnosti vymění vzduch za čerstvý venkovní, trvá v závislosti na různých nastaveních větrání od
2 do 10 hodin. Splněna by měla být podmínka, že za jednu hodinu se do místnosti přivede 30m 3
čerstvého vzduchu za hodinu na jednu osobu.
U pasivních domů je zapotřebí, aby bylo na jednu stranu minimalizováno množství tepla,
které uniká větráním, na druhou stranu je však nutné zajistit potřebnou výměnu vzduchu. Z těchto
důvodů se u pasivních domů instaluje větrací zařízení s vysoce účinným zpětným získáváním tepla
(rekuperace). Rekuperační jednotky fungují na následujícím principu. Venkovní vzduch je nasáván a
přiváděn k zemnímu výměníku (jedná se o potrubí uložené v nezámrzné hloubce, kde je stálá
teplota), kde je předehříván, aby do centrální větrací jednotky nepřicházel ledový vzduch z venku. Ze
zemního výměníku pak vzduch putuje přes filtr k centrální větrací jednotce. Současně se odsává
použitý vzduch z koupelen, WC, kuchyně a další odvětrávaných prostor a je přiváděn k centrální
větrací jednotce. V rekuperátoru centrální větrací jednotky se následně provede odebrání tepelné
energie z odváděného vzduchu, která je pak přenesena do přiváděného venkovního vzduchu. Oběma
směry proudění vzduchu jsou navzájem dokonale odděleny, takže nemůže dojít k jejich smíchání. Tím
pádem nedochází ani k přenosu pachů, ani k přenosu škodlivin. Přefiltrovaný použitý vzduch, který
byl použit pro ohřátí venkovního vzduchu, je vypouštěn ven z domu.
21
Schéma principu větracího zařízení e zpětným získáváním tepla [3]
Účinnost rekuperačního zařízení by měla být minimálně 85%, což znamená, že odebírá 85%
tepelné energie obsažené v odváděném vzduchu a předává ji přiváděnému vzduchu. Spotřeba el.
energie by se měla pohybovat okolo hodnoty 0,4 W na m2. Větrací rozvody musí být vedeny pokud
možno přímočaře a měly by být co nejkratší, aby nedocházelo ke ztrátě tlaku uvnitř zařízení. Všechny
částí větrací soustavy by měly být opatřeny účinnou ochranou proti hluku, aby nebyla překročena
hladina hluku 25dB(A), která je udávána jako mezní pro obytné místnosti.
Rekuperační zařízení [6]
22
Hlavní zásady pro návrh a provedení větrací soustavy:







3.2.2.8.2
centrální jednotka by měla mít účinnost alespoň 85%,
spotřeba elektrické energie na úpravu vzduchu by neměla překročit hodnotu 0,4 W na
metr krychlový upraveného vzduchu za hodinu,
větrací rozvody musí být přímočaré a co nejkratší,
měl by být proveden výpočet potrubní sítě za účelem zjištění ztráty tlaku v potrubí,
měl by být navržen zemní výměník tepla s následujícími parametry – délka vedení: 30 m
až 40 m; průměr vedení 150 mm až 200 mm; hloubka uložení 1 m až 2 m,
v obytných místnostech nesmí hladina hluku přesáhnout 25 dB(A),
pro alergiky musí být osazeny pylové filtry
Vytápění
Koncepce pasivního domu umožňuje úplné vypuštění konvekčního způsobu vytápění díky
značným tepelným ziskům. Pro získání dostatečného množství tepelné energie většinou postačí
vzduch z rekuperační jednotky. Avšak při obzvláště chladném počasí se ani pasivní dům neobejde bez
přitápění, které je důležité zejména v obytných prostorách nebo v koupelně. Mezi nejčastěji
používané možnosti vytápění patří:









řízené větrání s rekuperací – systém využívá teplo odpadního vzduchu;
tepelné čerpadlo – většinou ve formě tzv. kompaktních agregátů, kde je tepelné
čerpadlo a vodní tepelný zásobník integrován do větracího zařízení;
plynové topidlo – ohřev vzduchu lze zajistit plynovým topidlem, plynové topidlo může
rovněž sloužit k ohřevu vody;
krb (zdroj sálavého tepla);
krbová kamna (zdroj sálavého tepla);
podlahové vytápění;
přímotopné radiátory – elektrické;
kotle na biomasu;
palivové články – přeměňují palivo elektrochemickým procesem na elektrický proud
a teplo;
Ukázka krbu v pasivním domě [7]
23
3.2.2.8.3
Příprava teplé vody
Energie, která je potřebná pro přípravu teplé vody na osobu na rok, je cca 400 kWh. K této
hodnotě je nutné připočítat ztrátu tepla v potrubí a v zásobníku teplé vody při centrální přípravě,
která představuje hodnotu 1000 až 2000 kWh na rok. Pro čtyřčlennou rodinu to znamená, že roční
odhad spotřeby energie pro přípravu teplé vody činí něco mezi 2600 až 3600 kWh. Z toho je jasně
patrné, že příprava teplé vody výrazně ovlivňuje spotřebu energie pasivního domu. Kromě toho se
pro přípravu teplé vody spotřebovává energie z fosilních zdrojů také v podobě elektřiny na pohon
oběhového čerpadla, na provoz hořáků a na regulaci. Z tohoto důvodu je potřeba snižovat provozní
náklady na přípravu teplé vody. Měla by být brána v potaz úsporná opatření. Hlavní věc, která by
měla být dodržena, je co možná nejkratší délka vodovodního vedení, přičemž by všechna vedení měla
být umístěna uvnitř vytápěného pláště budovy. Kromě toho musí být vodovodní potrubí opatřeno
tepelnou izolací, která brání tepelným ztrátám a současně i zahřívání budovy v letních měsících.
Hlavní zásady pro návrh a provedení otopné soustavy:





3.2.2.8.4
otopná soustava by měla být primárně dimenzována na přípravu teplé vody. Ohřívání
vzduchu je zajištěno takřka jako vedlejší produkt,
pro přitápění a pro ohřev vody je důležité zvolí pokud možno jednoduchý systém, aby
nevyžadoval nákladnou regulaci. Zkušenosti ukazují, že náročné systémy jsou jednak
drahé, jednak poruchové,
vodovodní vedení musí být co nejkratší a musí mít tepelnou izolaci. Kromě toho by mělo
být celé vedení umístěno ve vytápěných prostorech budovy,
pokud používáte k přitápění elektrické přímotopy a k ohřevu teplé vody elektrickou
energii, měli byste zvolit dodavatele elektřiny, který vyrábí a dodává elektřinu
z obnovitelných zdrojů,
výtokové baterie teplé vody musí být umístěny co nejblíže k sobě a po patrech nad
sebou, např. koupelna nad koupelnou nebo koupelna nad kuchyní.
Hospodaření s vodou
Průměrná spotřeba vody je 130 – 150 litrů na osobu za jeden den. Mezi možnosti, jak s vodou
zacházet hospodárněji, je nahrazení pitné vody v některých případech vodou srážkovou nebo vodou
ze studny, používání úsporných spotřebičů (pračky, myčky nádobí), instalace úsporných
splachovacích zařízení, instalace průtokových redukcí (šetří až 50% spotřeby), používání
bezdotykových baterií, úsporných sprchových hlavic, výměníků, čištění odpadních vod atd.




užitková voda – lze použít např. pro praní, sprchování, splachování, zavlažování zahrad,
atd.,
pitná voda – vaření, pití, atd.,
dešťová voda - využívá se například jako užitková voda pro splachování WC a pro praní.
Pro akumulaci srážkové vody se využívají podzemní či jiné nádrže,
studny - pokud se na pozemku vyskytuje spodní voda, je nejlepší variantou pro snížení
spotřeby vody vykopání study. Voda ze studny je dle kvality využitelná jako voda
užitková nebo pitná,
24


3.2.2.8.5
kompostovací záchody - tyto druhy WC se využívají u objektů, kde není zavedena
kanalizace, např. u samostatně stojících chat, u budov v chráněných krajinných oblastí,
atd. Odpadní voda z těchto zařízení je dále využitelná jako hnojivo na zahradu,
kořenové čistírny vod - v čistírnách dochází k přírodnímu čištění odpadních vod, je
využito vodní vegetace a mikroorganismů, které mají samočisticí schopnost. Jako tyto
čistírny jsou budovány přírodní jezírka, využívají vlastního mikroklima.
Kanalizace, odpadní vedení
Rozvody sítí kanalizace, odpadního vedení stejně jako např. vodovodu, elektroinstalace
a vzduchotechniky se neliší od běžné výstavby, je však nutné dodržovat základní konstrukční
a prováděcí principy. Jedná se zejména o utěsnění v místech napojení s obvodovými zdmi, tepelnou
izolaci vodovodních a rekuperačních vedení, vedení vzduchotechniky provádět samostatně, nejlépe
pod stropem, atd.
Všechny odpady, které procházejí obvodovým pláštěm budovy, představují slabá místa.
Protože kanalizaci však nelze u obytné budovy opomenout, je nutné minimalizovat počet těchto
slabých míst. To znamená, že všechna odpadní vedení by měla být pokud možno uvnitř budovy
sloučena a vyvedena ven jedním společným potrubím.
3.2.3
Využití obnovitelných zdrojů energií
U domů šetrných k životnímu prostředí se snažíme o takové řešení, aby potřeba energie
domu byla co nejmenší. K tomu přispívá dodržování zásad uvedených v předcházejících kapitolách.
Avšak i u sebelepšího návrhu a provedení stavební části zbývá určité množství energie, které musíme
domu dodat. Také zde je snaha o to, aby vše bylo provedeno co nejšetrnějším způsobem. Pro
vytápění a přípravu teplé vody proto využíváme např. solární kolektory, tepelná čerpadla, kotle na
pelety, kotle na zemní plyn. Pro výrobu elektřiny můžeme použít fotovoltaické panely (pro výrobu
elektřiny v létě) nebo tzv. kogenerační jednotky (pro výrobu elektřiny v zimě).
3.2.3.1
Sluneční energie a solární kolektory
Pokud využíváme technologie na využití slunečního záření (solární kolektory, trombeho
stěny, fotovoltaické panely) měly by být přímo součástí návrhu domu a integrovány do střechy,
fasády apod.
Solární kolektory se využívají se na ohřev teplé vody v domě nebo zahradním bazénu. Svou
účinností obvykle pokryjí 60 – 70% spotřeby energie pro ohřev. V letním období, kdy je aktivita
sluneční záření největší, dosahuje účinnost kolektorů 100% a vzniká přebytek tepla. Naopak je tomu v
zimním období, kdy slunečných dnů je velmi málo. V tomto období se musí využít i jiný zdroj pro
ohřev vody.
25
Solární energie se ukládá do akumulační nádrže a odtud se podle potřeby odebírá. Energie,
která chybí při nedostatečném slunečním záření, se dodává zařízením, které zajišťuje přitápění
budovy. Pro instalaci kolektorů je nutné dodržet následující podmínky:



orientace kolektorů by měla být mezi jihovýchodem a jihozápadem,
sklon kolektorů by měl být 25° až 45°,
plocha pro instalaci nesmí být zastíněná.
Solární kolektor [8]
Druhy solárních kolektorů:



3.2.3.2
ploché deskové kolektory – tepelně izolovaná deska, která je z horní části prosklená,
uvnitř této desky je absorbér,
trubicové vakuové kolektory – skleněné trubice, které mají uvnitř měděnou trubičku
působící jako teplotní médium, prostor uvnitř skleněné trubice je vyplněn vakuem, který
působí jako tepelná izolace,
teplovzdušné kolektory – stejný princip jako vakuové kolektory, jako topné médium zde
figuruje ohřátý teplý vzduch.
Fotovoltaické systémy
V tomto solárním článku probíhá přeměna slunečního záření na elektrickou energii. Pomocí
této techniky mohou budovy získávat potřebnou energii s velmi malými emisemi škodlivých plynů
v bilanci životního cyklu. Fotovoltaiku lze dodatečně instalovat na starší budovy, ale lze ji projektovat
i na novostavby.
Druhy fotovoltaických systémů a článků:




s monokrystalickými články – na bázi křemíku, účinnost 15–17% ,
s polykrystalickými články – jednodušší a levnější výroba, účinnost 13-16%,
pásový křemík – účinnost 14% ,
amorfní křemík – účinnost – 8-10 %.
26
Fotovoltaický systém [9]
Průměrné hodnoty elektrické energie (Wh/den), kterou lze získat během jednoho dne ze solárního
panelu s výkonem 110 Wp (cca 1 m2) dle měsíců [11]
3.2.3.3
Kogenerační jednotky
Kogenerační jednotka je zařízení, které vytápí dům a zároveň vyrábí elektřinu. V podstatě se
jedná o kotel na zemní plyn, propan nebo pelety, který navíc kromě tepla vyrábí elektřinu.
27
Kogenerační jednotka [10]
3.2.3.4
Hospodaření s elektrickou energií
K principům pasivního domu patří minimalizace celkové spotřeby energie v domě. Do toho se
musí zahrnout samozřejmě také spotřeba elektřiny v domácnosti.
Ke snížení spotřeby elektrické energie v domácnosti mohou přispět následující rady:
 Při nákupu domácích přístrojů vybírat přístroje s nejnižší spotřebou. Vyšší cena
spotřebiče se vrátí během několika let v podobě úspor za elektřinu.
 Při koupi přístroje sledovat jeho zařazení do třídy podle spotřeby energie.
 Žárovky nahradit úspornými.
 Pokud je k dispozici přívod plynu, pak by měl být sporák připojen na plyn.
 Mrazničku umístit do chladné místnosti. Čím je místnost chladnější, tím nižší je spotřeba
energie.
 Chladničku umístit pokud možno na chladnější místo v místnosti. To znamená ne hned
vedle sporáku nebo topného tělesa.
 Chladničky, které nemají mrazící oddíl, jsou úspornější než ty, které ho mají.
 Pračku napojit na přívod teplé vody. To se vyplatí zejména tehdy, když se teplá voda
ohřívá pomocí solárního zařízení.
 Je-li to možné připojit myčku na nádobí k přívodu teplé vody.
28
3.3 Hodnocení energetické náročnosti budov
3.3.1
Průkaz energetické náročnosti budovy
Energetický průkaz náročnosti budov obsahuje informace o energetické náročnosti budovy
vypočtené podle metody stanovené prováděcím právním předpisem (vyhl. 148/2007 Sb. - bude
v blízké době novelizována). Energetická náročnost budovy se stanovuje výpočtem celkové roční
dodané energie v GJ potřebné na vytápění, větrání, chlazení, klimatizaci, přípravu teplé vody
a osvětlení při jejím standardizovaném užívání bilančním hodnocením. Průkaz energetické náročnosti
budovy obsahuje protokol prokazující energetickou náročnost budovy a grafické znázornění
energetické náročnosti budovy. Klasifikace energetické náročnosti budovy je rozdělena do
klasifikačních tříd A až G. Průkaz energetické náročnosti budovy je zpracováván na základě oprávnění
k činnosti v oblasti energetické účinnosti vydaného Ministerstvem průmyslu a obchodu České
republiky.
Ukázka průkazu energetické náročnosti budovy [12]
Průkaz energetické náročnosti budovy je od 1. 1. 2009 povinnou součástí dokumentace ke
stavebnímu řízení při výstavbě nových budov.
29
Povinnost se vztahuje na následující budovy:








rodinný dům,
bytový dům,
hotel a restaurace,
administrativní budova,
nemocnice,
vzdělávací zařízení,
sportovní zařízení,
obchodní zařízení.
Povinnost zpracovat průkaz energetické náročnosti budovy není dle zákona o energiích u výrobních
budov v průmyslových areálech, u provozoven a neobytných zemědělských budov. Dále pak pro
budovy do 50 m2, dočasné stavby nebo například stavby určené k náboženským účelům.
Cena za PENB na běžný rodinný dům je 3.500,- Kč a doba vypracování do 5-ti pracovních dnů.
3.3.2
Energetický štítek obálky budovy
Energetický štítek obálky budovy a protokol k němu jsou přehledné technické dokumenty,
kterými lze doložit splnění požadavku na prostup tepla obálkou budovy. Pouhý energetický štítek
obálky budovy nemá vůbec žádnou vypovídací hodnotu o celkové energetické náročnosti budovy, ale
pouze o vlastnostech obálky, tedy o souhrnu všech stavebních konstrukcí, které oddělují budovu od
venkovního prostředí. Důležitý je fakt, že jej nelze vyhotovit jako samostatný elaborát, který by bylo
možno použít například pro stavební řízení, žádost o dotaci na zateplení a podobně.
Přes výše uvedená fakta se nejedná o bezvýznamný dokument. Energetický štítek obálky
budovy je povinnou součástí energetického auditu budovy zpracovávaného podle zákona 406/2000
Sb. o hospodaření energií při podávání žádosti o finanční příspěvek podle některého z vypisovaných
dotačních titulů.
Energetický štítek obálky budovy sice neříká nic o celkové energetické náročnosti, neboť v té
hraje podstatnou roli kromě kvality stavby jako takové též úroveň technického zařízení budovy (TZB).
Nicméně v kontextu celé zprávy o energetickém auditu lze spolehlivě vyčíst, jak velký potenciál
možných energetických úspor lze očekávat například od investice do zateplení budovy. Pokud se
k výpočtům používá některý z profesionálních softwarů, je energetický štítek obálky budovy jedním
ze zcela objektivních výstupů na rozdíl od hodnocení TZB, kde do hry vstupuje někdy i zcela
subjektivní pohled energetického experta.
30
Ukázka energetického štítku obálky budovy [13]
31
3.4 Dřevostavby
3.4.1
Úvodní část
Dřevostavbami označujeme stavební objekty, pro jejichž výstavbu je využíváno dřeva či
jiných materiálů na bázi dřeva. Využitelnost těchto staveb je velmi různorodá, dřevostavby mohou
sloužit jak k bydlení, tak jako rekreační, administrativní, občanské či jiné stavby. Samotný stavební
objekt je obvykle tvořen různými dřevěnými komponenty, a to jednak masivními dřevěnými prvky
(používanými pro nosné konstrukce) či jinými dřevěnými průmyslově vyráběnými materiály (desky
z orientovaných třísek OSB, dřevovláknité desky apod.).
Hlavními výhodami dřevostaveb jsou dobré tepelně-izolační vlastnosti (nízkoenergetický
standard), nízká spotřeba energie při výstavbě (suchá technologie) a celková ekologičnost. Dřevo
jakožto ekologický obnovitelný materiál vytváří zdravé přírodní prostředí. Dřevěné stavební prvky lze
snadno recyklovat, a tudíž případný odpad není zátěží pro životní prostředí. V dnešní době jsou
dřevostavby s oblibou využívány v oblastech nízkoenergetického a ekologického bydlení.
3.4.2
Tepelně izolační vlastnosti dřevostavby
Vzhledem k nízké tepelné vodivosti, zaručuje dřevo dobré tepelně-izolační vlastnosti. Nízké
tepelné ztráty dřevostaveb zajišťují oproti klasickým zděným stavbám nižší potřebu energie na
vytápění. Vnitřní prostory dřevostavby lze díky menší akumulační schopnosti snadno a během krátké
doby vytopit. Tato akumulační schopnost dřeva často způsobuje přehřívání objektů v letních
měsících.
3.4.3
Akustické vlastnosti dřevostavby
Dřevostavby jsou charakterizovány nižšími hodnotami vzduchové a vyššími hodnotami
kročejové neprůzvučnosti. Odpor konstrukce vůči zvuku nesenému vzduchem je nižší a míra hluku
přenášeného konstrukcí, který vzniká při otřesech (např. způsobených chůzí), je naopak vyšší.
Požadované akustické vlastnosti dřevostaveb lze zajistit použitím kvalitních izolačních řešení
stavebních technologií. Jedná se zvláště o akustickou izolaci stropních konstrukcí a dále eliminaci
bočních cest vedení zvuku.
3.4.4
Bezpečnost dřevostavby
Při zajištění bezpečnosti provozu dřevostaveb je nutné zajistit patřičné řešení problematiky
protipožární ochrany. Navzdory skutečnosti, že dřevo je hořlavý materiál, není riziko požáru
u dřevostaveb vyšší než u staveb z jiných stavebních materiálů. V tomto směru bývají dřevostavby
často opředeny různými mýty. Chování správně dimenzované dřevěné konstrukce lze při případném
požáru dobře odhadnout, a tedy i jemu předcházet.
32
Při požáru se chová dřevo předvídatelným způsobem. Dojde-li k vznícení, vytvoří se na
povrchu dřeva zuhelnatělá vrstva, která chrání před dalším procesem hoření. Odolnost vůči požáru se
tímto prodlužuje. Dřevostavby mohou být dále chráněny speciálními protipožárními nátěry
a obkladovými materiály (např. sádrokartonové desky).
3.4.5
Konstrukční systémy dřevěných staveb
Z hlediska skladby a uspořádání vrstev pláště budovy se v oblasti dřevostaveb objevují
novodobá a výhodná řešení. V dnešní době je taktéž zaznamenán inovativní vývoj dřevěných nosných
systémů.
Základní typy dřevostaveb jsou:

srubové stavby,
Srubová stavba [14]

hrázděné stavby,
Hrázděná stavba [15]
33

Balloon-Frame, Platform-Frame,
Baloon–Frame [16]

Platform-Frame [17]
rámové stavby,
Rámová stavba [18]
34

skeletové stavby,
Skeletová stavba [19]

stavby z masivního dřeva.
Stavba z masivního dřeva [20]
Tradiční systémy srubových či hrázděných staveb či systémy Balloon-Frame a Platform-Frame
(často konstruované v zámoří a v anglosaských zemích) ztratily již před delší dobou do značné míry na
významu nebo se vyskytují pouze v jednotlivých regionech. Moderní stavění se dřevem se neomezuje
na napodobeniny tradic. Současný vývoj v dřevěných stavbách čím dál více odpovídá dnešnímu
myšlení a jednání. Stavební odborníci se sice musí pokusit porozumět stavebním tradicím, musí však
chápat dřevěné stavby především jako novou, moderní úlohu.
35
V současné době se převážně používají následující konstrukční systémy:



rámové stavby,
skeletové stavby,
masivní dřevěné stavby.
Systémy se výrazně odlišují konstrukcí i vzhledem. Podle regionu nebo způsobu konstrukce
jsou také rozdílně pojmenovány.
Ty systémy, které jsou vyráběny a dodávány pod chráněnou ochrannou značkou, se označují
jako systémy týkající se výrobků. Tyto zpravidla sériově vyráběné konstrukční systémy jsou, pokud
podíl masivního dřeva překračuje 50 % vlastního nosného systému, přiřazeny k masivním dřevěným
stavbám.
3.5 Srubové stavby
Srubové stavby se těší konstrukční tradici, která sahá daleko do minulosti. Tento způsob
konstrukce výrazně ovlivnil vývoj dřívější evropské architektury dřevěných staveb a je široce
rozšířený. V Rusku a Skandinávii se setkáváme se srubovými stavbami, které určují obraz tradičního
prostředí. V těchto oblastech nebyly prováděny jako srubové stavby pouze obytné domy, ale také
paláce, věže a kostely. Také v středoevropských horách a především v Alpách měly srubové stavby
velké využití jako příbytky obyvatel.
Ještě dnes se v horských oblastech zřizují srubové stavby. Ve Švýcarsku jsou takovými
oblastmi například bernská vysočina, Wallis, Freiburské Alpy a Bündnerland, v Německu bavorské
Alpy a v Rakousku také horské oblasti.
Mezi známé české srubové stavby patří Libušín a Maměnka v Pustevnách z r. 1898. Jsou to
secesní stavby s bohatým dekorem typickým pro Valašsko a slovanskou lidovou architekturu.
36
Pustevny – Libušín a Maměnka (architekt Dušan Jurkovič) [21]
Vědomosti generací tesařů, které se předávají mladé generaci především ústně, pomáhají
stavět nové srubové stavby, které však musí být přizpůsobeny novému standardu bydlení. Tím je
zajištěno, že si tento druh konstrukce zachová svoji svébytnost, konstrukční pravidla budou
dodržována a zůstanou zachovány charakteristické regionální znaky.
3.5.1
Srubové stavby s novodobými konstrukčními elementy
Plášť budovy srubových staveb dříve sestával z jediné vrstvy, která měla současně
obkladovou, nosnou a prostor vytvářející funkci. Avšak v nynější době nároky uživatelů na izolaci
a pohodu prostředí výrazně vzrostly. Tyto zvýšené požadavky vedly k dnes běžným plášťům budovy
a dřevěným konstrukčním prvkům s více vrstvami, které plní různé úkoly.
Pro srubové stavby jsou dostupné různé systémy, zčásti prefabrikované. Přitom je snahou
sloučit tepelnou izolaci, instalační dutiny, obklady nebo vnitřní konstrukce i nosnou konstrukci do
jednoho elementu. Jako příklad pro toto stavění slouží tradiční srubová stavba s vodorovnými
dřevěnými prvky ukládanými vzájemně na sebe. Tyto elementy smontované do plošných
konstrukčních prvků tvoří vlastní jádro stěny, která je vytvořena obdobně zděným nebo betonovým
konstrukcím. Tyto konstrukce ovšem sotva mají celostátní význam a málo se používají.
Potěšitelný vývoj byl zaznamenán v horských regionech, a to zásluhou architektů, kteří
pracují s velkým citem pro regionální zapojení a navrhují s novým porozuměním pro konstrukční
princip srubových staveb. Pochopení nosné a obkladové funkce jako architektonického potenciálu
posouvá srubové stavby do nové dimenze. Rohy a hrany, výstupky a stupně, trámy a nosníky přitom
zůstávají viditelné (Obr. Srub). Architektura a konstrukce jsou v souladu.
37
Srub [22]
3.5.2
Charakteristické znaky srubových staveb
Mezi charakteristické znaky srubových staveb patří:






vysoká řemeslná dovednost;
speciální výběr dřeva;
umělecké rohové spoje;
pevné uspořádání půdorysu;
velká spotřeba dřeva;
sednutí.
3.6 Hrázděné stavby
U řady hrázděných staveb zůstává nosná kostra stavby viditelná. Hrázděné stavby jsou široce
rozšířeny. Četné hrázděné stavby stojí ve východní a střední Evropě, ale také v Anglii, severním
Německu, Dánsku a Nizozemsku. U severských staveb je hrázděná soustava vytvořena velmi
pravidelně a tvoří většinou poměrně hustou sít' obdélníků a čtverců, včetně oken jako integrované
časti konstrukčního systému. Také v severní Francii vykazují hrázděné stavby podobně důsledně
vytvořenou konstrukční strukturu, ale forma projevu a proporce jsou změněné. Ve Francii je
především zdůrazněna konstrukční logika; dekorační elementy slouží ke zdůraznění celé struktury.
V jižním Německu a přilehlých částech Švýcarska s kantony Thurgau, Zurich, Schaffhausen, Appelzell
a St. Gallen se vyvinula zvlášť bohatě utvářená architektura hrázděných staveb. Přes tento
geograficky úzký prostor vykazují stavby odlišné regionální znaky.
Hrázděné stavby se vyvinuly zvláště v regionech, v nichž dřevo nebylo k dispozici v takovém
množství, jaké je potřebné například pro srubové stavby. Mimoto lze u hrázděných staveb také
používat spíše krátké části listnatého dřeva.
38
Až do poloviny 19. století se vyráběly převážně hrázděné stavby, jejichž hlavní nosná
konstrukce (a tedy i vyzdívka) zůstala viditelná. Ve městech se již před r. 1800, především však
v druhé polovině 19. století, hrázděné stavby omítaly, aby napodobovaly masivní stavby z kamene
a zdiva. Věřilo se, že se tímto způsobem získají domy bezpečnost proti požáru. Vedle toho měl tento
jako „venkovský“ pociťovaný druh staveb dostat „městskou“ tvář.
Tradiční hrázděná stavba [23]
3.6.1
Hrázděné stavby v současné době
Nosná konstrukce bývá tvořena dřevěnými svislými a šikmými sloupky, kde prostor mezi nimi
vyplňuje vyzdívka, která je obvykle tvořena cihlami. Oproti srubové konstrukci je u tohoto typu menší
spotřeba zdiva. Rovněž pravidelné střídání sloupků a vyzdívky působí esteticky velice příjemně a užití
tohoto typu zdiva má dlouhou tradici. Pro dosažení lepších tepelně izolačních vlastností je možno
přidat dodatečně tepelnou izolaci.
Klasické hrázděné stavby s nosnou konstrukcí viditelnou z venkovní strany se dnes
u novostaveb téměř nepoužívají. Výztužná vzpěrová konstrukce hrázděných staveb byla nahrazena
vývojem nových materiálů na bázi dřeva a deskových materiálů, tak i výrobními metodami
s ekonomicky i konstrukčně zajímavými alternativami. Tesařství ovšem stále ještě zná hrázděné
stavby se vzpěrami a příčkami.
Pro různá použití např. pro zemědělství nebo pro jednoduché jednopodlažní až nejvýše
dvoupodlažní účelové stavby jsou dřevěné hrázděné stavby stále ještě hospodárné, ovšem většinou
s obloženou nosnou konstrukcí. Moderní přesné tesařské stroje nebo výrobní linky řízené počítačem
vedou společně s novými poznatky a metodami pro vysoušení dřeva k hospodárnosti hrázděných
staveb pro uvedená použití. Čepy a zapuštění jsou příznivější spojovací prostředky než tvarové
39
součásti z plechu nebo ocelové části. Důvod spočívá ve skutečnosti, že u dřevěných prvků
uspořádaných v malých vzdálenostech, jsou spoje namáhány pouze málo. U hrázděných staveb
dochází k přenosu svislých zatížení přímo kontaktními styky dřeva.
3.6.2
Charakteristické znaky hrázděných staveb
Mezi charakteristické znaky hrázděných staveb patří:





3.6.3
nosná kostra může být oboustranně obložena, podle tradičního vzoru však zůstává
zvenku viditelná;
patrová výstavba;
především čisté spoje dřeva s čepy, zapuštěními a plátováním;
nosné dřevěné prvky vykazují větší a spíše čtvercové průřezy;
jednoduchá montáž.
Vícepodlažní hrázděné stavby
Historické konstrukce ukazují spolehlivost hrázděných konstrukcí také u vícepodlažních
staveb. Mezi jejich charakteristické prvky patří:
 konstrukce se musí vytvořit tak, aby bylo pokud možno zabráněno sedání;
 nákladné zajištění dřeva, přesto se má použít vysušené dřevo;
 při montáži se konstrukce musí chránit před povětrností;
 udržování je při zvenku viditelné hrázděné konstrukci nákladné a pracné;
 hrázděné konstrukce vícepodlažních staveb dnes již nejsou účelné z montážně technických
a konstrukčních důvodů, ale ani z investičního hlediska.
3.6.4
Tradiční konstrukce pro vyztužení hrázděné stěny
Rozličně zabudované vzpěry jsou také významným ozdobným elementem hrázděného domu.
A+B
C
D+E
F+G
Ondřejův kříž
Čtyřkový kříž
Pětiprvkový kříž nebo zkřížený kosočtverec
Kosočtverec
Tradiční konstrukce pro vyztužení hrázděné stěny [*9]
40
3.6.4.1
Balloon-Frame, Platform-Frame (nosná konstrukce s průběžnými sloupy, plošinová
konstrukce)
Již v polovině 19. století byly tradiční rukodělné techniky zatlačeny početnými novými
strojními výrobními prostředky. Společně s podstatně příznivějšími možnostmi přepravy, ke kterým
došlo koncem 19. století, to vedlo k dostupnosti nových, doposud nepoužívaných materiálů. Účinky
na architekturu i stavební techniku se projevily. Nově nahradilo tradici, v Evropě vyšly dřevěné stavby
přinejmenším na určitý čas z módy. V ještě mladých Spojených státech amerických s jejich
požadavkem na rychlou výstavbu se však okolo r. 1850 zrodil zvláštní druh dřevěných staveb
a architektury: konstrukce Balloon-Frame. Možná to bylo mimo jiné vlivem průmyslové a hromadné
výroby hřebíků. Balloon-Frame, žebrový stavební systém ze dřeva, sestává ze sloupků postavených
v malých vzdálenostech, které jsou vyztuženy prkny nebo deskami na bázi dřeva, přitlučenými
hřebíky. V Severní Americe se v zásadě prosadily dva konstrukční systémy:

Balloon-Frame
U systému Balloon-Frame procházejí stěnové sloupky průběžně přes dvě nebo více podlaží.
Spodní a horní uzavření tvoří vodorovná prkna (prahy a vaznice). Stropní nosníky jsou uloženy na
stojaté fošně, která je zapuštěna do zářezů stěnových sloupků.
 Konstrukce s průběžnými dřevěnými prvky – Balloon-Frame [*9]
41

Platform-Frame
Charakteristickým znakem Platform-Frame (obr.) je poschoďová skladba. Plošina se během
stavby používá jako pracovní plocha a výrobní místo. Systém Platform-Frame je v Severní Americe
ještě dnes běžná metoda pro jedno a dvoupodlažní domy. Tento konstrukční systém umožňuje
standardizaci a prefabrikaci a používání normalizovaných konstrukčních prvků. Kromě toho je tento
způsob stavění velmi flexibilní vzhledem ke konstrukci i architektonickému řešení.
Konstrukce s poschoďovou výstavbou – Platform-Frame [24]
3.6.5
Sloupkové stavby dnes
Sloupkové stavby, prováděné podle amerického vzoru koncem dvacátých let také v Evropě,
se v průběhu času vyvinuly do nejrůznějších konstrukčních systémů. Starší hrázděné stavby se tedy
ještě mohou vyvíjet. Snad nejvýznamnější rozdíl mezi sloupkovými a hrázděnými stavbami spočívá ve
způsobu vyztužení. Nosná kostra hrázděných staveb je sama vyztužena vzpěrami, zatímco
u sloupkových staveb nosná konstrukce získává stabilitu venkovním bedněním z masivního dřeva
nebo deskami na bázi dřeva a svislé nosné dřevěné prvky probíhají po celé výšce budovy.
U sloupkových staveb se spoje provádějí kontaktními spoji dřeva namáhanými tlakem, hřebíky,
přeplátováním a zčásti také čepovými spoji. Dnes platí, že sloupkové stavby nebo podle jejich
původních názvů označené stavební systémy Balloon-Frame nebo Platform-Frame jsou přinejmenším
v Evropě nahrazeny kvalitativně lepšími rámovými stavbami.
42
3.6.6
Charakteristické znaky sloupkových staveb





malá možnost předvýroby, vysoká pracnost na staveništi;
budova je vyztužena plášti;
konstrukce je oboustranně obložena;
štíhlé, vysoké průřezy;
těsná vzdálenost sloupků.
3.7 Rámové stavby
Nosná konstrukce rámových staveb sestává z tyčové nosné kostry, z řeziva a z pláště
stabilizujícího nosnou kostru. Tyčová nosná kostra přitom přenáší svislá zatížení ze střechy
a mezipatrových stropů zatímco pláště z desek na bází dřeva přenášejí vodorovná zatížení, která
vznikají účinkem větru a výztužných sil.
S ohledem na výrobu je základním principem dnešních rámových staveb prefabrikace ve
výrobním závodě. Přitom se podle využití budovy navrhují různé skladby stěn, stropů a střechy
a vyrábějí se jako dílce. Tak jako je běžné u předchůdce rámových staveb, stavebního systému
Platform-Frame, také rámové stavby se projektují, konstruují, vyrábějí a montují poschoďově.
Dílce se vyrábějí v klimatizovaných výrobních halách, které poskytují optimální výrobní
podmínky. Pro precizní výrobu jsou k dispozici dopravní a výrobní stroje řízené počítačem. Pro
přepravu a montáž se používají výkonné zdvihací a přepravní prostředky. Díky těmto pomocným
zařízením je možné vyrábět dílce větších rozměrů než dříve. Již při navrhování je třeba brát ohled na
přepravní podmínky. Předpisy silničního provozu tak omezují největší rozměry konstrukčních prvků.
Montáž probíhá v co nejkratším čase, totiž v jednom až dvou dnech pro jeden rodinný dům.
3.7.1
Dnešní rámové stavby
Rámové stavby, které vznikly ze stavebního systému Balloon-Frame a Platform-Frame, se už
dávno vyvinuly v USA, tak i v Kanadě a ve skandinávských zemích do používaného a osvědčeného
konstrukčního systému. Podle odhadu se v zámoří staví tímto systémem až 90 % všech volně stojících
jedno až dvoupodlažních rodinných domů. Také ve střední Evropě trvale vzrůstá podíl dřevěných
rámových staveb. Svaz německých tesařů (Bund Deutscher Zimmermeister) vydal již v roce 1985
podpůrnou pracovní pomůcku pro stavbaře, konstrukční katalog „Holzrahmenbau“ (v roce 2006 vyšel
v novém a přepracovaném vydání). Ve Švýcarsku byla v r. 1988 zpracována a vydána dokumentace
k dřevěným rámovým stavbám jako součást podpůrného programu Dřevo.
Vnější vzhled takto konstruovaných domů často neodpovídá typu dřevěných domů, na jaký
jsme ve střední Evropě zvyklí. Nosná kostra je u rámových staveb uvnitř i zvenku zcela obložená.
Obklady fasády se sestávají často z desek na bázi dřeva nebo z rostlého dřeva. Jsou dobře a trvanlivě
chráněny krycí povrchovou úpravou. V některých lokalitách se surová rámová stavba opatřuje
kompaktní fasádou sestávající z venkovní izolace a omítky. Jako vnitřní obklad stěn slouží desky na
bázi dřeva, sádrovláknité nebo sádrokartonové desky, které se omítají, natírají nebo také tapetují
bílým odstínem. Rámové stavby jako převážně standardizovaný druh konstrukce se v posledních dvou
43
desetiletích staly na trhu běžné a lze je označit jako dobře zavedené. Zvyklosti a stávající poměry ve
střední Evropě jsou odlišné od zemí původu rámových staveb.
Vlastnosti tohoto systému dřevěných staveb byly přizpůsobeny našim potřebám. Proto lze
předpokládat, že se tento konstrukční systém bude dále prosazovat, protože je hospodárný
a vyznačuje se jednoduchou konstrukcí a architektonickou volností uvnitř systému. Mimoto jsou
používané průřezy dřeva a deskové materiály na bázi dřeva nebo sádry trvale ve vysokých jakostech
dostupné a v krátké době k dispozici. Ve Švýcarsku a přilehlém zahraničí, ale také ve Skandinávii,
Kanadě a USA byly již postaveny vícepodlažní rámové stavby. Zkušenosti jsou zcela pozitivní a ukazují,
že rámové stavby jsou s úpravami vhodné také pro vícepodlažní stavby. Technická řešení ve zvukové
izolaci a protipožární ochraně, ve statice a stavební fyzice, ale také při výrobě a montáži se osvědčila.
I v našich končinách jsou dřevostavby s rámovou konstrukcí stále populárnější, a to i z toho
důvodu, že jsou extra bytelné. Tento systém totiž pochází z Kanady, kde jsou klimatické podmínky
výrazně extrémnější než u nás.
Bytelný rám tvoří nosné prvky připevněné na horní a spodní pas - vodorovné prvky. Nosné
prvky se nazývají sloupky neboli stojky. Takto vytvořený základní rám se opláští deskami, které
zamezují vychylování stojek do stran. K vychylování stojek by mohlo dojít například při silném větru.
Jde o příčné vyztužení, takzvané zavětrování. Kompaktní dřevěný celek tvoří stabilní rám. Odtud je
odvozen název "rámová konstrukce." Mezi konstrukcí a vnitřní stěnou jsou ukryty všechny rozvody
a instalace. Volný prostor v rámové konstrukci je vyplněn tepelnou izolací.
Pokud je při stavbě použita kvalitní a dostatečně silná vrstva izolace, lze eliminovat závislost
domu na vnějších zdrojích energie a vytvořit tak třeba i pasivní dům. Úniky tepla lze snížit
na minimum také eliminací tepelných mostů a různých netěsností objektu.
Obrovskou výhodou rámových konstrukcí dřevostaveb je jejich mimořádná variabilita, která
umožňuje vytvořit jakoukoli dispozici interiéru podle přání stavebníka. Výstavba rámové konstrukce
je velice rychlá a flexibilní, jednotlivé stavební prvky jsou lehké, snadno se přepravují a není zapotřebí
žádné těžké techniky. Fasáda dřevostaveb s pevnou rámovou konstrukcí může mít nejrůznější
povrchové úpravy, takže ani nemusí být na první pohled poznat, že jde o dřevostavbu. Dům může být
obložen dřevěnými lamelami nebo třeba obezděn lícovými cihlami. Naopak do hor a do přírody se
bude hodit klasická stavba srubového typu.
Rámová konstrukce [25]
Oplášťovaná konstrukce [25]
44
Dřevostavba rámové konstrukce vypadá po dokončení jako tradiční zděný dům [25]
3.7.2
Charakteristické znaky dřevěných rámcových staveb











volnost architektonického řešení;
jednoduchý konstrukční systém;
opakující se detaily;
nosná kostra sestává ze štíhlých, standardizovaných průřezů;
celkové vyztužení oplášťováním;
jednoduchá dostupnost materiálu;
poschoďová výstavba;
spoje kontaktními styky a mechanickými spojovacími prostředky;
rastrový rozměr 400-700 mm, přednostně 625 mm;
konstrukce oboustranně obložena;
krátká doba výstavby, jsou možné různé stupně předvýroby.
3.8 Skeletové stavby
S rostoucím významem dřevěných konstrukcí ve vícepodlažních a vysoce objemových stavbách
získávají moderní dřevěné skeletové stavby novou důležitost. Tento druh konstrukce s jeho větším
nebo menším rastrem sloupů ze dřeva nebo také v kombinaci s ocelí nebo železobetonem je ideální
také pro jedno a dvoupodlažní komplexy budov. K tomuto rostoucímu významu dřevěných
skeletových staveb přispěly také nové prutové materiály na bázi dřeva a technika jejich spojování.
Skeletové stavby jsou snad jedním z nejstarších druhů konstrukce. Vedle jednoduchého způsobu
kladení dřevěných kmenů vodorovně na sebe u původních srubových staveb dřevěná kulatina již brzy
také zahrabávala do země jako svislé sloupy a do vidlice větví se vkládala střešní příčná dřeva. Pro
vyplňování skeletu stěny mezi sloupy tehdy sloužilo pletivo z větví s povrchovou úpravou z hlíny.
Z těchto původních konstrukcí ze dřeva se postupně vyvinuly hrázděné stavby, které po staletí
převládaly v řadě regionů Evropy. Přinášely více možností pro rozdělení prostoru. Dnes se vyžadují
podstatně větší plochy oken než ještě před 100 lety, což je technicky také možné. Dnešní skeletové
stavby se jeví vhodně modifikované: primární konstrukce vykazuje velké rozměry rastru, do něhož lze
vsadit vnitřní a vnější stěny v libovolném uspořádání a provedení. Takovým způsobem se vyvinuly
45
moderní skeletové stavby s jasným oddělením úloh mezi nosnou konstrukcí a stěnami uzavírajícími
prostor.
Pod pojmem skeletové stavby se rozumí specifické konstrukce ze dřeva s touto
charakteristikou: je to druh stavby, která ze sloupů, nosníků a výztužných prvků v pravidelném rastru
tvoří nosnou konstrukci. Tato primární nosná konstrukce integruje stropy jako sekundární nosnou
konstrukci z nosníků nebo z plošných, prefabrikovaných konstrukčních prvků. Stěny vytvářející
prostor mohou být zabudovány nezávisle na tomto nosném skeletu, protože nemusí přenášet žádná
zatížení, a je možné použít velkoplošná okna a prosklené plochy.
Ve skeletových stavbách se nosná konstrukce z konstrukčních důvodů (ochrana proti
povětrnosti, neprůvzdušnost pláště budovy) ponechává, kde je to jen možné, na vnitřní straně
vnějších stěn viditelná. Vnější plášť může tak být osazen „beze spár" okolo budovy. Uspořádání
nosných prvků uvnitř určuje a podporuje architektonický vzhled.
Ve vztahu k nosné konstrukci je třeba považovat skeletové stavby za protipól systémům staveb
z masivního dřeva a rámových staveb. Zatímco u staveb z masivního dřeva a rámových staveb je
nosná struktura lineární a zatížení přenášejí stěny, u skeletových staveb přenášejí zatížení bodově
uspořádané sloupy. Stěny nepřenášejí zatížení a zůstávají tak nezávislé na koncepci nosné
konstrukce. Ta je většinou viditelná, bývá však podle řešení vnitřní výstavby často spojena se
zavěšenými stropy nebo vestavěnými prvky. V důsledku větších rozpětí a zvýšených požadavků na
viditelné dřevěné prvky se ve skeletových stavbách přednostně používá lepené lamelové dřevo. Jako
spojovací prostředky slouží často viditelné, přednostně také zapuštěné a tím neviditelné, ocelové
prvky nebo ojediněle také čisté spoje dřeva.
3.8.1
Novodobé dřevěné skeletové stavby
Skeletové stavby jsou přesvědčivé svou účinností a především architektonickou mnohostranností
a čistotou konstrukce. Dřevěné skeletové stavby umožňují větší rozpětí s malým počtem vnitřních
sloupů než jiné stavební systémy, což ponechává značnou volnost pro řešení půdorysu. Stále více
stavebníků a investorů si přeje budovy, které jsou individuálně a velkoryse vybaveny flexibilním
a variabilním půdorysem. Takové tvořivé možnosti dovolují dřevěné skeletové stavby podle přání.
Racionálně zhotovitelné lepené dřevěné prvky a ze skladu dostupné spojovací prostředky umožňují
stavební systém, který zcela odpovídá dnešním nárokům na kvalitu a techniku. Dřevěné skeletové
stavby jsou vhodné pro správní, průmyslové a provozní budovy právě tak dobře jako pro školní
a bytové stavby nebo pro stavby veřejné a soukromé.
46
Skeletová dřevostavba [26]
3.8.2
Charakteristické znaky skeletových staveb







velká kompoziční volnost;
variabilní řešení půdorysu;
nosný skelet a stěny ohraničující prostor zůstávají vzájemně nezávislé;
škála rozměrů podle rastru a modulu;
dřevěný skelet může být uvnitř nebo venku viditelný nebo také oboustranně zakrytý;
spojování většinou ocelovými prostředky;
u stěnových, stropních a střešních prvků je velká možnost předvýroby.
3.9 Stavby z masivního dřeva
Možnost průmyslové výroby velkoplošných dílců vedla v posledních letech k vývoji a zavedení
nových systémů. Plošně, současně nosné a prostor vytvářející dílce umožňují mnohostranné využití
pro stěny, stropy a střechy. Konstrukční prvky sestávají většinou z masivního dřeva (lepeného, příčně
lepeného, spojovaného hmoždíky nebo hřebíky) nebo také, ovšem méně často, z desek na bázi dřeva
(třískových desek, desek OSB atd.). Podstatnou část tvoří bud' uzavřený, často masivní deskový
průřez, nebo optimalizované skříňové dílce, které se sestavují do plošné konstrukce.
Hlavní část nosného systému vždy sestává z nosného jádra, které je vytvořeno z masivního
dřeva nebo desek na bázi dřeva. Používá se výlučně jako plošně působící nosný systém. K přenosu
zatížení proto dochází výztužnými tabulemi. Dalším společným znakem konstrukcí v rámci dřevěných
masivních staveb je, že izolace se osazuje na nosnou konstrukci zvenku, tj. jako vnější izolační systém.
Výrobky se většinou vyrábějí a dodávají pod firemním názvem. Na trhu je cela řada výrobků, které
jsou výrazně rozdílné.
Tradiční srubové stavby používají vodorovně na sebe kladené dřevěné prvky z masivního
smrkového nebo jedlového dřeva a patří tak veskrze do skupiny „Masivní dřevěné stavby". Mohou
být dokonce označeny jako původ „Masivních dřevěných staveb“. V odborném světě se však dnes
pod tímto názvem rozumí nový druh dřevěných staveb, jejichž průmyslově vyráběné konstrukční
prvky, inženýrsko-technické posuzování a konstrukční principy, ale i architektonický výraz nemají nic
společného s tradičními srubovými stavbami. V této souvislosti vzniká otázka, jak velký musí být
masivní podíl systému, aby byl přiřazen k masivním stavbám? Pro plášťové stěnové systémy
s tyčovou nosnou kostrou tato otázka nevzniká, protože tyto se přiřazují k stavbám rámovým.
47
Existuje však přesto určitý počet systémů, které sestávají z výrazného podílu masivního dřeva,
v jádrové části však vykazují dutiny. Pokud tyto systémy vykazují dostatečný podíl masivního dřeva,
staticky v zásadě působí jako deska nebo výztužná tabule ohraničující vnější plochy roviny nosné
konstrukce, které jsou spojeny hustě uspořádanými stojinami (skříňové systémy), lze je také přiřadit
k masivním stavbám. Předpokladem je, že masivní podíl činí nejméně 50% nosné konstrukce.
Stavba z masivního dřeva [27]
3.9.1
Charakteristické znaky masivních dřevěných staveb











Nosná vrstva z masivní, plošně působící desky;
masivní podíl je nejméně 50 % uzavřené nosné vrstvy;
plošně působící nosný systém je tvořen velkorozměrovými plošnými dílci nebo
konstrukčními prvky malého formátu;
jednovrstvé systémy spojované hřebíky nebo hmoždíky i vícevrstvé systémy slepené
příčné nebo křížové nebo spojované hmoždíky;
většinou poschoďová výstavba, avšak jsou možné také průběžné stěny a zavěšené
stropy;
účinný přenos vysokých zatížení;
vyztužení budovy se provádí plošnou nosnou konstrukcí;
příčné nebo křížové slepené systémy jsou vysoce rozměrově stabilní;
redukovaný počet vrstev konstrukčního prvku, protože nosná konstrukce, ohraničení
prostoru, těsnící rovina atd. podle systému jsou výhradně vytvořeny masivními dílci
nosné konstrukce;
masivní dřevěné konstrukční prvky odebírají vlhkost ze vzduchu místnosti, tuto vážou
a v suchých obdobích ji opět odevzdávají;
rozličné konstrukční systémy jsou většinou vztaženy na výrobek a změřeny podle
výrobce.
48
Stavba z masivního dřeva [28]
49
3.10 Informační model budovy (BIM)
V posledních době se do podvědomí stavební veřejnosti stále více dostává pojem BIM (Building
Information Modeling – informační model budovy). Čím dál tím více se s tímto pojmem můžeme
setkat v názvech projektových softwarech CAD, jelikož je propagován výrobci projektových softwarů
jako nová platforma pro navrhování staveb. Zřejmě z tohoto důvodu si lidé (poněkud nesprávně)
myslí, že se jedná o nový softwarový nástroj, případně softwarové řešení pro navrhování staveb ve
3D. Tento pohled na problematiku BIM je však velmi zjednodušený a zavádějící, hlavně z toho
důvodu, že BIM není ve skutečnosti konkrétní softwarové řešení, ale globální přístup k přípravě
projektové dokumentace a její následné využití při přípravě, realizaci i ve správě budov.
Building Information Modeling je moderní, inteligentní proces pro tvorbu a správu projektů
založený na modelu. Umožňuje tvořit a spravovat projekty pozemních a inženýrských staveb
infrastruktury - rychleji, ekonomičtěji a s nižším dopadem na životní prostředí. BIM software
Autodesku nabízí široké portfolio řešení pro návrhy, vizualizace, simulace a spolupráci vycházející
z obsahově bohatých informací inteligentního modelu. Základní myšlenkou systému je práce
architektů, statiků a profesních specialistů s jednotným modelem s definovanými parametry
jednotlivých objektů. Tento model poté přestává být pouhým 3D zobrazením objektů a stává se z něj
v podstatě „virtuální stavba“.
Struktura BIM [29]
50
V současné době lze pozorovat tři základní trendy, jimiž jsou koordinace projektové
dokumentace pomocí tzv. clash detection (detekce kolizí), řízení stavební výroby pomocí BIM
a využití modelů pro facility management.
Clash detection vychází z myšlenky trojrozměrné koordinace jednotlivých profesí již ve fázi
projekčních prací pomocí sdíleného modelu. Jedná se především o koordinace mezi modelem
architektonicko-stavebním, statickým a jednotlivými profesemi TZB s důrazem na vzduchotechniku,
vodu a kanalizaci a případně i vytápění (tedy zejména profese se zvýšenou prostorovou náročností).
Kontrola kolizí (koordinace) je prováděna po sloučení jednotlivých modelů do jednoho společného
modelu za pomocí automatických softwarových nástrojů. Jednotlivé kolize jsou pak řešeny. Je nutné
zdůraznit, že tento systém řeší především koordinace prostorové, jako jsou protínání a prostupy
jednotlivých konstrukcí, předepsané odstupy, umístění technologií v šachtách, koordinace technologií
a statiky a technologií navzájem. Tato možnost využití BIM má v současné době největší podporu
z důvodu možností velkých úspor nákladů, které vznikají v důsledku nedostatečné koordinace
výkresové dokumentace.
Řízení stavební výroby pomocí modelů BIM je široká oblast od přímých výstupů z modelu do
CNC strojů přes vizualizace harmonogramů až po výkazy výměr a rozpočtování.
Ukázka výstupů z BIM [30]
Facility management je pak poslední fází využití modelu jako podkladu pro řízení provozu
budov nejenom jako 3D vizualizace a prostředí, ale i jako databázový podklad systémů FM.
51
Ukázka vizualizace v BIM [31]
52
4
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy
Co se týká hodnocení uplatnění absolventů skupiny stavebních oborů z hlediska shody vzdělání a
zaměstnání lze je označit za průměrné. Stavebnictví je v České republice velmi významným odvětvím.
Útlum stavební výroby však způsobí pokles zaměstnanosti v odvětví v příštích letech. U pracovních
míst s vyšším požadavkem na odbornost, na komunikaci s klientem a s vyšší mírou odpovědnosti, jsou
vyhlídky na uplatnění i v době ekonomické krize hodnoceny stále jako dobré. Více ceněné budou
především nedostatkové a nové profese s kombinovanými znalostmi z více oborů (stavebnictví –
elektrotechnika - automatizační technika) a orientací v nových trendech stavebního trhu (inteligentní
budovy, úspory energií).
Z výše uvedeného textu tedy jednoznačně vyplývá, že znalost nových oblastí a trendů
v jednotlivých stavebních oborech je pro uplatnění současných studentů velmi důležité. Oblast
stavebnictví je jednou z nejvíce ohrožených oblastí právě díky vleklé hospodářské recesi. Obor
stavebnictví v podstatě kopíruje vývoj ekonomiky a s jejím úpadkem dochází rovněž k poklesu vývoje
stavebnictví, které se tak potýká s nedostatkem zakázek a silnou konkurencí.
Pro zaměstnavatele je tedy v době přetlaku poptávky po práci nad její nabídkou snazší si vybrat
zaměstnance, kteří již disponují příslušnou praxí (a ucházejí se o práci) a nejsou s výkonem jejich
povolení spojeny žádné další vícenáklady do vzdělání a zaučení. Jedním z východisek v této tíživé
situaci je příprava studentů a tedy budoucích absolventů na oblasti, trendy a moderní obory, které
s jistou mírou pravděpodobnosti budou v další etapě rozhodujícím prvkem na poli stavebnictví.
Znalost těchto oborů pak do značné míry zvýší kredibilitu těchto uchazečů/absolventů na trhu práce
a u potenciálních zaměstnavatelů.
4.1 Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků
zaměstnavatelů
Co se týče požadavků kladených na absolventy stavebních oborů, můžeme je rozdělit zhruba
do dvou základních oblastí, a to na oblasti tzv. tvrdých znalostí a měkkých znalostí. Tvrdými znalostmi
budeme rozumět ty znalosti, jež absolventi získají v rámci studia na středních školách a odborných
učilištích a které jsou všeobecně požadovány zaměstnavateli. Měkkými znalostmi pak budeme
rozumět především těm osobním a osobnostním, tzn. předpoklady pro správné zvládnutí požadované
práce, schopnost plnit včas a kvalitně požadované úkoly, schopnost pracovat v týmu apod. Určitým
mezičlánkem mezi těmito dvěma oblastmi pak můžou být jazykové znalosti, které mohou být
požadovány zejména u středoškolsky vzdělaných absolventů.
Ještě než se zaměříme na oblast tvrdých a měkkých znalostí, můžeme požadavky všeobecně
shrnout v základní kompetence absolventů.





kompetence k učení,
kompetence k řešení problémů,
komunikativní kompetence,
personální a sociální kompetence,
občanské kompetence a kulturní povědomí,
53



kompetence k pracovnímu uplatnění a podnikatelským aktivitám,
matematické kompetence,
kompetence využívat prostředky informačních a komunikačních technologií a pracovat
s informacemi.
Výše uvedený výčet je samozřejmě pouhou shrnovací osnovou ke všem požadavkům, které se
budou lišit v závislosti na pracovní pozici a dosaženému vzdělání.
4.1.1
Tvrdé znalosti (oborové)
- znát práva a povinnosti mistra, stavbyvedoucího případně povinnosti a práva samostatných
dělnických profesí;
- mít přehled o částech staveb, postup prací na stavbách;
- znát běžné stavební konstrukce, mít přehled o aktuálních novinkách, dokázat posoudit
únosnost a stabilitu jednotlivých prvků;
- orientovat se v komplexní dokumentaci staveb včetně technologických částí;
- mít přehled o stavebních strojích a strojních zařízeních z hlediska využitelnosti při stavebních
pracích včetně zásad bezpečného provozování a základních technických parametrů;
- znát vlastnosti stavebních materiálů a jejich zkoušení a mít přehled o hlavních výrobcích
běžných stavebních materiálech;
- znát technologické postupy běžných stavebních prací;
- umět efektivně hospodařit s finančními prostředky;
- umět nakládat s materiály, energiemi, odpady, vodou a jinými látkami ekonomicky a
s ohledem na životní prostředí.
4.1.2
-
Měkké znalosti
charakterové předpoklady pro výkon povolání;
zdravotní dispozice;
znalost BOZP (bezpečnosti ochrany zdraví při práci);
ochota učit se novým věcem;
flexibilita;
ochota pracovat přesčas v sezóně, případně při velkém počtu zakázek.
54
5
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí
5.1 Velká Británie
V rámci realizace projektu „Inspiruj se a vzdělej se“ navštívila skupina pedagogů odborných
praxí a člena realizačního týmu Velkou Británii, konkrétně městečko Weybridge.
Hlavním cílem čtyřdenního pobytu, který se uskutečnil v termínu 25. – 28. 2. 2013, bylo
seznámení se se systémem fungování anglického školství. Pro stáž zaměřenou na oblast strojírenství,
elektro, ICT a stavebnictví, byla záměrně vybrána Velká Británie. Navštívenou školou byla Brooklands
college, Weybridge. Tato škola byla založena v roce 1806 a je financována vládnou Velké Británie.
Dojezdová vzdálenost do školy je 76 km a mezi nejznámější firmy, které se školou spolupracují jsou
především British Airways, Toyota, Fiat potažmo Mc Laren. Tato škola již 100 let rozvíjí systém
odborného školství ve Velké Británii, zvláště se pak zaměřuje na technické obory, kde se snoubí
teorie s praxí. Mezi hlavní cíle této školy bych zmínila tyto cíle: Nejlepší kvalita učení a péče státu,
vedení žáků ze základních škol, a dojednání výhodných výdělků pro studenty. Stát, tedy Velká
Británie, vymezuje pedagogickou dokumentaci a vzdělávací programy, zajišťuje přijímání a přípravu
zaměstnanců na jejich povolání, stanovuje pravidla činnosti jednotlivých institucí a jejich statut a
zajišťuje platy učitelů, vychovatelů, poradců i tutorů. Ministerstvo školství a kvalifikací, pomáhá
vytvářet obecnou rámcovou politiku a vzdělávání a též se podílí na odborné přípravě a financuje
veřejné orgány, které se na vzdělávání a profesní přípravě podílejí. Místí správa zajišťuje dostatečný
počet školních míst pro žáky povinné školní docházky, poskytuje finance dotovaným školám, též
působí jako přijímací orgán. Místní správa též zaměstnává pracovníky v některých kategoriích škol,
zajišťuje školní stravování, pokud tato funkce nebyla delegována na školu a zajišťuje dopravu pro
žáky. Do 75 km od školy je doprava do školy bezplatná.
Dalším důležitým faktorem ve vzdělávání ve Velké Británii je zapojení sociálních partnerů a to
především Rady pro vzdělávání a kvalifikaci, která podle zákona musí zajišťovat vhodná zařízení pro
studium, profesní přípravu a zajišťovat přípravu studentů pro profesní kvalifikace. Dále zde působí
Agentura pro rozvoj odvětvových kvalifikací, která je zodpovědná za rozvíjení moderního učňovství a
národních profesních standardů a národních profesních kvalifikací. Pokud bychom porovnali tuto
problematiku s českým školním systémem vyplyne nám mimo jiné následující závěr, že je nutné
obohacení Školního vzdělávacího programu o využití podnětů partnerů ve firmách. Anglický systém
je založen na participaci s výrobními podniky a díky tomu má také daleko propracovanější systém
učňovského školství. Velkou zajímavostí Britského systému je že je tam povinné celoživotní
vzdělávaní. Díky všem těmto faktorům mají studenti vysokou šanci na uplatnění na trhu práce.
55
6
Závěr
Tento materiál je odezvou na publikaci „Aktuální trendy a přehled novinek v oboru“.
Tato publikace je součástí projektu „Inspiruj se a vzdělej se“, registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je financován ze zdrojů Evropského sociálního fondu a státního
rozpočtu České republiky. Nositelem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné
učiliště, Roudnice nad Labem. Projekt je zacílen na rozšíření kvalifikace a zlepšení kompetencí
učitelů předmětů odborného výcviku a učitelů odborných předmětů v teoretickém vyučování na
středních školách v Ústeckém kraji v oborech stavebnictví, strojírenství, elektrotechnika
a telekomunikační technika.
Publikace „Aktuální trendy a přehled novinek v oboru“ má informovat pedagogické
pracovníky o aktuálních trendech a technologiích, o firmách a školách, o nejvíce zastoupených
profesích v oborech. Toto je citace úvodní pasáže zmíněného materiálu.
Tento materiál je částečně orientován též na stavebnictví. Jsou zde uvedeny vzdělávací
instituty, střední školy, střední odborná učiliště, která se zabývají stavebnickým oborem. Jedná se
o neúplný přehled škol, které v severočeském kraji poskytují v tomto oboru vzdělání.
Tento materiál není dogmatem, kdo se hodí na konkrétní specializaci, avšak si myslím, že
by se měli pedagogičtí pracovníci nadále vzdělávat a předávat studentům aktuální informace.
56
Seznam použité literatury
[*1] PREGIZER, D. Zásady pro stavbu pasivního domu. Grada Publishing, a.s. 1. vydání. Praha. 2009.
ISBN 978-80-247-2431-7.
[*2] SVOBODOVÁ, Z. Studie proveditelnosti rekonstrukce stavebního objektu. Fakulta stavební, Ústav
stavební ekonomiky a řízení. Brno. 2012.
[*3] NAGY, E. Nízkoenergetický a energeticky pasivní dům. Jaga group, s.r.o. Bratislava 2009. ISBN
978-80-8076-077-9.
[*4] Hlavní zásady navrhování nízkoenergetických a pasivních domů. Dostupné z:
www.enviprogramy.cz/download.php?fid=888.
[*5] TYWONIAK, J. Nízkoenergetické domy - principy a příklady. Grada Publishing. Praha 2008. ISBN
978-80-247-2061-6.
[*6] HUMM, O. Nízkoenergetické domy. Grada Publishing. Praha 1999. ISBN 80-7169-657-9.
[*7] Průkazy energetické náročnosti budov. Dostupné z: http://www.prukaznemovitosti.cz
[*8] Energetický štítek obálky budovy. Dostupné z: http://www.inkapo.cz/sluzby/energeticky-stitekobalky-budovy
[*9] KOLB, J. Dřevostavby. Grada publishing. Praha 2011. ISBN 978-80-247-2275-7.
[*10] VEVERKA, J., HAVÍŘOVÁ, Z., JINDRÁK, M. a kolektiv. Dřevostavby pro bydlení. Grada Publishing.
Praha 2008. ISBN 978-80-247-2205-4.
[*11] ZAHRADNÍČEK, V., HORÁK, P. Moderní dřevostavby. Computer press. Praha 2011. ISBN 978-80251-3568-6.
[*12] RŮŽIČKA, M. Stavíme dům ze dřeva. Grada Publishing. Praha 2006. ISBN 80-247-1461-2.
[*13] ŠTEFKO, J., REINPRECHT, L., KUKLÍK, P. Jaga Media s.r.o. Praha 2009. ISBN: 978-80-8076-080-9.
[*14] BIM ve stavební výrobě. Dostupné z: http://www.archinews.cz/6-95-fokus-bim-ve-stavebnivyrobe.aspx#.US33njCQXD4
[*15] Využití virtuálního modelu budovy (BIM) ve stavební praxi. Dostupné z:
http://www.casopisstavebnictvi.cz/vyuziti-virtualniho-modelu-budovy-bim-ve-stavebnipraxi_N5008
Zdroje obrázků
[1] http://www.nazeleno.cz/Files/FckGallery/ELK_pasivni%20dum_134.jpg
[2] www.enviprogramy.cz/download.php?fid=888
[3] PREGIZER, D. Zásady pro stavbu pasivního domu. Grada Publishing, a.s. 1. vydání. Praha. 2009.
ISBN 978-80-247-2431-7.
[4] http://www.hlc.cz/media/slovnik/5/12.jpg
[5] http://www.schaefer-triebenbacher-massivhaus.de/images/blower-door.gif
[6] http://www.nazeleno.cz/Files/FckGallery/283_v5_de_DE_img_p57_2.jpg
[7] http://bydleni.tiscali.cz/UserFiles/Image/stavba-a-rekonstrukce/energie/patri-krb-do-pasivnihodomu-820/03-schiedel-big-image.jpg
[8] http://oze.tzb-info.cz/docu/clanky/0088/008831o1.jpg
[9] http://www.klimatizace-pointec.cz/obrazky/small/250x250_fotovoltaika1.jpg
57
[10] http://files.cleanergy.webnode.cz/200000503bf98fc0922/Kogenera%C4%8Dn%C3%AD%20jednotka%20Cleanergy%20C9G%20www.cleanergy.cz.j
pg
[11] SVOBODOVÁ, Z. Studie proveditelnosti rekonstrukce stavebního objektu. Fakulta stavební, Ústav
stavební ekonomiky a řízení. Brno. 2012.
[12] http://www.prukaznemovitosti.cz/01.html
[13] http://www.inkapo.cz/sluzby/energeticky-stitek-obalky-budovy
[14] http://www.asb-portal.cz/stavebnictvi/drevostavby/montovane-domy-na-bazi-dreva-1366.html
[15] http://www.cadwork.com/indexL1.jsp?neid=11317
[16] http://deepenergyretrofit.wordpress.com/blog/
[17] http://www.payer.de/tropenarchitektur/troparch046.htm
[18] http://www.woodsystem.cz/ramova-nosna-kontrukce
[19] http://www.asb.sk/drevo-drevostavba-domy-stavba/galeria/5487/44625
[20] http://bydleni.idnes.cz/druhy-drevostaveb-v-cem-se-lisi-pet-typu-konstrukci-fyk/stavba.aspx?c=A090225_123632_stavba_web
[21] http://cs.wikipedia.org/wiki/Pustevny
[22] http://www.srubybernat.cz/sruby.html
[23] http://www.zemesveta.cz/archiv/rocnik-2005/lazensky-trojuhelnik-7-2005/1000-3/chebskemza-krasou-hrazdenek
[24] http://www.payer.de/tropenarchitektur/troparch046.htm
[25] http://www.ceskestavby.cz/clanky/jak-vypada-typicka-kanadska-drevostavba-21349.html
[26] http://www.drevostavitel.cz/clanek/skeletove-drevostavby-jsou-rajem-architektu
[27] http://www.svet-drevostavby.cz/cs/Technologie/Systemy-drevostaveb/Konstrukcni-systemydrevostaveb---masivne-panely/
[28] http://www.vseprovasdum.cz/drevostavby-klh.html
[29] http://www.autodeskclub.cz/mep-produkt-bim-informacni-model-budov
[30] http://www.konstrukce.cz/PublicFiles/UserFiles/image/K/2012/K612/800x800_abs02.jpg
[31] http://www.casopisstavebnictvi.cz/UserFiles/Image/2012/0312/46_skenovani.jpg
58
Obor
Strojírenství
Obsah
1
2
Úvod .............................................................................................................................................. 62
1.1
Lehké strojírenství ................................................................................................................. 62
1.2
Těžké strojírenství ................................................................................................................. 63
1.3
Střední strojírenství ............................................................................................................... 63
1.4
Přesné strojírenství................................................................................................................ 63
1.5
Investiční strojírenství ........................................................................................................... 63
1.6
Pro koho je publikace určena a její přínos?........................................................................... 63
1.6.1
Vzdělávací cíle publikace: .............................................................................................. 63
1.6.2
Cílová skupina: ............................................................................................................... 63
1.6.3
Popis současného stavu: ............................................................................................... 64
Výuka oboru strojírenství .............................................................................................................. 65
2.1
Základní pojmové požadavky na studenty ............................................................................ 65
2.2
Metody při výuce................................................................................................................... 65
2.2.1
Výklad ............................................................................................................................ 65
2.2.2
Individuální zapojení studentů ...................................................................................... 66
2.2.3
Praktické ověření, práce v odborných učebnách .......................................................... 66
2.2.4
Hodnocení studentů ...................................................................................................... 66
2.2.5
Úlohy na počítačích ....................................................................................................... 67
2.2.6
Odborný výcvik v učebních oborech ............................................................................. 67
2.2.7
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik .......................................................... 67
2.2.8
Literatura, studijní materiály, ostatní zdroje ................................................................. 68
2.3
Pojetí výuky ........................................................................................................................... 68
2.4
Doporučené metody a postupy výuky................................................................................... 69
2.5
Nesprávný přístup k výuce .................................................................................................... 72
2.6
Odborné kompetence žáka ................................................................................................... 72
2.7
Teoretický základ pro žáky .................................................................................................... 74
2.7.1
Základní prvky CNC obrábění ........................................................................................ 74
2.7.2
Řídicí systém .................................................................................................................. 75
2.7.3
Vztažné body CNC strojů ............................................................................................... 75
2.7.4
Struktura (stavba) CNC programu ................................................................................. 76
2.7.5
Hlavní funkční CNC frézek ............................................................................................. 78
3 Aktuální trendy a novinky a jejich využití v praxi (Uplatnění CAM a programování CNC frézek ve
výuce na středních školách) .................................................................................................................. 80
60
3.1
Tvorba CNC programu ........................................................................................................... 80
3.2
Začínáme s programováním .................................................................................................. 80
3.2.1
Programování lineární dráhy absolutně: G00, G01, G90............................................... 80
3.2.2
Programování lineární dráhy inkrementálně: G00, G01, G90 ....................................... 82
3.2.3
Programování kruhové dráhy absolutně: G00, G02, G03, G90 ..................................... 83
3.2.4
Programování kruhové dráhy inkrementálně: G00, G02, G03, G91 ............................. 85
3.2.5
Zpětná vazba výsledků výuky ........................................................................................ 86
3.3
3.3.1
Tvorba CNC programu součásti VODÍTKO (lze použít jako test 2)................................. 89
3.3.2
Tvorba CNC programu součásti PODLOŽKA (lze použít jako test 2) .............................. 91
3.4
4
Programujeme podle výkresu součásti ................................................................................. 89
Programování složitých obrobků pomoci CAM ..................................................................... 93
3.4.1
PowerMILL, zadání A: .................................................................................................... 94
3.4.2
PowerMILL, zadání B: .................................................................................................... 99
3.5
Tvorba NC kódu a jeho transport do výrobního stroje........................................................ 103
3.6
Programování na panelu výrobního stroje .......................................................................... 103
3.7
Výroba ................................................................................................................................. 107
3.7.1
Příprava stroje ............................................................................................................. 107
3.7.2
Výroba obrobku ........................................................................................................... 108
3.7.3
Kontrola rozměrů ........................................................................................................ 108
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy .................................................................. 110
4.1
Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků zaměstnavatelů ........... 110
4.1.1
Tvrdé znalosti (oborové).............................................................................................. 111
4.1.2
Měkké znalosti............................................................................................................. 111
5
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí ....................................................................... 112
6
Závěr ............................................................................................................................................ 113
61
1
Úvod
Další kapitolou v rámci dokumentu „Inspiruj se a vzdělej se“ reg. č.:CZ.1.07/1.3.49/01.0004,
který je podpořen Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky je obor
strojírenství- Tento projekt realizuje Střední odborné učiliště Roudnice nad Labem.
Hlavním cílem tohoto dokumentu je seznámit pedagogy s aktuálními trendy ve strojírenství.
Nejen aktuální trendy ale i efektivní metody výuky zajišťují kvalitní výuku současných i budoucích
studentů středních odborných učilišť. V tomto projektu jsou cílovou skupinou pedagogové středních
odborných škol z Ústeckého kraje.
Tento dokument by měl sloužit jako teoretická příprava pro pedagogy, kteří budou i následně
vyškoleni v těchto aktuálních trendech a budou své poznatky dále předávat svým studentům v rámci
výuky strojírenství. V rámci tohoto projektů byli pedagogové z vybraných škol na zahraničních stážích,
o kterých se dočtete dále v textu. Díky zahraničním stážím můžeme porovnat poznatky o
vzdělávacích metodách v České republice a v zahraničí. Tato komparace může být přínosná tím, že
pedagogové mohou některé metody ze zahraničí využít i ve zdejších podmínkách. Tuto publikaci lze
chápat jako pozitivní externalitu, kdy můžeme zvýšit konkurenceschopnost studentů, kteří své
aktuální znalosti mohou uplatnit na trhu práce.
Strojírenství je velmi známou technickou oblastí. Zahrnuje strojírenské materiály, konstrukci
(navrhování strojů a zařízení) a technologii (výrobu širokého sortimentu různých strojů a zařízení).
Vyznačuje se mimořádně velkou pestrostí výrobků. Škála produktů je tak široká, že můžeme začít u
nejjemnějších součástek pro rádio, zahradní stroje, automobily a přes obráběcí stroje, bojové lodě,
tanky a stíhačky se dostaneme až k supertěžkým obřím jeřábům nebo reaktorům elektráren. Mezi
odvětví strojírenství patří:

lehké strojírenství,

těžké strojírenství,

střední strojírenství,

přesně strojírenství,

investiční strojírenství.
1.1 Lehké strojírenství
Do této kapitoly jsou soustředěny veškeré obory vyrábějící spotřební elektrotechniku a
elektroniku. Typickým ukazatelem tohoto druhu strojírenství je velkovýroba s malou potřebou
kvalifikované pracovní síly a malou spotřebou materiálu, Produkuje domácí spotřebiče, např. TV,
rádio, žehličky, mixéry, aj.
62
1.2 Těžké strojírenství
Zabývá se výrobky s velkou hmotností a odolností. Zajišťuje stroje pro hospodářské podniky,
např. těžební stroje, hutnická zařízení. Můžeme sem zahrnout i výrobu zbraní ve smyslu námořních
bojových lodí a tanků.
1.3 Střední strojírenství
Soustřeďuje se na výrobu obráběcích strojů, ale i automobilů, motocyklů a dalších. Právě díky
masivní automobilové produkci, se jedná o stěžejní obor celého strojírenství. Kromě dopravních
prostředků se soustřeďuje i na výrobu těžkých zemědělských a stavebních strojů.
1.4 Přesné strojírenství
Obsahuje obory jemné mechaniky, optiky, výrobu měřících přístrojů a speciální zařízení pro
zdravotnictví, hlavně v poslední době náročnou elektroniku. Velký boom v posledních letech
zaznamenala výrobu osobních počítačů. Jedná se o nejvyspělejší strojírenský obor, vyžadující úzkou
spolupráci s výzkumnou základnou.
1.5 Investiční strojírenství
Patří k tradičním českým odvětvím s výrazným podílem v rámci zpracovatelského průmyslu i
ekonomiky ČR. Odvětví je charakteristické značnou výrobkovou diverzifikací; patří sem pevná,
mobilní nebo ruční zařízení, a to bez ohledu na to, zda jsou používána v průmyslu, stavebnictví,
stavebním inženýrství nebo zemědělství. Provádí výrobu kompletních celků pro energetiku.
Produkuje spalovací motory, turbíny, čerpadla, hřídele, hořáky, zvedací zařízení, traktory, pluhy, lisy
nebo polygrafické stroje.
1.6
Pro koho je publikace určena a její přínos?
1.6.1 Vzdělávací cíle publikace:
Tato publikace má seznámit učitele odborných předmětů s některými způsoby výuky, jak
naučit studenty středních odborných škol a středních odborných učilišť, používat současné CNC a
CAM technologie, se kterými se budou setkávat ve strojírenských firmách.
1.6.2
Cílová skupina:
Učitelé odborných předmětů středních odborných škol a středních odborných učilišť se
strojírenským zaměřením.
63
1.6.3
Popis současného stavu:
Výuka na středních školách vychází z možností, které potřeby strojírenských podniků mnohdy
nesplňují. Skutečnost je taková, že absolventi škol bez znalosti progresivních počítačových
technologií, se pak mohou jen obtížně uplatnit v konkurenčním prostředí.
Využívání CAM technologií a CNC výrobních strojů zasahuje do všech činností společnosti a
studenti středních odborných škol a středních odborných učilišť, by měli vstupovat na trh práce
vybaveni dovednostmi, a měli by umět s těmito technologiemi pracovat.
64
2
Výuka oboru strojírenství
2.1 Základní pojmové požadavky na studenty
CAD – počítačová podpora konstruování a kreslení strojních výkresů (umožňuje osvojení zásad pro 2D
kreslení strojních součástí na počítači pomocí programového vybavení AutoCAD a orientaci v nabídce
tohoto softwaru. Rozvíjí tyto znalosti o 3D modelování na počítači pomocí programu Inventor 11).
Jde o přípravu technické dokumentace, kreslené v prostoru a potřebné pro další zpracování pomocí
CAM technologií.
CAM – počítačová podpora technologie, návrh technologie pomocí softwaru. Žáci se učí používat
počítačový program PowerMILL (pro řídicí systém Heidenhain), který zpracovává grafické návrhy
technologie obrábění – dráhy nástroje. Nově se také bude vyučovat používání softwaru SprutCAM
pro stroje s řídicím systémem Siemens. Toto vytvořené grafické zpracování, žáci převedou do
číselného kódu a tento kód transportují do počítače stroje pro výrobu obrobku. Výstupem je výroba
součásti na CNC frézce.
CNC stroj – počítačem číslicově řízený stroj (např. CNC frézka, CNC soustruh, CNC obráběcí
centrum,…) Tyto stroje mají řídicí systém, který komunikuje s počítačem stroje, příp. s externím
počítačem a převádí pokyny, obsažené ve výrobním programu k pracovnímu orgánu stroje (vřeteno
s nástrojem, posuvy stolu). Řídicí systém je vlastně „nervovou soustavou“ celé soustavy stroj –
nástroj – obrobek.
CNC program je výrobní program v číslicové formě, který obsahuje všechny údaje, potřebné k výrobě
konkrétní součásti.
Tvorba CNC programu: závisí na druhu řídicího systému a typu používaného stroje. Základem pro
výuku programování je programování v ISO DIN, které seznámí účastníky modulu se strukturou CNC
programu, tj. co všechno má CNC program obsahovat. Pak lze navázat s programováním jiných stylů,
např. Heidenhain.
2.2 Metody při výuce
2.2.1
Výklad
Pedagogové při výuce strojírenství používají standartních metod, tedy přednes konkrétního
tématu studentům. Studenti si zapisují daný výklad, buď do poznámkových bloků, počítačů či
tabletů. Další formou jak studentům dané téma předat je forma diktátu. Obrázky a schémata si
studenti překreslují.
Stále ještě jsou preferovány klasické metody zápisu poznámek, protože si myslím, že pokud
si student danou látku zapíše do sešitu, při které musí využívat větší kapacity svého mozku, než když
si konkrétní učivo najde pouze na internetu bezhlavě stáhne. K e-learningové metodě mohu říct
pouze to, že tato metoda je dobrý nápad, avšak ještě není natolik dokonalý, aby se dal aplikovat na
studenty středních škol. Studenti jsou ve věku, kdy nejsou natolik zodpovědní, aby se sami doma
učili.
65
Závěr je tedy ten, že kvalitní výklad doprovázený ostatními druhy techniky jako jsou například data
projektory, interaktivní tabule, prezentace, či články z internetu
2.2.2
Individuální zapojení studentů
Aby se studenti aktivně zapojili do výuky a též se i aktivně připravovali na studium na vysoké
škole, mají za úkol vytvářet referáty, seminární práce či prezentace na konkrétní , v dané době
probírané téma. Přednes, který je nedílnou součástí od prezentování práce je též velmi důležitým
faktorem, se kterým se bude student potkávat po celý život. Ještě před několika desítky lety byla
příprava jakékoliv individuální práce mnohem složitější, než je dnes v době internetu. Myslím, že
když si student vyhledal na dané téma, knihy, pročetl je, vybral důležité poznatky, které mohl
uplatnit ve své práci a poté referát zpracoval a přednesl, evidentně z dané práce měl větší užitek a
znalosti, než je tomu dnes, kdy si dané téma může najít a stáhnout z internetu
2.2.3
Praktické ověření, práce v odborných učebnách
V oboru strojírenství probíhají praktická cvičení v dílnách, či pokud škola spolupracuje
s některým ze strojírenských podniků v regionu, může být praktická výuka směřována i tam. Velmi
důležitým faktorem pro praktická cvičení v dílnách je jejich vybavenost. Z pedagogického hlediska by
praktické cvičení mělo začínat triviálními úlohami, a na ty by měl pedagog postupně navazovat a
rozšiřovat znalosti na vyšší úroveň. Dalším závažným problémem je nedostatek dětí, hlásících se na
strojírenské obory, ty tam jsou doby, kdy se na střední průmyslovou školu přijímali pouze studenti
s vynikajícím prospěchem. V současné době je situace jiná, a školy se potýkají s nedostatkem žáků a
z toho plynoucím nedostatkem finančních prostředků, tudíž se i snížily požadavky na nově příchozí
studenty. V dnešní přetechnizované době, je velmi těžké najít studenta, který bude manuálně
zručný, a tak praktická výuka probíhá opravdu od těch nejjednodušších úkonů s běžným nářadím. Při
praktické výuce musíme též uvážit, zda budou studenti pracovat v týmu, kde můžeme pozorovat
jejich vzájemnou týmovou práci, která je na mnoha pracovištích důležitá, či zvolíme individuální
formu.
2.2.4
Hodnocení studentů
Při hodnocení teoretických znalostí, je pouze na konkrétním pedagogovi, jakým způsobem
hodnotí svého studenta, kterým známkám dává vyšší preference, a jaký styl zkoušení preferuje, zda
ústní či písemné, nebo kombinaci těchto dvou metod, tedy písemnou přípravu a ústní zkoušení, či
jestli zvolí formu testu. Je důležité se zamyslet nad hodnocením individuálních úloh a na váze těchto
známek.
Hodnocení při odborném výcviku, je také velmi složité. Pedagog může u studenta nalézt
aktivní přístup k danému problému, pozorovat rychlost jeho reakcí, či jak uplatňuje své teoretické
znalosti. Tyto faktory by se pak měly objevit v závěrečném hodnocení studenta.
66
2.2.5
Úlohy na počítačích
Samostatnou kategorii je pak celá řada softwarových produktů, které více či méně úspěšně
suplují praktické úlohy. Tedy zapojování obvodů různé složitosti. SW produkty, které vysvětlují
a pomáhají při sestavování měřících úloh. Jsou k dispozici různé simulační úlohy apod. Je k dispozici
spousta produktů z oblasti CAD, CAM, dají se aplikovat úlohy za pomoci programovacích jazyků atd.
Je tedy vždy dilema co zvolit, jakým směrem se ubírat. Patrně toto dilema je ještě komplikováno tím,
kde vzít na dané SW produkty peníze a sehnat odborníky nejlépe s praxí pro jejich výuku. Vždyť i
studium nových produktů není vždy snadnou záležitostí.
Je na místě argument, že tyto produkty dovedou přiblížit úlohy, které jsou jinak obtížně
realizovatelné, pokud vůbec ano.
Většina pedagogů je toho názoru, že nejlepší průpravou je praktická úloha v reálu.
Na trhu je dnes dostatek produktů, kterými lze vybavit pracoviště pro výuku elektrotechniky,
stavebnictví, strojírenství a telekomunikace, automatizace, robotiky atd.
Problém nastává při financování. Finanční náklady jsou značně vysoké a musí se také
opravovat, obnovovat, což jsou další peníze a hlavně to vyžaduje další zátěž na učitele. Ve většině
případů na většině škol dnes celá anabáze přípravy úlohy, její odměření, kontrola přístrojů a případné
opravy, to vše leží na bedrech vyučujícího.
2.2.6
Odborný výcvik v učebních oborech
Odborný výcvik v učebních oborech je samostatnou kapitolou, která se bude asi specificky
řešit v každém učilišti a oboru jednotlivě. Určitě by bylo ideální, kdyby učeň již od svého zahájení
studia alespoň tušil, že obor, který si vybral, mu poskytne obživu a mohl alespoň doufat, že jej nějaký
zaměstnavatel přijme. Ale pokud taková situace je, pak je asi spíš výjimkou. To se pak určitě
negativně projevuje i v samotné motivaci žáků.
2.2.7
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik
Exkurze je velmi kvalitní formou, která doplňuje teoretickou výuku. Záleží na daném
pedagogovi, jestli v rámci svého předmětu exkurzi uskuteční, a kam bude se studenty směřovat.
V současné době se potýkáme s nedostatkem strojírenských podniků v konkrétních regionech, kde
by se studenti mohli seznámit se strojírenským prostředím. Ovšem je možná i varianta, že daný
podnik není nakloněn této formě výuky a studenty na exkurzi nepřijme.
67
2.2.8
Literatura, studijní materiály, ostatní zdroje
Použití kvalitní literatury, která je ve strojírenství aktuální, je základem každé kvalitní výuky.
Učebnice na některých odborných školách mohou být zastaralé a neaktuální. Novým trendem je, že si
škola vytvoří svá vlastní skripta, avšak ty vytvoří jen díky svým kvalitně proškoleným pedagogům.
Odborné publikace z oblasti strojírenství jsou i pro pedagogy velkou vzácností, jelikož odborné
knihovny nejsou díky nedostatku finančních prostředků aktualizovány, tak záleží na konkrétním
pedagogovi a jeho soukromém odborném růstu, kdy ke vzdělávání musí vynaložit ne malé náklady.
2.3 Pojetí výuky
Na středních školách či středních odborných učilištích se zaměřením na strojírenství
a strojírenské obory je často vyučováno a tedy i doporučeno výuku prakticky řešit pomoci CAD/CAM
a CNC systémů v rámci předmětů strojírenské technologie, CAD, konstrukčních cvičení,
technologických cvičení a odborného výcviku. Začínáme kreslením v AutoCADu a Inventoru, kde si
student nejprve navrhne a nakreslí strojní součást jako 3D model. Následuje grafický návrh
technologie obrábění např. pomocí softwaru PowerMILL britské firmy Delcam, který slouží pro
návrhy obrábění i velmi složitých obrobků. Podobně se pracuje se softwarem SprutCAM pro CNC
frézku Numco H250 s řídicím systémem Sinumerik 802S. Student si zde může pomocí simulace
znázornit proces obrábění od návrhu polotovaru, výběru strategie obrábění, stanovení řezných
podmínek až po zhotovení obrobku v různých provedeních (kovový model, drátěný model, stínovaný
model). Poté student z grafického návrhu vytvoří číselný kód (NC program) drah nástroje. Tento kód
transportuje do počítače CNC frézky (používáme typ FV 25 s řídícím systémem TNC 310), odměří
nulový bod obrobku a délku nástroje (pomocí 3D sondy), provede test programu a součást vyrobí.
Používané technologie a strojní vybavení závisí na potřebách a finančních možnostech subjektu a jsou
velmi rozmanité. Dají se snadno vyhledat na internetu a konzultovat na Strojírenském veletrhu v
Brně, který se koná každoročně a je možné jej i s žáky navštívit.
68
CNC frézka FV 25 s řídicím systémem TNC 310 Heidenhain
Řídicí systém Heidenhain TNC 310 je na frézkách s max. 4 osami obrábění, místo 4. osy lze
nastavit úhel sklonu vřetena (3D obrábění = obrábění ve 3 osách, 4D obrábění = obrábění ve 3 osách
+ rotace kolem 1 osy, 5D obrábění = obrábění ve 3 osách + rotace kolem 2 os). Programování v ISO
lze velmi dobře realizovat i v běžné třídě bez počítačového vybavení.
2.4 Doporučené metody a postupy výuky
Ve výuce jednotlivých témat bude mít místo výklad, názorná ukázka, práce ve skupinách i
samostatná práce žáků. Nejčastější didaktickou metodou je výklad a předvedení činnosti na tabuli,
na počítači nebo na stroji, dále skupinové a později i samostatné vypracování CNC programu. Důležitý
je individuální přístup, tj. práce se žáky v malých skupinách. Výuka probíhá ve třídách, v počítačové
učebně s velmi dobrým softwarovým vybavením - AutoCAD 2012, Inventor 12, PowerMILL 2012,
nově SprutCAM 7 a v učebně CNC frézování. Prohlubování a procvičování získaných odborných
znalostí z teoretického i praktického vyučování a získávání nových teoretických a praktických
poznatků a dovedností v oblasti strojního obrábění, technické dokumentace, obsluhy a programování
CNC frézky s použitím současných CAD - CAM technologií bude přispívat k zlepšení postavení
pracovníka na trhu práce a zvýší jeho šance získat zaměstnání v současném strojírenském průmyslu,
využívajícím moderní obráběcí stroje řízené počítači.
69
CNC frézka Numco H250 s řídícím systémem Sinumerik 820S
Uplatnění CAM lze propojit s jinými aktuálními trendy, např. s využíváním HSS nástrojů, tj.
nástrojů pro vysokorychlostní obrábění, kdy produktivita výroby roste geometrickou řadou. Tyto
nástroje jsou však velmi drahé, pro výuku tedy užíváme nástroje z RO. Máme velmi dobré zkušenosti
s frézami HSS se speciálními povlaky TiCN-HARTCUT a TiAlCN-UNICUT firem Fraisa a Pokolm,
z materiálů slinutý karbid, cermet, kubický nitrid bóru.
70
Nástroje Fraisa a jejich charakteristiky (4)
Nástrčné a stopkové povlakované frézy Fraisa (4)
71
Stopkové povlakované frézy Fraisa (4)
2.5 Nesprávný přístup k výuce
Za nesprávný přístup ve výuce považujeme stresovat žáky při učení tím, že se užívají nákladné
nástroje bezúčelně. Tyto nástroje jsou určeny výhradně pro vysokorychlostní a velkoobjemové
obrábění a jejich užívání neúměrně zvyšuje náklady na výuku. Pro názornost výuky je třeba nechat
žáka, aby pracoval pokud možno sám i za cenu kolize nástroje a obrobku. Je třeba stát u stroje se
žákem a důsledně jej kontrolovat, zejména při obrábění oceli.
2.6 Odborné kompetence žáka
Žák: programuje v ISO DIN
orientuje se v programovacím stylu ISO DIN,
při tvorbě programu používá funkce geometrické, technologické, pomocné,
definuje dráhu nástroje jako relativní pohyb nástroje vůči obrobku.
programuje na panelu výrobního stroje
orientuje se v programovacím stylu Heidenhain,
při tvorbě programu používá funkce geometrické, technologické, pomocné,
definuje dráhu nástroje jako relativní pohyb nástroje vůči obrobku.
pracuje se softwarem PowerMill 2012
provádí nastavení prostředí PowerMILL a projektu,
volí nástroje, řezné podmínky a polotovar,
vybírá strategii hrubování a finišování,
vytváří NC kód drah nástroje,
72
transportuje NC kód do stroje,
připraví a nastaví stroj, provede test,
vyrobí plastový model obrobku, příp. ocelový obrobek.
obsluhuje CNC frézku
orientuje se v práci s ovládacím panelem stroje a s volbou pracovního režimu stroje,
orientuje se v souborech programů,
provádí změny v programech,
správně volí nástroje a řezné podmínky pro dané operace,
ovládá různé způsoby upínání obrobků a nástrojů,
připravuje a nastavuje stroj, jeho spouštění a zastavení, čištění a mazání stroje,
provádí obráběcí práce pomocí připraveného frézovacího programu,
zkontroluje rozměry obrobku a dodržuje kvalitu práce.
73
2.7 Teoretický základ pro žáky
Teoretická část výuky v uvedených odborných předmětech obsahuje jednotlivé statě
z konvenčního obrábění, technického kreslení, konstrukčního i technologického cvičení, CAD a
odborný výcvik ve studijních i učebních oborech podle příslušných vzdělávacích plánů. U studijních
oborů převažuje teoretická průprava, u učebních oborů se zaměřujeme na praktickou stránku
problematiky. Teoretický základ rozděluji do 5 bloků a postupně se žáci seznamují s významem
jednotlivých symbolů a jejich použitím.
Za nesprávný přístup k osvojení problematiky se považuje probrat velký objem informací bez
rozfázování a postupného procvičení použití jednotlivých symbolů a jejich významu.
2.7.1
Základní prvky CNC obrábění
C… computer = počítačem
N… numerical = číslicově
C… controlled = řízeno
Význam CNC technologií: užití v sériové / velkosériové výrobě
Počítač→ Řídící systém → Pracovní orgán
Řídící systém: přenáší informace od počítače k pracovnímu orgánu
2.7.1.1
Vztažné body CNC strojů
Aby bylo možno určit polohu OB a polohu N v souřadné soustavě stroje, jsou v konstrukci stroje
stanoveny tzv. vztažné body.
Nulový bod stroje – určuje výrobce při konstrukci stroje, nelze jej měnit a je počátkem souřadné
soustavy stroje
Referenční bod stroje – umožňuje najíždění k OB a odměřuje dráhy obrábění
Nulový bod obrobku – pomocný bod pro programátora, který jej volí na OB jako nejvýhodnější k
programování dráhy nástroje
2.7.1.2
Podklady pro zpracování výrobního postupu:
Výkres součásti - geometrický tvar, rozměry a kvalita povrchu OB
Údaje o stroji - konstrukce stroje, velikost pracovního prostoru, velikost pracovních pohybů, druh
prováděných operací
Údaje o polotovaru - tvar a velikost polotovaru (důležité pro upínání)
Upínací prostředky - musí zajistit co nejbezpečnější a nejpřesnější upnutí OB
Údaje o nástrojích - volba nástrojů dle požadované operace, druhu materiálu a kvality povrchu OB
74
Řezné podmínky – řezná rychlost, otáčky, posuvy, hloubka řezu (uvádí výrobce nástrojů v tabulkách
doporučených řezných rychlostí).
2.7.2
Řídicí systém
Řídící systém je tvořen bloky s různými funkcemi
např. vstupy, paměti, operační jednotky, řadiče, výstupy,...
Pravoúhlé řízení - pracovní pohyb v pouze 1 souřadnici, pak následuje pohyb v jiné
souřadnici
Souvislé řízení – umožňuje pracovní pohyb současně ve dvou osách ... 2D
ve 3 osách ..................................... 3D
ve 3 osách s rotací kolem 1 osy …..… 4D
ve 3 osách s rotací kolem 2 os …….... 5D
Řídicí systém lze přirovnat k nervové soustavě v těle člověka. Přenáší informace od počítače
(mozku) k pracovnímu orgánu (ruce, nohy).
2.7.2.1
Souřadné systémy:
a) Pravoúhlý: bod 1 je dán souřadnicemi x1, y1, z 1
bod 2 je dán souřadnicemi x2, y2, z2
bod 3 je dán souřadnicemi x3, y3, z3
b) Polární: bod je dán průvodičem r a úhlem φ, který svírá průvodič s kladným smyslem osy x,
např. bod 1(r1, φ1), bod 2(r2, φ2) atd.
2.7.2.2
Způsoby programování:
1. Absolutní – každý bod dráhy nástroje je vztažen k počátku souřadného systému
2. Inkrementální – jednotlivé body dráhy nástroje jsou vztaženy k předchozímu bodu dráhy nástroje
a jsou určeny přírůstky v osách x,y,z (inkrement … přírůstek)
2.7.3
Vztažné body CNC strojů
Nulový bod obrobku – programátorem zvolený bod, který slouží ke stanovení vzájemné polohy
nástroje a obrobku, volí se technologicky výhodně – např. na čelní plochu nebo nejvyšší plochu
obrobku.
Nulový bod stroje - výrobcem stanovený bod v konstrukci stroje, který je počátkem souřadného
systému stroje a nelze jej měnit.
Referenční bod stroje – nahrazuje nulový bod stroje, na který zpravidla nelze nástrojem najet. Proto
je výhodné stanovit referenční bod, na který lze automaticky najíždět.
75
Poloha referenčního bodu
určuje odměřování dráhy obrábění, protože řídící systém si pamatuje polohu referenčního bodu
vzhledem k nulovému bodu stroje a zná tedy po najetí na referenční bod absolutní polohu v
souřadném systému stroje.
Definování pohybu - při programování CNC strojů se vychází z toho, že nástroj je v relativním
pohybu vůči obrobku.
Tzn. zdá se, že nástroj se otáčí kolem své osy a zároveň posouvá v osách x,y,z. Ve skutečnosti se
nástroj otáčí kolem své osy a obrobek se posouvá v osách x, y.
2.7.4
Struktura (stavba) CNC programu
CNC program… soubor informací, vyjádřených pomocí písmen a číslic (kódů)
CNC program se skládá z bloků (řádků), bloky jsou složeny ze slov, slova se skládají z písmen a číslic.
Slovo popisuje 1 příkaz.
Obsahuje 2 části: adresa (písmeno) + číslice
Druhy funkcí:
- geometrické
- technologické
- pomocné
Geometrické funkce:
G
Určují tvar dráhy obrábění a charakter relativního pohybu nástroje a obrobku.
Např. G00 … pohyb rychloposuvem do zadaného bodu
G01 … lineární pohyb (po přímce)
G02 … pohyb po kružnici (ve směru hodin)
G03 … pohyb po kružnici (proti směru hodin)
G17, G18, G19 … obrábění v rovinách xy, yz, xz
G30 … definování polotovaru – min. bod
G31 … definování polotovaru – max. bod
G40 … zrušení korekce dráhy nástroje
G41 … korekce dráhy nástroje vlevo od obrobku
G42 … korekce dráhy nástroje vpravo od obrobku
G90 … absolutní programování
G91 … inkrementální programování
Technologické funkce:
T
Určují technologické podmínky obrábění (druh a číslo nástroje, řezné podmínky –
otáčky, posuvy).
Např. T01 … nástroj č. 1 (je dán druhem, průměrem, délkou)
T02 … nástroj č. 2, atd.
Sxxx … otáčky nástroje, např. S1000
Fxxx … posuvy v osách, např. F500, F150
Nxxx … číslo bloku (řádku), např. N052)
D…...... funkce korekce nástroje
76
Pomocné funkce:
M
Určují pomocné funkce, vyplývající z obsluhy stroje.
Např. M02 … konec programu
M03, M04 … otáčení vřetene vpravo/vlevo
M06 … výměna nástroje
M08 … zapnutí chlazení
M09 … vypnutí chlazení
M92 … odjet pryč
Ukázka programu ISO DIN (2)
77
2.7.5
Hlavní funkční CNC frézek
Rám stroje – tvořen základnou a stojanem se svislými vodícími plochami, vana
Stůl frézky – upínací plochy, konzola, mechanismy pro podélný a příčný posuv, upínač
Vřeteník – v něm uloženo vřeteno, převody, spojka, hlavní pohon
Posuvová skříň a elektrické rozvody – obsahují převody a pohony pro posuvný pohyb stolu frézky
a elektrické vybavení frézky
Počítač a řídící systém – obsahuje elektronické prvky pro tvorbu CNC programu a přenos
informací od počítače k pracovním orgánům
Základní mechanismy CNC frézek:



mechanismus pro otáčení vřetena,
mechanismus pro podélný posuv stolu,
mechanismus pro příčný posuv stolu.
Každý z mechanismů obsahuje:
- pohon (elektromotor),
- převod,
- krokový úhlový mechanismus,
- hydraulický/pneumatický okruh,
- kuličkový šroub (jen u posuvů).
Kuličkový šroub umožňuje plynulý a dobře regulovatelný posuvný pohyb stolu frézky (místo tření
smykového se uplatňuje tření valivé).
Tekutinové mechanismy slouží pro přenášení a multiplikaci sil.
2.7.5.1
Tekutinové ovládací mechanismy
Hydraulický mechanismus obsahuje tyto hlavní prvky:
- hydrogenerátor – zdroj tlakové hydraulické kapaliny.
- hydromotor – přeměňuje tlak hydraulické kapaliny na mechanickou práci (např. pohyb
upínací čelisti upínače). Rozlišujeme hydromotory pro pohyby posuvné
a otáčivé,
- hydraulický rozváděč – rozvádí hydraulickou kapalinu před/za píst hydromotoru,
- potrubí a armatury – vedou hydraulickou kapalinu, ventily uzavírací, pojistné, zpětné,
odporové, měřicí přístroje (manometry),
- příslušenství – filtry, čističe, nádrže, hydraulické akumulátory, multiplikátory.
78
Řez funkční části CNC frézky (2)
79
3
Aktuální trendy a novinky a jejich využití v praxi (Uplatnění CAM a
programování CNC frézek ve výuce na středních školách)
3.1 Tvorba CNC programu
S programování ISO DIN začínáme ve třídě postupným osvojováním hlavních funkcí a zápisem
jednoduchého programu do programového listu podle nákresu součásti. Výuka programování vychází
ze zadávání lineární dráhy nástroje v absolutním programování a postupně se přidává dráha kruhová
a programování inkrementální. Prvním krokem je prostudování vyřešené úlohy dle následujících
obrázků. Dalším krokem je zakreslit dráhu nástroje dle zápisu programu. Nakonec už je žák schopen
zapsat jednoduchý program podle zadané dráhy nástroje.
Za nesprávný postup při výuce programování považuji probírat zároveň mnoho geometrických funkcí
bez rozboru jednotlivých kroků.
3.2 Začínáme s programováním
3.2.1
Programování lineární dráhy absolutně: G00, G01, G90
G00 … rychloposuv
G01 … pohyb nástroje po přímce
Krok 1: Prostudovat zadanou a vyřešenou úlohu v G90 (1)
80
Krok 2: Podle zápisu v absolutním programování nakreslit tvar dráhy nástroje do rastru (1)
Krok 3: Zapsat NC program podle tvaru dráhy nástroje v absolutním programování (1)
81
3.2.2
Programování lineární dráhy inkrementálně: G00, G01, G90
Krok 1: Prostudovat zadanou a vyřešenou úlohu v G91 (1)
Krok 2: Podle zápisu v inkrement. programování nakreslit tvar dráhy nástroje do rastru (1)
V inkrementálním programování si musí student osvojit, že nástroj postupuje o přírůstek v ose x a v
ose y vzhledem k předchozímu bodu dráhy nástroje.
82
Krok 3: Zapsat NC program podle tvaru dráhy nástroje v inkrementálním programování (1)
3.2.3
Programování kruhové dráhy absolutně: G00, G02, G03, G90
G02 … otáčení ve směru hodin
G03 … otáčení proti směru hodin
Pozor: Středy kružnic se definují inkrementálně i v absolutním programování (souřadnice I,J)
Krok 1: Prostudovat zadanou a vyřešenou úlohu v G90 (1)
83
Krok 2: Podle zápisu v absolutním programování nakreslit tvar dráhy nástroje do rastru (1)
Krok 3: Zapsat NC program podle tvaru dráhy nástroje v absolutním programování G90 (1)
84
3.2.4
Programování kruhové dráhy inkrementálně: G00, G02, G03, G91
Krok 1: Prostudovat zadanou a vyřešenou úlohu v G91 (1)
Krok 2: Podle zápisu v inkrement. programování nakreslit tvar dráhy nástroje do rastru (1)
85
Krok 3: Zapsat NC program podle tvaru dráhy nástroje v inkrement. programování G91 (1)
3.2.5
Zpětná vazba výsledků výuky
TEST 1 (kombinace lineární a kruhové dráhy nástroje v absolutním programování)
Zadání řada A
Vytvořte NC program z uvedené dráhy nástroje v absolutním programování (1)
86
Správné řešení testu řada A:
Zadání řada B
Vytvořte NC program z uvedené dráhy nástroje v absolutním programování (1)
87
Správné řešení testu řada B:
88
3.3 Programujeme podle výkresu součásti
Výkres součásti si žáci sami nakreslí pomocí AutoCADu v předmětu konstrukční cvičení nebo
technické kreslení.
3.3.1
Tvorba CNC programu součásti VODÍTKO (lze použít jako test 2)
Zadání A: Vytvořte CNC program dle výkresu součásti VODÍTKO a zapište do programového listu.
Použijte funkce geometrické, technologické, pomocné. Volte vhodné nástroje, řezné podmínky,
chlazení, polotovar.
89
90
3.3.2
Tvorba CNC programu součásti PODLOŽKA (lze použít jako test 2)
Zadání B: Vytvořte CNC program dle výkresu součásti PODLOŽKA a zapište do programového listu.
Použijte funkce geometrické, technologické, pomocné. Volte vhodné nástroje, řezné podmínky,
chlazení, polotovar.
Za nesprávný postup při výuce programování považuji začínat se složitými tvary. Je vhodné
důsledně dodržovat pravidlo „od jednoduchého ke složitějšímu“ a přesvědčit se individuálně, zda si
žáci problematiku osvojili.
Vytváříme program společně na tabuli
91
92
3.4 Programování složitých obrobků pomoci CAM
Vzhledem k rychlosti rozvoje CAD/CAM technologií je třeba, aby studenti středních odborných
škol byli systematicky vzděláváni v dostupných a ve strojírenských firmách používaných softwarech.
V naší škole učíme žáky pracovat s těmito systémy:




AutoCAD 2012 pro 2d kreslení a konstruování,
Inventor 2012 pro 3D modelování,
PowerMILL 2012 pro návrh technologie obrábění / frézka FV 25-ř.s. Heidenhain pro výrobu,
SprutCAM 7 pro návrh technologie obrábění / frézka Numco H250–ř.s. Sinumerik 820C pro
výrobu.
Studenti si projdou a umí zpracovat uzavřený technologický cyklus
návrh součásti 2D – modelování 3D – návrh technologie obrábění - výroba obrobku
Budou tedy připraveni vyhovět i náročným podmínkám trhu práce a nárokům budoucího
zaměstnavatele.
Pohled do učebny pro výuku CAD/CAM, žáci pracují s programem PowerMILL
93
3.4.1
PowerMILL, zadání A:
Zpracujte model součásti VODÍTKO pomocí CAM systému PowerMILL a proveďte výrobu.
Postupujte v těchto dílčích krocích:
a) proveďte návrh strategie obrábění, zvolte vhodný obráběcí nástroj a řezné
podmínky,
b)
vygenerujte NC kód,
c)
o správnosti svého návrhu se přesvědčte simulací obrábění na počítači,
d)
vytvořený NC kód transportujte do počítače obráběcího stroje,
e)
připravte stroj pro výrobu – odměřte nulový bod obrobku, délku nástroje, upněte
obrobek,
f)
proveďte výrobu obrobku, dodržujte předpisy BOZP pro dané pracoviště.
model VODÍTKO
Studenti importují model součásti do prostředí PowerMILL, který tvoří lišty horní, dolní a boční
strom. Zde definují typ a velikost polotovaru, řezné podmínky (řezná rychlost, otáčky, posuvy,
rychloposuvy, přejezdy, nájezdy, kolizní ochranu,..). Volí vhodnou strategii hrubování a dokončování,
94
provedou simulaci výroby na kovovém modelu. Z vypočítané a graficky znázorněné dráhy nástroje
vytvoří NC kód, který je vlastně digitálním výrobním postupem.
Strategie hrubování obrobku VODÍTKO
Zápis části NC programu pro hrubování obrobku VODÍTKO
0 BEGIN PGM hrubování VODÍTKO MM
1 BLK FORM 0.1 Z X+0,000 Y+0,000 Z-20,000
2 BLK FORM 0.2 X+100,000 Y+120,000 Z+0,000
3 TOOL DEF 1 L+0,000 R+0,000
4 TOOL CALL 1 Z S1500,000
5 L Z+10,000 R0 F9000 M
6 L X-3,862 Y-1,774 F9000 M03
7 L Z+5,000 F M08
8 L Z-4,000 F500 M90
9 L X-3,840 Y-1,769 F1000 M90
10 L X-3,719 Y-1,678 F M90
11 L X-3,696 Y-1,528 F M90
12 L X-3,980 Y-0,397 F M90
13 L Z+6,000 F9000 M
14 L X-3,862 Y-1,774 F3000 M90
15 L Z+1,000 F9000 M
16 L Z-8,000 F500 M90
17 L X-3,841 Y-1,768 F1000 M90
18 L X-3,719 Y-1,678 F M90
19 L X-3,697 Y-1,528 F M90
20 L X-3,980 Y-0,397 F M90
95
21 L Z+2,000 F9000 M
22 L X-3,862 Y-1,773 F3000 M90
23 L Z-3,000 F9000 M
24 L Z-12,000 F500 M90
25 L X-3,841 Y-1,768 F1000 M90
26 L X-3,719 Y-1,677 F M90
27 L X-3,697 Y-1,528 F M90
28 L X-3,980 Y-0,398 F M90
29 L Z-2,000 F9000 M
30 L X-3,862 Y-1,773 F3000 M90
31 L Z-7,000 F9000 M
32 L Z-16,000 F500 M90
33 L X-3,841 Y-1,767 F1000 M90
34 L X-3,719 Y-1,677 F M90 atd.
Strategie dokončování obrobku VODÍTKO
Zápis části NC programu pro dokončování obrobku VODÍTKO
0 BEGIN PGM dokončování VODÍTKO MM
1 BLK FORM 0.1 Z X+0,000 Y+0,000 Z-20,000
2 BLK FORM 0.2 X+100,000 Y+120,000 Z+0,000
3 TOOL DEF 1 L+0,000 R+0,000
4 TOOL CALL 1 Z S1500,000
5 L Z+10,000 R0 F9000 M
6 L X+99,950 Y+51,968 F9000 M03
7 L Z+2,000 F M08
8 L Z-3,000 F500 M90
96
9 L X+99,650 Y+52,133 F1000 M90
10 L X+98,750 Y+53,576 F M90
11 L X+97,834 Y+54,450 F M90
12 L X+96,350 Y+55,258 F M90
13 L X+95,150 Y+56,455 F M90
14 L X+95,004 Y+56,850 Z-2,749 F M90
15 L X+94,999 Y+57,450 Z-1,965 F M90
16 L X+95,004 Y+58,050 Z-2,729 F M90
17 L X+95,084 Y+58,350 Z-3,000 F M90
18 L X+96,253 Y+59,250 F M90
19 L X+97,250 Y+59,658 F M90
20 L X+98,314 Y+60,450 F M90
21 L X+99,057 Y+61,350 F M90
22 L X+99,650 Y+62,440 F M90
23 L X+99,950 Y+62,773 F M90
24 L Z+5,000 F9000 M
25 L X+94,804 Y+51,150 F3000 M90
26 L Z+0,000 F500 M90
27 L X+87,950 Y+57,988 F1000 M90
28 L X+87,917 Y+58,350 F M90
29 L X+89,750 Y+59,298 F M90
30 L X+93,350 Y+62,030 F M90
31 L X+94,850 Y+63,410 F M90
32 L X+94,994 Y+63,750 Z-1,221 F M90 atd.
Simulace obrábění na kovovém modelu pomocí počítače
97
Vyrobený plastový model
98
3.4.2
PowerMILL, zadání B:
Zpracujte model součásti PODLOŽKA pomocí CAM systému PowerMILL a proveďte výrobu.
Postupujte v těchto dílčích krocích:
a) proveďte návrh strategie obrábění, zvolte vhodný obráběcí nástroj a řezné
podmínky,
b) vygenerujte NC kód,
c)
o správnosti svého návrhu se přesvědčte simulací obrábění na počítači,
d) vytvořený NC kód transportujte do počítače obráběcího stroje,
e) připravte stroj pro výrobu – odměřte nulový bod obrobku, délku nástroje, upněte
obrobek,
f)
proveďte výrobu obrobku, dodržujte předpisy BOZP pro dané pracoviště.
model PODLOŽKA
Studenti postupují stejně jako v předchozím případě. Importují model součásti do prostředí
PowerMILL. Definují typ a velikost polotovaru, řezné podmínky (řezná rychlost, otáčky, posuvy,
99
rychloposuvy, přejezdy, nájezdy, kolizní ochranu,..). Volí vhodnou strategii hrubování a dokončování,
provedou simulaci výroby na kovovém modelu. Z vypočítané a graficky znázorněné dráhy nástroje
vytvoří NC kód, který je vlastně digitálním výrobním postupem.
Strategie hrubování obrobku PODLOŽKA
Zápis části NC programu pro hrubování obrobku PODLOŽKA
0 BEGIN PGM hrubování PODLOŽKA MM
1 BLK FORM 0.1 Z X+0,000 Y+0,000 Z-5,000
2 BLK FORM 0.2 X+100,000 Y+120,000 Z+0,000
3 TOOL DEF 1 L+0,000 R+0,000
4 TOOL CALL 1 Z S1500,000
5 L Z+10,000 R0 F9000 M
6 L X+74,995 Y+61,557 F9000 M03
7 L Z+5,000 F M08
8 L Z-4,900 F500 M90
9 CC X+74,995 Y+59,995
10 C X+73,432 Y+59,995 DR+ R0 F1000 M
11 CC X+74,995 Y+59,995
12 C X+76,557 Y+59,995 DR+ R0 F M
13 CC X+74,995 Y+59,995
14 C X+74,995 Y+61,557 DR+ R0 F M
15 CC X+74,995 Y+60,026
16 C X+74,995 Y+58,496 DR+ R0 F M
17 CC X+74,995 Y+62,625
18 C X+74,995 Y+66,755 DR+ R0 F M
19 CC X+74,995 Y+59,995
100
20 C X+68,234 Y+59,995 DR+ R0 F M
21 CC X+74,995 Y+59,995
22 C X+81,755 Y+59,995 DR+ R0 F M
23 CC X+74,995 Y+59,995
24 C X+74,995 Y+66,755 DR+ R0 F M
25 CC X+74,995 Y+69,991
26 C X+71,968 Y+68,846 DR- R0 F M
27 CC X+69,747 Y+68,006
28 C X+68,479 Y+70,013 DR+ R0 F M
29 L X+67,923 Y+69,662 F M90
30 L X+66,837 Y+68,748 F M90
31 L X+65,324 Y+67,061 F M90
32 L X+64,665 Y+66,012 F M90 atd.
Strategie dokončování obrobku PODLOŽKA
Zápis části NC programu pro dokončování obrobku PODLOŽKA
0 BEGIN PGM dokončování PODLOŽKA MM
1 BLK FORM 0.1 Z X+0,000 Y+0,000 Z-5,000
2 BLK FORM 0.2 X+100,000 Y+120,000 Z+0,000
3 TOOL DEF 1 L+0,000 R+0,000
4 TOOL CALL 1 Z S1500,000
5 L Z+10,000 R0 F9000 M
6 L X+75,070 Y+94,050 F9000 M03
7 L Z+0,248 F M08
8 L Z-4,752 F500 M90
101
9 L X+74,750 Y+94,087 Z-4,745 F1000 M90
10 L X+74,317 Y+94,350 Z-4,637 F M90
11 L X+74,115 Y+94,650 Z-4,495 F M90
12 L X+74,056 Y+94,950 Z-4,375 F M90
13 L X+74,077 Y+95,250 Z-4,528 F M90
14 L X+74,225 Y+95,550 Z-4,657 F M90
15 L X+74,583 Y+95,850 Z-4,763 F M90
16 L X+75,050 Y+95,946 Z-4,802 F M90
17 L X+75,350 Y+95,889 Z-4,806 F M90
18 L X+75,784 Y+95,550 Z-4,816 F M90
19 L X+75,950 Y+95,066 Z-4,802 F M90
20 L X+75,879 Y+94,650 Z-4,767 F M90
21 L X+75,650 Y+94,315 Z-4,681 F M90
22 L X+75,070 Y+94,050 Z-4,752 F M90
23 L Z+5,000 F9000 M
24 L X+74,980 Y+92,499 F3000 M90
25 L Z+0,000 F500 M90
26 L X+74,750 Y+92,512 F1000 M90
27 L X+69,350 Y+92,009 F M90
28 L X+66,590 Y+91,350 F M90
29 L X+61,536 Y+89,550 F M90
30 L X+60,950 Y+89,410 F M90
31 L X+57,285 Y+93,450 F M90
32 L X+52,689 Y+97,350 F M90 atd.
Simulace obrábění na kovovém modelu pomocí počítače
102
3.5 Tvorba NC kódu a jeho transport do výrobního stroje
Program PowerMILL umožňuje jednoduchým způsobem vytvořit NC kód pomocí
postprocesoru, editovat a transportovat jej do počítače výrobního stroje.
Za nesprávný postup při výuce programování považuji realizovat výuku programování ve
velkých skupinách (což je v rozporu s praxí naplnění a dělení tříd).
3.6 Programování na panelu výrobního stroje
Pokud je obrobek jednoduchý, lze program sestavit přímo na panelu stroje. Řídící systémy
Heidenhain TNC jsou dílensky programovatelné systémy, na nichž lze programovat běžné frézovací a
vrtací operace přímo na stroji pomocí popisného dialogu, dobře pochopitelného pro žáky středních
škol. Klávesnice a znázornění na monitoru jsou přehledně uspořádány, lze provádět grafický test
programu před započetím výroby. Systém poskytuje pro běžné frézařské práce, jako jsou díry, kapsy
(kruhová, obdélníková), drážky různých tvarů řadu cyklů. Jejich používání zjednodušuje tvorbu
programu.
103
Ukázka programu v řídícím systému Heidenhain při programování na panelu stroje (3)
104
Ukázka programu s použitím cyklů vrtání v řídícím systému Heidenhain při programování na panelu
stroje (3)
105
Programování na panelu stroje
106
3.7 Výroba
3.7.1
Příprava stroje
znamená:
- upnout obrobek a nástroj,
- odměřit pomocí 3D sondy nulový bod obrobku,
- odměřit délku nástroje (pomocí 3D sondy nebo z-přípravku).
Správnost načteného NC programu, ustavení obrobku a odměření nástroje lze nyní ověřit grafickou
simulací na panelu stroje.
Lze přejít k výrobě obrobku.
Odměření obrobku pomocí 3D sondy
107
3.7.2
Výroba obrobku
Při výrobě je nutno důsledně zabezpečit dodržování předpisů BOZP, zavírání krytů stroje,
užívání ochranných pomůcek. Student se seznámí nejprve s režimem ruční výroba, který použijí při
nastavení nulového bodu obrobku a odměření nástroje. Osvojí si práci s režimem plynulá
výroba/výroba po bloku, který slouží pro obrábění. Studenti se orientují v souborech a v ovládacím
panelu stroje. Volí optimální řezné podmínky pro daný materiál a použité nástroje. Využívají plynulé
regulace otáček a posuvů k ovládání stroje při najetí k obrobku. Pro výuku používáme polotovary z
plastu pro úsporu nákladů. Ušetří se jak na spotřebě nástrojů, tak na pořízení ocelových polotovarů.
Výroba plastového a ocelového obrobku
3.7.3
Kontrola rozměrů
Vyrobený kus žáci proměří pomocí běžných měřidel (posuvné měřítko, mikrometr).
108
Používaná měřidla a nástroje
Vyrobené obrobky z plastu a oceli
109
4
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy
Skupina strojírenských oborů zahrnuje přípravu na širokou paletu pracovních pozic. Šance
na získání uplatnění absolventů v oboru se dlouhodobě mírně zhoršují – roste konkurence
na globálních trzích a důsledky hospodářské krize. Pokles zaměstnanosti je hrozbou pro pracovníky
s nízkou kvalifikací a ty, kteří byli pro zaměstnání v odvětví jen krátkodobě vyškoleni a mají malý
základ pro profesní postup a zvyšování kvalifikace. Na druhé straně jsou pozice, kterým se bude dařit
dobře - pracovníci konstrukce, technologie a design, nejlépe s kombinovanými znalostmi v oblasti
strojírenství/slaboproudá elektrotechnika/ICT. Zvyšování kvalifikace tímto směrem je v této profesní
skupině zárukou dlouhodobé perspektivy.
Z tohoto textu vyplývá, že pokud student, vstupující na trh práce, zná nové oblasti a trendy ve
strojírenství, může tak potenciálnímu zaměstnavateli víc, než ostatní kandidáti. Oblast strojírenství
sice nepředstavuje nejohroženější oblast vlivem vleklé hospodářské recese. Nicméně strojírenství
jako takové se potýká s celkovým nedostatkem odborných pracovníků, kteří by se chtěli práci
v oblasti strojírenství věnovat v rámci své osobního odborného výcviku. Zaměstnavatelé v oblasti
strojírenství v podstatě hledají pracovníky napříč vzdělanostním spektrem, tedy od vyučených přes
středoškolsky vzdělané až po vysokoškolsky vzdělané odborníky.
Tato skutečnost s sebou tedy nese řadu zlehčujících okolností na rozdíl od jiných oborů. První
z nich v podstatě vychází z nedostatku, či neochoty, vzdělaných lidí, kteří by se věnovali profesní praxi
ve strojírenských oborech. Na základě této situace můžeme usoudit jednoznačný závěr, že trh práce
požaduje zejména odborně vzdělané a šikovné pracovníky, přičemž není vyvíjen přílišný tlak na
specifické znalosti absolventů nových oblastí a moderních metod. Jednoduše můžeme říci, že
zaměstnavatelé si z nedostatku kvalifikovaných lidí vyberou alespoň ty s potřebnými předpoklady
a do jejich vzdělávání a zaučení dále investují. Oblast strojírenství tak tedy představuje velmi dobrou
perspektivu pro absolventy těchto oborů, neboť jejich zaměření a následné uplatnění zcela
podporuje trh práce.
4.1 Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků
zaměstnavatelů
Všeobecně lze rozdělit požadavky zaměstnavatelů na absolventy v oblasti strojírenství na dva
okruhy a to na měkké a tvrdé znalosti. Měkké znalosti jsou definované jako osobnostní, kterými je
myšleno, jak daný pracovník dokáže zvládnout např. práci v týmu, či jak je schopen si zorganizovat
pracovní dobu. Naopak tvrdé znalosti jsou ty, které student získává studiem, ať již na střední odborné
škole, či na učilišti. Důležitým faktorem je též studium cizích jazyků, které je dnes považováno za
standart.
110
4.1.1
Tvrdé znalosti (oborové)
- mít základní přehled o strojírenských činnost;
- orientovat se v komplexní dokumentaci včetně technologických částí;
- mít přehled o strojírenských zařízeních z hlediska využitelnosti při strojírenských prací včetně
zásad bezpečného provozování a základních technických parametrů, schopnost tyto stroje
ovládat;
- znát vlastnosti materiálů používaných v běžné strojírenské výrobě a přehled o hlavních
výrobcích běžných strojírenských materiálů;
- mít znalost technologických postupů běžných strojírenských prací;
- umět efektivní hospodaření s finančními prostředky;
- umět nakládat s materiály, energiemi, odpady, vodou a jinými látkami ekonomicky a
s ohledem na životní prostředí;
- mít znalost IT – CAM, CAD apod.;
4.1.2
-
Měkké znalosti
charakterové předpoklady pro výkon povolání;
zdravotní dispozice;
znalost BOZP (bezpečnosti ochrany zdraví při práci);
ochota učit se novým věcem;
flexibilita;
efektivní komunikace;
schopnost týmové spolupráce;
silná orientace na výsledek a kvalitu práce;
pečlivost a důkladnost.
111
5
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí
V rámci projektu „Inspiruj se a vzdělej se“, se ve dnech 12. – 15. listopadu 2012 uskutečnila
zahraniční stáž zástupců cílových skupin – pedagogů odborného výcviku (praktického vyučování) a
pedagogů odborných předmětů v teoretickém vyučování SOŠ a SOU Roudnice n. L. a dalších
zapojených středních odborných škol v Ústeckém kraji – ve Francii.
Cílem stáže bylo seznámení účastníků se systémem výuky na odborných školách a v podnicích ve
Francii. Hlavním cílem čtyřdenního pobytu bylo seznámení se systémem fungování francouzského
školství. Pro stáž zaměřenou na oblast stavebnictví a strojírenství byla záměrně vybrána Francie.
Východiska koncepce vzdělávání ve Francii jsou zákon o vzdělávání, kde se hovoří o vzdělávání jako o
národní prioritě. Francouzský systém školství je velmi centralizovaný. Hlavní programy a pedagogické
linie definuje ministr školství. Tyto plány určují zvláštní podmínky nutné pro realizaci a dosažení cílů
národního kurikula.
Úloha státní správy ve vzdělávání na státní úrovni je vymezení pedagogické dokumentace a
vzdělávacích programů, stanovuje dále pravidla činnosti jednotlivých institucí a jejich statuty.
Zajišťuje platy učitelů, vychovatelů, poradců a tutorů. Na vládní úrovní – ministerstvo národního
vzdělávání, zodpovídá v rámci legislativních pravidel za stanovení vzdělávací strategie a její následnou
realizaci. Regionální úroveň má statut územního společenství, které jsou řízeny volenou regionální
radou a nesou odpovědnost za ekonomický, kulturní sociální a vědecký rozvoj, zopovídají za územní
plán, investice a provoz. Mají rozsáhlé pravomoci v oblasti profesní přípravy, ve spolupráci
s departmenty a ministerstvem práce, kdy regiony musí mít dokonalý přehled o kvantitativních a
kvalitativních potřebách vzdělávání.
Zapojení sociálních parterů je považováno za determinující faktor. Úřady práce, řeší problém
rekvalifikace a přeškolení lidí, dále jsou zde obchodní a živnostenské komory, které jsou do
učňovského školství velmi intenzivně zapojeny.
Pokud bychom srovnaly český a francouzský model vzdělávání tak vyplynou následující
závěry. Je nutné obohatit Školní vzdělávací program o využití podnětu od tutorů, dále je francouzský
systém založen na participaci s výrobními podniky. Francie má mnohem propracovanější systém
sociálních výhod. Celoživotní vzdělávání je v tomto systému povinné. Ve Francii je vysoká možnosti
uplatnění absolventů na trhu práce. Bylo by dobré uvažovat o zvýšení podílu na vzdělávání využitím
zdrojů hospodářské sféry. Systém přípravy žáků v učebních oborech by neměl být v rámci Evropské
unie unifikován.
112
6
Závěr
Střední odborné školy a střední odborná učiliště strojírenského zaměření připravují své žáky pro
povolání ve strojírenských oborech, kde se stále více prosazují CNC systémy pro řízení nejrůznějších
výrobních strojů.
Vzhledem k trvalému nedostatku kvalifikovaných pracovníků ve strojírenství nalézají absolventi
těchto škol, vybaveni znalostí CNC technologií pracovní uplatnění nejen v ČR, ale i v zemích EU.
Využívání CAM technologií a CNC výrobních strojů zasahuje do všech činností společnosti
a pracovníci ve strojírenství potřebují ke zvýšení efektivity své práce využívat dostupné softwary a mít
možnost seznámení s nimi. Absolventi středních škol by měli vstupovat na trh práce vybaveni
dovednostmi s těmito technologiemi pracovat.
Pomocí vhodně sestavených vzdělávacích témat bude dosaženo větší adaptability a flexibility
pracovníků ve strojírenství.
Seznam použité literatury
1) FRISCHHERZ, Adolf, a kol. Technologie zpracování kovů 2: odborné znalosti. Vyd. 1.Praha:
Správa přípravy učňů, Nakladatelství Wahlberg Praha, 1994, 280 s. ISBN 80-901657-2-9.
2) SVOBODA, Evžen. Technologie a programování CNC strojů: učebnice pro odborné školy.
Vyd. 1. Praha: Fragment, 1998, 100 s. ISBN 80-7200-297-X.
3) http://www.heidenhain.cz/priruckauzivateleTNC310
4) Propagační materiál firmy FRAISA,CH-4512 Bellach/SO, Schweiz.
113
Obor
Elektrotechnika
114
Obsah
1
Úvod ............................................................................................................................................ 118
1.1
2
Elektrotechnika.................................................................................................................... 118
1.1.1
Elektroenergetika: ....................................................................................................... 120
1.1.2
Elektrické stroje: .......................................................................................................... 120
1.1.3
Elektrické přístroje: ..................................................................................................... 121
1.1.4
Elektrické pohony: ....................................................................................................... 121
1.1.5
Elektronika: .................................................................................................................. 121
1.1.6
Výkonová elektronika: ................................................................................................. 122
1.1.7
Telekomunikace........................................................................................................... 123
1.1.8
Robotika....................................................................................................................... 123
1.1.9
Měřicí přístroje ............................................................................................................ 123
1.1.10
Elektromagnetická kompatibilita ................................................................................ 124
1.1.11
Ochrana životního prostředí. ....................................................................................... 124
Výuka oboru elektrotechnika ...................................................................................................... 126
2.1
Klíčové požadavky na studenty ........................................................................................... 126
2.1.1
Základní fyzikální pojmy .............................................................................................. 126
2.1.2
Základní legislativa pro bezpečnost práce v elektrotechnice. ..................................... 128
2.1.3
Bezpečnost v elektrotechnice. .................................................................................... 129
2.1.4
Základní elektrotechnické veličiny a pojmy................................................................. 130
2.1.4.1
Elektrický náboj ....................................................................................................... 130
2.1.4.2
Elektrické napětí ...................................................................................................... 130
2.1.4.3
Intenzita elektrického pole ...................................................................................... 130
2.1.4.4
Elektrický proud ....................................................................................................... 131
2.1.4.5
Ohmův zákon ........................................................................................................... 131
2.1.4.6
Řazení obvodů ......................................................................................................... 132
2.1.4.7
Konstrukční provedení rezistorů ............................................................................. 133
2.1.4.8
Vodiče v elektrotechnice ......................................................................................... 134
2.1.4.9
Vodiče ...................................................................................................................... 134
2.1.4.10
Závislost odporu na teplotě ................................................................................. 135
2.1.4.11
Elektrický výkon a práce. ..................................................................................... 135
2.1.4.12
Kapacita ............................................................................................................... 136
2.1.4.13
Typy kondenzátorů .............................................................................................. 137
115
2.1.4.14
Indukčnost ........................................................................................................... 138
2.1.4.15
Zdroje elektrického napětí .................................................................................. 140
2.1.4.16
Stejnosměrné zdroje elektrického napětí ........................................................... 141
2.1.5
Střídavý proud. ............................................................................................................ 142
2.1.6
Elektrické stroje a přístroje.......................................................................................... 143
2.1.6.1
Střídavé motory ....................................................................................................... 144
2.1.6.2
Motory synchronní a asynchronní........................................................................... 144
2.1.6.3
Motory lineární a krokové ....................................................................................... 144
2.2
Koncepce výuky předmětu elektrotechnika ........................................................................ 145
2.3
Metody při výuce................................................................................................................. 146
2.3.1
3
Nosná témata při výuce Elektrotechniky..................................................................... 146
2.4
Stanovení cílů a základní rozsah při stanovování kompetencí ............................................ 147
2.5
Kompetence na školách se zaměřením na elektrotechniku................................................ 147
2.6
Náměty pro úlohy ................................................................................................................ 148
2.6.1
1. Úloha ....................................................................................................................... 148
2.6.2
2. Úloha ....................................................................................................................... 148
2.6.3
3. Úloha ....................................................................................................................... 149
2.6.4
4. Úloha ....................................................................................................................... 150
2.6.5
5. Úloha ....................................................................................................................... 150
2.6.6
Další náměty na úlohy ................................................................................................. 151
2.6.6.1
Základy elektrotechniky........................................................................................... 151
2.6.6.2
Měření na polovodičích ........................................................................................... 151
2.6.6.3
Měření na strojích ................................................................................................... 151
2.6.6.4
Všeobecné úlohy z elektrotechniky ......................................................................... 151
Aktuální trendy a technologie v oblasti elektrotechniky............................................................. 153
3.1
Elektroenergetika ................................................................................................................ 153
3.1.1
Fosilní - kde palivem je: ............................................................................................... 153
3.1.2
Jaderné elektrárny palivem ......................................................................................... 153
3.1.3
Vodní elektrárny: ......................................................................................................... 153
3.1.4
Teplárny ....................................................................................................................... 153
3.1.5
Alternativní zdroje ....................................................................................................... 153
3.1.6
Materiály na vn vedení ................................................................................................ 154
3.2
Elektrické stroje ................................................................................................................... 156
3.3
Elektrické přístroje............................................................................................................... 159
116
3.4
Elektrické pohony ................................................................................................................ 162
3.4.1
Záložní zdroje............................................................................................................... 162
3.5
Elektronika ........................................................................................................................... 164
3.6
Měřicí přístroje .................................................................................................................... 166
3.7
Univerzální měřicí přístroje ................................................................................................. 166
3.8
Měřicí přístroje pro kontrolu přístrojů a stavu zařízení ...................................................... 167
3.9
Přístroje pro vybavení dílen a větších laboratoří ................................................................ 168
3.10
Osciloskopy .......................................................................................................................... 168
4
Postřehy autora ........................................................................................................................... 170
5
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy .................................................................. 171
5.1
Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků zaměstnavatelů ........... 171
5.1.1
Tvrdé znalosti (oborové).............................................................................................. 171
5.1.2
Měkké znalosti............................................................................................................. 172
6
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí ....................................................................... 173
7
Závěr ............................................................................................................................................ 175
Seznam použité literatury ............................................................................................................... 176
Teoretické základy elektrotechniky ............................................................................................. 176
Praktická elektrotechnika ............................................................................................................ 176
Zahraniční literatura .................................................................................................................... 177
Periodika ...................................................................................................................................... 177
117
1
Úvod
Další kapitola dokumentu v rámci projektu
„Inspiruj se a vzdělej se“ reg. č.:
CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je podpořen Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky a realizátorem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné učiliště Roudnice nad
Labem je elektrotechnika.
Hlavní účelem tohoto dokumentu je nabídnout pedagogům novinky a aktuální trendy ve
výuce elektrotechniky, společně s efektivními metodami výuky elektrotechniky. Cílovou skupinou
jsou pedagogové středních odborných učilišť a středních škol, protože to jsou právě oni, kteří
předávají jak teoretické, tak praktické zkušenosti svým studentům, kteří pak mohou nabídnout lepší
znalosti a zkušenosti na trhu práce.
1.1 Elektrotechnika
Elektrotechnika je nedílnou součástí fyziky. I když z pohledu většiny „elektrikářů“
setkáváme s tím, že si jaksi samovolně elektrotechniku osamostatňují a to není zřejmě
Pokud by tento náhled bylo možné akceptovat ještě v letech nedávno minulých, pak
akceptovat v současné době. Samozřejmě záleží na tom, ve kterém konkrétním oboru
aplikace elektrotechniky tuto otázku podrobíme zkoumání.
se často
správné.
to nelze
a stupni
Zcela určitě stejně tak jako ostatní obory i elektrotechnika prochází překotným vývojem.
Objevují se zde nové trendy, speciální obory, které vyžadují poměrně hlubokou znalost nejen
samostatných principů, ale s tím související i vzájemná mezioborová konvergence, rozmach
součástkové základny a nových technologií. Tento trend je prakticky ve všech podoborech kam
elektrotechnika jako fenomén současné doby zasahuje.
Není to tak dávno, kdy elektrikář dokázal vstřebat a vcelku zdárně porozumět konkrétnímu
podoboru, ale tato situace se dramaticky změnila.
Prakticky před očima vznikají a objevují se nové podobory. Stačí jen připomenout alternativní
zdroje elektrického proudu. To je dnes široká základna, která využívá několik úzce souvisejících
platforem fyziky.
Větrné elektrárny v sobě absorbují mechaniku, točivé stroje, měniče. Obdobná situace je
u fotovoltaických elektráren, kde se v současném trendu využívá optika, opět měniče, regulátory.
A na obzoru je již zcela nový princip využívání elektromagnetické energie dopadající na zemský
povrch. Stejná situace je u tepelných čerpadel. Kde vstupují do hry i často složitá regulace.
V oblasti elektrických pohonů jsou dnes například běžné asynchronní motory s plynule
měnitelnými otáčkami, krokové motory s krokem donedávna nepředstavitelně malým. Lineární
motory. A to už vůbec nelze ani encyklopedicky pojmout vzájemnou kooperaci elektrotechniky,
elektroniky, regulačních prvků celé škály tzv. embeded prvků, které jsou spolu propleteny složitými
vazbami a regulačními smyčkami. Nově se posazují obory jako robotika, elektronika ve
zdravotnických aplikacích. Samostatnou oblast dnes tvoří zdroje náhradního napájení tzv. UPS, které
se vyskytují ve všech kritických aplikacích, kde často mají téměř strategickou úlohu.
118
Obrovský skok se udál v automobilovém průmyslu, kde ještě před několika desítkami let tvořilo
elektrické vybavení maximálně 20% celé výbavy vozu, v současných automobilech se blíží elektrická
výzbroj 50% ve srovnání s klasickými mechanickými prvky a tento trend i nadále pokračuje. Revolucí
můžeme označit zdroje stejnosměrných napětí, hlavně pak sekundární zdroje.
Ale i ve zdánlivě běžných aplikacích se udály obrovské změny. Pokud jde například o
elektroinstalaci v běžné domácnosti, dochází k revoluci v osvětlení, vybavení domácími spotřebiči.
Kde na jedné straně dochází k tomu, že jednotlivé spotřebiče mají výrazně efektivnější provozní
parametry, ale na druhé straně spotřeba domácností paradoxně neklesá nebo i stoupá, neboť
množství dnes takzvaně nezbytných spotřebičů stále roste. Zcela nezbytné je pak zajistit, aby se
jednotlivé entity vzájemně negativně neovlivňovaly, což by jistě mohlo mít nepříjemné dopady a na
vzájemnou koordinaci jednotlivých prvků respektive systémů. Tedy dostáváme se k poměrně mladé
disciplíně, kterou je Elektromagnetická kompatibilita.
Dokonce i ochrana proti atmosférickému přepětí, která se zdála být zcela jednoduchá, je dnes
řešena vysoce sofistikovaným způsobem, a je třeba jí důkladně porozumět ať už pro správný projekt,
instalaci tak i pro následnou údržbu. Protože neznalost nebo nedocenění závažnosti tohoto problému
může být příčinou nejen špatné funkce systému, ale někdy může mít i fatální následky. A tak bychom
jistě mohli pokračovat a nalézt další oblasti a odvětví, která vyrostla, nebo se stále vyvíjí.
Pokud se ale máme na obor zaměřit z trochu pragmatičtějšího úhlu pohledu, pak je možné
konstatovat že, elektrotechnika je obor lidské činnosti zabývající se praktickým využitím elektrické
energie. Jedná se o specializovaný technický vědní obor, který se zabývá výrobou, rozvodem
a přeměnou elektrické energie v jiné druhy energie. K zajištění těchto požadavků si pak ke spolupráci
bere na pomoc sdělovací, zabezpečovací, výpočetní a další podobory.
Základním požadavkem, který je na elektrotechniku, jako celý obor kladen, je dodávka
elektrické energie pro koncového uživatele.
Je pravděpodobně mimo rámec diskuse, že elektrická energie je v současné době chápana jako
nejušlechtilejší druh energie. Ve všech průmyslově rozvinutých zemích je elektrická energie
strategickou součástí nejen hospodářství, ale je i nezbytnou součástí pro normální chod běžného
života.
Energetická soustava by měla být vždy schopna dodat v reálném čase tolik energie kolik je jí
potřeba. Přes všechny klady a přínosy má i jednu obrovskou nevýhodu. Bohužel jí jako jednu z mála
v současné době užívaných energií neumíme v rozumné míře skladovat. A v tom spočívá právě její
nevýhoda, protože v této soustavě musí být u odběratele právě tolik energie, kolik jí spotřebovává a
to klade obrovské nároky na řízení této soustavy.
Celou elektrotechniku lze rozdělit na řadu podoborů, nicméně je jakési historicky ustálené
pojmy chápou elektrotechniku podle hodnot proudu a napětí jako silnoproudou a slaboproudou.
Samozřejmě lze elektrotechniku nahlížet i jako na nízkofrekvenční a vysokofrekvenční atd.
Z praktického hlediska ji můžeme také popsat jako obor lidské činnosti zabývající se praktickým
využitím elektrické energie. Z toho vyplývá, že rozpětí elektrotechniky sahá od nejjednodušších
119
zařízení, jako jsou baterie v automobilu či kapesní svítilně přes bleskosvody až k nejkomplikovanějším
lidským výtvorům jako počítače, od digitálních hodinek až po atomové elektrárny.
Výše jsme již elektrotechniku rozdělili na silnoproudou a slaboproudou. K oborům slaboproudé
elektrotechniky se řadí například elektronika a telekomunikace, k oborům silnoproudé
elektrotechniky patří elektroenergetika, elektrické stroje, elektrické přístroje, výkonová elektronika
a elektrické pohony. Tyto obory mnohdy nelze zcela striktně oddělit, protože se mnohde prolínají
a navazují na sebe.
Pokud však bychom se chtěli přidržet ustáleného dělení a aktuální terminologie pak snad lze
přijmout dělení elektrotechniky na následující obory.

1.1.1
Elektroenergetika:
Je nejstarším elektrotechnickým oborem. Zabývá se především výrobou, přenosem a
distribucí elektrické energie, také se sem řadí elektrické osvětlení a přeměna elektřiny na teplo
(elektrické topení, elektrické vysoké pece, elektrické pece na sklo apod.), patřila sem rovněž
problematika ochrany před nežádoucími účinky elektrického proudu. Hlavními pilíři elektroenergetiky
jsou elektrárny, které se rozlišují podle způsobu, jakým vyrábějí elektrickou energii. I když z pohledu
elektroenergetiky bychom asi spíše měli přijmout rozdělení na základní, pološpičkové, špičkové a pak
snad alternativní zdroje.
Rovněž do této kategorie bychom zařadili všechna zařízení stroje a přístroje, které
zabezpečují přenos a dodávku silové elektřiny od místa výroby do místa spotřeby.
1.1.2
Elektrické stroje:
Elektrické stroje jsou zařízení sloužící k přeměně elektrické energie na mechanickou a
naopak. Patří sem však i zařízení, která se používají ke změně parametrů elektrické energie.
V zásadě rozlišujeme elektrické stroje točivé (jako motory a generátory) a netočivé
(transformátory).
Mezi základní elektrické stroje řadíme generátory střídavého a stejnosměrného proudu tedy
alternátory respektive dynama, transformátory, elektrické motory.
Elektrické motory pak mají další až nepřehledné dělení, ale v principu lze přijmout, že jsou
motory na střídavý proud. Základní rozlišení těchto motorů je na synchronní a asynchronní. U těchto
elektrických strojů bychom se pak měli přidržet klasického rozdělení na stroje jednofázové
a trojfázové.
Stejnosměrné motory jsou opět skupinou s obrovskou škálou různých typů a variant. Tyto
motory nacházejí uplatnění např. v trakčních pohonech, protože různé konstrukce těchto strojů díky
jejich charakteristikám dokážou plnit i velice náročné požadavky. Na druhé straně najdeme
nejrůznější mutace těchto motorů a aplikacích robotiky a automatizace, kde se jedná často o
miniaturní provedení.

120
1.1.3
Elektrické přístroje:
Přístroje v elektrotechnice se od sebe odlišují stejně jako ostatní zařízení parametry a účelem
pro který byly zkonstruovány. Vedle již několikrát zmíněného rozdělení podle napětí, tedy
nízkonapěťové (NN) a vysokonapěťové (VN, VVN) pak je důležitý i faktor výkonových parametrů. Tedy
velikostí proudů, které mohou být těmito přístroji ovládány. Tedy můžeme mluvit o robustnosti
přístrojů.
Velice důležité je i určení prostředí, ve kterém budou přístroje pracovat, neboť to rozhoduje
o životnosti zařízení a jeho spolehlivosti. Správná volba přístrojů má přímý vliv i na efektivitu celků,
jejichž jsou součástí a zároveň mohou výrazným způsobem ovlivnit hospodárnost provozu a mají
přímý vliv na poruchovost.
Nesmíme také zapomínat na kritérium bezpečnosti, neboť při chybné volbě může dojít až
k fatálním stavům, které mohou být příčinou úrazů případně ohrožení lidských životů. Jistou
pomůckou nebo snad i zárukou kvality zařízení je certifikace výrobků. Ta je v současné době díky
harmonizaci legislativy v rámci evropské unie vcelku přehledná a jasná.
Snad nejrozšířenější přístroje pro NN jsou zásuvky, vypínače, jisticí prvky, chrániče, relé,
stykače, osvětlovací tělesa.
Ze skupiny přístrojů VN pak lze jmenovat výkonové vypínače, odpojovače, pojistky VN atd.
1.1.4
Elektrické pohony:
Elektrické pohony jsou obor, který se zabývá pohonem strojů a jiných technických zařízení
pomocí elektrické energie. Podle druhu použitých strojů rozlišujeme pohony stejnosměrné a střídavé,
dále rozlišujeme pohony regulované a neregulované. U neregulovaných pohonů je třeba zpravidla
řešit rozběh a jištění stroje, u regulovaných pohonů dále regulaci rychlosti nebo polohy. V
průmyslových aplikacích se také často nejedná o izolované pohony, ale o regulaci vícemotorových
soustrojí, jako jsou různé dopravníky, jeřáby, výtahy, válcovací stolice nebo papírenské stroje.
Moderní regulované pohony často zahrnují sofistikované řízení založené na frekvenčních měničích,
zde často včetně počítačem řízeného provozu stroje.
1.1.5
Elektronika:
Mezi obory elektrotechniky patří také elektronika. Jedná se obor, který svou podstatou patří
do slaboproudé elektrotechniky.
Elektronika se zabývá zařízeními založenými a pracujícími na bázi elektronických součástek.
Přitom za elektronickou součástku se považuje součástka, která je schopná ovládat tok elektrické
energie, případně měnit stav bez použití pohyblivých mechanických dílů.
Prvními aktivními elektronickými součástkami byly elektronky, které daly tomuto oboru
jméno. Jejich vznik se datuje do dvacátých let minulého století. Tyto součástky bychom dnes velice
121
těžko hledali. Snad jen v okrajových aplikacích jako jsou vysílače, špičkové nízkofrekvenční zesilovače
a donedávna klasické CRT obrazovky počítačů.
Současná elektronika je založená výhradně na polovodičích. Za zrod polovodičů můžeme
označit přelom roku 1947 a 1948, kdy byl vyroben jeden z prvních tranzistorů, o který se fyzici již
několik desetiletí pokoušeli.
Drtivá většina polovodičů se vyrábí na bázi křemíku případně germania. Polovodičová dioda
a tranzistor znamenal v elektronice nikoliv evoluční ale spíš revoluční skok. Mezi dominantní
vlastnosti, které tyto polovodičové součástky charakterizují je o několik řádu nižší energetická
spotřeba a rozměry. Zpočátku ještě nebyly polovodiče schopny konkurovat elektronkám hlavně
z důvodů výkonové ztráty a pracovních frekvencí, ale tyto nedostatky byly záhy překonány. A hlavním
argumentem, který hnal vývoj vpřed, byla malá spotřeba energie, miniaturizace a mnohonásobně
lepší konstrukční předpoklady.
Za další vývojovou fázi můžeme pokládat moment, kdy bylo více polovodičových součástek
zapouzdřeno do jednoho pouzdra a vznikaly tak postupně integrované obvody (IO, IC-integrated
circuit). Podle množství prvků soustředěných v pouzdře pak postupně přichází do praxe obvody
označované jako SSI, MSI, LSI, VLSI1 atd. Postupně se tak dostáváme k prvkům, které tvořily základy
mikroprocesorů a nakonec i k samotným mikroprocesorům. Tyto mikroprocesory pak už v sobě
obsahují 109 i více diskrétních součástek.
Tento trend probíhal podle tzv. Mooreova zákona. Toto pravidlo předpokládalo, že hustota
prvků v IO se každých 18 měsíců zdvojnásobí. Což donedávna platilo, nicméně současné technologie
se již dostávají k hranicím fyzikálních možností, a tyto trendy již narážejí na samotnou fyzikální
podstatu a dále touto cestou již nebude možné součástky miniaturizovat.
1.1.6
Výkonová elektronika:
Výkonová elektronika je aktuální ukázkou vzájemné konvergence dvou donedávna poměrně
vzdálených oborů. Klasické elektroniky a silnoproudé elektrotechniky.
Principy fungování byly prakticky v plné míře přejaty z elektroniky, ale díky vývoji nových
polovodičových prvků, které dokážou bez problémů spínat výkony řádově kW a zvládají i napětí řádu
kV vznikl meziobor, který masivně nahradil elektromagnetické spínací, regulační a ovládací členy.
Protože spotřeba těchto nových elementů je o několik řádů nižších, než tomu bylo u klasických prvků,
dochází ke snížení spotřeby a energetické náročnosti řídících a regulačních prvků.
Elektronické prvky mají rovněž o několik řádů vyšší spolehlivost, což přináší obrovské úspory
při prakticky minimálně poruchových stavech. Přínosem je pak i snížení požadavku na běžnou údržbu
a profylaxi. Nemluvě o rozměrech a tedy o miniaturizaci zařízení.
Vcelku bezproblémově se mohou řešit tyto obvody na zakázku viz. obvody ASIC. Běžné jsou
hybridní obvody výkonové elektroniky, kdy v jednom pouzdře spolu kooperují analogové a digitální
obvody. Princip řízení a regulace se často přesouvá do oblasti vyšších frekvencí, což sebou
1
SSI- Small Scale Integration, MSI-Medium …,LSI-Large … VLSI Very
122
sekundárně opět přináší materiálové a energetické úspory. Bohužel, se však současně s tímto
trendem se musí pamatovat na oblast vzájemné kompatibility systémů, což je opět záležitostí oboru
elektromagnetická kompatibilita.
1.1.7
Telekomunikace
Telekomunikace je oborem zabývajícím se přenosem informací, k čemuž se využívala
převážně elektrická energie. Nyní je asi přesnější tvrzení, že k přenosu informací se využívá přenos
pomocí elektromagnetického vlnění. Do popředí se v mnoha aplikacích dramaticky prosazují přenosy
po optických vláknech, které umožňují řádově větší přenosové rychlosti a dovolují přenášet objemy
dat v minulosti nevídané. Nicméně i klasický přenos po vodičích, zvláště pak tzv. poslední míle je stále
velice rozšířen. Zvláště pak tam kde se jedná o aplikace, které nejsou náročné na rychlost přenosu
respektive objemy dat.
Nesmíme opomenout ani přenosy v rámci elektrorozvodných sítí. Zde se jako přenosové
medium využívají existující rozvody VN apod.
Nástupem mobilních telefonních sítí pak zasahuje zcela výrazně do oblasti elektrotechniky,
a energetiky, ale i do dalších oborů a segmentů průmyslových aplikací.
To vše je pak vlastně organicky provázáno a propleteno síti sítí jak se občas nazývá Internet.
1.1.8
Robotika
Robotika je obor, který je logickým vyústěním automatizace a technické kybernetiky. To
pokud budeme pohlížet na výstupy tohoto odvětví, ale svými principy, pohony a prvky má zcela
jednoznačně vztah k elektrotechnice. Roboti jsou právě takovým typickým představitelem, se kterým
se můžeme potkat v mnoha aplikačních oborech. Automatizace, pohonů, nepřebernou škálou
snímačů a akčních členů, které nemusí být vždy nutně prvky z oboru elektrotechniky.
1.1.9
Měřicí přístroje
Měřicí přístroje jsou často řazeny do skupiny elektrických přístrojů, ale jejich rozvoj a
obrovská základna měřicích přístrojů spíše předurčuje tuto skupinu řadit do samostatného oboru.
Dnes se jen velice zřídka a sporadicky setkáváme s měřicími přístroji, které pracovaly na
různých principech elektromechanické, elektromagnetické, elektrostatické, elektrodynamické či jiné
přeměny příslušné měřené veličiny na zobrazovaný údaj.
Nelze však říci, že ve všech případech jsou současné přístroje lepší a mají jen výhody. Ano
klasické analogové přístroje téměř vždy zatěžovaly měřený obvod a byly tak příčinou systémové
chyby, ale na druhé straně se obešly bez vlastního napájení a byly tak vždy okamžitě k dispozici.
Zvláště pak v provozních měřeních, kde se nevyžaduje laboratorní přesnost, bohatě svou funkci
splnily.
Nicméně pokrok se nedá zastavit a tak dnes jsme svědky toho, že prakticky všechny přístroje
jsou ve svém principu digitální. Samozřejmostí jsou i naměřené údaje, které jsou na displeji zobrazeny
jako číselné hodnoty. To je určitě pohodlné a hlavně to snižuje riziko chyby při odečítání. Odstraňuje
ve většině případů nutnost nastavovat správný rozsah a obsluha se může soustředit jen na vlastní
123
měření. Jsou vybaveny pojistkou proti přetížení, akusticky signalizují nesprávný rozsah nebo špatně
vybranou funkci apod.
Digitální měřicí přístroje pro běžnou praxi jsou většinou konstruovány a prodávány jako
univerzální multimetry. Většinou je lze pomocí různých sond a dodatečných převodníků využít pro
měření i dalších fyzikálních veličin.
To pak platí i pro měřicí přístroje pro specializované profese jako jsou revizní technici,
montéři a další.
Přístroje jsou často vybaveny pro zachycení některých specifických událostí. Například lze
dlouhodobě sledovat a ukládat do paměti předem vybrané události v nastaveném časovém
horizontu.
Přístroje jsou vybaveny rozhraním pro přenos naměřených údajů pro zpracování na počítači.
K dispozici jsou robustní provedení, se kterými lze bez obav pracovat i v drsných provozních
podmínkách. Jejich nespornou výhodou je i odolnost proti mechanickým otřesům, které u systémů
analogových nepřipadaly v úvahu.
Samostatnou kapitolu pak tvoří přístroje, které umožňují sledovat průběhy veličin v reálném
čase, tedy osciloskopy. I v této kategorii zvítězily digitální přístroje. Tyto přístroje jsou často vybaveny
na vstupu několika kanály a umožňují sledovat celou řadu souběžných událostí. Není problém doplnit
osciloskopy pamětí a pak sledovat události, které se udály „v minulosti“. Tedy díky pamětem mohou
zachycené údaje sledovat v čase a ukládat pro následné zpracování.
Rozvoj v této oblasti je obrovský a dnes za rozumnou cenu mohou technici v praxi využívat
doslova kapesní osciloskopy, které kromě vlastních průběhů na displeji zobrazují i naměřené diskrétní
veličiny.
Pozornost si určitě zaslouží i taková zařízení jako jsou termokamery, které mohou významnou
měrou přispět nejen k efektivnímu hospodaření s energií, ale dokážou s předstihem odhalit chyby
a přechodové odpory, přehřátá místa v kabelových spojích, rozvaděčích atd.
1.1.10 Elektromagnetická kompatibilita
O tomto oboru již byla v předchozím textu krátká zmínka. Tato problematika je dnes velice
zásadní a netýká se jen technického provedení výrobků a zařízení, ale úzce souvisí s legislativou,
konkrétně pak se zákonem č.22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky, ale také vyhláškou
vlády č.169/1997 Sb. o elektromagnetické kompatibilitě. Je to skutečně zásadní a vážný problém,
který si zasluhuje pozornost. Přesto se neustále více ocitáme v prostředí, kde elektromagnetický
smog nabývá stále větších rozměrů.
1.1.11 Ochrana životního prostředí.
Cílem a hlavním posláním elektrotechniky a všech jejich podoborů je přispívat k lepším
životním podmínkám, k vyšší efektivitě a produktivitě.
124
Bohužel stejně jako všechny ostatní lidské aktivity i tato přináší obrovské škody životnímu
prostředí. Již na svém počátku využívá energie, které nevratně spotřebovává. Na všech místech kde
se objeví elektrický přístroj nebo jeho část, dochází vlastně k ovlivnění životního prostředí. A to jak
přímo tak i nepřímo.
Zatížení životního prostředí však stále, přes všechna legislativní opatření narůstá a tak určitě i
tomuto tématu je třeba věnovat pozornost. Vyhází se přitom z principu tzv. trvale udržitelného
rozvoje.
125
2
Výuka oboru elektrotechnika
2.1 Klíčové požadavky na studenty
2.1.1



Základní fyzikální pojmy
jednotky SI soustavy,
základní elektrické veličiny,
násobky a díly.
Základní požadavky pro zvládnutí oboru elektrotechnika.
Elektrotechnika je součástí fyziky a proto nelze jinak než tuto skutečnost respektovat. Proto je nutné
znát základní fyzikální pojmy, respektive veličiny.
Je stanoveno několik základních veličin, jejichž jednotky byly na sobě nezávisle zvoleny. To jsou
základní jednotky, které tvoří mezinárodní soustavu jednotek SI (Systéme International d’Unités).
Fyzikální veličina
Jednotka
Značka
Délka
metr
m
Hmotnost
kilogram
kg
Čas
sekunda
s
Termodynamická teplota
kelvin
K
Látkové množství
mol
mol
Elektrický proud
ampér
A
Svítivost
kandela
cd
Stručné
definice
jednotlivých
veličin
lze
nalézt
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soustava_SI#Z.C3.A1kladn.C3.AD_jednotky
např.
na
adrese:
126
Pro vlastní elektrotechniku je třeba zvládnout následující odvozené jednotky
Veličina
Jednotka
Značka
Elektrický proud
Ampér
A
Elektrické napětí
Volt
V
Elektrický odpor
Ohm

Kapacita
Farad
F
Indukčnost
Henry
H
Kmitočet
Hertz
Hz
Dokonalá znalost násobků a dílů je rovněž předpokladem pro výpočty a řešení úloh
Předpona
Předpona
2
Činitel
Činitel
Název
Značka
Název
Značka
1024
yotta
Y
10-3
mili
M
1021
zetta
Z
10-6
mikro
Μ
1018
Exa
E
10-9
nano
N
1015
peta
P
10-12
piko
p
1012
tera3
T
10-15
fempto
f
109
giga
G
10-18
atto
a
106
mega
M
10-21
zepto
z
103
Kilo
k
10-24
yokto
y
2
3
Činitel je vyjádřen v exponenciálním tvaru
Tučně zobrazené lze považovat za nejfrekventovanější
127
Tuto pasáž by měl každý student dokonale zvládnout. Nejednoznačná znalost veličin, ale i
práce s čísly vyjádřeným v exponenciálním tvaru, je nutnou podmínkou při orientaci a řešení i
zdánlivě jednoduchých úloh. Studenti se často obracejí k různým zdrojům na Internetu, kde se velice
často objevují chyby. Běžně se všichni ohání pojmy jako je MB, GB nebo TB, ale často netuší, o čem
hovoří.
Bohužel se setkáváme s faktem, že studenti tápou i v tak podstatné disciplíně jako je
znalost jednotek.
Doporučení: Důsledně se studenty tyto tabulky vypracovat (úloha pro Word, případně Excel).
Při odvozování vzorců pak důsledně pracovat i s rozměry jednotek.
2.1.2
Základní legislativa pro bezpečnost práce v elektrotechnice.
Za dominantní pro práci v elektrotechnice lze považovat vyhlášku č. 50/1978 Sb., která
stanoví, kdo a za jakých okolností může na elektrickém zařízení pracovat. Znalost předpisů v rozsahu
této vyhlášky bude studenty provázet prakticky celý život.
Dále je rozumné se seznámit se zákonem č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na
výrobky. Za důležité legislativní nařízení je možno považovat i nařízení vlády č. 169/1997 Sb. o
elektromagnetické kompatibilitě.
Pokud není ve vzdělávacím plánu školy předmět, kde se učí právo, není na škodu ve vyšších
ročnících seznámit studenty i pasážemi trestního zákona č. 140/1961 Sb., hlavně pasáže týkající se
trestní zodpovědnosti za škody hospodářské nebo na zdraví. Problém je v současné době
s občanským zákoníkem, jehož budoucnost je nejasná. S touto legislativou by měl být dobře
obeznámen především přednášející.
128
2.1.3
Bezpečnost v elektrotechnice.
Bezpečnost je alfou i omegou celého elektrotechnického průmyslu, všeho, co souvisí
s elektrotechnikou a stalo se běžnou součástí každodenního života. Zajisté bude na tuto záležitost
jinak pohlížet odborník z oboru a diametrálně odlišně se to bude jevit laikovi.
Samozřejmě pořád se bude jednat o stejné principy s tím, že ten kdo pracuje v oboru je už
z podstaty vystaven většímu riziku než člověk, který elektrotechniku vyžívá ve svém běžném
občanském životě. I přes všechna opatření a školení, dochází každý rok ke zbytečným úrazům a
ztrátám na životech. Situace je o to aktuálnější, že v mnoha firmách, a hlavně stavebních, dochází
k hrubému porušování bezpečnostních předpisů. Důvody jsou zpravidla pragmatické. Snaha o co
nejlevněji provedenou práci.
Můžeme směle konstatovat, že úroveň bezpečnostních předpisů v elektrotechnice je
v hospodářsky vyspělých státech na vysoké úrovni. I naše republika se v tomto ohledu řadí k evropské
špičce. V současné době ještě probíhá proces, kdy se normy evropských státu harmonizují. Lze
konstatovat, že to v ČR není nijak závažný problém, ani v důsledku toho, nedochází k dramatickým
změnám. I když na druhé straně uhlídat všechny normy a změny, které se valí, není ani jednoduché,
ani nijak levné.
V pojetí výuky elektrotechniky se může jevit jako zásadní otázka, kdy se studenty tuto oblast
probírat. Pokud se jedná o pojetí výuky, kde je součástí práce měření elektrických veličin, zapojování
apod. je situace předem jasná. Znalost bezpečnostních předpisů by měla být prioritní. V každém
případě, každý kdo se studenty v elektrotechnické laboratoři pracuje, musí mít prokazatelně
potvrzeno, že studenti byli řádně proškoleni a poučeni.
Je pochopitelné, že studentům pokud neznají základní zákony, se mohou některé principy a
opatření zdát nejasná. V každém případě by se měl student se základními otázkami bezpečnosti
v elektrotechnice seznámit.
Toto je jedna nutná povinnost, ale problematika bezpečnosti v rozsahu normy ČSN 2000-4-41
by se měla i opakovat později, protože po zvládnutí základů elektrotechniky lze předpokládat i
pochopení požadavků normy ve větších souvislostech.
Podobné je to i v tak základních, zkušeným elektrikářům jasných pravidlech, jako je krytí IP,
barevné a písmenné značení kabelů.
Zde je zásadní rozdělení napětí a také principy ochrany vodičů třídy I., II. a III. Nemělo by se
stát, že by studenti nepochopili princip samočinného odpojení od zdroje. Rovněž je nutné vysvětlit
ochranu proudovým chráničem. S tím souvisí i princip ochrany dvojitou izolací, který nepřipouští
žádný jiný způsob ochrany atd.
Další důležitá norma je pak norma barevného značení.
Toto je podstatné a až neuvěřitelně často dochází k problémům při připojování spotřebičů. A to jak
v průmyslu, stavebnictví apod.
Písmenné označení je třeba rovněž zvládnout, jelikož je nutné pro čtení schémat.
129
V této kapitole je také možné se seznámit s krytím elektrických spotřebičů. To je
problematika, se kterou se setkává nejen profesionál, ale i laik při každodenní práci. V případě
neznalosti pak často dochází k situacím, které mohou být nebezpečné.
Nepominutelnou pasáží by měla být přednáška na téma první pomoc při poranění elektrickým
proudem. Na příkladech z běžného života lze ukázat jak je elektrický proud záludný.
2.1.4
Základní elektrotechnické veličiny a pojmy
Tato pasáž je určena jako vodítko pro ty pedagogy, kteří nejsou elektrikáři a s výukou začínají.
Není zamýšlena jako učebnice a ani se nesnaží ji nahradit. Spíš by měla poskytnout představu o
minimu znalostí, pro každého studenta, který chce v elektrotechnice pokračovat dál.
V elektrotechnice se nelze obejít bez znalosti základních zákonů nutných nejen pro pochopení
podstaty vzájemných vztahů ale i pro výpočty, které jsou nutné pro každodenní práci elektrikáře.
Opět lze nastává problém, jak vybrat alespoň ty základní zákony, vztahy, respektive vzorce,
aby se problematika stala přehlednou, ale aby se nevytratila kontinuita mezi jednotlivými oblastmi.
2.1.4.1
Elektrický náboj
Elektrický náboj může být kladný (+) nebo záporný (-). Za elementární elektrický náboj
považujeme jeden elektron, jehož náboj má velikost -e=1,602 . 10-19C. Při stejném počtu elektronů a
protonů v atomu se jeví atom jako elektricky neutrální a pak tedy proton má stejně veliký náboj jako
elektron, ale opačný.
Analogicky tedy, 1C obsahuje 1/e;  1C obsahuje 6,242. 1018 elektronů.
2.1.4.2
Elektrické napětí
Mezi různými náboji působí přitažlivá síla. Při vzdálení dvou různých nábojů je třeba vykonat
práci, která se přemění v energii. Náboj tedy získá energii. Tím dojde k rozdílu potenciálů mezi náboji.
Tento rozdíl potenciálů nazýváme napětím.
Jednotkou napětí je Volt- V.
2.1.4.3
Intenzita elektrického pole
Pokud bude pole mezi dvěma body o různých potenciálech vyplněno stejnorodým
prostředím, předpokládejme vakuem, pak podíl potenciálu a vzdálenosti mezi body nazýváme
intenzitou elektrického pole
[V.m-1;V,m]
130
2.1.4.4
Elektrický proud
Vzniká pohybem elektrických nábojů mezi místy s různými potenciály. Zpravidla řešíme
situace, kdy proud teče v uzavřeném elektrickém obvodu (může nastat také „jednorázový výboj“blesk).
Sestavíme nyní nejjednodušší elektrický obvod. Ten se na obrázku skládá ze zdroje napětí,
spotřebiče a propojovacích vodičů.
Propojovací
vodič
Baterie
Žárovka
V elektrotechnice takové uspořádání nakreslíme ve formě elektrického schématu, kde se
požívají standardizované schematické značky.
Tento obvod vypadá takto:
Vypínač
R
I
Baterie
U
Na obrázku vlevo je tedy schéma zapojení, obrázek vpravo je doplněn o veličiny, kdy místo
žárovky kreslíme „náhradní odpor“ a rovněž je vyznačen proud tekoucí obvodem.
*Za proud považujeme pohyb elektronů, které se pohybují od záporného pólu ke kladnému. Historicky
však bylo přijato pravidlo opačné, které zůstalo zachováno dodnes.
2.1.4.5
Ohmův zákon
Velikost proudu spočítáme podle Ohmova zákona.
Ohmův zákon považujeme za základní elektrikářskou znalost‼
131
Proud je v jednotkách AmpérA
Napětí v jednotkách Volt
V
Odpor v jednotkách
Ohm

Při výpočtu proudu v obvodu jsme však nevzali v úvahu několik dalších aspektů. Neuvažovali
jsme odpor vodičů, ani tzv. vnitřní odpor zdroje. Pojednáme o nich později a zjistíme, zda a jak ovlivní
parametry v obvodu.
K tomu abychom byli schopni řešit i složitější obvody, než je ten na předchozím obrázku se
musíme seznámit s dalšími zákonitostmi. Mezi ně určitě patří Kirchhoffovy zákony. Kirchhoffovy
zákony.
1.Kirchoffův zákon
Platí pro tzv. uzel, což je místo, kde se stýkají nejméně tři vodiče. Zákon pak říká, že proud,
který do uzlu vtéká, se rovná proudům, které z uzlu vytékají. Snad nejlépe to dokumentuje obrázek.
Bývá pravidlem označovat proudy, které tečou směrem do uzlu
I
3
jako kladné a naopak.
I2
I1
Potom lze napsat rovnici
I1 + I2 + I3 – I4 = 0
Tuto rovnici lze také vyjádřit takto:
Určitě není na škodu když student pochopí i 2.Kirchhoffův zákon.
I4
2. Kirchhoffův zákon
UR1
R1
UR2
I
U1
R2
UR3
R3
U2
Součet napětí všech zdrojů a úbytků napětí v uzavřeném obvodu se rovná nule.
Nebo-li UR1 + UR2 – U1 + UR3 + U2 = 0 To lze opět zapsat matematicky
S použitím obou Kirchhoffových zákonů, lze poté řešit složité elektrické rovnice. Princip je
ten, že se sestaví tolik rovnic, kolik je neznámých a poté se řeší jako soustava rovnic. To lze za použití
matic vypočítat celkem snadno v Excelu. Toto lze uplatnit až ve vyšších ročnících.
Poznatek. :Literatura často vysvětluje uvedené pojmy na minimálním počtu elementů. Ve
studentech pak může tento výklad zanechat pocit, že to jediná alternativa a nejsou schopni tato
pravidla uplatnit na komplikovanějších obvodech.
2.1.4.6
Řazení obvodů
Do základů elektrotechnických obvodů je třeba také pojmout řazení odporů. V ukázce pro
2. Kirchhoffův zákon je použito sériové řazení odporů nebo též za sebou. Tam kde se jedná jen
o sériově řazené odpory, teče v celém obvodu stejný proud. Ten je vlastně určen celkovým odporem
132
v obvodu a ten zjistíme prostým součtem hodnot odporů dílčích. Tedy pokud by například byly
hodnoty R1=10; R2=20; R3=30, pak výsledný odpor bude 60.
Druhý možný způsob řazení odporů je paralelní řazení, někdy nazývané vedle sebe.
V tomto uspořádání se proud ze zdroje rozdělí do jednotlivých větví a to v závislosti na velikosti
jednotlivých odporů. Celkový odpor se pak spočte jako převrácená
hodnota součtu převrácených hodnot odporů dílčích.
U
R2
R1
R3
I
I1
I2
I3
Zde často studenti zapomínají na to, že uvedeným vztahem vypočetli převrácenou hodnotu
výsledného odporu.
Je rozumné upozornit respektive odvodit, že při dvou odporech spojených paralelně získáme
odvozením vztah pro výpočet výsledného odporu
Lze odvodit i vztah pro tři paralelní odpory, ale v tom studenti často chybují.
Veličina, která je převrácenou hodnotou odporu se nazývá vodivost, značí se G a je dána
vztahem G=1/R. Jednotkou je Siemens [S].
Určitě není ztrátou času vysvětlit a na několika příkladech ukázat řešení sérioparalelních
spojení pomocí metody postupného zjednodušování. Někdy lze touto metodou vyřešit na první
pohled složitá zapojení, na která studenti aplikují Kirchhoffovy zákony a výpočet tak zbytečně
komplikují.
2.1.4.7
Konstrukční provedení rezistorů
Budeme používat pojmu rezistor, pokud mluvíme o reálné součástce, jejíž dominantní
vlastností je odpor.
Rezistory jsou součástky, které mají v elektrotechnice široké uplatnění. Konstrukčně pak jsou:








rezistory pevné,
uhlíkové-porcelánový váleček pokrytý vrstvou uhlíku,
drátové na nosném válečku je navinut odporový drát,
SMD (Surface Mounted Device), jsou určeny pro přímou montáž do plošných spojů,
rezistory proměnné,
reostaty - drátové pro velké výkony,
potenciometry - uhlíkové, drátové, případně více-otáčkové (pro přesné hodnoty,
trimry - můžeme je nazvat jako „miniaturní potenciometry“.
133
Další skupinou rezistorů, hlavně pro využití v regulačních, stabilizačních a automatických
aplikacích jsou to pak součástky, které výrazně mění svou hodnotu s ohledem na jejich teplotu. Jsou
to:



2.1.4.8
Termistory NTC
Termistory PTC
roste,
Varistory
(Negative Temperature Coefficient), jejich odpor s teplotou klesá,
(Positive Temperature Coefficient) jejich odpor s teplotou výrazně
Napěťově závislé odpory (časté použití je v přepěťových ochranách).
Vodiče v elektrotechnice
Z hlediska vodivosti se dají pevné látky dělit na:




2.1.4.9
izolanty – prakticky vůbec nevedou proud,
vodiče – vedou proud za normálních okolností,
polovodiče – vedou proud při splnění specifických podmínek,
supravodiče látky, které nevykazují žádný odpor (zpravidla k tomu dochází při teplotách
hluboko pod nulou).
Vodiče
V tomto ohledu jsou pro elektrotechniku významné především kovy, jejichž měrný odpor je
relativně malý. Tento měrný odpor se označuje písmenkem řecké abecedy  [ró]. Rozměr této
veličiny je .mm2.m-1.Tato veličina je velice důležitá, protože se zásadním způsobem podílí na
celkovém odporu příslušného vodiče.
Vztah pro odpor vodiče je následující.
Z praktických důvodů se uvažuje délka vodiče v metrech a jeho průřez pak v mm2. Pro tyto
rozměry použijeme  viz tabulka.
Měrný odpor a teplotní součinitel vybraných materiálů
Materiál
 (.mm2.m-1)
Stříbro
0,0163
Měd
0,0178
Zlato
0,023
hliník
0,028
Bronz(dle % Cu)
0,022 až 0,13
 (K-1)
0,004
0,0042
0,0037
0,004
0,0015 až2,6
Z této tabulky vyplývá, že nejlepší pro vedení proudu je stříbro (Ag). Dále pak měď (Cu).
V nedávné době se ve velké míře používal hliník, hlavně v elektroinstalacích, protože cena hliníkových
vodičů je mnohem menší, než u měděných. Bohužel jeho životnost je mnohem kratší. Je i křehčí, což
způsobuje lámání vodičů při instalaci a hlavně pak při rekonstrukcích, kdy se na jeho kvalitě projevuje
stárnutí. Rovněž se u něj projevuje teplotní roztažnost a deformace. To pak způsobuje přehřívání ve
134
svorkách a spojovacích místech, což klade vyšší nároky na údržbu. Proto se dnes preferují vodiče
měděné. Zlato pak najdeme především v zařízeních informačních a telekomunikačních technologiích.
Hlavně se užívá jako povrchová vrstva u zásuvných kontaktů, konektorů apod.
2.1.4.10 Závislost odporu na teplotě
V tabulce se rovněž vyskytnul parametr označený písmenkem řecké abecedy . To je teplotní
součinitel odporu. Tuto veličinu potřebujeme, pokud nás zajímá, jak se změní odpor vodiče
v závislosti na teplotě. Odpor většiny kovů s rostoucí teplotou roste. Vzorec pro výpočet odporu je
níže.
Tento vzorec můžeme pro relativně malý teplotní rozsah považovat dostatečně přesný a pro
malé rozsahy teplot lze zanedbat v tomto vztahu kvadratický člen. Zde je možné dokumentovat, že
klasická žárovka má při 20C odpor řádově v jednotkách ohmů, ale při svícení pak je v desítkách
ohmů. Proto také žárovka, když ji zapneme, způsobí krátkodobý pokles napětí. A pokud bychom
chtěli rozsvítit např. osvětlovací těleso osazené větším počtem klasických žárovek, museli bychom je
zapínat po sekcích.
2.1.4.11 Elektrický výkon a práce.
Elektrický výkon je úměrný napětí a proudu v obvodu.
P = U.I
[W;V, A]
pro praktické příklady se často hodí odvozené vzorec
P = U2/R
P = I2.R
Jednotka výkonu je Watt [W]
Práce je pak součin výkonu a času
A =P.t
[J; W,s]
Ze vztahu plyne, že 1J je 1Ws. Zde stojí určitě za zmínku, že spotřeba elektrické energie
v domácnostech, ale i průmyslu je vyjádřena ve Wh respektive kWh.
Pro názornost je uvedena tabulka přibližného příkonu některých spotřebičů v domácnosti.
Vynásobením tohoto údaje časem nám pak řekne, jak se příslušný spotřebič podílí na celkové
spotřebě.
Spotřebič
Příkon [W]
Lednička
Pračka
Žehlička
Televize
Stolní počítač
Notebook
Varná konvice
Mikrovlná trouba
Zařízení v tzv. pohotovostním stavu*
100
200/2000*
1000
60-150
60-100
30-60
2000
800-1200
3-10
*Je dobré připomenout, že zařízení tohoto druhu je v domácnosti vždy několik.
135
Tato pasáž si zasluhuje dostatečnou pozornost, neboť spotřeba se promítá nejen do
rodinného rozpočtu, ale sníženou spotřebou lze přispět ke zlepšení životního prostředí.
Možná jako zajímavost lze uvést skutečnost, že člověk, který je v klidu vyzařuje 70W, což se
pochopitelně mění na teplo. Další příklad, jaký výkon vyvine při šlapání na kole, a po jakou dobu je
dokáže produkovat
2.1.4.12 Kapacita
Další důležitou veličinou v elektrotechnice je kapacita. Je to populárně řečeno, schopnost
kumulovat elektrický náboj. Tato situace vznikne všude tam, kde jsou dvě vodivé plochy odděleny
izolantem, a k těmto plochám je připojeno napětí.
Z praktického pohledu pak takovéto zařízení schopné náboj uchovat, nazýváme kondenzátor.
Za nejjednodušší případ kondenzátoru můžeme považovat deskový kondenzátor.
Kapacita tohoto uspořádání se pak spočte podle vztahu
plocha S
[F;F.m-1,—,m2,m]
0—permitivita vakua, 8,852 10-12 F.m-1
 —permitivita prostředí
S —plocha v m2
l —vzdálenost mezi deskami
l
Kapacita tedy závisí přímo úměrně na ploše. Ale nepřímo na vzdálenosti desek)polepů.
Vodivých ploch. Kapacita rovněž přímo závisí na r.4
Řazení kondenzátorů
Stejně jako odpory lze i kapacity řadit paralelně, sériově i sérioparalelně.
Paralelní řazení
Výsledná kapacita tohoto uspořádání Je dána prostým součtem všech kapacit.
C = C 1 + C2 + C3
C1
C2
C3
Napětí na všech kapacitách je totožné.
Výsledný náboj Q je dán součtem dílčích nábojů.
Náboj kondenzátoru se spočte ze vztahu
Q=U.C
[C; V,F]
4
Zatímco donedávna se nedařilo realizovat kapacity o velikosti blížící se kapacitě 1F, dnes už to neplatí, protož
jsou vyráběny kondenzátory a kapacitách několika Faradů. I když na napětí zatím řádově Voltů.
136
Sériové řazení kondenzátorů
Toto uspořádání je z hlediska výpočtu výsledné kapacity a stanovení napětí na jednotlivých
kondenzátorech trochu komplikovanější.
C1
C2
C3
Vzorec pro výpočet výsledné kapacity má tvar
Při odvozování tohoto vztahu je třeba vzít v úvahu skutečnost, že náboj bude na
kondenzátorech stejný.
Q = U.C
Potom ale napětí, ke kterému je uspořádání připojeno, se rozdělí v závislosti na kapacitách
jednotlivých kondenzátorů.
Pro zapojení pouze dvou kondenzátorů pak lze odvodit zjednodušený vztah
Opět doporučuji vykládat řazení na nejméně třech kondenzátorech, aby nevznikl u studentů
pocit, že to platí pouze pro dva, jak je ve většině případů vysvětlováno.
2.1.4.13 Typy kondenzátorů
Typů a provedení kondenzátorů existuje pestrá paleta.
Kondenzátory pevné






papírové – kovové polepy jsou odděleny papírovým dielektrikem a smotány do svitků,
svitkové plastové- dielektrikum je z plastu,
elektrolytické dielektrikum je tvořeno oxidem kovu,
tantalové,
keramické ,
SMD (Surface Mounted Device).
Kondenzátory proměnné



otočné,
kapacitní trimry,
stlačovací kapacitní trimry.
137
Pozn. Je možné se zmínit a o kapacitní diodě, která hlavně ve vf obvodech zastává funkci
proměnného kondenzátoru.
2.1.4.14 Indukčnost
Jestliže prohlásíme, že je kondenzátor naprosto nezbytnou součástí pro elektrotechniku a z ní
odvozené obory, pak totéž platí i pro cívku. Ta je součástkou, u které nás zajímá především veličina
nazývaná indukčnost.
Populárně řečeno, pokud kondenzátor uchovává elektrickou energii díky silovému působení
elektrického pole, pak cívka uchovává energii přeměnou na magnetické pole.
Z hlediska teoretického se kolem každého vodiče, kterým prochází proud, se vytváří
magnetické pole, ale spíš jsme asi zvyklí na to, že v souvislosti s indukčností si představujeme, že je
tento vodič stočen do cívky. Tímto uspořádáním vodiče se pak indukčnost mnohonásobně zvětší.
Z logiky věci vyplývá, že magnetické pole kolem cívky existuje jen v době, kdy jí protéká
proud. Pokud tento proud přerušíme, magnetické pole zanikne. A dospěli jsme tedy
k elektromagnetu, který vykazuje elektromagnetické pole jen v době, kdy cívkou teče proud.
Existují však i speciální materiály, které si magnetické pole po zmagnetování ponechají, a
potom hovoříme o trvalých magnetech.
Pokud cívku vyrobíme, navineme tak, že v ní vytvoříme jakousi dutinu, pak zasunutím
určitých konkrétních materiálů, pak magnetické pole můžeme zesílit. Materiály, které toto dokáží, se
nazývají feromagnetické. Jsou to železo, kobalt a nikl, a potom speciálně vytvořené látky tzv. ferity.
schématické značky cívky a cívky s jádrem.
Cívky jsou v různém provedení, ale principiálně je můžeme rozdělit na solenoidy, což jsou
cívky na tyčovém jádru. Druhou skupinou jsou toroidy, které jsou navinuty na kruhovém jádru,
prstenci.
Stejně tak jako odpory a kapacity, lze i indukčnosti vzájemně propojovat, můžeme je spojovat
sériově, paralelně a tyto způsoby kombinovat.
138
Indukčnost se značí písmenem L a má jednotku Henry [H ].
Pro sériově řazené cívky platí
L = L1+ L2 + L3+ …
Tento vzorec však platí za předpokladu, že se cívky vzájemně neovlivňují.
Při paralelním řazení pak platí následující vztah:
Magnetické pole vznikající v cívce pak vykazuje silové působení na feromagnetické látky
v jeho blízkosti. Tohoto efektu využívá mimo jiné jeden z nejznámějších přístrojů v elektrotechnice a
to je elektromagnetické relé. Elektromagnetické relé je vlastně prvek, který dokáže spínat rozepínat
případně přepínat jiné nezávislé elektrické obvody pomocí kontaktů, kterými je relé vybaveno.
1.
2.
3.
4.
5.
cívka
jádro z magneticky měkké oceli
pohyblivá kotva
pružné kontakty
místo připojení ovládaného zařízení
Kontakty, které jsou pomocí mechanického pohybu kotvy ovládány, mohou tvořit i vícenásobný
svazek a mohou se tedy využít k současnému ovládání jiných elektricky nezávislých obvodů.
Relé bylo ještě donedávna základním stavebním prvkem logických obvodů a poměrně mnoha
sofistikovaných zařízení. Mimo jiné první počítací stroje tzv. nulté generace byly postaveny na těchto
prvcích. V 70. letech minulého století byly základními stavebními prvky telefonních ústředen a celé
řady zabezpečovacích systémů a zařízení. V dnešní době je nalezneme spíše jen jako jednoúčelové
spínací prvky. Z dnešního pohledu jejich nevýhodami jsou dlouhá doba potřebná k přepnutí, řádově
desítky milisekund. Velká spotřeba, nespolehlivost kontaktů, náročnost na údržbu a také rušení, ke
kterému dochází hlavně při rozpínání obvodů.
Pokud hovoříme o relé, pak máme na mysli přístroj, který je určen ke spínání relativně malých
proudů a napětí. Pro spínání a ovládání strojů v silnoproudé elektrotechnice se užívá přístroj, který je
139
principiálně shodný s relé, ale má mnohem robustnější konstrukci a dovoluje spínat mnohem vetší
proudy a napětí (proudy až desítky ampér, napětí řádově stovky voltů).
V technické praxi existuje celá řada typů relé, která dodnes nacházejí široké uplatnění. Namátkou
lze připomenout reléovou skříňku v automobilech, impulsní relé používané pro spínání schodišťových
osvětlení, relé ve spínacích skříňkách obráběcích strojů, jazýčková relé, různá miniaturní zapouzdřená
relé, relé určená pro SMD atd.
2.1.4.15 Zdroje elektrického napětí
V této kapitole se zaměříme na vlastnosti zdrojů obecně.
Nejdříve je třeba říci, že stejně jako všechny ostatní prvky v elektrotechnice je můžeme řadit
jak sériově, paralelně tak můžeme vytvářet i smíšená zapojení. Pro jednoduchost je situace
vysvětlena na spojování stejnosměrných zdrojů, i když lze stejně tak spojovat i zdroje napětí
střídavého.
V předešlých kapitolách je vždy využit zdroj, který byl víceméně ideální a tak se žádný reálný zdroj
chovat nebude. To co nás u zdroje zajímá je jeho napětí a také proud, který z něj můžeme odebírat.
A zde je zásadní věc, kterou musíme u každého zdroje vzít v úvahu. To, co ovlivňuje napětí na
svorkách zdroje, je vnitřní struktura zdroje, a můžeme ji shrnout do pojmu vnitřní odpor zdroje Ri. Pro
pochopení tohoto problému je třeba ideální zdroj nahradit zdrojem reálným viz obr. Ten si můžeme
nakreslit jako spojení ideálního zdroje a k němu připojeného Ri.
Na obrázku měříme voltmetrem (u kterého předpokládáme minimální odběr) napětí
naprázdno.
Na dalším obrázku je pak stav, kdy ke svorkám zdroje připojíme zátěž R z. průtokem proudu
přes Ri na tomto odporu vznikne úbytek napětí, o který se původní napětí na svorkách sníží.
U
Ri
U0
V
Ri
U0
U [V]
U0
I
V
Rz
Průběh napětí
ideálního zdroje
Průběh napětí
reálného zdroje
I [A]
Ik
Vnitřní odpor tedy způsobuje snížení výstupního napětí ale pochopitelně je také příčinou
ztrát a tedy oteplování zdroje. Pokud je nutné, a to je častá skutečnost, aby se napětí na výstupu se
zátěží neměnilo, aby zdroj byl takzvaně tvrdý, musí takový zdroj být doplněn o další komponenty jako
je například stabilizátor.
140
Důkaz vlivu vnitřního odporu lze předvést na zdroji, ke kterému budeme připojovat postupně
paralelně například žárovky a s připojením, každé další pak zaznamenáme pokles intenzity světla
žárovek.
2.1.4.16 Stejnosměrné zdroje elektrického napětí
Pokud zatím pomineme zdroje stejnosměrného napětí, které vznikne usměrněním napětí
střídavého, pak lze konstatovat, že máme k dispozici chemické zdroje proudu. V zásadě u všech je
princip vzniku napětí založen na rozdílu elektrochemických potenciálů dvou různých kovů,
umístěných v elektrolytu.
Zdroje se pak dělí na:



primární,
sekundární,
palivové články.
Za primární považujeme takové zdroje, které už svoji podstatou poskytují elektrickou energii díky
přeměně chemické energie na elektrickou. Mezi tyto články patří všechny baterie, které jsou
k dispozici, a nelze dobíjet.
Vysvětlení pojmu primární článek je zřejmě podstatné. Stejně tak princip sekundárního článku by
měl být jasný.
K tomu jak vlastně primární článek pracuje lze využít ukázku (není rozsahem pro laboratorní
práci.) Student drží v každé ruce jiný kovový předmět a druhý student naměří na koncích kovových
předmětů napětí. Volbou různých materiálu pak lze dokázat, že platí princip, který vychází
z elektrochemického potenciálu různých kovů.
Sekundární články:




určitě by se měl vysvětlit olověný akumulátor a správná manipulace s ním (nabíjení,
uchovávání, základní parametry),
totéž u NiCd, kde lze navíc vysvětlit paměťový efekt,
velkou pozornost pak vyvolávají nové články jako NiMH,
za hit současných článků jsou považovány články Li-Ion.a Li-Pol. Rovněž stojí za pozornost
věnovat čas pro seznámení s nimi.
Zde se jeví jako vhodné příklady, kde se spočte z kapacity akumulátoru doba jeho činnosti. Určitě
i porovnání jednotlivých typů v poměru kapacita hmotnost může být zajímavé. Zmínka o současném
trendu též stojí za úvahu. Jedná se o oblast elektrochemického průmyslu, která doznala skutečně
dramatický vývoj, který neustále probíhá.
Pozornost by se měla věnovat i ekologickému dopadu používání chemických zdrojů.
(Kolik jeden člověk z našeho okolí potřebuje za rok baterii a akumulátorů). Dejme je na sebe
a vynásobme počtem obyvatel ČR, Evropy)
141
Palivové články
Palivové články jsou opomíjenou oblastí. Po prvotním boomu se na tyto články trochu
neprávem zapomíná.
Zde je na místě přiblížit historii palivových článků. Často totiž vzniká mýtus, že palivový článek
je převratný vynález nedávné doby. Přičemž praktické využití palivových článků můžeme datovat již
do 60. let 20. století.
Další mýtus, živený především populárními články je, že nás tento způsob energie pro různé
pohony, nejčastěji automobily spasí. Většina „odborníků“ však ať záměrně nebo z neznalosti neřeší,
jakým způsobem a při jakých nákladech se získá vodík, který je palivem pro tyto články.
Zajímavá pak je i stať, kterou bychom mohli nazvat závislost efektivity článků v závislosti na teplotě.
A to je otázka týkající se všech chemických zdrojů. Další polemickou otázkou je tzv. paměťový efekt.
Příklady tohoto problému není třeba hledat dlouho. Startování automobil v mrazu. V Pb aku za mrazu
stoupá vnitřní odpor, což způsobuje velký úbytek napětí uvnitř akumulátoru. Funkce mobilních
telefonů v mrazu apod.
Pozn. Aktuálně lze poukázat na problém letadel Boening 787 Dreamliner, kde zřejmě moderní baterie
také přispěly nešťastným způsobem k poruchám těchto letadel.
2.1.5
Střídavý proud.
Jestliže u většiny tematických celků existuje dilema, do jaké hloubky téma zkoumat, pak pro
střídavý proud je tento problém ještě výraznější. Situace je o to složitější, že se problém snoubí
s matematikou a tady ne vždy studenti svým přístupem projevují nadšení.
V základním pojetí se bude problém točit kolem harmonického střídavého proudu, který
vzniká rovnoměrným otáčením cívky v homogenním magnetickém poli. Ale už v pochopení samotné
definice je základ úspěchu.
Průběh sinusového napětí
1,2
1
0,8
0,6
Efektivní hodnota
Uef= Umax*0,707
Střední
hodnota
0,4
0,2
0
-0,2
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
-0,4
-0,6
-0,8
-1
Perioda T [s]
-1,2
142
Obrázek zachycuje základní parametry harmonického proudu
U učebních oborů se patrně spokojíme s výrazy, jako je amplituda, frekvence a perioda. Déle
pak maximální hodnota, efektivní a střední hodnoty, včetně jejich definic. Pro hlubší znalost pak je
třeba operovat s fázovým posuvem, vědět si rady s nakreslením průběhu proudu a napětí v časovém
rozvoji (opět vhodná úloha pro Excel). Pro maturitní obory je vynikající, pokud se implikuje počítání
s komplexními čísly, respektive vyjádření průběhů v komplexní rovině, čímž se potom razantně
zjednoduší operace při výpočtu reaktancí respektive impedancí.
Reaktance, impedance, vzájemné posuvy napětí vůči proudu, to jsou základní prvky abecedy
všech energetiků. Ať už podnikových, dispečerů na velínech, rozvodnách při osvětlování výrobních hal
apod.
Vyplývá z toho problematika kompenzací jalových proudů, jakost dodávané energie a celá
řada dalších faktorů.
Chování prvků R, L, C je rovněž podstatná kapitola pro elektrotechnické obory. I zde by mělo
stačit pro učební obory vyjádření reaktancí a impedancí ve standardním pojetí a pro maturitní obory
by mělo být samozřejmostí počítání s komplexními čísly.
Je to téma, které je třeba zvládnout jak slaboproudou tak silnoproudou elektrotechniku. O
aplikacích v silnoproudé elektrotechnice je již zmínka výše, ale stejně tak to platí pro využití
ve slaboproudé elektronice. Jedná se o rezonanční obvody, které jsou součástí všech zařízení, která
při komunikaci používají bezdrátový přenos. Jsou to tedy všechny mobilní telefony, WiFi přenosy,
dálkové ovladače, filtry na vstupech i výstupech zařízení impulsních zdrojů měničů atd.
Nabízí se zde možná i rozdělení kmitočtových pásem pro různé druhy přenosů. Připomenout,
že využívání kmitočtového spektra je strategickou záležitostí a nad touto situací důslední bdí Český
telekomunikační úřad. Licenční pásmo, bez licenční pásmo, povolené vysílací výkony.
Vyskytují se zde pojmy, které konvergují s informačními technologiemi a bude zřejmě lépe se
o nich jen zmínit a ponechat jejich hlubší rozbor do předmětů s přímou vazbou na telekomunikační
technologie.
Samostatnou kapitolou by měl být třífázový proud, jeho vznik a využití v praxi. Důležité je
pochopení vztahů mezi fázovými a sdruženými veličinami a na základě toho pak odvození výkonu
třífázového střídavého výkonu.
Výhody třífázového napětí, opodstatnění jeho využití v kontrastu s jednofázovým napájením,
vyřešení rovnoměrného zatížení fází v občanské výstavbě.
2.1.6
Elektrické stroje a přístroje
Stejně jako v ostatních oblastech i zde došlo k radikálnímu posunu nejen díky vývoji a
používání nových materiálů ale i v samotných principech přístrojů.
Transformátor. Je jedním ze strojů, bez kterého si nelze elektrotechniku představit. Pokud
princip zůstal zachován, pak vše ostatní se změnilo. Je to dáno kvalitními prvky používanými pro
izolaci, ale i magnetickými materiály. Tam, kde je to možné a potřebné tam se zásadně změnila
filozofie. Jedná se například o impulsní zdroje v napájecích zařízeních pro elektroniku. Zde
transformátor k přenesení výkonu stovek wattů je doslova miniaturní. Ale i v silnoproudé
elektrotechnice došlo k razantní úspoře materiálu a ke zvýšení účinnosti zařízení.
143
2.1.6.1
Střídavé motory
Motory na třífázový proud. Zásadní je pochopení tzv. rotujícího magnetického pole, které
vzniká díky cívkám napájeným z třífázové ho zdroje napětí.
2.1.6.2
Motory synchronní a asynchronní.
Toto je obsáhlá pasáž elektrotechniky, kterou detailněji budou asi obory připravující
absolventy pro obory v dopravě, stavebních i dalších strojů.
Za důležitý aspekt pak považuji pronikání asynchronních strojů i tam kde je nutné řídit otáčky,
to nebylo vždy tak snadné. Tento posun je podpořen i faktem, že spolehlivost těchto motorů je díky
jejich relativní jednoduchosti vysoká a potřebují minimální údržbu. Tato situace je dnes jednodušší
díky používání měničů pro napájení asynchronních motorů. Tyto měniče jsou elektronické, dokážou
měnit kmitočet v dostatečném rozsahu a rovněž je lze považovat za spolehlivé.
Pro obory, které budou pracovat v oblasti automatizace, případně robotických systémů bude
nutná znalost krokových motorů, které je opět nepřehledná škála.
2.1.6.3
Motory lineární a krokové
To je skupina motorů, které nachází uplatnění i v automatizaci a robotice.
Uvedená kapitola je vytvořena jako možná ukázka základních znalostí z teoretické elektroniky.
144
2.2 Koncepce výuky předmětu elektrotechnika
Elektrotechnika je obor lidské činnosti zabývající se praktickým využitím elektrické energie.
Jedná se o specializovaný technický vědní obor, který se zabývá výrobou, rozvodem a přeměnou
elektrické energie v jiné druhy energie.
Jedna z možností jak specifikovat nosná témata elektrotechniky je ve druhé kapitole tohoto
materiálu. Z hlediska výuky základů a následných rozvíjejících kapitol však musí sledovat jiná kritéria
a jinou chronologii. Nebude zřejmě jednoznačný předpis, který by v sobě skrýval tajemství úspěchu.
Přesto jsou osvědčená schémata a řazení látky, které je dáno praxí. K tomu pak přistupuje zkušenost
a kvalifikace vyučujícího, ale samozřejmě i zaměření a specializace příslušného oboru. Každá z těchto
oblastí má samozřejmě svoje specifika a zároveň z ní vychází celá řada dalších oblastí, kam svými
účinky zasahuje. Vyvolává to znalost v souvisejících předmětech a disciplínách. Je to především fyzika,
matematika. Posléze elektrotechnika prolíná s elektronikou, informační technikou, automatizací,
kybernetikou a dalšími technickými disciplínami, které se nutně promítají do oblasti ekonomiky,
hospodaření, kvality života společnosti a jednotlivce.
Následující materiál se pokouší vytvořit základní osnovu pro přiblížení elektrotechniky v rámci
výuky na středních školách. Mělo by se jednat o nosné principy, zákonitosti, jevy, aplikace, využití
a trendy. Na tyto základní atributy by pak měly navazovat rozšiřující poznatky, které se budou lišit
podle toho, pro jakou specializaci či obor bude elektrotechnika využita. Elektrotechniku při výuce
bude zřejmě tedy nutné odlišit podle toho, pro které oblasti průmyslu nebo zaměření budou studenti
připravováni. K překotnému rozvoji dochází nejen v oblasti součástkové základny, ale i v přístrojové
technice, v elektroinstalačních materiálech, v oblasti spotřební elektroniky, v automobilovém
průmyslu atd.
V každém případě je však nutné aby všichni, kdo se chtějí profesionálně elektrotechnikou
zabývat, byli vybaveni základními teoretickými znalostmi i praktickými návyky. Samozřejmě
v současné době i v budoucnosti nelze předpokládat, že si student vystačí s tím, čím ho škola vybaví
nebo ho naučí. To se týká všech činností lidského konání a elektrotechniku z toho nelze vyjmout.
Student by tak měl současně se získáváním teoretických znalostí a praktických dovedností postupně
i vstřebávat filozofii a skutečnost, že žije v době kdy i ten nejnovější poznatek je už vlastně zárodkem
nového poznání. Každý nový výrobek, se kterým se setká, je už vlastně předchůdcem jiného
modernějšího a lepšího, který někde vzniká a bude si razit cestu vpřed. Pochopitelně tady je asi ten
zásadní rozpor mezi teorií a praxí. Zatímco technika, poznání a modernizace zrychlují svoje tempo,
školství se vleče někde ve stínu všech ostatních oborů. Občas se sice někde zdá, že se blýská na lepší
časy, ale jsou to jen kapky v moři. Jsou to většinou jen náhodné dílčí úspěchy jednotlivců a nikoli
celkový posun. Na místě je tvářit se jako optimistický pedagog, jenže to není vždy možné. Vybavení
škol je vesměs zastaralé a na nové vybavení školy těžko dosáhnou. Bohužel i v těchto podmínkách je
třeba žít a pokusit se udělat maximum. Není na místě argument, že škola se má chovat podnikatelsky
a pedagogové se mají starat. Pedagogové by měli svoji energii věnovat především výuce a svému
vlastnímu rozvoji.
145
2.3 Metody při výuce
Jak postupovat při výuce předmětu elektrotechnika?
Základní osnovu, kterou zřejmě nelze obejít, bez toho abychom vychovali člověka, který
oboru rozumí, tu asi nelze příliš modifikovat. Je třeba zachovat princip od nejjednoduššího problému
ke složitějšímu. Určitě existují obory, lidé nepostupují systematicky, a kloní se k metodám pokus
omyl. To je markantní např. při práci s počítačem. Někdy je až alarmující, že student nejen, že nemá
zájem pochopit logiku problému, ale často ji pokládá za naprosto zbytečnou.
2.3.1
Nosná témata při výuce Elektrotechniky
Odborná literatura, příručky i metodické plány naštěstí tuto podstatnou skutečnost respektují
a metodický plán, pro obor elektrotechnika je víceméně ustálen. Určitě se však nemůže jednat
o dogma a autoři se snaží o takové postupy a metody, které buď vycházejí z potřeb oboru, budoucího
profesního zaměření, nebo ze zkušeností. Domnívám se, že níže uvedené celky by mohly splňovat
požadavky pro přípravu absolventa pro obor elektrotechnika. Určitě bude jiná hloubka teorie ve
školách zakončených maturitou, než například v učebních oborech. Ale budou celky a témata, která
musí být bezpodmínečně ve všech školách, které se elektrotechnikou zabývají.
Základní tematické celky:





















základní fyzikální pojmy,
základní elektrotechnické veličiny a pojmy,
legislativa v elektrotechnice,
bezpečnost v elektrotechnice,
základní elektrotechnické poučky a zákony,
elektrické pole,
proudové pole,
stejnosměrné zdroje elektrického napětí,
střídavý proud,
prvky v obvodech střídavého proudu,
elektrické stroje a přístroje,
elektrické součástky,
měřící technika,
výroba, rozvod a užití elektrické energie,
ochrana proti atmosférické elektřině,
ochrana proti přepětí v budovách,
polovodičová technika,
napájecí zdroje, záložní zdroje, měniče,
alternativní zdroje elektrické energie,
elektromagnetická kompatibilita,
elektrotechnika a životní prostředí*.
*toto téma lze určitě připomínat a zařazovat do valné části jednotlivých kapitol.
Toto rozdělení nelze chápat dogmaticky. Každou u kapitol lze rozpracovat do mnoha detailů.
To však není smyslem tohoto materiálu.
146
2.4 Stanovení cílů a základní rozsah při stanovování kompetencí
Ve školách v nedávné době proběhla akce, kdy všechny školy přepracovávaly metodické plány
výuky. Výsledkem této mravenčí, často i úmorné práce byly a jsou matriály, které mají často i několik
set stran. Jedná se o rámcové vzdělávací plány, které však podle mého názoru byly jen další ukázkou
nesmyslné byrokracie.
Školám byl údajně věnován prostor k tomu, aby se vyprofilovaly podle svých možností
a představ. V tomto ohledu tedy asi není školám radit, co a jak mají dělat. Bohužel však z pohledu
racionálního využití, pokrytí skutečných potřeb firem a snad i společenské poptávky po absolventech
se tyto záměry často minuly účinkem. Pokud vůbec tento záměr sledovaly.
Samozřejmě, že plán musí být stanoven, ale je třeba jej operativně přizpůsobovat a snažit se
najít optimální řešení nejen z hlediska škol, ale hlavně pak uplatnění absolventů. A to je v podstatě
stejné, zda se bude jednat o učební obory, učební obory s maturitou, u kterých se předpokládá, že by
absolventi měli nastoupit do praxe jako lidé vybaveni potřebnými teoretickými poznatky
a praktickými návyky. V případě klasických středních škol by pak zřejmě mělo být cílem totéž a navíc
by měli studenti být po teoretické stránce připraveni tak, aby po zralé úvaze byli schopni pokračovat
na vysokých školách.
2.5 Kompetence na školách se zaměřením na elektrotechniku
Protože tento materiál se konkrétně zabývá předmětem elektrotechnika, zdá se být situace
snad konsolidovanější než v jiných oborech. I když to může opět být klamavé zdání. O tom že
prakticky přes noc vyrostla řada škol, prakticky přes noc, není nutné polemizovat. Bohužel je dnes
jasné, že kapacita je taková, že není možné jí naplnit dostatečným počtem studentů, vhodných pro
tuto profesi. Zcela jistě většina těchto škol ani nevznikla z reálné potřeby, ale často jen jako předmět
podnikání. Zůstává také nezodpovězená otázka, kde se vzaly houfy zkušených pedagogů v našich
podmínkách.
Dalším stěžejním problémem je pak ten, že zřejmě nikdo nekoordinuje strukturu a odborné
zaměření učebních oborů a studentů středních škol. Stačí si jen uvědomit tu neustále rozšiřující se
nabídku v materiálech, přístrojích pro nn i vn aplikace, vybavení firem, obrovskou diverzifikaci
v materiálové nabídce, technologických celků atd. Dalším problémem, který se promítá do celého
resortu, je na jedné straně kvantitativní nárůst škol, které přispívají kontraproduktivně ke snížení
kvality jednotlivých oborů a na druhé straně je tu slučování již existujících škol, často spolu ani
organicky nesouvisejících, což vlastně přináší totéž.
Nicméně závěr je ten, že je na vedení jednotlivých škol jak se s problematikou vyrovná, a ne
zřídka se výuka přizpůsobí tomu co je v možnostech školy, ať už materiálních či personálních.
147
2.6 Náměty pro úlohy
Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon, výkon.
2.6.1
1. Úloha
V
R2
R1
R3
U
A
Zadání:
Podmínka.: známe velikosti odporů.
Postupně se změří všechna napětí. Tedy napětí zdroje a napětí na jednotlivých odporech. Poté se
spočte proud v obvodu. Tato úloha potvrdí platnost 2. Kirchhoffova zákona. Rovněž by si student měl
odnést poznatek, že při sériovém zapojení je proud v celém obvodu stejný. Napětí zdroje se rozloží na
jednotlivé odpory úměrně podle jejich velikosti. Rovněž je možné spočítat výkonovou ztrátu na
jednotlivých odporech respektive v celém obvodu.
2.6.2
2. Úloha
R1
I3
I2
I1
R3
R2
U
A
A
A
A
I
148
Postupně se změří všechny proudy a proud I by měl být stejný jako součet proudů ve větvích 1 až 3.
Napětí na všech odporech bude totožné. Tato úloha dokumentuje platnost 1. Kirchhoffova zákona.
2.6.3
3. Úloha
A
Ž
U
P
V
V této úloze si student ověří funkci reostatu, který je zapojen jako dělič napětí. Výpočtem
pak zjistí, že odpor žárovky skutečně roste s rostoucím napětím (teplota vlákna stoupá). Výkon
žárovky spočte jako součin napětí a žárovky. Vhodné je k této úloze zkonstruovat graf závislosti
výkonu a odporu na napětí (vhodná úloha pro Excel).
149
2.6.4
4. Úloha
Ž1
U1
Ž2
A
P
a1
V
U2
V této úloze lze aplikovat několik poznatků
Pomocí změny napětí pro cívku relé můžeme zjistit minimální napětí, při kterém relé přitáhne, tedy
přepne svoje kontakty. Poté snižováním napětí můžeme poukázat na skutečnost, že relé bude pro
svoje přidržení potřebovat napětí menší, než bylo nutné pro přítah – napěťová hystereze.
Na druhém obrázku využíváme funkci přepínacího kontaktu k ovládání dvou žárovek. Ty jsou
napájeny ze zcela jiného zdroje než cívka relé. Tedy obvody jsou galvanicky odděleny. Moment kdy Ž 2
zhasne a Ž2 se rozsvítí, chápeme jako okamžik přítahu respektive odpadu.
2.6.5
5. Úloha
Tato úloha je zaměřena na rozšíření znalostí. Nicméně pokud se studentům podaří správně zapojit
a zrealizovat, velice často je tento počin doprovázen emocionálními pocity radosti.
V1
V2
a1
U1
BA
b1
b2
a2
Ž1
Ž2
A
U2
Funkce obvodu.
Po sepnutí vypínače V1 přitáhne relé B. To svým kontaktem b1 uvede do činnosti relé A. Relé A však
rozpojí obvod napájení pro relé B a to odpadne. Svým odpadnutím způsobí rozpojení obvodu pro relé
A. Toto střídavé rozpínání a spínání se bude cyklicky opakovat, dokud nevypneme vypínač V1. Další
kontakty ze svazků obou relé jsou využity pro spínání respektive rozpínání signalizačních žárovek Ž1
a Ž2.
150
2.6.6
Další náměty na úlohy
Každý zkušený pedagog má jistě svou metodiku, která se mu osvědčila. Určitě vychází i
z materiální základny a možností, které jsou k dispozici. V každém případě si myslím, že čím více úloh
se v rámci výuky provede, tím lépe. Jsou studenti, kterým praktické úlohy vyhovují mnohem lépe než
standardní teorie. Otázkou opět zůstává zpracování závěrů úloh a výstupy z těchto úloh. Možná jsou
i učitelé, kteří písemné protokoly nevyžadují u všech měření a zapojování. To je určitě na místě u
úloh, které vyústí v praktický úspěch či neúspěch dané úlohy. („Chodí/nechodí“).
Tyto náměty opět nemají být receptem co a jak dělat. Jedná se spíš jen o možnosti, které
lze použít.
Autor předkládá primitivní úlohy jen jako náměty pro začínající učitele.
2.6.6.1









2.6.6.2






2.6.6.3
Základy elektrotechniky
měření výkonu ohmického spotřebiče,
měření odporu vodiče (zjištění délky vodiče na cívce při známém průměru vodiče),
závislost odporu vodiče na teplotě ideální na klasické žárovce,
měření stejnosměrných výkonů,
měření reaktancí,
měření na transformátoru,
zjišťování rezonančního kmitočtu,
měření magnetických vlastností materiálů,
měření výkonů, činného, jalového, zdánlivého.
Měření na polovodičích
měření diod, charakteristiky,
měření na jednocestném, dvoucestném usměrňovači,
měření charakteristik bipolárních tranzistorů,
měření charakteristik unipolárních tranzistorů,
měření tyristorů,
chování tyristorových regulátorů.
Měření na strojích
Pokud přeskočíme základní měření na transformátoru (viz základy), pak úlohy budou asi
charakteristické pro daný konkrétní obor a specializaci a nemá smysl vyjmenovávat všechna možná
měření
2.6.6.4
Všeobecné úlohy z elektrotechniky
Zajisté bude pro praxi užitečné, když si studenti vyzkouší kontrolu elektrických spotřebičů
z pohledu revizního technika.
151
Tedy měření izolačního stavu, měření zařízení třídy II, a měření impedance smyčky u zařízení třídy I.
Do úloh měření lze zařadit a i srovnávání svítivosti zdrojů světla a jejich spotřebu (žárovka, zářivka,
kompaktní zářivka zdroj LED).
152
3
Aktuální trendy a technologie v oblasti elektrotechniky
Prakticky každá z oblastí, do kterých je v tomto materiálu rozdělena elektrotechnika se může
pyšnit novými trendy. Pokud má být splněn požadavek, aby student opouštějící školu byl pro svého
budoucího zaměstnavatele přínosem měl by se těmito aspekty seznámit už během studia. Je
pochopitelné, že nelze všechno obsáhnout a prakticky vyzkoušet. Ale student by měl školu opouštět
s vědomím, že pro něj studium a poznávání nekončí ale právě naopak.
Elektroenergetika
3.1
Do této oblasti jsou zařazeny mimo jiné zdroje elektrické energie.
Páteř naší současné energetiky tvoří tepelné elektrárny. Bylo by dobře, aby se studenti
seznámili se základními typy a principy elektráren a dokázali na klasickou elektrárnu pohlížet jako na
samostatný komplex se všemi jeho doplňkovými a podpůrnými provozy.
Rozdělení elektráren podle druhů paliva:
3.1.1





3.1.2

Fosilní - kde palivem je:
uhlí,
ropa a ropné produkty,
zemní plyn,
biopaliva,
spalování odpadů.
Jaderné elektrárny palivem
uran 235
3.1.3




Vodní elektrárny:
akumulační,
průtočné,
přečerpávací,
malá vodní díla.
3.1.4


Teplárny
pouze pro výrobu tepla,
kombinované pro výrobu tepla i elektrické energie.
3.1.5



Alternativní zdroje
větrné elektrárny,
fotovoltaické elektrárny,
tepelná čerpadla.
153
Důležité jsou změny v technologiích spalování produktů (fluidní kotle), posun v technologiích,
které zajišťují redukci plynných a pevných spalin a přispívají tak k menšímu znečištění prostředí
Nové směry v turbínách a generátorech. Působení jednotlivých zdrojů na životní prostředí.
Krátkodobý i dlouhodobý horizont.
Diskutabilní jsou pak alternativní zdroje, kde zvláště fotovoltaické elektrárny nadělaly a ještě
v budoucnu způsobí mnoho zla. Rovněž u větrných elektráren není dosud zcela jasné, zda jsou
rentabilní. Bohužel tyto zdroje předběhly technologické možnosti při jejich připojování do rozvodných
sítí a působí nemalé problémy distributorům elektrické energie. Samozřejmě pro malé objekty jako
jsou rodinné domky, případně využití k ohřevu vody mají nesporný přínos.(black outy).
Z hlediska techniky jsou to pak zařízení, která umožňují připojování alternativních zdrojů do sítě.
Student by si měl na základě dostupných objektivních faktů a parametrů jednotlivých typů zdrojů
udělat vlastní názor, co která entita přináší, protože se nelze spolehnout na informace, které jsou
předkládány sdělovacími prostředky- a často neodborně a populisticky překrucovány. V případě
všech zmíněných zdrojů se jedná o hotové a vyzkoušené technologické celky.
Pozornost si zaslouží jednotlivé typy tepelných čerpadel se zhodnocením jejich efektivity,
náročnosti na údržbu a návratnost investic.
U solárních panelů je třeba probrat řazení panelů, jejich spojování, mechanickou konstrukci a
také zabezpečení proti vlivům atmosférické elektřiny.
3.1.6
Materiály na vn vedení
Postupem času se došlo k určitým standardním řešením a ta se přetrvávala dlouhou
dobu. A tak v současné době se naráží v oblasti materiálů na rozvody a přenosy elektrické
energie na hluboko zakořeněný konzervatizmus, který někde už začíná způsobovat i určité
technické zaostávání.
V oblasti venkovních vedení se takovým standardem stala AlFe lana, v oblasti kabelových
vedení pak na NN kabely s izolací a pláštěm z PVC, na vn kabely s izolací z XLPE a pláštěm z
polyetylénu (a v ČR pak ještě s druhým pláštěm z PVC).
Kabel je třeba nejen vodivě připojit, ale jeho konec je většinou nutno chránit proti vnikání
vlhkosti. To je požadavek platný i pro nn. Na vn k tomu přistupuje řada dalších funkcí, a to řízení
pole a ochrana před plazivými proudy (resp. jejich účinky). Od vn koncovek pak požadujeme ještě
řadu dalších vlastností, jako odolnost UV záření a znečištěnému prostředí, případně odolnost
proti přeskoku.
Dříve se koncovky vytvářely vinutím z několika různých typů pásek, což byla práce
zdlouhavá a choulostivá. Výsledek závisel nejen na šikovnosti a spolehlivosti montéra, ale třeba i
na počasí a dalších, těžko ovlivnitelných skutečnostech. Dnes tato metoda zůstává pro některé
výjimečné případy.
Později byla vyvinuta metoda zalévání koncovek, s kterou mají naši starší kabeláři také
neblahé zkušenosti. Pracnost sice byla menší, ale ostatní vlivy se projevovaly stejně, jako při
navíjení.
154
Před několika desítkami let byla zavedena metoda smršťování koncovek za tepla. Ve své
době představovala radikální zvýšení produktivity díky zjednodušení montáže a tím i snížení
možných chyb při montáži.
Koncovky jsou opět kompletně hotové a kusově vyzkoušené ve výrobním závodě, ale
před expedicí jsou radiálně roztažené a nastrčené na nosnou trubku. V tomto stavu mají
skladovatelnost 5 let. Při montáži se pak jen vytáhne nosná spirála a koncovka se sevře na
připravený kabel. Sevření je tak těsné, že zaručuje těsnost na 5 bar (50 m hluboko pod vodou),
aniž by bylo zapotřebí nějaké lepidlo. Vylepšený materiál koncovek má přirozenou odolnost UV
záření díky energii molekulárních vazeb v silikonu, je mimořádně odolný plazivým proudům
a navíc je trvale ohebný.
Po počátečním váhání si tato konstrukce získala nejvyšší uznání, jako nejjednodušší
a nejspolehlivější technologie montáže vn koncovek. Dnes již je s koncovkami 3M, smršťovanými
za studena, přes třicet let provozních zkušeností. V České republice byly první koncovky QTII
namontovány v roce 1992 a dnes je u nás již v provozu několik desítek tisíc sad těchto koncovek
na různé napětí.
Vzhledem k jejich oblibě začali i další výrobci kabelových souborů smršťování za studena
různým způsobem napodobovat s tím, že je snaha různými způsoby obejít metodu, vyvinutou
v laboratořích 3M, případně použít jiné, levnější materiály.
Vývoj však pokračoval dál a přinesl soubory nasouvané, které opět představovaly
obrovský pokrok, a to z několika důvodů. Opět tu bylo další zjednodušení montáže, ale také to,
co smršťování teplem nikdy nemůže nabídnout – a to, že soubor je již kompletně hotový ve
výrobním závodě a může se tam jako takový kusově odzkoušet. Nevýhodou této metody bylo to,
že koncovka se hodila jen na velmi úzký rozsah průřezů. Muselo se tedy používat několik různých
velikostí. Tento nedostatek řešili někteří výrobci tak, že změkčovali konstrukční materiál až za
rozumnou mez. Koncovky pak z kabelu sklouzávaly, nebo podléhaly dalším škodlivým vlivů.
Začátkem sedmdesátých let přišla firma 3M s řešením metodou smršťování za studena. Ke
změnám došlo v konstrukci stožárů, ale i jejich výzbroje.
155
3.2 Elektrické stroje
Je asi obtížné shrnout problematiku elektromotorů v krátkém přehledu. Na trhu je
řada výrobců, kteří pokrývají požadavky zákazníků v oblasti elektrických motorů.
Jsou to jednofázové motory asynchronní s klasickým kondenzátorem do výkonů
cca700W až 1kW. Ale celá škála malých motorků pro domácí spotřebiče, kde rozběhovou fázi
supluje závit nakrátko.
Třífázové asynchronní i synchronní motory od malých až relativně velké výkony.
Vysokorychlostní asynchronní třífázové motory.
Komutátorové motory, stejnosměrné motory s permanentními magnety až do výkonů
1500W (např. ATAS elektromotory Náchod a.s)
Motory, které jsou doplněny ventilátory, několika stupňovými, případně šnekovými
převodovkami apod.
Není bez zajímavosti uvést v povědomí nová ustanovení týkající se efektivity provozu
elektromotorů.
Jedná se o problematiku, která se dotýká všech, kdo zařízení s elektrickými motory projektují
a uvádějí do chodu.
Problematika je začleněna do legislativy Evropské unie a v našich podmínkách je
zapracována do normy ČSN EN 60034-30, přičemž udává, na které motory se vztahuje a které
jsou z ní vyjmuty. (ektro-6/2011, Gustav Holub)
156
Tak např. od 1. 1. 2015 pro motory výkonů 7,5kW až 375 kW musí být dodržena účinnost
motorů IE3. Není to zcela jednoduché, ale velcí výrobci (Siemens, ABB) již tuto normu do svých
výrobků zapracovali. Je jasné, že se tato situace projeví i na ceně, ale právě proto je třeba zvážit
při osazování strojů i dodavatele a všechny certifikační náležitosti.
V minulosti byly stejnosměrné pohony výhradně doménou komutátorových
elektromotorů, ať už derivačních, sériových nebo s permanentními magnety. Komutátorový
elektromotor je velmi spolehlivý elektrický stroj, který byl postupným zdokonalováním přiveden
k vysokým užitným hodnotám. Nutnou podmínkou pro bezchybnou činnost komutátorového
stroje je precizní proces komutace, změny směru proudu komutující cívky, která probíhá na
kluzném kontaktu mezi kartáčem a komutátorem. Problém mechanického namáhání kartáčů a
jejich údržba se dnes dá obejít použitím motorů BLDC což asi není neznámý pojem. Je to
zkrácené označení.
stejnosměrných motorů s elektronickou komutací z anglického termínu BrushLess DC Motor.
Toto je klasická konstrukce komutátorového motoru.
Napájení
Elektronika
Napájení
elektronika
Hallovy
sondy
Princip činnosti motoru BLDC Elektronická jednotka je součástí motoru. Neúplný obrázek !
157
Výrobce tohoto motoru např. firma Atas Náchod udává standardní parametry:
Napájecí napětí 24V, výkon 600W.
BLDC motory jsou využitelné téměř všude. Jsou to např. akumulátorové přepravní a
zvedací vozíky v průmyslu, zemědělská mobilní technika, akumulátorové nářadí, dopravní
prostředky všech druhů, manipulační a pohonné agregáty v trakci, armádní a letecké pohonné
systémy a mnoho dalších.( Ing. Josef Šimon, Elektro 10/2011)
158
3.3 Elektrické přístroje.
Základna elektrických přístrojů doznala stejně jako ostatní oblasti obrovských změn.
Protože tento materiál nemá v úvodu kapitolu elektroinstalační materiály je zmínka na
tomto místě. Elektrické přístroje jsou součástí elektroinstalace a zřejmě budou těsně navazovat a
tvořit výsledné dílo.
Elektroinstalační materiály.
Kabely - drtivá většina nově instalovaných elektrických zařízení používá měděné vodiče.
Izolací bývá zpravidla plast. Jistá nejasnost vzniká při označování kabelů, kde nová norma pro
označování se často chápe jako nepřehledná a setkáváme se zažitou konvencí označování.
V koncových přístrojích jako jsou vypínače, zásuvky apod. žádné markantní změny kromě
designu a estetického provedení nejsou.
Zásadní změna pak je u nových elektroinstalací, kde v soustavě TN-C-S je třívodičový
rozvod respektive pětivodičový rozvod. Vedle klasických jističů jsou to v této soustavě
instalovány proudové chrániče.
Princip funkce proudových chráničů je zřejmě dobře znám. Občas není jasný starším
generacím elektrikářů.
Nasazení proudových chráničů s sebou přineslo prokazatelné zvýšení bezpečnosti
elektrických instalací, což je možné doložit snižováním počtu smrtelných úrazů. Hromadné
používání proudových chráničů, zejména těch citlivých, však nebylo dáno uvědoměním uživatelů,
elektrotechniků nebo projektantů. Hlavním důvodem bylo zavedení nových elektrotechnických
norem pro instalace, kde se předepisují oblasti jejich povinného použití. V těchto normách se
setkáme v podstatě jen s definicí citlivostí a někdy i s určením typu přístroje, ale konstrukční
provedení se může lišit v závislosti na nabídce příslušného výrobce.
V elektrických instalacích po celé Evropě se dnes setkáváme se základními typy
proudových chráničů. V domovních instalacích se nejčastěji jedná o typy bez zpoždění a s
citlivostí na střídavé reziduální proudy (typ AC), pouze pro chrániče na začátku instalace se
používají selektivní typy (vypínací charakteristika S). Jen v náročnějších aplikacích, hlavně v
průmyslu, jsou používány i další typy (typ A), které postupně nabývají na významu.
Co se týče již zmíněných vypínacích charakteristik, velice důležitým parametrem je právě
časové zpoždění (resp. doba nepůsobení). Tato vlastnost významně zlepšuje odolnost proti
nežádoucímu vybavení. K prospěchu věci se na začátku instalací stále více používají i selektivní
proudové chrániče, které jsou předepisovány již mnoho let, ale přesto se stále setkáváme
i s nevhodnými nezpožděnými typy. Při volbě citlivosti 300mA splňují současně i podmínky pro
protipožární ochranu a v nových projektech jsou používány stále častěji.
Vedle selektivních typů se stále častěji používají i proudové chrániče s krátkodobým
zpožděním u nás známé jako typy G, které jsou odolné proti nežádoucím vybavením až do 3kA
(měřeno tvarem vlny 8/20μs). Jejich použitím se omezí nežádoucí vybavení, která jsou
způsobena hlavně přechodnými jevy při spínání obvodů s kapacitami (dlouhá vedení, odrušovací
kondenzátory) a dále činností svodičů přepětí.
159
Do této skupiny elektrických přístrojů bychom mohli také zahrnout elektroměry, které
jsou svou koncepcí naprosto odlišné od klasických indukčních měřících přístrojů. Tyto přístroje
umí reagovat na pokyny dálkového ovládání, dokážou í přepínat a měřit v různých tarifech a
dovolují dálkové odečty apod.
Celou skupinu pak tvoří přístroje, které zvyšují komfort pro uživatele. Jsou to např.
impulsní relé, relé, relé, která dovolují jednoduché programování základních funkcí, časové
spínače, měřiče aktuální spotřeby atd. Tyto přístroje jsou většinou řešeny jako modulové a jejich
činnost je řízena elektronicky. Bohaté uplatnění pak nachází v tzv. Inteligentních domech.
Inteligentní dům se zdá být hybatelem současné výstavby rodinných domů a je také jednou
z disciplín, která nemá dlouhou historii. Problém je však v tom, že to co dnes projektant navrhne
je už v okamžiku realizace neaktuální, neboť jsou k dispozici jiné prvky a systémy. Na následující
stránce je ideové schéma tzv. Inteligentního domu. Nicméně ovládací prvky, řídící centrála, ale
i donedávna prosazovaný sběrnicový systém je dnes jiný, neboť většinou se bude asi řízení realizovat
pomocí WiFi, nebo jiné bezdrátové technologie. Každopádně se jedná o vybavení, jehož údržba nebo
oprava může být poměrně sofistikovanou záležitostí. Rovněž náhrada porouchaných komponentů
nemusí být vždy jednoduchá.
160
161
3.4 Elektrické pohony
Toto téma zajisté prolíná s kapitolou Elektrické stroje. Elektrické stroje můžeme chápat jako
koncové výkonové elementy. Pokud chceme a potřebujeme výkon těchto strojů přizpůsobit
aktuálním podmínkám, pak je doplníme regulačními prvky. Nejznámější regulace u třífázových
motorů je přepínání hvězda/trojúhelník. Dnes se preferuje spíše elektronické tyristorové spouštěče,
které jsou schopny pracovat až do výkonů stovek kW.
Ale pro řízení otáček asynchronních motorů dnes nachází široké uplatnění měniče kmitočtu.
Pro řízení komutátorových motorů pak jsou to regulátory diak/triak. Rozšířené jsou měniče s PAM5
nebo PWM6
3.4.1
Záložní zdroje
Samostatnou pozornost si zasluhují i záložní zdroje. Jejich funkce je v mnoha provozech
nezastupitelná. Tyto zdroje jsou známy pod akronymem UPS7 V povědomí většiny lidí jsou to záložní
zdroje, které napájí počítač při výpadku sítě. Ale je celá řada
PC /server/ (důležité
prvky sítě, jiná
zařízení)
Řídící a dohledový
systém
Akumulátory
Řídící a dohledový
systém
Generátor
Síťové
napájení
Princip zálohování
kritických aplikací, které si bez záložních zdrojů nelze představit. Určitě to jsou technologické celky,
kde přerušení provozu znamená obrovské finanční ztráty (technologické linky, sklárny apod.)
 zdravotnictví (operační sály, jednotky intenzivní péče),
 telekomunikace (ústředny, vysílače buňkových sítí),
 nouzová osvětlení (divadla, kina, školy, úřady).
5
PAM Pulse Amplitude Modulation (pulsně amplitudová modulace)
PWM Pulse Width Modulation (pulsně šířková modulace)
7
UPS Uninterruptible Power Supply (zdroj nepřerušitelného napájení)
6
K dispozici jsou tři typy UPS.
ON-LINE, OFF- LINE a tzv. Line- interactive.
Princip UPS
230V/50Hz

230V/50Hz
V principu zajišťují všechny totéž. Tedy při výpadku napájecího napětí přebírají funkci
záložního zdroje a umožňují pokračovat v činnosti. Je nutné zdůraznit, že záložní zdroje slouží
k překlenutí dočasných, rozumně dlouhých výpadků. Pokud má být náhradní dodávka elektrické
energie zajištěna delší dobu, pak přebírají tuto funkci motor-generátory(MTG).
Nabídka UPS je dnes opravdu široká. Můžeme vybírat UPS podle potřebného zálohovaného
příkonu od stovek VA až po stovky kVA.
Rovněž u motor-generátorů je široký výběr. Lze volit mez MTG od desítek kVA až po 100kVA i
větší. Navíc firmy mají ve svém portfoliu i MTG dle prostředí, ve kterém budou pracovat. V provozech
kde je třeba bezhlučný provoz až po venkovní zařízení.
Při návrhu optimálního zálohovací zdroje je třeba vzít v úvahu příkon všech zálohovaných
zařízení, je dána v technické dokumentaci UPS, dále pak předpokládanou dobu zálohování. Lze ji
spočítat z kapacity akumulátorů ( je však pamatovat na účinnost).
ON LINE UPS také plní sekundární úlohu a to filtrace napětí, je eliminováno případné rušení
z napájecí sítě, což je vhodné právě u systémů výpočetní nebo telekomunikační techniky.
163
3.5 Elektronika
Obrovský skok udělaly všechny obory elektrotechniky, ale snad největší posun zaznamenala
elektronika. Součástky na bázi polovodičů se staly v mnoha případech normálním okem neviditelné.
Integrace pokročila tak, že v jednom čipu jsou miliardy součástek. Polovodičové součástky jsou často
organickou součástí prvků. Najdeme je v platebních kartách, v regulátorech osvětlení, doslova je jimi
nabit současný automobil. Jsou jako řídící členy zabudovány ve strojích s výkony řádu MVA. Mobilní
telefon dnes zvládne to co donedávna sálový počítač atd. Každé malému dítěti je dostupný tablet atd.
Využití polovodičových součástek má zásadní vliv i na miniaturizaci na první pohled i zdánlivě
nesouvisejících problémů.
Např. Telefonní ústředna pro deset tisíc účastníků byla instalována v místnosti velikosti tělocvičny.
Televizní přijímač nebo monitor PC před několika lety mohl přemisťovat pouze fyzicky zdatný jedinec.
Transformátor pro zdroj počítače řešený klasickou metodou by byl neúměrně veliký a těžký. Špionážní
letadlo velikosti špačka dokáže detailně monitorovat nepřátelské území, čip velikosti špendlíkové
hlavičky může řídit chování člověka bez jeho vědomí…
A to jsou jen nejmarkantnější příklady vybrané namátkou.
Jak si tedy počínat při objasňování funkcí prvků v elektronice.
Snad stojí za to alespoň udělat encyklopedický přehled základních skupin
Diody






Nf diody, diody pracující v kategorii nn s proudy řádu ampér až kA,
Vn diody, zvládající závěrná napětí řádu kV,
Vf diody pracující do řádu GHz,
Zenerovy diody jako stabilizátory, ale jako ochrana proti přepětí,
Schotkyho diody,kapacitní diody,
zvláštní kategorii pak tvoří LED8, které se používají jako signalizační prvky, vazební členy.
osvětlovací zdroje. Do této skupiny lze přiřadit i diody pracující v infračervené oblasti, které
jsou ve velké většině dálkových ovladačů. A také laserové diody, fungující jako vazebními
prvky ve světlovodné technice.
Vícevrstvé polovodiče


8
mezi diskrétní prvky, které jsou běžnou součástí řídících a regulačních obvodů najdeme
pestrou nabídku diaků, triaků, tyristorů,
rodina tranzistorů se z původně klasických bipolárních tranzistorů PNP a NPN rozrostla
o tranzistory FET, tedy řízených polem. Tranzistory typu FET doznaly za dobu své existence
obrovského množství modifikací. V aplikacích pro řízení velkých výkonů se dnes setkáváme
LED –Light Emitting Diode
164
s tranzistory IGFET. Tranzistory IGBT9., které jsou určeny pro spínání velkých proudů při
kmitočtu do 100kHz.
Integrované obvody


V textu již byla zmínka o obvodech ASIC10. Tento akronym můžeme přeložit jako obvody
vyrobené podle požadavků zákazníka.
Tím vlastně můžeme přejít k integrovaným obvodům, které původně představovaly uskupení
několika hradel v jednom pouzdru a dostaly se během několika dekád až do stavu, kdy
integrovaný v pouzdře je vlastně mikropočítač.(SSI, MSI, LSI, VLSI, ELSI)11
Ostatní





tlumivky, které díky magnetickým jádrům s relativní permeabilitou řádu set, dosahují
miniaturní rozměry,
kondenzátory jsou vyráběny s kapacitami několika Faradů,( což bylo ještě před několika lety
považováno za absurdní) slouží i jako krátkodobé záložní zdroje,
odpory se specifickou charakteristikou- termistory (pozistory, negistory,varistory),
miniaturní relé, optická, jazýčková, časová, elektromagnetická,
nelze ale opomenout ani pokrok v klasických diskrétních součástkách, které jsou
nenahraditelné např. ve snímačích, převodnících a celé řadě aplikací spojených se snímáním
a sledováním stavů, vyhodnocování odchylek, měřící sondy atd.
Je opravdu těžké v tomto odvětví specifikovat nějaké priority. Navíc se dnes celá oblast
elektroniky ubírá směrem jakýchsi modulů, respektive černých skříněk, které nám umí splnit dané
požadavky a detailní znalost a vnitřní funkce se zdá být na první pohled zbytečná.
9
tyto tranzistory patří do skupiny bipolárních.
10
Application-Specific Integrated Circuit
Vyjadřuje stupeň integrace (Small Scale Integration, Medium S.., Large S...., VeryS...., Extra....)
11
165
3.6 Měřicí přístroje
Znalost měřících přístrojů a zacházení s nimi je alfou a omegou každého elektrikáře.
Pochopitelně je rozdíl v tom zda se jedná o pracovníka, který provádí elektroinstalační práce a
technika který pracuje s vyspělými technologiemi v telekomunikacích.
Ale pokud se na problém podíváme z hlediska výuky na školách, pak by bylo ideální, kdyby se
studenti seznámili s co nejširším sortimentem měřicích přístrojů. Za ideální stav bych považoval
situaci, kdyby studenti měli k dispozici nejmodernější přístroje. Vzhledem k financování našeho
školství nelze pokrýt rychle se vyvíjecí pokrok.
Nicméně lze konstatovat, že na trhu je dneska prakticky nepřehledný sortiment pro každý segment.
Jsou běžná měřidla pro provozní elektrikáře, která jsou většinou univerzální a pokryjí většinu
požadavků při běžné rutinní práci. Dostupné jsou kapesní osciloskopy, zařízení pro měření EMC,
termokamery pro měření provozních teplot kabelů a rozvaděčů atd.
Pro telekomunikace se rovněž nabízí nepřeberné množství přístrojů, které pokrývají
požadavky při budování a provozování sítí LAN až po reflektometry pro optické sítě.
Bohužel problém asi nebude u toho co vybrat, jak laboratoře vybavit, ale spíše asi za co je
vybavit. Proto se asi bude často stávat, že se student s kvalitním i měřicími přístroji setká až ve firmě,
místo toho aby byl on ten, kdo přijde s avantgardními nápady.
3.7 Univerzální měřicí přístroje
166
Je to celá rodina univerzálních měřících přístrojů. Většinou se jedná o digitální měřicí přístroje,
které jsou vybaveny řadou funkcí. Cena těchto přístrojů se zpravidla odvíjí od jejich počtu. Na cenu
má také vliv počet tzv. digitů na stupnici a jejich přesnost. Přístroje nižší přesnosti jsou zpravidla
v přijatelné cenové relaci. Problém je v tom, že je rozumné vybavit pracoviště pokud možno jednotně
a cena se tak vyšplhá na vysoké částky. Při nákupu je potřeba k přístrojům dokoupit příslušenství,
tedy sondy a adaptery, což výslednou cenu ještě navýší.
3.8 Měřicí přístroje pro kontrolu přístrojů a stavu zařízení
Jsou to tzv. zerotestery, měřiče izolačních odporů, měřiče impedance smyčky, měřiče zemních
odporů. Tyto přístroje nepatří mezi nejlevnější, ale na druhé straně vystačíme s několika exempláři.
Sem patří také klešťové ampérmetry
167
3.9 Přístroje pro vybavení dílen a větších laboratoří
Třífázový záznamník elektrické energie
termokamera
Jedná se o specializované přístroje. Cena se pohybuje v řádu desetitisíců.
3.10 Osciloskopy
168
Osciloskopy jsou dnes převážně digitální. Cenová nabídka se pohybuje od desítek tisíc až do
sto tisíc korun. Pro běžnou laboratorní práci a měření ve školních úlohách určitě vystačí osciloskop do
50MHz tedy se vzorkovací frekvencí do 1GS/s. Tyto přístroje jsou pak již cenově dostupné.
Podle mého názoru je osciloskop investice, která se vyplatí, neboť v řadě úloh lze pak ukázat
skutečné průběhy a stavy a podpoří to praktický dopad a poznatky z úlohy.
K této kapitole jen podotknu, že vybavení laboratoří dílen pro elektrotechniku není malou
investicí a zasluhuje také „upgrade“. Je někdy zvláštní, že se na tomto zařízení šetří a na druhé straně
se například investuje do modernizace počítačových učeben, které mohou ještě dobře pro plnění
požadavků studentů sloužit.
169
4
Postřehy autora
Plán učiva
Velice důležitým prvkem každého edukačního procesu bude zřejmě osnova, která by měla být
sestavena tak, že bude obsahovat základní tematické celky a každý tento celek bude rozpracován do
dílčích segmentů. Čím detailnější osnova je, tím je větší předpoklad, že problematika bude
systematicky přiblížena, nebudou vznikat problémy s nepochopením, nevznikne zbytečná
diskontinuita a nelogičností. Ne vždy je to zcela možné.
Asi bude záležet i na tom, jak dlouho už učitel předmět učí. Jiná je situace, pokud začne učit
nový předmět, zmodifikuje náplň apod. Samozřejmě časové úseky a dotace, které jsou zpravidla od
kontrolních orgánů striktně požadovány, považuji za diskutabilní. I když jsou vodítkem a je to do jisté
míry potřebné. Nicméně přes všechna tyto administrativní a plánovací aktivity dávám přednost
důkladnému pochopení a osvojení si základních a stěžejních témat před striktním dodržením plánů.
Zkušený pedagog se určitě i bez detailně rozpracovaných plánů obejde.
170
5
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy
Z hlediska hodnocení shody získaného vzdělání a vykonávaného zaměstnání lze hodnotit
uplatnění absolventů elektrotechnických oborů jako méně příznivé. Část absolventů středního
odborného vzdělání s maturitní zkouškou pracuje na pozicích, které jsou zařazeny jako pozice pro
absolventy středního vzdělání s výučním listem. Se zvyšující se náročností některých úkonů a obsluhy
strojů jsou tato pracovní místa obsazována maturanty, protože právě v oblasti elektroniky je pouhé
vyučení naprosto nedostačující kvalifikací. Lze očekávat, že problémy s uplatněním budou mít
pracovníci, kteří pracovali v převážně montážních závodech zahraničních investorů. Naopak problém
s uplatněním by neměl hrozit zejména u pracovníků s kombinovaným elektrotechnickým
a strojírenským vzděláním. Zvyšování kvalifikace tímto směrem je v této profesní skupině zárukou
dlouhodobé perspektivy.
Z výše uvedeného textu tedy jednoznačně vyplývá, že znalost nových oblastí a trendů
v jednotlivých elektrotechnických oborech jsou pro uplatnění současných studentů velmi důležité.
Oblast strojírenství sice není jednou z nejvíce ohrožených oblastí vlivem vleklé hospodářské recese.
Nicméně celoživotní vzdělávání v nových trendech a oblastech je nezbytností pro budoucí dobré
uplatnění na trhu práce v oblasti elektrotechniky či telekomunikace.
Pro zaměstnavatele je tedy v době přetlaku poptávky po práci nad její nabídkou snazší si vybrat
zaměstnance, kteří již disponují příslušnou praxí (a ucházejí se o práci) a nejsou s výkonem jejich
povolení spojeny žádné další vícenáklady do vzdělání a zaučení. Jedním z východisek v této tíživé
situaci je příprava studentů a tedy budoucích absolventů na oblasti, trendy a moderní obory, které
s jistou mírou pravděpodobnosti budou v další etapě rozhodujícím prvkem na poli elektrotechnických
oborů. Znalost těchto oborů pak do značné míry zvýší kredibilitu těchto uchazečů/absolventů na trhu
práce a u potenciálních zaměstnavatelů.
5.1 Požadavky na absolventy vycházející ze všeobecných požadavků
zaměstnavatelů
Co se týče požadavků kladených na absolventy elektrotechnických oborů, jak již jsme zmínili u
výše uvedených oborů můžeme je rozdělit do dvou základních oblastí, a to na oblasti tzv. tvrdých
znalostí a měkkých znalostí. Tvrdými znalostmi budeme rozumět ty znalosti, jež absolventi získají
v rámci
studia
na
středních
školách
a odborných učilištích a které jsou všeobecně požadovány zaměstnavateli. Měkkými znalostmi pak
budeme rozumět především těm osobním a osobnostním, tzn. předpoklady pro správné zvládnutí
požadované práce, schopnost plnit včas a kvalitně požadované úkoly, schopnost pracovat v týmu
apod.
5.1.1
Tvrdé znalosti (oborové)
- znalost jednotlivých postupů a schopnost jejich aplikace v praxi;
- přehled o využívaných materiálech;
- orientace v komplexní dokumentaci včetně technologických částí;
171
- mít přehled o jednotlivých zařízeních z hlediska využitelnosti při elektrotechnických pracích
včetně zásad bezpečného provozování a základních technických parametrů;
- znát technologických postupů běžných elektrotechnických prací;
- efektivně hospodařit s finančními prostředky;
- mít povědomí o nakládání s materiály, energiemi, odpady, vodou a jinými látkami
ekonomicky a s ohledem na životní prostředí.
5.1.2
-
Měkké znalosti
charakterové předpoklady pro výkon povolání;
zdravotní dispozice;
znalost BOZP (bezpečnosti ochrany zdraví při práci);
ochota učit se novým věcem;
flexibilita;
ochota pracovat přesčas v sezóně, případně při velkém počtu zakázek.
172
6
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí
V rámci projektu byla navštívena i Slovenská republika, konkrétně SOŠ Juraja Riaya, která byla
založena v roce 1951, jako středisko pracujícího dorostu. Její hlavní úlohou bylo vychovávat
odporníky pro potřeby závodu Tatra. V současné době tato škola nabízí 4 leté studiu v oboru:
mechanik počítačových sítí grafik digitálních médií, pracovník marketingu, mechanik - mechatronik
mechanik - elektrotechnik, mechanik - seřizovač, programátor obrávacich strojů, komerční pracovník
v dopravě, obchodní pracovník, obchodní a informační služby, dále pak 3 leté studium v oboru :
autoopravár - mechanik, autoopravár - elektrikář, autoopravár - karosář, autoopravár - lakýrník,
hostinský, truhlář, obráběč kovů, instalatér, malíř. Pedagogové školy vidí následující výčet negativních
faktorů, ovlivňující učňovské vzdělávání:
- chátrající socialistická stavba,
- chybí sponzoři,
- nezaznamenali jsme pozitivní snahu o inovaci a oživení výuky,
- prostředí školy působí socialisticky, zastarale,
- není vidět snaha žáků o změnu výuky,
- nejsou používány netradiční metody výuky.
Koncepce středního vzdělávaní na Slovensku je následující: Ministerstvo školství stanovuje
rámcové vzdělávací plány a podle nich si jednotlivé školy tvoří školní vzdělávací plán, v odborném
vzdělávání koncepce navazuje na předchozí stav a to ten, že žáci odborný výcvik absolvují do druhého
ročníku v rámci školních dílen a žáci třetího a čtvrtého ročníku absolvují praxi u soukromých firem
spolupracujících se školou. Někde se též objevují dřívější formy výuky u tříletých učebních oborů a to
například tři roky výuky a půl roku ve firmě.
Úlohou státní správy na Slovensku je na státní úrovni vymezit pedagogickou dokumentaci, a
učitelé jsou státní zaměstnanci, na vládní úrovni zodpovídat za dodržování legislativních pravidel za
stanovené vzdělávací strategie a realizaci teoretické výuky, na školní úrovni zajišťovat teoretickou
výuku ve všech ročnících a odborný výcvik v prvních dvou letech studia. Firmy spolupracující se
školou zajišťují praktickou výuku pro studenty, dle svých vlastních možností. Dále je tu místní správa,
která poskytuje budov y a zajišťuje provoz školských zařízení.
Ve Slovenské republice máme následující odborné vzdělávací stupně – učební obor, který je
zakončený závěrečnou zkouškou a výučním listem, dále je zde čtyřletý maturitní obor zakončený
maturitní zkouškou, a nebo je zde možnost nástavbového dvouletého studia.
Pokusme se o komparaci Českého a Slovenského odborného učení. Na Slovensku je vidět
horší vybavenost učeben, dílen i odborných pracovišť, školy fungují v zastaralých velkých budovách a
komplexech. Chybějící finanční prostředky na učební pomůcky, knihy, spotřební materiál. Zvláštností
bylo, že se na školách vyučují velmi rozdílné a spolu nesouvisející obory jako je například strojírenství
a výroba bot. Ve školách je viditelný malý počet žáků. Školy za nezapojují do projektů, jedinou
výjimkou byla škola v Partizánském, kde díky spolupráci na projektu se školou ze Zlína, získali učebnu
výpočetní techniky. Dalším závažným problémem je že chybí sponzoři ze strany podniků, studenti
173
mají zájem o praxi v podnicích ch, avšak školy nikterak tuto formu odborného výcviku nepodporují.
V době probíhající stáže pedagogové jeden den stávkovali z důvodu nízkých platů.
Závěrem lze říci, že by se mělo zaměřit víc pozornosti od všech výše jmenovaných subjektů (stát,
vláda…), a nepodceňovat odborné učiliště, ba naopak, by se měly stále více podporovat, jelikož toto
zaměstnání je perspektivní na současném trhu práce.
174
7
Závěr
Tento materiál je odezvou na publikaci „Aktuální trendy a přehled novinek v oboru“.
Tato publikace je součástí projektu „Inspiruj se a vzdělej se“, registrační číslo:
CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je financován ze zdrojů Evropského sociálního fondu a státního
rozpočtu České republiky. Nositelem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné
učiliště, Roudnice nad Labem. Projekt je zaměřen na rozšíření kvalifikace a zlepšení kompetencí
učitelů předmětů odborného výcviku a učitelů odborných předmětů v teoretickém vyučování na
středních školách v Ústeckém kraji v oborech stavebnictví, strojírenství, elektrotechnika
a telekomunikační technika.
Publikace „Aktuální trendy a přehled novinek v oboru“ má za úkol informovat
pedagogické pracovníky o aktuálních trendech a technologiích, o firmách a školách, o nejvíce
zastoupených profesích v oborech. Toto je citace úvodní pasáže zmíněného materiálu. Mimo
jiných oborů se materiál také týká oboru elektrotechnika. V publikaci jsou mimo jiné uvedeny
vzdělávací instituce, střední školy a učiliště, které vychovávají odborníky v profesní skupině
elektrotechnika. Je to částečný přehled škol, které v severočeském kraji poskytují vzdělání
v oboru elektrotechnika. Z rejstříku škol, který je dostupný na portálu MŠMT lze pak dohledat, že
vzdělávacích institucí je daleko víc. Z těchto informací ale nelze odvodit ani počet ani profesní
strukturu.
Je jasné, že žádná instituce nebude vědomě vychovávat nedostatečně připravené
studenty, potažmo absolventy, ale je třeba přiznat, že rozdílnost v kvalitě studentů existuje.
Bohužel vymyslet nějaká srovnávací kritéria je nesmysl. Nabízí se odpověď, že kvalita absolventů
se ukáže v praxi, jenže to je trochu dlouhá setrvačnost. A je tu další problém, co je platný kvalitní
absolvent, třeba mechatronik, když široko daleko není pro něj uplatnění. A na tuto otázku se
snaží nalézt odpověď další stať zmíněného materiálu, ve které jsou uvedeny firmy, které
elektrotechnické profese zaměstnávají.
175
Seznam použité literatury
Nenajdeme dnes pedagoga, který by při hledání zdrojů informací nesáhl po Internetu. Chápu,
že často nejrychlejší zdroj informací bude třeba Wikipedie, Twitter a obecné hledání víceméně
náhodných zdrojů. Tento zdroj nechci zatracovat, ale domnívám se, že žádný pedagog by jej
v současné době neměl upřednostňovat před klasickými a standardními zdroji, tedy odbornou
literaturou, učebnicemi, odbornými časopisy, skripty.
Již v začátku této práce je zmínka o tom že často i studenti přicházející na VŠ jsou překvapení
existencí knihoven a odborných publikací o odborných periodikách ani nemluvě. Totéž shledávám
u svých studentů.
Stav učebnic pro elektrotechniku v současné době považuji za alarmující. Nicméně níže uvádím
seznam literatury, která se mi osvědčila a kterou intenzívně využívám nebo jsem využil.
Teoretické základy elektrotechniky
Blahovec Antonín Elektrotechnika I -- Pro SOŠ a SOU [Kniha]. - Praha : INFORMATORIUM. ISBN: 978-80-7333-043-9 .
Blahovec Antonín Elektrotechnika II -- Pro SOŠ, SOU [Kniha]. - Praha : NFORMATORIUM. ISBN: 978-80-7333-044-6.
Blahovec Antonín Elektrotechnika III -- Pro SOŠ a SOU [Kniha]. - Praha : INFORMATORIUM. ISBN-978-80-7333-045-3.
Tyto publikace považuji za vynikajícího průvodce základy teoretické elektrotechniky pro
střední školy a učiliště. Autora osobně znám a jedná se opravdu o zkušeného pedagoga s obrovskou
praxí a vynikajícího autora publikací tohoto typu. První dva díly jsou zaměřené na teoretický výklad a
třetí svazek je sbírka příkladů. Tyto publikace lze použít jako učebnice. Jejich cena je přijatelná.
Praktická elektrotechnika
Berka Štěpán Elektrotechnická schémata a zapojení 1 -- základní prvky a obvody, elektrotechnické
značky [Kniha]. - Praha : BEN-Technická literatura. - ISBN: 978-80-7300-2 .
Dvořáček Ing. Karel Elektrické instalace v koupelnách a prostorech s vanou nebo sprchou, v saunách,
bazénech a fontánách [Kniha]. - Praha : IN-EL. - ISBN pdf pro čtečky 978-80-86230-73-3. - ISBN pdf
978-80-86230-72-6.
Kříž Ing. Michal 91. Příručka pro zkoušky elektrotechniků - požadavky na základní odbornou
způsobilost [Kniha]. - Praha : IN-El Praha. - ISBN 978-80-86230-50-4.
Jedná se o publikace z knižnice Elektro. Tato edice obsahuje několik desítek titulů. Především
jsou to publikace, které řeší praktické otázky elektrotechniky. Vynikající jsou jako průvodce a rádce
pro při instalacích, ve stavebnictví, průmyslu ale i při domovních instalacích. Autoři jsou většinou lidé
s dlouholetou praxí v oboru. Knihy jsou dobrou pomůckou pro studium, ale i jako pomocník pro praxi.
Cenově dostupné.
Marek Ing. Jiří Hermetické akumulátory v praxi [Kniha]. - Praha : IN-EL. - ISBN-80-86230-34-1.
Kniha je ze stejné dílny jako předchozí svazky. Poskytuje rychlou orientaci v chemických
zdrojích proudů. Autor v ní předkládá principy jednotlivých zdrojů. Uvedeny jsou i zajímavosti a
176
hlavně vlastnosti jednotlivý akumulátorů. Cenově dostupná. Dobrý pomocník pro výklad této
tématiky.
Zahraniční literatura
Häberle Heinz Průmyslová elktronika a inromační technologie [Kniha]. - Europa - Sobotáles, 2003. překlad z německého originálu. - ISBN-80-86706-04-01.
Tuto knihu považuji za vynikajícího průvodce elektrotechnikou.







poskytuje přehled o základních pojmech a vztazích v elektrotechnice,
na základních fyzikálních modelech názorně vysvětluje principy polovodičové techniky,
vysvětluje podstatné pojmy a teorii číslicových obvodů. Stručně prochází oblast zpracování
dat, přes mikroprocesory a základní programové vybavení počítačů,
řeší a vysvětluje principy elektrických měření,
nastiňuje základní problematiku spojenou s výkonovou elektrotechnikou,
závěrečné stati jsou věnovány environmentální problematice,
poslední kapitola přibližuje fungování firmy z hlediska ekonomického a správního.
Kniha je vynikajícím způsobem přeložena a aktualizována na podmínky v ČR. Překlad
RNDr. Jiří Handlíř, CSc.
Vzhledem k objemu, který publikace pojímá, jsou některé pasáže poněkud zploštělé, a
pochopitelně pro hlubší studium je třeba použít jiné prameny. Rozhodně však lze tuto publikaci
doporučit každému, kdo se elektrotechnikou zabývá. Bohužel vzhledem k její ceně ji nelze ji tedy
doporučit jako učebnici pro studenty.
Totéž co o předchozí knize platí o dalších dvou následujících překladech z německého originálu.
S tím dodatkem, že už se jedná o specificky zaměřené publikace, což lze odvodit z jejich názvu.
Gscheidle Rolf Příručka pro automechanika [Kniha]. - Praha : Europa - Sobotáles. - 3., přeprac. vyd. .
Tkotz Příručka pro elektrotechnika [Kniha]. - Praha : Europa - Sobotáles, 2006. - překlad u němckého
roiginálu. - ISBN: 80-86706-13-3 .
Periodika
Za ohromného pomocníka pro elektro-obory považuji časopis ELEKTRO, vydavatel FCC public
s.r.o. časopis je k dispozici i v elektronické podobě. Časopis poskytuje aktuální přehled v materiálech,
součástkách, přístrojích. Aktuální příspěvky pak řeší i ožehavá témata a nové principy uplatňované
v elektrotechnice. Samozřejmě tento časopis chápu jako podporu pro pedagogy a mistr odborného
výcviku.

svým způsobem za autonomní kapitolu dnešní elektrotechniky můžeme považovat ochranu
proti atmosférické elektřině, respektive přepětí. Velice přehledně a názorně je zpracováno
toto téma v elektronické publikaci autorů Jana Hájka a Dalibora Šajanského „První
elektronická knížka o ochraně před bleskem.“ www.kniska.eu
Autoři nejen vysvětlují základní principy nutné pro správně zvolenou ochranu, ale uvádějí i konkrétní
prvky a přístroje, které je třeba instalovat.
177
Obor
Telekomunikační
technika
Obsah
1
2
Úvod ............................................................................................................................................ 181
1.1
Školská zařízení .................................................................................................................... 181
1.2
Firmy a společnosti .............................................................................................................. 181
1.3
Telekomunikace .................................................................................................................. 181
1.3.1
Elektrotechnika............................................................................................................ 182
1.3.2
Informační technologie ............................................................................................... 182
Výuka oboru Telekomunikace ..................................................................................................... 183
2.1
2.1.1
Základy přenosu zpráv: ................................................................................................ 183
2.1.2
Základy přenosu telekomunikačních signálů ............................................................... 183
2.1.3
Přenosové cesty........................................................................................................... 183
2.1.4
Druhy telekomunikačních sítí ...................................................................................... 186
2.1.5
Přenos dat v telefonní síti............................................................................................ 186
2.1.6
Přenosové cesty........................................................................................................... 188
2.1.7
Impedanční přizpůsobení ............................................................................................ 188
2.1.8
Symetrická vedení ....................................................................................................... 189
2.1.9
Koaxiální kabel ............................................................................................................. 190
2.1.10
Optická vlákna ............................................................................................................. 191
2.1.11
Kódy ............................................................................................................................. 194
2.1.12
Druhy modulací ........................................................................................................... 196
2.2
3
Klíčové požadavky na studenta ........................................................................................... 183
Metody při výuce................................................................................................................. 198
2.2.1
Výklad .......................................................................................................................... 198
2.2.2
Individuální zapojení studentů. ................................................................................... 199
2.2.3
Praktické ověření, práce v laboratoři .......................................................................... 199
2.2.4
Zpracování závěrů úloh ............................................................................................... 199
2.2.5
Hodnocení studentů .................................................................................................... 199
2.2.6
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik. ....................................................... 200
2.2.7
Literatura, studijní materiály ostatní zdroje. ............................................................... 200
Aktuální trendy ............................................................................................................................ 201
3.1
Telefony DECT (Digital European Cordless Telephone) ....................................................... 201
3.2
RFID ..................................................................................................................................... 201
3.3
NFC ...................................................................................................................................... 202
179
3.4
GPRS .................................................................................................................................... 203
3.5
EDGE .................................................................................................................................... 203
3.6
Digitální televize .................................................................................................................. 203
3.7
Digitální rozhlas ................................................................................................................... 203
3.8
WiFi-Bluetooth .................................................................................................................... 204
3.9
Technologie využívající Internet .......................................................................................... 204
3.9.1
IP Telefon ..................................................................................................................... 204
3.9.2
Videokonference ......................................................................................................... 205
3.9.3
Streamové videa .......................................................................................................... 205
3.10
Satelitní přenosy .................................................................................................................. 205
3.11
Polohovací systémy a navigační systémy ............................................................................ 205
3.12
Smart ................................................................................................................................... 206
3.13
Smart Grids- Inteligentní energetické sítě........................................................................... 207
3.14
Co je to Smart Grids............................................................................................................. 207
3.15
Koncepce vytváření sítí Smart Grids .................................................................................... 207
3.16
Některá úskalí sití Smart Grids. ........................................................................................... 209
3.16.1
První skupina podle řídících požadavků ...................................................................... 209
3.16.2
Druhá skupina.............................................................................................................. 209
3.16.3
Třetí skupina ................................................................................................................ 209
3.17
Smart Grids a bezpečnost .................................................................................................... 209
3.17.1
3.18
Některé z možností kybernetických nebezpečí ........................................................... 209
Dílčí postupy při budování SG ............................................................................................. 210
4
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy .................................................................. 212
5
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí ....................................................................... 214
5.1
6
Něměcko.............................................................................................................................. 215
Závěr ............................................................................................................................................ 217
180
1
Úvod
Poslední částí dokumentu v rámci projektu
„Inspiruj se a vzdělej se“ reg. č.:
CZ.1.07/1.3.49/01.0004, který je podpořen Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky a realizátorem projektu je Střední odborná škola a Střední odborné učiliště Roudnice nad
Labem, je obor telekomunikace.
Tento dokument Vám přiblíží aktuální trendy a novinky v oblasti telekomunikace a nastínit
správné a efektivní metody, kterými by pedagogové, kteří vyučují tento předmět postupovat. Cílovou
skupinou tohoto projektu jsou pedagogové vybraných středních škol a odborných učilišť.
Vzdělávací program vychází zčásti z již vytvořené publikace „Aktuální trendy a přehled novinek
v oboru“. Tento program může velkou mírou přispět k odbornému růstu cílových skupit, tedy
pedagogů středních odborných škol a učilišť a též k vyššímu uplatnění studentů na trhu práce, jelikož
publikace též poukazuje na aktuální trendy v zahraničním vyučování, které mohou být pro tuzemské
odborné školy a učiliště velmi inspirativní a některé z metod mohou též převzít.
1.1 Školská zařízení
Zmíněná publikace mimo jiné prezentuje několik škol v regionu severočeského kraje. Není to
vyčerpávající seznam, ale je to vzorek, který přibližuje současný stav v tomto oboru. Jsou zde uvedeny
nejen školy střední, ale i učiliště. U uvedených škol je pak i přehled studijních oborů, které se na škole
vyučují.
1.2 Firmy a společnosti
Současně jsou uvedeny i podniky a společnosti, jejichž dominantní náplní je práce a činnost
právě v oblasti telekomunikací a s nimi spojenými obory, aktivitami. V portfoliu prezentovaných firem
je většinou široká nabídka služeb. Prakticky žádná z uvedených firem nemá ve své náplni prvotní
výrobu respektive produkci zařízení. Jedná se vesměs o firmy, nabízejí instalace telekomunikačních
zařízení, budování datových sítí, instalaci kabelové televize, služby v oblasti zabezpečování, servis
telekomunikační techniky atd.
Za trochu specifickou činnost těchto firem lze považovat služby poskytované v oblasti
softwaru. Tedy tvorbu programů podle přání zákazníků.
1.3 Telekomunikace
Obor telekomunikace je možno chápat jako ryze specifickou, do jisté míry snad i exkluzivní
disciplínu. Popsat rozpětí a oblastí, do kterých zasahuje, není jednoduché, pokud je to vůbec možné.
Ale přes všechny složité vztahy a závislosti a vzájemné prolínání je nutné nějak specifikovat alespoň
nosné disciplíny. O to horší bude poskytnout odpovídající vzdělání, teoretickou výbavu a odpovídající
manuální zručnost.
Pro pochopení principů a jevů, na kterých telekomunikace staví, je základem fyzika, respektive
její obor elektrotechnika a v současné době už i optika. Těsně spjaté s telekomunikacemi jsou i
informační technologie.
181
1.3.1
Elektrotechnika
Ve své praxi se bude pracovník setkávat s požadavkem znalosti základních teoretických
znalostí jak z elektrotechniky a tak i elektrikářské praxe. Nelze tedy podcenit výuku základů
elektrotechniky. Je spíše otázkou stanovení přijatelné kvantity. Rozsah potřebných znalostí a hloubku
teoretických témat, nastavují jednotlivé instituce na základě poznatků ze zpětných vazeb od svých
absolventů. Bohužel ani přesto, že se celý obor posouvá rychle vpřed, nelze tato podstatná témata
podcenit.
Protože v praxi se pracovníci telekomunikací běžně setkávají s elektrickým zařízením a
přístroji nelze vynechat ani otázky bezpečnosti v elektrotechnice.
1.3.2
Informační technologie
Informační technologie souvisí s telekomunikacemi tak těsně, že nelze ani vymezit hranici
jednotlivých oborů. Existují témata, kde můžeme hranice najít. Je to například kódování z pohledu
přizpůsobení signálu přenosovému médiu, na rozdíl od kódování v informačních technologiích, ale
často jsou rozdíly malé, a je na pedagogovi aby se sám rozhodl, co je podstatné a naopak co lze
„opomenout“.
182
2
Výuka oboru Telekomunikace
2.1 Klíčové požadavky na studenta
Pro schopnost orientace v oboru je třeba zvládnout základní stavební kameny tohoto oboru, za
které lze mimo jiné označit.
2.1.1



2.1.2




2.1.3

Základy přenosu zpráv:
terminologie používaná při přenosu zpráv, definice základních pojmů,
definice obecného spoje (viz obr. 1 Sestava obecného spoje pro jednosměrný přenos zpráv),
telekomunikační signály a telekomunikační kanály, definice kanálu a jejich šířky.
Základy přenosu telekomunikačních signálů
přehled modulačních metod
o spojité modulace AM, FM, PM,
o impulsní modulace, kvantová, nekvantová PCM, DPCM, DM apod.,
digitální signál
o definice, abecedy, kódy,
o přenosová a modulační rychlost,
o chybovost, zkreslení.
zabezpečení přenosu digitálních signálů, proti chybám Obr. 2. Je třeba zdůraznit a důsledně
odlišovat zabezpečení technické a zabezpečení bezpečnostní z hlediska kryptologie.
o parita jednoduchá, křížová, cyklické a opravné kódy.
veličiny pro hodnocení signálů
o logaritmické veličiny,
o útlum výkonu a napětí,
o zkreslení signálu,
o hluky, šumy přeslechy.
Přenosové cesty
metalická vedení
o symetrická vedení (jejich charakteristické parametry a vlastnosti),
o koaxiální kabely,
o optická vlákna,
o bezdrátový přenos.
 infračervené záření,
 radiový přenos,
 družicový přenos.
183
Rušení spojité i impulsní
Zdroj zprávy
Měnič zprávy
Měnič signálu
Zkreslení
zprávy
Lin. a
nelin.zkreslení
zprávy
Přenosová cesta
Lin. a nelin zkreslení
Zp.měnič
signálu
lin. a nelin.
zkreslení
Vysílací část
Zp.měnič
zprávy
Lin. a
nelin.zkreslení
zprávy
Přijímací část
Přenosový kanál
Spoj
Obrázek 1
Sestava obecného spoje pro jednosměrný přenos zpráv; Obrázek je z knihy: Jaroslav Svoboda, Telekomunikační technika 1. Díl.
Příjem zprávy
184
Způsob zabezpečení
Bezpečnostní
kódování
Korekční kódy
Zpětnovazeb
ní metody
Detekční
kódy
nesystematické
kódy
mzn
jednoduchá
parita
informační
zpětná vazba
rozhodovací
zpětná vazba
systematické
kódy
křížová parita
cyklické kódy
Obrázek 2
Informační zv. pracuje tak ,že zpráva se odešle příjemci. Ten ji vrátí. Je-li shoda, jede se dál. V opačném případě se cyklus opakuje. Rozhodovací zv..odeslaná zpráva je vybavena zabezpečením (CRC), je-li zpráva
vyhodnocena jako správná, rozhodne přijímač a pokračování, jinak si vyžádá opakování.
185
2.1.4







Druhy telekomunikačních sítí
telefonní síť. - základní služba - přenos hovorových signálů prostřednictvím telefonních
kanálů. (mnohokanálová telefonie, TDM, FDM),
rozhlasová síť. - zajišťuje přenos rozhlasových signálů mezi zdrojovými (rozhlasová studia,
reportážní body) a distribučními místy (rádiové vysílače) nebo mezi zdrojovými místy
navzájem,
televizní síť. - Zajišťuje přenos TV obrazu (videosignál) a příslušných zvukových doprovodů
(rozhlasový signál) mezi zdrojovými (TV studia, reportážní místa) a distribučními místy (TV
vysílače, distribuční zesilovače kabelové TV) nebo mezi zdrojovými místy navzájem,
datová síť. - Přenos digitálních signálů nesoucích data. Místní (lokální) datové sítě nebo
dálkové datové sítě, Internet - celosvětová síť,
dispečerská řídící síť. - Vytvořena pro řízení technologických nebo dopravních procesů.
Přenos služebních informací (hovor, text), signálů od čidel a měřidel, dálkového ovládání a
signalizace,
ISDN (Digitální síť s integrací služeb). - Umožňuje realizovat v jediné účastnické síti různé
služby (telefonní, datové, dokumentové telegrafie, slouží jako přístupová síť k jiným
telekomunikačním sítím (telefonním, datovým),
inteligentní telekomunikační síť. - Kromě integrace služeb další centrální služby umožňující
zvyšování účinnosti spojovacích procesů na základě centralizovaných informací o účastnících,
tarifech, okamžitém provozním stavu sítě.
Každá z těchto sítí má svoje zákonitosti a je poměrně teoreticky náročná. Nelze předpokládat
dokonalou znalost všech. Zřejmě se bude klást důraz na ty druhy sítí, které jsou pro daný obor
nosné. Nicméně z hlediska všeobecného přehledu by i v ostatních typech sítí měl student mít
alespoň rámcový přehled. V praxi se bude setkávat jak s různými druhy sítí, tak i kombinacemi
přenosových medií.
2.1.5
Přenos dat v telefonní síti
Telefonní síť je jednou z nejstarších cest, využívanou původně pro přenos analogového
signálu a pro tyto účely byla také konstruována. S nástupem digitální techniky se ukázala potřeba
využít tyto spoje efektivně, také pro přenos digitálního signálu. Důležitou ne-li dominantní úlohu zde
sehrály datové měniče. Úkolem datových měničů je přizpůsobit digitální signál tak, aby mohl být
přenesen co nejdále s nejmenším zkreslením. I přesto, že v současné době nastoupily jiné principy a
modernější technika nelze tyto datové měniče, potažmo modemy zcela zatratit a lze říci, že mají
svoje opodstatnění stále. Že problematika modemů je široká lze odvodit i z obrázku č. 3, na kterém je
rozdělení modemů – datových měničů, podle principů činnosti uvedeno.
Datové měniče
v základním
pásmu
GDN
DMZP
V přeloženém
pásmu(modemy)
s akustickou
vazbou
s elektrickou
vazbou
pro
širokopásmové
kanály
HDSL
ADSL
SDSL
VDSL
širokopásmové
modemy
pro telefonní
kanály
sériové modemy
paralelní modemy
Obrázek 3
Pokud bychom připomněli nejčastěji používané modemy v účastnické síti, pak se jednalo o
zařízení, jejichž vlastnosti a parametry byly předepsány doporučením, které vzešlo z ITU-T. Pro
telefonní provoz jsou to pak doporučení řady V. Příslušné doporučení udává přenosové rychlosti
dopředného i zpětného kanálu, typ modulace signálu, frekvenci nosného kmitočtu atd.
187
2.1.6
Přenosové cesty
Tato zdánlivě jednoduchá pasáž znalostí telekomunikační techniky si zasluhuje pozornost.
V předchozím textu je zmínka o rozdělení přenosových medií. Často jsou alfou a omegou dobrého,
správného a hlavně bezporuchového přenosu informací.
Signály jsou přenášeny pomocí elektromagnetických vln. Elektromagnetická vlna se ve vakuu
šíří rychlostí světla tedy asi 3.108 m.s-1. Tato rychlost je tedy konečná a je nutno zdůraznit, že je tedy
závislá na prostředí. Z toho nutně vyplývá, že při přenosu kovovými vodiči klesá na zhruba 2.108 m.s-1.
Jako nejstarší přenosová (pokud nebereme v úvahu první pokusy s koheherem) můžeme
chápat metalická vedení.
U všech metalických vedení je nutné, brát v úvahu jejich elektrické parametry. Jsou to:





primární parametry
měrný odpor R [/km]
měrná indukčnost L [mH/km)
měrná kapacita C [nF/km]
měrný svod G [S/km]
Toto jsou parametry, které způsobují při přenosu signálu jeho postupné slábnutí. Hovoříme tedy
o parametrech, které mají vliv na útlum.
Vedle toho jsou důležité i tzv. sekundární parametry.
Je to především charakteristická impedance. Dále jsou to měrný fázový posun a fázová
rychlost šíření. To jsou parametry, které ovlivňují šíření signálu po vedení. Tedy zde budeme hledat
vysvětlení proč obdélníkový signál, který na vstupu do vedení bude mít tvar přesného obdélníku,
bude po své cestě degradován, což má vliv nejen na jeho velikost, ale působí také omezení přenosové
rychlosti (ale to už patří do oblasti nikoli klasické telefonie, ale do přenosu digitálních signálů).
Pozornost zaslouží i vlastnosti a chování prostředí při přenosu signálu bezdrátově.
2.1.7
Impedanční přizpůsobení
Při přenosu signálu je jedním z nejdůležitějších faktorů impedanční přizpůsobení. V ideálním
případě se jedná o stav, kdy výstupní impedance vysílače, impedance přenosového media i vstupní
impedance přijímače jsou shodné. To je důležité proto, že při nesouladu tohoto parametru, dochází
k situaci, kdy postupně se šířící vlna narazí na nekorektně ukončené vedení, odrazí se a vrací se zpět.
Postupná i odražená vlna se pak podél vedení sčítají a vznikají místa, kde jsou obě místa ve fázi nebo
v protifázi a výsledkem jsou místa lokálních maxim respektive minim. Tento jev se nazývá stojaté
vlnění. Jeho negativní vliv je třeba spatřovat v tom, že část signálu je vyzařována do prostoru, tedy
dochází ke ztrátě užitečného signálu. Navíc se vedení chová jako anténa a vyzařuje energii, která
může způsobovat rušení v jiných médiích a vlastní vedení se stává rovněž náchylné k příjmu rušivých
signálů z okolí.
188
2.1.8
Symetrická vedení
Jedná se o dvouvodičové vedení, dva vodiče-pár. Dva tyto páry jsou stáčeny do tzv. čtyřek a
ty pak jsou základem telefonních kabelů. Zpravidla se jedná o Cu vodiče s plastovou izolací. Jejich
přípustné napětí mezi žílami nepřekračuje 360V. Průměr vodičů je 0,8; 1,0 nebo 1,2 mm. Čím je
průměr větší, tím je útlum kabelu menší.
Pro přenosy datových informací jsou asi nejrozšířenější kabely známé pod pojmy
UTP- Unshielded Twisted Pair
STP – Shielded Twisted Pair
V běžné praxi se setkáváme s pojmem kroucená dvoulinka. U tohoto typu kabelu jsou
samotné páry skutečně stáčené a posléze i jsou stáčeny i páry vůči sobě. Toto je prováděno proto,
aby se vyvážily parametry kapacity a indukčnosti a zlepšily se elektrické parametry.
Obrázek 4
Jak vypadá kabel který je nejrozšířenější při použití v datových sítích je vidět na obr. 4.
Poznámka.
Stínění má především bránit pronikání rušení z vnějšího prostředí, ale je třeba při použití těchto kabelů
dbát na správný postup při uzemňování stínění, aby se nevytvořily smyčky proudů, které by paradoxně
mohly přispět k vyššímu rušení.
Symetrické kabely pro přenosy dat potom jsou rozčleněny do kategorií. Viz tabulka 1.
Šířka pásma je limitujícím faktorem pro přenosovou rychlost příslušného kabelu.
Pochopitelně kvalita kabelu je také doprovázena cenou, a tak při volbě media v navrhované
síti bude třeba zvážit potřeby a případně výhled do budoucna.
189
Označení Typ
Šírka
pásma
Uplatnění
Cat1
0,4 MHz
Telefonní a modemové linky
Cat2
4 MHz
Starší terminály (např. IBM 3270)
Cat3
UTP
16 MHz
10BASE-T a 100BASE-T4 Ethernet
Cat4
UTP
20 MHz
16 Mbit/s Token Ring
Cat5
UTP
100 MHz
100BASE-TX & 1000BASE-T Ethernet
Cat5e
UTP
100 MHz
100BASE-TX a 1000BASE-T Ethernet
Cat6
UTP
250 MHz
10GBASE-T Ethernet
500 MHz
10GBASE-T Ethernet
Cat6a
Class F
S/FTP 600 MHz
Class Fa
2.1.9
1000 MHz
Telefon, CCTV a 1000BASE-TX na stejném kabelu,
samostatně 10GBASE-T Ethernet.
Telefon, CATV, 1000BASE-TX
samostatně 10GBASE-T Ethernet.
na
stejném
kabelu.
Koaxiální kabel
Skládá se z vnitřního měděného vodiče (drátu nebo lanka) a stínící vrstvy (opletení
z měděných vodičů) mezi stínící vrstvou a vnitřním vodičem je izolační vrstva zajišťující jejich
oddělení. Na materiálu této vrstvy záleží pak i parametry příslušného koaxiálního vodiče. Koaxiální
kabel, protože používá stíněný obal je velice dobře odolný proti rušení elektrickou složkou. Tento
kabel poskytuje dobré vlastnosti z hlediska útlumu na vysokých frekvencích.
Je nepostradatelný například při použití v anténních svodech a při napájení vf přístrojů. Je
však nutné také respektovat zásady jeho správné instalace.
190
2.1.10 Optická vlákna
Optická vlákna podobně jako metalické vodiče slouží k přenosu elektromagnetických vln. El.
mag. vlny o velmi vysoké kmitočtu (THz) jsou zároveň vlnami světelnými. Fyzikální struktura, která je
schopna tyto vlny efektivně přenášet se nazývá Optický vlnovod, optické vlákno, optical fibre.
Optické vlákno je možné ohýbat bez toho, aby to mělo zásadní význam na přenos světlanemusí být
zajištěna přímá viditelnost.
Princip přenosové cesty s optickým vláknem.
Převod O/E
Převod E/O
El.signál
Vysílač
Optické vlákno
Přijímač
El. signál
Jako převodníky na straně vysílače jsou elektroluminiscenční diody (LED) nebo laserové diody.
Jako převodníky na straně přijímače jsou použity fotodetektory, diody PIN nebo lavinové diody.
Výhody přenosových cest s optickým vláknem:







značná šířka přenosového pásma, což umožňuje vysoké přenosové rychlosti,
malé rozměry a váha,
nepřenáší se přímý elektrický signál, nevnikají rušivé proudy, zařízení jsou galvanicky
oddělena,
vlákna jsou imunní vůči přeslechům a vnějšímu rušení,
přenos je bezpečný, prakticky nemožné je přenos odposlouchat, bez porušení kabelu,
nízké ztráty energie při přenosudlouhé úseky bez opakovačů (zesilovačů),
poměrně levné a nepoužívají strategické suroviny (Si).
Typy optických vláken
o
o
o
mnohovidové vlákno
mezi pláštěm a jádrem,
jednovidové vlákno
gradientní
jádra 50 nebo 60,5m.
průměr jádra 100 až 400m, skoková změna indexu lomu
průměr jádra 5 až 10m. průměr pláště 125m.,
mnohovidové vlákno s gradientním indexem lomu průměr
U vlákna je strategický parametr tzv. útlum (zeslabení signálu). Ten závisí na kvalitě vlákna.
Příčiny útlumu jsou absorpce, mikroohyby paprsku (jsou dány kvalitou a homogenností vlákna),
makroohyby (vznikají při pokládání a instalaci kabelu). K zajištění kvalitního signálu je potřeba
zařazovat tzv. opakovače signálu, které signál zregenerují. Dosah přenosu je v řádu desítek km.
191
Nevýhody
o
o
o
o
o
kabel při radiaci ztrácí kvalitu, degraduje, tmavne a zvyšuje útlum,
pro napájení opakovačů je třeba přivádět energii dodatečnými kovovými vodiči,
vlákno je křehké a proto je do kabelu potřeba zakomponovat odlehčovací prvky,
Nastavování a oprava kabelu, připojování jsou technicky velice náročné operace
Každá spojka, oprava nebo jiný zásah vnáší další útlum
Za důležitou vědomost pro práci s optickými vlákny lze považovat i základní fyzikální principy,
díky kterým je parsek do vlákna navázán a jak se chová v průběhu přenosu vláknem.
Navázání světelného paprsku do optického vlákna. Numerická apertura
Princip přenosu světelného paprsku vlákna vychází ze Snellova zákona.

Totální odraz
;
Index
lomu n1
Index
lomu n2
Situace
pro stav n1>n2
Mezní úhel
1
2=90°
2
Mezní úhel
navázání NA
Paprsek
nakonec
zanikne
Jádro n1
Plášť n2
Materiál je volen tak, že n1>n2
192
U běžných optických vláken se neužívá celé spektrum k přenosu signálu, ale jen tzv. okna. To
jsou kmitočtová pásma, kde má kabel nejmenší útlum. Tato okna jsou na vlnových délkách 850; 1300;
1500nm. Existují však i vlákna, která umožňují přenos v pásmu 1300 až 1600nm.
Dosah a hlavně přenosová rychlost optického vlákna je dána tzv. disperzí. Impuls má sice na
počátku přísně obdélníkový tvar, ale ten se postupně vlivem různých rychlostí přenosu jednotlivých
spektrálních složek deformuje a ztěžuje tak rozlišení na přijímací straně a navíc se při větší rychlosti
impulsy „slévají“, což pochopitelně ztěžuje rozhodovací proces na přijímací straně. Viz obr. 5.
Z tohoto důvodu se také pro přenos na velké vzdálenosti využívá jednovidový optický kabel
Přijímač
Vysílač
Optické vlákno
Obrázek 5
Že optika, optické přenosy a rozvoj digitálních technologií jsou hybatelem v přenosových
sítích, není třeba asi vést diskusi.
Jen na území ČR operuje několik společností, které v rámci páteřních sítí využívají řádově
tisíce kilometrů optických kabelů.
Díky dalším technologickým posunům, jako jsou například rozbočovače (spiltter), je možné
mnohem efektivněji využít přenosovou kapacitu optických kabelů. Je tak docilováno přenosových
rychlostí až 10Gb/s.
Dá se konstatovat, že donedávna slabé místo pro přenosy dat, tzv. Poslední míle, je dnes díky
moderním pasivním rozbočovačům vyřešena a i běžný uživatel dostává data rychlostí, kterou
v současné době ani efektivně nevyužije.
Dalším faktorem hovořícím ve prospěch této technologie jsou nižší náklady na údržbu a režii.
Pasivní rozbočovače nepotřebují napájení. Tudíž odpadá problém „vypadlý jistič“ pro klasický
přepínač respektive router.
Rozvíjí se přípojky FTTH (Fibre To The Home – optické vlákno do domu). Spíše pro ilustraci
současných možností, které z toho plynou pro uživatele, uvádím několik údajů firmy RIO Media, a.s.
RIO Media nyní na svých plně optických FTTH sítích nabízí standardně symetrickou rychlost
50/50 Mb/s za 238 Kč (s DPH) a 100/100 Mb/s za 338 Kč s DPH. Tyto rychlosti nesnižuje agregace,
jako je tomu v případě ADSL nebo bezdrátových technologií. Pro srovnání technologie ADSL dosahuje
průměrně rychlosti stahování dat 4,6 Mb/s, což je díky agregaci zhruba pouze 56% rychlosti, kterou si
zákazníci objednali. Při odesílání dat navíc dosahuje technologie ADSL zhruba desetinové rychlosti
oproti stahování. V porovnání s rychlostí dosahovanou ADSL tak RIO Media poskytuje 10krát vyšší
rychlost stahování dat a 100krát vyšší rychlost odesílání.
Zdroj: Firemní materiály RIO Media, a.s.
193
2.1.11 Kódy
Za poněkud specifickou pasáž lze označit problematiku kódování.
2.1.11.1 Kódy jako binární vyjádření informace—abecedy
Alespoň některé zástupné kódy jak se historicky vyvíjely.
Morseova abeceda, CCITT č.2, DKOI, EBCDIC, ASCII (sedmi respektive osmibitový), Unicode, UTF 8,
UTF 16, UTF 32.
2.1.11.2 Specifické kódy-grafické kódy
Čárové kódy
QR kódy
2.1.11.3 Fyzikální interpretace kódů
Binární data při přenosu informací mohou mít různý formát, tedy tvarovou podobu. Je to
proto, že digitální signál se při přenosu potýká s celou řadou „nástrah“, které tento signál degradují,
někdy dokonce znemožní jeho přenos. Neprojde přes transformátory, nemá vyhovující kmitočtové
spektrum apod.
Formáty, které by měly optimalizovat přenos z hlediska vlastností přenosových medií pak lze rozdělit
následujícím způsobem.

signály NRZ-Non Return Zero(bez návratu k nule)
o unipolární ,
o bipolární,
o polární.
194






signály NRZ jsou charakteristické tím, že veličina vyjadřující příslušný stav zůstává v příslušné
hodnotě po celou dobu trvání datového symbolu. U signálů RZ (return zero), pak zaujímá jen
část doby trvání impulsu a vrací se k nulové hodnotě,
Manchester – je to kód který vyjadřuje bitovou informaci změnou polarity. Jeho výhodou je
schopnost autosynchronizace, al e na druhé straně vyžaduje dvojnásobnou šířku pásma,
HDB3-(High Density Polar), nahrazuje souvislé sekvence změnou Ten je zajímavý tím, že lze
odvodit synchronizační signál přímo z přenášeného datového signálu. Neobsahuje
stejnosměrnou složku. Bohužel však vyžaduje téměř dvojnásobnou šířku pásmav porovnání
s NRZ signály,
AMI- nuly zůstávají na nulové hodnotě a jedničky jsou střídavě reprezentovány stavy +1 a 1.PCM 1. Řádu,
2B1Q-kóduje vlastně dibity, čímž se sníží modulační rychlost. Použití v ISDN,
CMI;MCMI (Code Mark Inversion/MCMI).
V optických traktech, kde nelze vyjádřit více než
dva stavy.
L
195
2.1.12 Druhy modulací
2.1.12.1 Analogová modulace
V této modulaci můžeme měnit parametry A,  a .
Podle toho, který parametr je měněn pak modulaci nazýváme
Amplitudovou, kmitočtovou respektive fázovou.
Spojité
modulace
Amplitudová
Úhlová
AM
Kmitočtová
Fázová
FM
PM
196
2.1.12.2 Impulzní modulace
Amplitudová
PAM
Nekvantovaná
Polohová
PPM
Šířková
Impulsní
modulace
PŠM(PWM)
Pulsně kódovová
PCM
Kvantovaná
Delta
M
Kombinací metod vzniká nepřeberné množství kódovacích schémat, které přináší různé výhody a
optimalizují přenosový proces.
197
2.2 Metody při výuce
Možné metody a způsoby výuky jsou nastíněny v části věnované výuce předmětu
Elektrotechnika. Tyto metody se zřejmě nebudou nijak diametrálně odlišovat v tak příbuzném oboru
jako jsou telekomunikace
Jako v ostatních odbornostech i zde mají školy rámcové vzdělávací plány a programy, ze
kterých vyplývá, co je náplní jednotlivých předmětů v příslušných specializacích.
Pokud se domníváme, že v některých oborech jde poznání a praxe rychle dopředu a inovační
cykly a technologické postupy se dynamicky rozvíjí, pak to v oboru Telekomunikace platí dvojnásob.
Výrobky, přístroje, počítače, telefony, zabezpečovací prvky, přenosové a spojovací prostředky
jsou často nahrazovány dřív, než bylo původně plánováno. Jejich morální zastarání předbíhá jejich
fyzické opotřebení. A tento trend se zdá být čím dál rychlejší.
V tomto prostředí není jednoduché připravit odborníky tak, aby při nástupu do zaměstnání byli
v obraze. Ideální by bylo, kdyby byli připraveni tak, aby byli vychováni s jakýmsi předstihem.
Určitě nebudou všichni pracovat ve vývoji a na super moderních zařízeních. Běžný provoz
potřebuje i lidi pro běžnou každodenní rutinní práci. Ale tak či tak není asi jednoduché sladit
požadavky na profese s požadovanou specializací.
Například požadavky na zaměstnance, které jsou u jednotlivých podniků (plyne to jednoznačně
i z citovaného materiálu) jsou skutečně širokého spektra. Jsou to profese, které vyžadují manuální
zručnost, pochopitelně fyzickou zdatnost, přes řekněme standardní znalost elektrotechniky a principů
telekomunikací až po profese, které by se měly vyrovnat se špičkovými technologiemi, a měřicími
přístroji. Také by měli být zdatní odborníci v oblasti softwaru, protože právě řízení a nastavování
vlastností, funkcí a chování zařízení je často závislé na úpravě či modifikaci softwaru.
V dnešních inzerátech často nacházíme požadavky na zaměstnance, které zřejmě prošly přes
personální útvary, jejichž úkolem je zpracovávat inzeráty a připravovat výběrová řízení. Tyto
požadavky jsou často takové, že by je neobsáhl ani absolvent několika vysokých škol a jsou často
vzdáleny realitě.
2.2.1
Výklad
Přístup k této metodě bude prakticky totožný s tím, co je řečeno o výkladu v materiálu
Elektrotechnika. Do výkladu lze pro oživení zainteresovat i studenty. Tato interakce je však odvislá od
tématu a také od úrovně studentů. Diskuse a polemika na různá témata se ukazuje jako rozumná a
přínosná ve vyšších ročnících. To však nelze brát jako dogma a situace bude určitě ovlivňována nejen
odbornou zdatností, ale i mentální vyspělostí třídy nebo skupiny studentů. Určitě na úroveň
takovýchto oživených výkladů má i počet studentů ve třídě.
198
2.2.2
Individuální zapojení studentů.
Opět lze konstatovat, že přístup bude totožný s tím, co je v kapitole Elektrotechnika. Určitě se
této metodě nelze vyhnout, i když přináší různá pedagogická úskalí. Vedle vlastního přínosu
technického a vědomostního je i důraz na schopnost prezentace daného tématu. Studenti si ověří
svoje schopnosti předávat informaci publiku, zjistí, jak jsou na tom se slovní zásobou a schopnostmi
improvizace, případně jak umí reagovat na dotazy ze strany studentů i lektora. Vyjadřovací
schopnosti studentů obecně mají klesající tendenci, což je v některých případech alarmující. Není asi
náplní odborných učitelů učit studenty mluvenému projevu, ale pokud je prostor a šance, není na
závadu tyto kompetenci podporovat.
2.2.3
Praktické ověření, práce v laboratoři
Stejně jako v jiných technických oborech má i práce v laboratořích nezastupitelnou úlohu. Je
oproti jiným oborům o to složitější, že vyžaduje poměrně drahé a často jednoúčelové vybavení.
Zvláště pak pro specializované obory. To co bude platit o možných praktických úlohách, které mají
být aktuální a odpovídat moderním trendům, bude ve stejné míře platit pro měřící techniku. Mají-li
zvláště složitější úlohy být správně pochopeny, vyžaduje to často úzkou mezipředmětovou vazbu.
Nebudou asi vzácné případy, kdy studenta práce v laboratoři a na úlohách baví, ale jaksi podvědomě
se brání hlubšímu proniknutí do fyzikální podstaty a matematického aparátu.
2.2.4
Zpracování závěrů úloh
Student, který pracuje na úloze, by po jejím provedení, uvedení do chodu případně změření
měl nějakým způsobem koncipovat závěr a získané poznatky, které mu úloha přinesla. Pokud se tato
závěrečná hodnocení nevyžadují, lze těžko očekávat, že studentům nějakým hlubším způsobem
problematika v hlavě zůstane a že si odnese alespoň část toho, co bylo záměrem.
Pokud studenti zpracovávají skupinově úlohy, je asi optimistické očekávat individuální
zpravování. Někde je těžké dokazování, že je úloha zpracována jednou a jen opticky poopravena,
zvláště když jsou výsledky správné. Individuální zadávání a hodnocení je sice možné, ale přináší
neúměrné nároky na pedagoga, a to pak hlavně při přípravě a samotné praxi. Jsou určitě úlohy, kdy je
nutné zkontrolovat jejich správnost a je-li vyučující sám, vznikají dlouhé prodlevy a psychická zátěž na
vyučujícího je často enormní. Zvláště pokud jsou skupiny studentů velké. Často tomu tak je, protože
vedení škol se brání dělení tříd kvůli úsporám financí.
2.2.5
Hodnocení studentů
Není asi nijak diametrálně jiný přístup k hodnocení studentů v různých oborech a předmětech.
Hodnocení teoretických znalostí je asi doménou každého pedagoga. Je i na něm a charakteru
předmětu jakým známkám dává vyšší prioritu. Zda preferuje ústní zkoušení, testy apod.
Snad nekonečná polemika se vede kolem hodnot známek za odevzdané závěry z úloh, referáty nebo
jak tyto výstupy nazveme. Jsou protichůdné názory nejen na jejich hodnocení, ale i váhu těchto
známek. Většina kantorův praxi zastává názor, že v termínu neodevzdaná práce musí být náležitě
ohodnocena a to v plné hodnotě. Těžko lze jinak očekávat, že studenti budou práci odevzdávat
199
v termínu. Na druhé straně, vzhledem k většinou kolektivnímu pojetí pak je třeba výsledkům přiřadit
příslušnou hodnotu.
Přímé hodnocení při práci v laboratoři většinou není považováno za rozumné. I když určitě lze objevit
aktivní přístup, rychlost reakce, intuici, aplikaci teorie apod. Ale tohle by měl být pedagog schopen
jaksi na pozadí vnímat a přihlédnout k tomu při závěrečném hodnocení.
2.2.6
Exkurze a spolupráce s podniky, odborný výcvik.
Forma exkurze je velmi praktickou ukázkou, jak přeměnit teorii v praxi. Pedagog rozhoduje o
tom, kam se studenti v rámci exkurze podívají. Záleží na mnoha faktorech, ať již jde o to, zda
v daném regionu působí firma, která by byla ochotna studentům poskytnout informace o své výrobě.
Pokud ne, je třeba udělat exkurzi mimo regionu, avšak tyto exkurze jsou často velmi zajímavé a
inspirativní, avšak jsou také finančně náročné.
2.2.7
Literatura, studijní materiály ostatní zdroje.
Vybrat dobrou literaturu pro studenty, kde je tak široký záběr témat, teorie a obrovský
rozptyl nebude asi jednoduché. Jsou publikace, které lze považovat za podařené, ale přesto je často
dilema zvolit takovou literaturu, která by byla dobrou pomůckou pro pochopení jednotlivých témat.
Někdy jsou témata zpracována příliš přehledově, což může vyvolat neoprávněný dojem, že se jedná o
jednoduché téma.
Na druhé straně jsou učebnice, které při výkladu zabíhají příliš do hloubky, berou si na pomoc
matematický aparát a téma se pak stává pro studenty nevstřebatelné.
I zde, jako ostatně všude, se budeme (a studenti také) uchylovat ke zdrojům na Internetu. Ale
stejně tak jako vždy při práci s Internetem, je důležité, aby si pedagog tyto zdroje ověřil. V případě
zkušených pedagogů asi nehrozí nebezpečí převzetí nevhodných, neúplných nebo dokonce
nesprávných informací. Ovšem v případě studentů je to na denním pořádku. Navíc jsou informace
z internetových zdrojů často kusé, bez dalších návazností a souvislostí.
Nijak příznivá situace je v současné době s odbornými časopisy. Řada dobrých časopisů
zabývajících se telekomunikacemi a souvisejícími problémy bez náhrady zanikla. Pokud časopisy
zůstaly, je v nich často příliš mnoho prezentací a firemních propagačních materiálů, které spíše
prosazují výrobky firem a lze je často chápat jako reklamu než články, které by vysvětlovaly podstatu
problému.
200
3
Aktuální trendy
Předchozí kapitoly se snažily poskytnout jakýsi přehled o základních znalostech, které by měly
umožnit vstup do světa telekomunikací a světa, který se přetransformoval do ICT (informační a
telekomunikační technologie) a přechází do světa, kde valná část pojmů je předcházena magickým
písmenkem „e-xxxx“.
Než se však přesuneme k těmto technologiím, alespoň v encyklopedickém záběru. Je dobré se
zmínit o některých technologiích, které už se zabydlely v životě nás všech.
3.1 Telefony DECT (Digital European Cordless Telephone)
Jedná se o bezdrátové telefony. I když jsou již z dnešního pohledu překonané, mají stále svá
opodstatnění v privátních sítích. Umožňují jakousi obdobu roamingu, tedy umožňují poměrně
rozsáhlé pokrytí signálem v omezeném teritoriu.
Jeho využití může být v
 privátním sektoru,
 v malých podnicích. Jedna buňka,
 ve větších aglomeracích – více buněk.
Tento standard pracuje v oblasti 1880 až 1920 MHz. V tomto pásmu je deset nosných vln a
stanice si vybírá tu nosnou, která zaručuje nejkvalitnější přenos. Radiová komunikace využívá
paketovou podobu. Přestup do globálních sítí zajišťuje zpravidla PABX(private automatic branch
exchange)
Oproti systému GSM poskytují kvalitnější přenos. A jedná se svým způsobem o privátní síť. To
může být výhodné pro zajištění důvěrnosti komunikace na interní úrovni. Navíc tento systém je
finančně mnohem efektivnější než využívání klasických sítí. Standard DECT pracuje na kmitočtu 1880
až 1920MHz.
3.2 RFID
Radio Frequency Identification, identifikace na rádiové frekvenci. Princip identifikátorů
navržených k identifikaci zboží, navazující na systém čárových kódů. Stejně jako čárové kódy slouží k
bezkontaktní komunikaci na krátkou vzdálenost.
Toto byl původní záměr. Současné použití této technologie však daleko překročilo původní
předpoklad a proniká téměř do všech oblastí ve výrobní sféře i spotřebním průmyslu.
Čipy jsou k dispozici v provedení pro čtení nebo pro čtení a zápis. Pro komunikaci využívají
převážně nosnou frekvenci 125 kHz, 134 kHz a 13,56 MHz. Přidělené pásmo se odvíjí od frekvence
přidělené pro příslušný světadíl.
Stojí za poznámku, že čipy mohou být aktivní nebo pasivní. To podle toho jaký druh napájení
pro svou funkci využívá.
Aktivní jsou ty, které mají svůj zdroj a zpravidla tedy pracují na větší vzdálenost.
Pasivní jsou takové, které pro svou funkci přijímají energii z blízkého vysílače a tu pak použijí ke
své napájení.
201
Tato technologie se dnes běžně využívá ve skladovém hospodářství v řízení a organizaci
dopravy, ale proniká i oblastí jako těžký průmysl, hornictví, zdravotnictví. Jejím přínosem je pak nejen
větší efektivita ale a to hlavně spolehlivost, protože dokážeme vyloučit selhání lidského faktoru. Které
zvláště ve vypjatých a stresových situacích může být příčinou fatální chyb.
Jen jeden příklad za všechny. Sledování transfúze krve a jednotlivých derivátů od odběru až po
aplikaci. Zajímavá aplikace. CarSharing. Zájemce o půjčování automobilu se přihlásí do programu,
získá členskou kartu(RFID). Když potřebuje vůz, přes Internet si jej zamluví a pak jde na určené místo,
kde je vůz zaparkován. Pomocí karty je odemkne a nastartuje.
Tabulka používaných kmitočtů při realizaci RFID
Kmitočet
100 Hz
125-134 kHz
13,56 MHz
868.917 MHz
2,45 GHz/5,6 GHz
Použití
Ochrana zboží
Řízení přístupu
Imobilizéry
Značení majetku
Přístup osob
Logistika
Dopisy
Zavazadla
Knihovny
Doprava
Sledování kontejnerů
Palety
Železnice, lokalizace vagónů
Lokalizace automobilů
Vozový park
Lokalizace osob
poznámka
Převážně pasivní
Zpravidla pasivní
Aktivní i pasivní
Aktivní
Proti ostatním cenově
náročná
3.3 NFC
Near Field Communication, známé spíše pod zkratkou NFC, je technologie určena pro
bezdrátový přenos dat na krátké vzdálenosti. Ta by neměla dle standardu ISO 13157 přesáhnout
vzdálenost 20 cm. Přenos dat probíhá na frekvenci 13,56 MHz pomocí elektromagnetické indukce a
jedná se o přenos typu half-duplex (v jednu chvíli může vysílat pouze jediné zařízení). Pro srovnání –
Wi-Fi či Bluetooth pracují na frekvenčních pásmech okolo 2,4 a 5 GHz. Jelikož je NFC odvozena od
standardu určeného například pro platební karty, předpokládá se její využití především v mobilních
zařízeních všeho druhu. Přenosová rychlost NFC činí 424 kbit/s, což je pro její potřeby naprosto
dostačující.
202
Použití NFC technologie může být alternativou, či kompletní náhrad pro platební systémy
využívající debetní či kreditní karty a čipové karty (tzv. Smartcards).
3.4 GPRS
Technologie GPRS (General Packet Radio Service) je realizována přenosem signálu v síti GSM
(Global System for Mobile communications) určenou pro mobilní telefony v Evropě na frekvencích
900/1800 MHz. Na rozdíl od přenosu v rámci GSM, který byl založen na technice přepínání okruhů je
systém GPRS založen na přepínání paketů
Pro využívání tohoto typu připojení je třeba koncové zařízení pro příjem dat přes GPRS ať už je jím
samotný mobilní telefon či modemy v podobě zařízení pro USB či PCMCIA se slotem pro SIM kartu.
Tato zařízení se dělí na třídy A, B, C – třída A umožňuje simultánní využívání GPRS přenosu i hlasový
přenos a patří do ní některé špičkové mobilní telefony, třída B umožňuje v jednom okamžiku buďto
datový či hlasový přenos a patří do ní většina běžných mobilních telefonů podporující GPRS, třída C
potom umožňuje jen datový přenos a patří do ní datová zařízení pro GPRS.
3.5 EDGE
Skutečnost, že tento způsob připojení k Internetu je také označovaný jako EGPRS dává tušit, že
jde o technologii vzešlou z GPRS (Enhanced) a má s ní tedy mnoho společného, samozřejmě funguje
taktéž na síti GSM. Podporu EDGE lze v současnosti sice nalézt u většiny novějších modelů mobilních
telefonů, avšak podpora ze strany operátorů nebývá zdaleka zaručena všude tam, kde je pokrytí
signálem GSM, neboť tato služba je implementována v menší části BTS než u GPRS. Stejně jako
předchozí typ připojení, i tento s sebou nese nešvar v podobě značné vysoké latence (pohybuje se
kolem 500 ms). Velkým přínosem EDGE je podstatně vyšší dosahovaná přenosová rychlost.
3.6 Digitální televize
I tato oblast spadá do služeb v rámci ICT. Během relativně krátké doby byl klasický analogový
přenos nahrazen digitální službou, analogové vysílání bylo skončeno. Tento trend přináší spoustu
výhod. Je to především koncentrace několika kanálů včetně rozhlasových do jednoho frekvenčního
stvolu. Tím dojde k úspoře kmitočtového spektra, které se v současné době stává strategickou
doménou.
3.7 Digitální rozhlas
Stejná situace jako je v současné době v televizním vysílání nás v nejbližší době čeká i ve
vysílání rozhlasových stanic, tedy přechod na digitální vysílání. Opět se čeká velký přínos od této
technologie. Určitě je to úspora kmitočtových pásem. Všechny vysílače příslušného programu mohou
vysílat na stejném kmitočtu. Přijímač ve svém časovém slotu vyhodnotí ten, který je pro něj
momentálně nejkvalitnější. Rozhlasové vysílání bude možno doplnit o celou řadu dalších doplňkových
informací.
203
3.8 WiFi-Bluetooth
Tato pasáž by asi patřila spíše do kapitoly rozhraní informačních technologií, alespoň krátkou
zmínku učiním zde.
Technologie WLAN (Wireless Local Area Network) (Pozor na častou záměnu pojmů s WAN),
která splňuje normu IEEE 802.11x je vlastně známa pod obchodním názvem Wi-Fi. Jedná se o
bezdrátovou komunikaci, pracuje v pásmu ISM (Industrial Scientific and Medical). Jedná se o
kmitočet 2,4GHz, který je vyhrazen právě bezdrátovým sítím. Bezdrátové sítě pracující v této oblasti,
pak pracují ve standardu 802.11 a to rychlostí 2Mb/s. Tato specifikace doznala změn a vznikl
standard 802.11b s rychlostí 11Mb/s a 802.11g s rychlostí 54Mb/s. Tabulka jednotlivých specifikací
definuje teoretické rychlosti přenosu.
Standard
Pásmo
[GHz]
Maximální
rychlost
[Mbit/s]
IEEE 802.11
2,4
2
IEEE 802.11a 5
54
IEEE 802.11b 2,4
11
IEEE 802.11g 2,4
54
IEEE 802.11n 2,4 nebo 5 600*
V Evropě se pak jedná o pásmo 2,412 GHz – 2,472GHz. Toto pásmo je v Evropě rozděleno na
13 kanálů. Odstup mezi kanály je 5MHz. Jedná se tedy o klasický bezdrátový přenos, navíc při velmi
vysokých kmitočtech. Při přenosu signálu tímto způsobem se uplatňuje spousta faktorů, které mají
vliv na kvalitu přenosu (negativní účinky). Především je třeba dodržovat pravidlo přímé viditelnosti.
Při překážkách pak dochází k útlumu, který je závislý od druhu překážky. Při větších vzdálenostech
pak může být přenos a jeho kvalita ovlivněna odrazy signálu, ohybem signálu a také rušením z okolí.
Bluetooth je v principu stejná jako Wi-Fi. Je primárně určena pro bezdrátovou komunikaci
mezi zařízeními na krátké vzdálenosti. S Wi- Fi není kompatibilní. Pracuje ve frekvenčním rozsahu
2,402 až 2,480GHz.Dosah komunikace je 20 až 40m ve zvláště vhodných podmínkách až 100m.
Maximální povolený vysílací výkon v tomto nelicencovaném pásmu je 100mW
3.9 Technologie využívající Internet
3.9.1
IP Telefon
IP telefon je v užším smyslu hardwarově řešený klient pro telefonii typu VoIP (Voice Internet
protokol). Je to telefonní přístroj, který komunikuje prostřednictvím svého rozhraní protokolem IP. V
204
širším smyslu je IP telefonem každé koncové zařízení pro IP telefonii, bez ohledu na to jde-li o
samostatný přístroj nebo o software, který umožňuje telefonování pomocí vhodného počítače.
3.9.2
Videokonference
Videokonference představuje moderní způsob multimediální komunikace, umožňuje
současný přenos zvuku, obrazu a dat mezi dvěma i více účastníky. Je to také komunikace na
libovolnou vzdálenost probíhající v reálném čase. Její způsob závisí na programovém vybavení.
Videokonference jsou používány zpravidla v podnikatelském prostředí, kde šetří náklady na
cestování. Díky schopnosti propojit více lokalit jsou schopny do značné míry nahradit například
osobní setkání zaměstnanců různých poboček jedné společnosti. Poprvé byla videokonference
provozována komerčně v 70. letech společností AT&T.
Videokonferenční řešení mohou k zobrazení druhé strany (případně dalších stran - v případě
propojení více lokalit) využívat jak běžné počítačové monitory, tak velké obrazovky, které navozují
realističtější dojem setkání. Revoluci v oblasti videokonferencí by mohla znamenat technologie 3D
videokonferencí, která umožňuje zobrazit člověka, se kterým probíhá komunikace na dálku, formou
barevného hologramu v životní velikosti.
3.9.3
Streamové videa
Streaming (z anglického stream – proud) je technologie kontinuálního přenosu
audiovizuálního materiálu mezi zdrojem a koncovým uživatelem. V současné době se streamingu
využívá především pro přenášení audiovizuálního materiálu po internetu (webcasting). Webcasting
může probíhat v reálném čase (internetová televize nebo rádio), nebo systémem Video on demand
(např. YouTube). Pro streamování videa více uživatelům zároveň musí mít provozovatel k dispozici
kromě obsahu také ještě streamovací server, který zajišťuje komunikaci s cílovými počítači a plynulé
vysílání dat.
3.10 Satelitní přenosy
Pro přenos signálů se vedle klasických telefonních kabelů, koaxiálních a optických kabelů,
radioreléových přenosů využívá v širokém měřítku i služeb telekomunikačních družic. V daném
případě mám na mysli geostacionární družice. Tyto družice jsou umístěny na drahách ve výšce cca
36 000km nad oblastí rovníků a bez jejich činnosti si dnes nelze komunikace ani představit.
3.11 Polohovací systémy a navigační systémy
Global Positioning System, je vojenský globální družicový polohový systém provozovaný
Ministerstvem obrany Spojených států amerických, s jehož pomocí je možno určit polohu a přesný
čas kdekoliv na Zemi nebo nad Zemí s přesností do deseti metrů. Přesnost GPS ze s použitím dalších
metod ještě zvýšit až na jednotky centimetrů. Část služeb tohoto systému s omezenou přesností je
volně k dispozici i civilním uživatelům.
Kosmický segment byl projektován na 24 družic, ale nyní je využíván až na mezní počet 32, pro
další navyšování počtu bude třeba změna vysílaného signálu. Družice obíhají ve výšce 20 200 km nad
povrchem Země na 6 kruhových drahách se sklonem 55°. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 60° a na
každé dráze jsou původně 4 pravidelně nyní 5-6 nepravidelně rozmístěné pozice pro družice.
205
V České republice je nejčetnější viditelnost 8 družic (medián), minimum pak 6, maximum 12 družic,
při elevační masce 10°.
GLONASS je globální družicový polohový systém (GNSS) vyvinutý v SSSR a nyní provozovaný
ruskou armádou. S jeho pomocí je možno určit polohu a přesný čas kdekoliv na Zemi nebo nad Zemí.
Část služeb tohoto systému s omezenou přesností je volně k dispozici i civilním uživatelům. Je
obdobou amerického vojenského GNSS GPS.
Galileo - Navigační systém je plánovaný evropský autonomní globální družicový polohový
systém (GNSS), který by měl být nezávislou obdobou amerického systému Navstar GPS a ruského
systému GLONASS. Jeho výstavbu zajišťují státy Evropské unie prostřednictvím Evropské kosmické
agentury (ESA) a dalších institucí.
Všechny tyto systémy používají k pokrytí planety několika desítek telekomunikačních družic, které
obíhají zeměkouli v eliptických drahách. Díky tomu, že uživatel má v každém okamžiku spojení
nejméně se třemi, lze přesně určit jeho polohu.
3.12 Smart
Aplikace metod Smart Metring, Smart Grid, Smartt City atd. a napomáhají k promísení
informačních a telekomunikačních technologií do mraku tzv. e-služeb. Snad by se dalo říci, že pojmem
Smart označujeme pronikání chytrých technologií i do dosud konzervativních oborů.
Například Smart Grids by měla zajistit efektivní výrobu a distribuci elektrické energie.
Znamenalo by to efektivně vyrábět elektrickou energii, vhodně začleňovat a využívat energii
získávanou nejen z jaderných a uhelných elektráren ale i z alternativních zdrojů.
Součástí takovéto koncepce je Smart Metering, což je zavedení a využití chytrých elektroměrů.
To by mělo odběratelům umožnit sledování odběru energie v reálném čase a lépe tak regulovat své
požadavky. Díky tomuto přístupu, ale i dalším modernizacím se předpokládají velké úspory
v energetice.
Telemetrický systém Schneider Electric, Scada Systém
Donedávna ještě zdánlivě nesouvisející oblasti jako je Elektroenergetika a Telekomunikace
dnes zažívají prudký růst. Tento proces je vyvolán progresivní změnou v energetice, jejích zdrojích a
vyplývá z nutnosti vzájemné a hlavně okamžité reakce na aktuální potřeby zákazníků, výrobců a
dodavatelů elektrické energie.
Tento trend posunul hranice vzájemné konvergence obou oborů a je zatím na počátku nové
epochy. S tím je spojena celá řada dosud neřešených problémů. Vzhledem k náročnosti a hlavně
investičním objemům, je třeba už nyní zavádět takové technologie, které mají perspektivu přežít
minimálně jedno až dvě desetiletí.
206
Zdánlivě jednoduché problémy se však dostávají do poloh, které je nutno řešit nejen
klasickým přístupem, ale i v kooperaci nejen zavedením špičkových technologií telekomunikační
techniky, ale i oborů informačních technologií a bezpečnostních opatření.
Protože tato problematika zasahuje i přes hranice států a stává se mezinárodním problémem,
je nutno ji řešit na nadnárodní úrovni.
Touto problematikou se zabývá následující pasáž.
3.13 Smart Grids12- Inteligentní energetické sítě.
Slovo SMART se dnes využívá velmi hojně. Pokud zůstaneme v oblasti energetiky,
elektrotechniky a informačních technologií, pak lze pojmou problematiku tak jak se ustálila a vychází
z pojmu „Smart Things“. Sem patří Smart Cities, Smart Homes a také Smart Grids.
3.14 Co je to Smart Grids
Smart Grids představuje integrální spojení energetických a telekomunikačních sítí, které
směřuje k efektivnímu řízení výroby a spotřeby elektrické energie v reálném čase, jak v lokální, tak i
globální oblasti. Princip je založen na obousměrné interaktivní komunikaci mezi dílčími provozními
body sítě na straně výroby, rozvodu i spotřeby energie. Teleinformatické prostředky v síti umožňují
v reálném čase sběr informací, diagnostiku a operativní řízení na straně výroby a rozvodu, ale i
rozšíření možnosti v oblasti prodeje, volbu tarifní možností podle programovaných, či okamžitých
požadavků spotřebitelů. Pod pojmem energetická síť se však skrývá vedle elektroenergetické sítě i síť
pro výrobu a rozvod plynu, tepla ale i vodárenská síť.
V současných sdělovacích prostředcích a osvětě směrem k veřejnosti se zdá, že je vše téměř
hotovo a udělali jsme obrovský skok kupředu v organizování energetické politiky. Celá záležitost a
situace je však mnohem závažnější.
3.15 Koncepce vytváření sítí Smart Grids
Vytváření sítí Smart Grids především vyžaduje změnu koncepce v energetické síti.
Charakteristický model současné sítě je reprezentován relativně malým počtem klasických
energetických zdrojů s velkými výkony odkud se energie přenáší k velkému množství spotřebitelů.
Tedy elektrárna přenosová soustava 400, 220 a 110 kV. Distribuční síť 35, 22, 10 respektive 0,4kV.
12
Grid- rozvodná síť
207
Elektrárna
Elektrárna
Elektrárna
Přenosová soustava
Distribuční
Soustava
Distribuční
Soustava
Spotřebitelé
Jak je ze schématu patrné jedná se především o jednosměrný tok elektrické energie.
Se vzrůstajícím počtem menších a malých zdrojů, které jsou a budou připojovány do energetické sítě,
ať jako vysokonapěťové nebo nn bude třeba vyřešit řadu problémů, které budou vyžadovat mnohem
složitější řídící systémy.
FV
Větrná el.
Elektrárna
Elektrárna
Jedná se tedy o zcela jiné topologické uspořádání, které navíc vyžaduje dostatečně
dimenzovanou teleinfromatickou infrastrukturu. Musí tedy být vzájemně spolehlivě propojena jak
energetická centra, spotřebitelé, datová centra distribuční dispečinky atd.
208
3.16 Některá úskalí sití Smart Grids.
3.16.1 První skupina podle řídících požadavků
Zajištění řídících požadavků. Jedná se především o řízení silových akčních členů. Vyžaduje se
rychlá reakce s pohotovostí 99,999% (výpadek smí být 5minut za rok a mezní hodnota zpoždění
menší než 4ms). Těmto požadavkům by měly vyhovět systémy přenosu dat zajištěné pomocí
Ethernetu nebo SDH.
3.16.2 Druhá skupina
Příkazy k ovládání silových akčních členů. Jde o změny konfigurace, uvádění do provozu a
jejich odpojování.
3.16.3 Třetí skupina
Řízení toku v rozpínacích stanicích. Ty většinou neovlivňují bezpečnost provozu energetické
sítě.
3.17 Smart Grids a bezpečnost
Změna infrastruktury, ve které je charakteristická obousměrná komunikace přináší mnoho
problémů. Potkávají se různé technologie a služby.
Informační struktura energetické sítě musí být ale také podpořena technologiemi, které zajistí
odolnost systému proti lidským chybám, přírodním katastrofám a v neposlední řadě také
kybernetickým útokům. O tom, že útoky na stabilitu a provoz sítě budou prováděny, není třeba
pochybovat. Existují však také další potřeby, je to například kontrola nad neoprávněným odběrem
vědomou manipulací odběru apod.
3.17.1 Některé z možností kybernetických nebezpečí
Útok opakováním zašifrovaného příkazu (například opětovné vypnutí). Útok na šifrovaný
protokol-nedetekovanou změnou dat může dojít k provedení chybného příkazu. (v případě, že není
zajištěno sledování integrity dat). Proto, aby byla zajištěna spolehlivost a funkčnost SG budou muset
být implementovány kryptografické nástroje známé i z jiných oblastí.
Jsou to:
o
o
o
o
symetrické šifrovací algoritmy,
hašovací algoritmy,
digitální podpisy,
asymetrické šifrování.
Problém je v tom, že energetická síť je rozsáhlá, její budování je investičně náročné a návratnost
investic je relativně dlouhá. Situace v přístrojovém vybavení, ale i systémech zabezpečení se
poměrně rychle mění a je tedy nutné stavět sítě, na základě nejnovějších poznatků, což sebou nese
vysoké investiční náklady.
Například v zabezpečení se již algoritmy RSA a DSA považují za zastaralé a normy pro bezpečnost
jsou na principu ECC (Elliptic curve cryptography), což je větev kryptografie pracující s veřejným
klíčem. Je otázkou, jakou mají tyto kryptografické mechanismy životnost.
209
Zřejmě jako v ostatních odvětvích bude i SG nutné dodržet zásady a doporučení, která by měla
eliminovat případné útoky v rámci sítě SG.
Je to:
o
o
o
o
o
zabezpečení důvěrnosti dat- šifrováním,
zabezpečení autentizace –zajistit originalitu dat a jejich původce,
ochrana míst kde jsou klíče, např. centrála ale i elektroměr,
zajištění nepopiratelnosti odesílaných hodnot (proto aby třetí osoba mohla rozhodnout o
správnosti dat- fakturace apod.),
organizace distribuce klíčů.
3.18 Dílčí postupy při budování SG
Zřejmě prvním krokem automatizované dálkové měření spotřeby, její vyhodnocování a řízení.
To je uváděno v literatuře jako AMR-Automatic Meter Reading. Tento princip je už znám (HDO apod.)
Ale zde se vyžaduje mnohem inteligentnější elektroměr. (obdobná platforma by pak měla fungovat i
dalším energetických systémech - měření plynu, tepla, vody). Takové elektroměry by měly být
schopné zajistit spínání a spouštění energeticky náročných spotřebičů v optimálních časech. Dalším
segmentem této architektury je AMM (Autonatic Meter Management). Ten by mě například byl
schopen odpojit neplatiče, sledovat tok energie z lokálních zdrojů (alternativní lokální zdroje). Další
nadřazenou vrstvou by měla být AMI (Advanced Metering Infarstructure). Principiálně by měla zajistit
otevřenost systému pro využití nadřazených vrstev. To je důležité pro součinnost meziresortních a
mezinárodních systémů.
S těmito otázkami pak nutně souvisí i budování teleinformační sítě. K tomu jsou a budou
využívány i současné PLC/BPL systémy, které využívají k přenosu informace silnoproudá vedení, což
zefektivňuje budování celé infrastruktury.
PLC Power Line Communication
BPL Broad Power Line
Pozn. Za předchůdce SG lze směle označit systémy HDO (Hromadné dálkové ovládání),
Aplikace HDO zajišťují širokou škálu služeb
210
úzkopásmové
Telekomunikační služby provozované po
silnoproudých vedeních a sítích
širokopásmové
Transportní
Hovorové
(Zemní lano +optický
Přístupové
kabel)
vvn a nn
vn a nn
Nehovorové
vvn, vn a nn
Služební telf.
Přenos datových
souborů
Standardní tlf.
Intranet
Dálkové měření
Dálková regulace
Dálkové ovládané
Dálková signalizace
Dálková
synchronizace
HDO
Dálkové odečty
Internet
LAN budovy
LAN byty
211
4
Uplatnění na trhu práce a požadavky na absolventy
Pokud se zaměříme na požadavky firem a shrneme konkrétní nároky zaměstnavatelů, pak se jedná
především o:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
dokončenou střední školu, či střední odborné učiliště,
znalosti z přenosové techniky, tedy práce s klasickými i moderními přenosovými prostředky,
práci s měřící technikou, která často nebývá specifikována,
osvědčení vyhláška č. 50/1978 Sb . (v mnoha případech je problematické toto osvědčení
získat, jelikož jeho nedílnou součástí je praxe),
řidičský průkaz skupiny B,
znalost minimálně jednoho cizího jazyka, obecně bývá upřednostňován anglický jazyk,
požadavek komunikace v německém jazyce,
znalost operačních systémů, především WINDOWS, případně LINUX.
přehled v síťových operačních systémech,
znalost běžného uživatelského softwaru, například programy skupiny MS OFFICE,
znalost programovacích jazyků je mnohdy výhodou. C#, C++, Visual Basic, HTML. apod.
ochotu se vzdělávat,
řemeslnou zručnost (sice nebývá uváděna v oficiálních požadavcích, ale při pohovorech je
zkoumána),
firmy s obchodním zaměřením požadují i dobré komunikační schopnosti.
Požadavky a volná pracovní místa.
Hledání pracovních příležitostí v regionu přes agentury.
V Ústeckém kraji je všeobecně nedostatek pracovních míst, které by agentury pro specializaci
telekomunikací a příbuzných oborů nabízely. O něco lepší je situace v Libereckém kraji. Pokud je
zaměstnanec ochoten pracovat v Praze, nebo přilehlém okolí má šance relativně větší. Pracovních
příležitostí jak pro obory telekomunikací a to v profesi mechanik, dispečer, technik se dá najít
relativně dost.
V obou zmíněných krajích působí celá řada firem, které mají tyto profese ve svém portfoliu.
V Ústí nad Labem je to například firma TETA s.r.o. S touto firmou spolupracuje SPŠ v Ústí,
s touto firmou je uzavřena dlouhodobá spolupráce.
V Mostě sídlí tyto firmy: SCHLIKE s.r.o., která svým záběrem pokrývá celou paletu služeb
v oblasti spojovacích a přenosových systémů. Firma SOFTEX NCP s.r.o. poskytuje služby především
v oblasti informačních technologiích. Společnost BRUSTECH s.r.o., má široký záběr aktivit, včetně
softwarových aplikací.
GTS Czech, je celonárodní operátor se širokou paletou služeb, a jedna z jeho poboček sídlí
v Liberci.
Dalšími společnostmi zabývající se telekomunikacemi jsou UPC Czech, pobočka Liberec, či
COM PLUS CZ a.s., se sídlem v Ústí n. L.
212
Absolventi se mohou uplatnit i u telefonních operátorů s celorepublikovou působností. Telefonica
O2, T- Mobile, či Vodafone. Zde je preferována především znalost anglického jazyka.
Specifické nabídky lze hledat i u jiných firem, než speciálně zaměřených na telekomunikace,
protože ne všechny společností si pro běžné interní činnosti, kam počítačové, telefonní a
komunikační sítě a prostředky patří, řeší pomocí outsourcingu.
Jsou to například Elektrárna Počerady, AGC Teplice, AGC Kryry, teplárna Komořany,
Elektrárna Chotějovice atd, Unipetrol a.s.
Protože většina středních škol má ve svých vzdělávacích programech i studium
programovacích postupů, principů či dokonce programovacích jazyků, mohou absolventi nalézt
uplatnění i v příbuzných oborech. Jsou to například podniky převážně strojírenského charakteru
vybavené NC a CNC stroji a vyspělou automatizační technikou, případně robotikou.
Např. v průmyslové zóně Joseph u Havraně, kde sídlí několik firem zabývajících se
strojírenstvím. Větší a pestřejší výběr je pak u firem ve větších aglomeracích jsou např. Teplice, Ústí
n. L. Děčín. Dále pak Koito Czech s.r.o., se sídlem v Žatci apod.
Při hledání uplatnění pro zmíněnou profesi, je možné hledat uplatnění i ve státních
organizacích jako jsou magistráty, případně vysoké školy a střední školy, ve kterých se jedná o funkce
správců IT.
Pro hledání uplatnění v profesi telekomunikační technika a příbuzných oborech se vyplatí
kontaktovat přímo firmy nebo společnosti, neboť při současném nedostatku pracovních míst nic
firmy nenutí případná volná nabízet, neboť je o ně dostatek zájemců.
Zcela specifické je pak vlastní podnikání v oboru telekomunikací respektive informačních
technologií. Zřejmě by bylo odvážné v současné době založit svou živnost a bylo by dost náročné
obstát v konkurenci větších firem s finančním zázemím.
213
5
Zkušenosti s praktickým vzděláváním v zahraničí
Co se týče rozdílů mezi vzdělávacím systémem a subjekty vzdělávání v tuzemsku a zahraničí,
mohli bychom tomuto tématu věnovat zcela jistě ještě další celou publikaci. Na tomto místě je
samozřejmě vhodné zmínit, že velmi záleží na tom, s jakou světovou zemí porovnáváme naše
tuzemské vzdělávání. Jednoznačně by poté vyšlo, že v porovnání se vzděláváním v rámci třetích zemí
světa je vzdělávací systém v České republice na velmi vysoké úrovni. V porovnání se západem však
tato situace již nemusí být takto jednoznačná a samozřejmě vyspělejší západní země pro nás musí být
jedinou možnou inspirací a hybatelem zlepšení.
Pojďme se nyní v krátkosti zaměřit na vzdělávání u nás v historických reáliích, neboť vzdělávání
u nás patřilo vždy k těm nejlepším a do jisté míry můžeme říci, že patří i dnes. To, co se právě stává
oním kamenem úrazu je spíše celková úroveň žáků/studentů a jejich ochota se vzdělávat. S touto
skutečností se potkávají téměř všichni pedagogové ať už v primárním, sekundárním či terciárním
vzdělávání a je jasné, že tento trend do značné míry musí ovlivňovat i přístup těchto pedagogů. Tito
pedagogové tedy musejí neustále ubírat na svých požadavcích, což se samozřejmě negativně odráží
v celkové kvalitě absolventů. Tento trend je však víceméně celospolečenským problémem, troufám si
říci zasahující i za hranice našeho státu.
Po tomto krátkém odbočení se však již pojďme zaměřit na metody zahraničního odborného
výcviku, které by mohly do jisté míry pozitivně ovlivnit vývoj vzdělávání v technických oborech po
vzoru západních států. Na úvod všeho budeme však abstrahovat od celkového systému vzdělávání,
který se samozřejmě stát od státu značně liší a jednotlivé pravomoci jsou tak delegovány na různé
úrovně řízení v rámci státu.
V podstatě jediným, avšak zcela zásadním rozdílem mezi tuzemským a západním systémem
vzdělávání v technických oborech je spolupráce přímo s jednotlivými podniky a firmami, kteří tak
berou tuto spolupráci jako nutnou investici do lidských zdrojů, jež se jim později bohatě vrátí
v podobě věrných, zodpovědných a odborně i prakticky připravených zaměstnanců.
Tento odborný výcvik pak přináší velkou řadu výhod, které uvádíme níže:






praktické zkušenosti studentů nabyté vlastním zapojením do skutečné výroby,
motivující mzda pro studenty (v řadě případů dostávají studenti již během studia
částečnou mzdu za vykonanou práci při studiu),
jistota uplatnění v příslušeném podniku (podniky ve většině případů tyto studenty
přijímají po ukončení studia do pracovního poměru),
zapojení spolupracujících podniků do vzdělávání a příprava studentů na skutečně v praxi
využitelné a požadované metody a praktiky,
lepší vyjednávací schopnost a postavení studentů na trhu práce,
vyřazené strojní zařízení podniků je dáváno k dispozici školám pro vlastní výuku + je
možná další finanční spolupráce mezi podnikem a školou.
Z výše uvedeného textu tedy jednoznačně vyplývá, že nastavení spolupráce mezi podniky
a školami by mohla poměrně ve velké míře přispět ke zlepšení celkové situaci v tuzemsku v oblasti
214
technických oborů, které se každoročně potýkají s nezájmem uchazečů a potažmo počtem studentů.
Tento trend se samozřejmě odráží i v nedostatku potřebných zaměstnanců na trhu práce. Otázkou
však zůstává, jaká bude ochota tuzemských podniků a firem přistoupit k této spolupráci. Dosavadní
praxe zatím bohužel ukazuje pravý opak.
5.1 Něměcko
V rámci realizace projektu Inspiruj se a vzdělej se, klíčové aktivity „Přenos zkušeností ze
zahraničí“, navštívila skupina pedagogů odborných předmětů, vedoucích praxí a člena realizačního
týmu Spolkovou republiku Německo a sice s Českou republikou sousedící Svobodný stát Sasko, města
Freiberg, Lipsko a Chemnitz.
Cílem stáže bylo seznámení účastníků se systémem výuky na odborných školách a v podnicích
v Sasku, kde je v převážné míře praktikován „duální systém“, tedy spolupráce dvou partnerů –
odborné školy pro oblast teoretické výuky a firmy pro oblast praktické výuky.
Hlavním cílem čtyřdenního pobytu, bylo seznámení se systémem fungování německého
školství. Pro stáž zaměřenou na oblasti IT, telekomunikace a strojírenství bylo záměrně vybráno
Sasko, neboť je to jedna z nejdynamičtěji se rozvíjejících spolkových zemí s vysokým zastoupením
úspěšných firem ve strojírenských oborech, v automobilovém průmyslu a v oblasti rozvoje
technologií vůbec. Produkty saského strojírenství - stroje, zařízení a nástroje pro nejrůznější využití
jsou exportovány do celého světa. Důležitou úlohu v tomto směru zastává navštívené město
Chemnitz, které je 3. největším městem v Sasku s velkou koncentrací významných podniků.
Základem vzdělávacího systému v Německu je Spolkový vzdělávací zákon (BBIG), přičemž si
jednotlivé spolkové země stanovují vlastní rámcově vzdělávací programy. V tomto případě je
příslušnou institucí STÁTNÍ MINISTERSTVO PRO KULTURU (Staatsministerium fϋr Kultus), do jehož
kompetence patří také vzdělávání.
Konkrétně v Sasku zásadní změny nastaly pádem komunistického režimu v roce 1990, poté
nastaly úpravy, kdy byl systém převzat od „starých spolkových zemí“. V odborném vzdělávání
dominuje duální systém, který je charakteristický spoluprací „dvou“ partnerů – školy pro teoretickou
část a firmy pro praktickou část výuky. Zapojeni jsou ale i další partneři. Úloha státní správy na státní
úrovni vymezuje pedagogickou dokumentaci a učitelé jsou zaměstnanci státu, vládna zodpovídá
v rámci legislativních pravidel za stanovení vzdělávací strategie a realizaci teoretické výuky. V rámci
komor průmyslová a obchodní zajišťuje studijní obory, jejich náplň a zkoušky, řemeslnická komora
zajišťuje řemeslné učební obory, jejich náplň a zkoušky. Firmy zajišťují praktickou výuku podle svých
možností. Školy zajišťují odborný výcvik v prvních ročnících, a soukromé školní organizace zajišťují
některé specifické odborné kurzy jako je například svářečský kurz či autoškola. Místní správa, resp.
okresní úřady poskytují budovy a provoz školských zařízení.
Poznatky vedoucích učitelů praxí
Učitelé odborného výcviku ve školách vyučují skupiny žáků (12) jen základní práce v prvních
ročnících (dle oboru), ke konci školního roku žáci mohou vykonávat praxi v dané firmě. Učitelé praxí
mají srovnatelný počet žáků, ale rozprostřených po celé firmě, žáci vykonávají produktivní práci a
podílejí se na finálních výrobcích. Za svou práci pobírají již od prvního ročníku od firmy plat. Jeho výše
je uvedena v „učňovské smlouvě“, kterou před započetím vzdělávání uzavřou s podnikem. Výše platu
215
se odvíjí od ročníku vzdělávání a bývá různá i v jednotlivých firmách. Atraktivita firem je dána
možnostmi v kariérovém postupu a také podle výše platu. Firmy si učňů s dobrým prospěchem a
přístupem k práci váží, motivují je i různými bonusy a mimopracovními aktivitami a ve většině
případů absolventi zůstávají ve firmách, kde se vyučili, a firma jim nabídne stálý pracovní poměr.
V současné době mají firmy v Sasku velký zájem o dobré žáky a počítají s nimi pro generační obměnu
svých pracovníků.
216
6
Závěr
Výčet technologií, služeb, aplikací by asi mohl být nekonečný. Nicméně v závěru také připomenu
jednou nevýhodu, kterou všechny převážně bezdrátové technologie mají a která je mnohem
choulostivější, než je u klasických způsobů přenosu. Jde samozřejmě o bezpečnost informací. Touto
problematikou se ve všech polohách zabývá Kryptologie.
Kryptologie je doména, která by si zasloužila mnohem větší pozornost. Už proto, že bezpečnost
v informačních technologiích bývá často podceňována. A podceňují ji jak běžní uživatelé, tak i
profesionálové.
Několik variant jak může útočník neoprávněně získat přístup k informacím a které se přímo váží
svou podstatou k probíranému tématu:




Odposlech - Pomocí antén můžeme odposlechnout radiofrekvenční signál vysílaný
zařízeními. Vzdálenost, z níž je schopen útočník odposlechnout signál, závisí na několika
parametrech, a to především na použitém komunikačním režimu, kde u pasivních zařízení,
které negenerují své elektromagnetické pole, je odposlech výrazně náročnější. Naopak je
tomu u aktivních zařízení, kde odposlech můžeme realizovat i ze vzdálenosti i desítek metrů
Modifikace dat - Je relativně jednoduché narušovat přenášená data pomocí RFID rušičky.
Neexistuje zatím žádná možnost, jak zabránit takovému typu útoku. Detekce takového útoku
je ale možná, jelikož NFC zařízení během přenosu kontrolují své okolní elektromagnetické
pole. Výrazně obtížnější úlohou je modifikace dat takovým způsobem, aby se zdála veškerá
komunikace uživatelům jako nenarušená, validní. K modifikaci přenášených dat musí útočník
modifikovat jednotlivé bity signálu. Proveditelnost takového útoku (t.j., jestliže je možné
změnit hodnotu bitu signálu z 0 na 1 nebo naopak) se vztahuje k hloubce amplitudové
modulace. Jestliže jsou data přenesena modifikovaným Millerovým kódováním a hloubka
modulace byla 100%, pak pouze některé bity mohou být modifikovány. 100% hloubka
modulace nám umožňuje eliminovat pauzy v radiofrekvenčním signálu, ale neumožňuje
generovat pauzy, kde pauzy nebyly. Proto pouze bity 1 následované bitem 1 mohou být
změněny. Přenosem dat zakódovaných pomocí kódování Manchester s hloubkou modulace
10 %, umožňujeme útočníkovi modifikovat data ve všech bitech signálu.
Přepojovaný útok - Přepojované útoky jsou možné i na NFC zařízeních, jelikož tato
technologie zahrnuje protokoly ISO/IEC 14443, které jsou na tyto útoky náchylné. V tomto
typu útoku musí útočník přeposílat požadavky čtečky k oběti a poté vracet tyto odpovědi v
reálném čase zpět, aby mohl úspěšně předstírat, že je čipová Smart karta oběti. Tyto útoky
jsou podobné útokům Man-in-the-Middle. Ukázkové zdrojové kódy knihovny libnfc
demonstrují přepojovaný útok s použitím dvou běžně dostupných NFC zařízení. Tento způsob
útoku byl také předveden na dvou běžných telefonech podporujících NFC.
Ztráta majetku - Ztráta NFC RFID karty umožní nálezci pracovat s telefonem obvykle jako s
jednofaktorovou autentizační entitou. Mobilní telefony chráněné PIN kódem jsou zařízení s
jednofaktorovou autentizací. Možnost jak zabránit zneužití dat při ztrátě zařízení je možnost
rozšířit tento typ zabezpečení o další nezávislý bezdrátový autentizační faktor, tj. další typ
autentizace.
217


Přerušení spojení - Otevřené spojení k zabezpečeným funkcím NFC, nebo jejich datům, je
chráněno intervalem, jehož kanál se uzavírá tehdy, jestliže na něm není aktivita. Útoky však
mohou nastat v případech, kdy zařízení, opouštějící kanál, jej neuzavře a tak potenciální
útočník může navázat z původního umístění zařízení. Další autentizační faktor by takovým
případům mohl zabránit.
Neoprávněná manipulace-Při řízení respektive ovládání a manipulaci vzdálených entit může
být záměrně vyvolána chybná funkce.
218
Seznam použité literatury
Protože z materiálu „Aktuální trendy a přehled novinek v oboru“ vyplývá, že v rámci
potřeb firem, které se zabývají telekomunikacemi je nutné, aby absolventi měli i dobrý přehled
v současných trendech sdělovací techniky.
To určitě není jednoduché a je to poměrně rozsáhlá tématika. Týká se nejen
elektromagnetických vlastností vodičů prostředí, tedy obecně přenosových cest tvořených
metalickými vodiči, koaxiálními kabely, optickými vlákny ale i bezdrátových přenosů.
Důležitou pasáží je kódování signálů, zabezpečení proti technickým poruchám. Topologie,
konkrétní typy rozhraní. Modemy ale i principy mobilních telefonů atd.
Myslím, že dobrým pomocníkem pro telekomunikace mohou být následující publikace
Svoboda Jaroslav Využívání silnoproudých vedení pro přenos zpráv [Časopis]. - Praha : ČVUT Praha,
2012. - ISBN 978-80-01-05168-9.
Trojdílný svazek Telekomunikační technika je psán především pro potřeby učebních oborů
a středních škol. V pořadí čtvrtá kniha je aktuální publikací, která vyšla letos. Autorem je dlouholetým
pedagogem na ČVUT na katedře telekomunikační techniky. Známé jsou rovněž jeho práce v oblasti
EMC.
Další vynikající monografií, která se zabývá telekomunikační technikou je kniha
Svoboda Jaroslav Využívání silnoproudých vedení pro přenos zpráv - Praha : ČVUT Praha, 2012. ISBN 978-80-01-05168-9.
Jet o vynikající publikace, spíše se ale jedná o vysokoškolskou učebnici, ale jistě je v ní spousta
informací využitelných i pro střední školy se zaměřením na telekomunikační techniku.
Periodika
Pro Elektrotechniku, lze doporučit měsíčník Elektro, který se věnuje silnoproudé
elektrotechnice, ale jeho záběr je pestrý. Zabývá se legislativou, popisuje a přináší nové trendy,
otiskuje inovace v oblasti elektrotechniky a nezapomíná ani na praktické a často neocenitelné rady
odborníků z praxe.
Za periodikum s vysokou odbornou úrovní považuji Sdělovací techniku, kde kromě novinek
v oblasti telekomunikací jsou i praktické rady a články předkládající firemní výrobky, moduly, nové
součástky apod.
Za časopisem, který je na rozhraní elektrotechniky a příbuzných oborů pak považuji Automatizaci.
Tento přehled rozhodně nechápu jako návod, ale jako odkazy na publikace, které jsem využil,
nebo využívám.
219