PSM_1

8/4/2019 PSM_1

1/35

PROIECTAREA

SISTEMELORMECATRONICE

Prof. dr. ing. Valer DOLGA,

Mecanic

a

Mecatro-

nica

Electro

nica

Software

8/4/2019 PSM_1

2/35

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2

Cuprins

Informatii generale pentru curs Obiectul cursului. Introducere Evolutia sistemelor Ce este mecatronica ? Structura sistemului mecatronic Exemple pentru sistemele mecatronice

8/4/2019 PSM_1

3/35


PSM - Informatii generale

CURS 2h / saptaminaLABORATOR 1h / saptaminaPROIECT 2h /saptaminaNOTA_PARCURS = NOTA_LAB x PREZ_CURS / 14

EXAMEN ..10 subiecte ( 5 subiecte teoretice + 5 probleme)NOTA_EXAMEN = (note_subicte)/10NOTA_PSM = 0.36 x NOTA_PARCURS + 0.64 x NOTA_EXAMEN

8/4/2019 PSM_1

4/35


IntroducereObiectul cursului:

prezentarea structurii sistemului mecatronic

prezentarea filozofiei mecatronice pentru realizarea de produse noicompetitive

prezentarea uneltelor de lucru pentru modelarea / simularea sistemelormecatronice si experimentarea acestora

Structura cursului: Obiectul cursului, sistemele mecatronice,componenta, exemple; Conceptul de proiectare, produs si proces deproductie, inginerie integrata; Relatia proiectare intuitie, proiectarea castiinta, clase ale stiintei proiectarii; Hazard, fiabilitate si proiectare;Proiectarea 6 sigma; Design for X; Proiectarea CAD;Sinteza sistemelor

mecatronice, cauzalitate si necesitate, module si principii; Interfatareacomponentelor sistemului mecatronic; Comunicarea PC senzor /actuator; Integrarea de componente, senzori inteligenti; LabVIEW siinstrumentatie virtuala; Analogie electromecanica in sistemelemecatronice, modelare / simulare

8/4/2019 PSM_1

5/35


n centrul tiinelor naturale i tehnice -noiunile de observaie i msurare

Observaie

Msurare

tiine

tehnice

tiine

naturale

Teorie

Imagine fizic a problemei

Experiment

8/4/2019 PSM_1

6/35


Ce este primordial, construirea uneicomplexiti sau funciile complexitii ?

Mediul

ambiant

SISTEM

IESIRE

INTRARE

SISTEM - o colecie de obiecte aranjate ntr-o form ordonat,care ntr-un anumit sens este dirijat spre un scop sau o int

MODEL constructia modelului extrem de importanta

8/4/2019 PSM_1

7/35


Evoluia sistemelor

4 elemente definitorii pentru dezvolatre in istorie:

preocuprile grecilori arabilor pentru urmrirea timpului;revoluia industrial din Europa (dup mijlocul secolului al XVIII lea);debutul comunicaiei de mas i primul i al doilea rzboi mondial(1910 1945);debutul n spaiu i anul computerului (1957)

Ceasul cu apa

8/4/2019 PSM_1

8/35


Evoluia sistemelor J. Watt - locomotiva cu abur n 1769 debutul Revoluiei industriale

Regulatorul lui Watt realizat n 1787

governor.

1681 D. Papin inventeaz o supap de siguran pentru un fierbtori

utilizatn 1707 pentru reglarea presiunii la locomotiva cu abur. Regulatorul de presiune - 1799 - inventatori: R Delap i M. Murray.

1803 - Boulton i Watt combin regulatorul de presiune cu regulatorulde nivel pentru locomotiva cu aburi.

8/4/2019 PSM_1

9/35


Evoluia sistemelor

Rzboiul de esut Jacquard (sec.18) - contribuii la prima i lacea de-a doua revoluie industrial

Sistemul cartelei perforate (cartel cu orificii pe linie i coloandetectabile pe cale mecanic) (punch_card ) - utilizat i n pianulambulant i alte automate a contribuit la dezvoltarea viitoarelorcalculatoare

8/4/2019 PSM_1

10/35


Evoluia sistemelor

Elias Howe - nceputul anilor 1800 primavariant a mainii de cusut (patente dateaz din

1845 i 1854) - mecanizarea activitii dinindustria textil

n scurt timp diverse variante ale mainii au fostintroduse pe pia: Fanton 1860, Flora 1870

8/4/2019 PSM_1

11/35


Evoluia sistemelor

Primul patent pentru maina de scris - 1713

Prima realizare practic poate fi citat abia peste aproape un secol

(1808) - Pellegrino Turri 1868 modelul patentat i respectiv schema mecanismului de baz

publicist filozof politician Christopher Latham Sholes (Milwaukee,Wisconsin).

8/4/2019 PSM_1

12/35


Evoluia sistemelor

Masina de scris cu pedala

Primul calculator mecanic -Wilhelm Schickard - 1623

8/4/2019 PSM_1

13/35


Evoluia sistemelor

Microprocesorul, Hoff1969

Estimarea strilor, teoria controlului modern, Kalman i alii1960

Principiul de maxim (controlul optimal), Pontryagin1956

Locul geometric al rdcinilor, Evans1948

Sisteme cu eantionare (sursa sistemelor discrete / digitale, Hurewicz1947

Regulatorul PID, Ziegler-Nichols1942

Metoda rspunsului n frecven, Bode (Bell Telephone Lab.)1938

Criteriul de stabilitate Nyquist, Nyquist (Bell Telephone Lab.)1932

Amplificatorul electronic cu reacie, Black1927

Giroscopuli pilotul automat, Sperry1920

Analiza stabilitii neliniare, A.M.Lyapunov1890

Criteriul de stabilitate, E. J. Routh1877

Analiza stabilitii micrii governatorului Watt, J.C.Maxwell1868

Dispozitiv de reacie pentru calibrarea telescopului, G.B. Airy1840

Maina cu abur, J. Watt debutul revoluiei industriale1769

Governatorul cu bile, J. Watt1728

Incubatorul, C. Drebble1624

8/4/2019 PSM_1

14/35


Evoluia sistemelor

explozie n domeniul electronicii i n tehnologiainformaiilor

1940: Russell S. Ohl demonstreaz posibilitatea realizriijonciunii p-n pe baz de siliciu

8/4/2019 PSM_1

15/35


Evoluia sistemelor

1943: start la proiectul de realizare a lui ENIAC, maina de calculconstruit de John Mauchly i Presper Eckert (finalizare n 1946), 5000operaii pe secund 23 decembrie: William Shockley, WalterBrattain i John Bardeen

amplificator ntr-un cristal de germaniu - bazele crerii tranzistorului(AT&T Bell Laboratories) 1950: National Bureau of Standards (USA) construiete laWashington SEAC-ul (Standards Eastern Automatic Computer) nlaboratorul pentru testarea componentelor i a sistemelor pentrucomputerele standard. SEAC este primul computer cu logic pe bazde diode i program nmagazinat 1953: John Backus aduce contribuii n domeniul softului pentrucomputerul IBM 701; 1956: (luna necunoscut) Primul computer tranzistorizat TX - laMassachusetts Institute of Technology. IBM introduce prima unitate dedisc RAMAC 305 cu capacitatea de 5 MB; 1960: (luna necunoscut) Digital Equipment introduce primulminicomputer PDP-1 pre 120,000 $ primul computer comercialechipat cu tastatur i monitor;

8/4/2019 PSM_1

16/35


Evoluia sistemelor

1969: Intel anun realizarea cip-ului de 1 kB memorie RAM 1971: (iunie) Texas Instruments (TI) anun obinerea un CPU on achip

(luna necunoscut) Intel - cip-ul 1101 de 256 bit memorieprogramabil i cip-ul 1701 de 256 bit memorie EROM;

(noiembrie) Intel introduce oficial sistemul de calcul MCS-4(Microcomputer System 4 bit) avnd faciliti de 60.000 operaii /sec, microprocesor 4004, frecven de sicronizare 108 kHz;

1974: Intel 8080 cel mai important produs al secolului 20 estepus n circulaie

1986: Firma Compaq este prima companie care produce un PC 386 1987: Firma Zilog scoate pe pia microprocesorul Z280, versiunea pe16-bit a lui Z80; 1989 (aprilie): Intel anun microprocesorul 80486. Pe 32-bit, 1,2milioane tranzistoare, coprocesor matematic;

1992: Este anunat PowerPC 601 (pe 32 bit, bus 64-bit) ca o aciunecomun a firmelor Motorola, IBM i Apple; 1993: Intel introduce procesorul Pentium (3 milioane tranzistoare, 32-bit,bus 64-bit).

8/4/2019 PSM_1

17/35


Produse noi ?

Cercetrile iniiate de McKinsey & Co au evideniat faptul c o ntrziere de 6 luni n dezvoltarea unui produs tehnologic va reducectigul total cu pn la 30 %

O cretere a costurilor cu 50 % are o influen

nesemnificativ

n

ctigul financiar.

Dezvoltarea rapid cu asigurarea calitii produselor este strictnecesar Ascensiunea microelectronicii - dezvoltarea rapid de noi produse

Circuite electronice ieftine i de serie pot nlocui dac este cazulsarcini, aciuni mecanice prin electronic i software Circuite integrate permit controlul micrii mecanice i a proceselor nmod uor, precis i economic Robusteea componentelor electronice i a circuitelor - rezisten

bun la vibraiile mecanice sau alte solicitri specifice sistemelormecanice Fiabilitatea crete sau cel puin rmne in limitele corespunztoaresistemelor mecanice.

8/4/2019 PSM_1

18/35


Ce este mecatronica ?

1969 - firma Yasukawa Electric Company - noiunea demechatronics = abreviere : mecha mechanism + tronics electronics

Realizarea de noi funcii imposibile nainte ( de ex. programareavideo player-ului) Ameliorarea (perfecionarea) unor operaii i a unor sarcini viitoare(funcii inteligente) Ameliorarea flexibilit

ii n proiectarea produselor (prin utilizarea

flexibilitii softului) Ameliorarea flexibilitii n utilizarea produselor (utiliznd flexibilitateasoftului) Compensarea frecrii sau amortizarea vibraiilor din structura

sistemelor mecanice Cumularea aciunilor mecanice i electronice n scopul reduceriidimensiunilor i costurilor produselor ( senzori inteligeni sauservovalve electro-hidraulice).

8/4/2019 PSM_1

19/35


Ce este mecatronica ?

Trei faze specifice:

faza de concepie

faza de proiectare

faza de implementare

70 % din costurile totale i calitate sunt determinate n faza deconstrucie

Greelile din timpul fazelor de nceput genereaza pierderiSume mari - pentru asigurarea calit ii i testarea acestorproduse

Este mult mai uor a proiecta produse, pe care variaiile normale

din producie nu le conduc la eroriUtiliznd conceptul de mecatronic, n faze de dezvoltare denceput, se pot obine produse de calitate la pre de cost mairedus.

8/4/2019 PSM_1

20/35


Ce este mecatronica ? Evoluie i definiiiale sistemelor mecatronice

Conceptul de mecatronic - brevetat n anii 1971-1972

n anul 1982 firma Yasukawa renun la drepturile de autor asupraacestuia pentru a putea fi utilizat pe scar larg n anul 1986 conceptul este citat i n literatura de specialitate dinRomnia pentru roboi industriali Conceptul de mecatronic - legitimitate academicn anul 1996 prin

IEEE / ASME Transactions on MechatronicsCONTROVERSE:

este un domeniu nou sau o combinaie a unor domenii existente? este vorba despre controlul sistemelor mecanice cu calculatorul ? defineste mecanismele inteligente ?

este vorba de maini computerizate ? este vorba despre sisteme mecanice informatizate ?

8/4/2019 PSM_1

21/35


Ce este mecatronica ? Evoluie idefiniii ale sistemelor mecatronice

integrarea sistemelor mecanice, electronice i informatice pentrurealizarea produselor

i sistemelor tehnologice inteligente (Japonia

1983) mecanic fin, control, tiina calculatoarelor i electronic nproiectarea proceselor de realizare a unor produse mai funcionale i maiadaptabile (San Jose State University - USA) cmp de studiu combinative al fundamentelor de inginerie mecanic

,

electric i calculatoare (Chico State University - USA) combinaie de software i hardware pentru proiectarea i analizatehnicilor de control avansate (Clemson University- USA) nou filozofie de proiectare prin integrarea tehnologiilor mecanice,

electronice i informatice n scopul producerii de produse, procese isisteme performante (Loughborough University Anglia) combinaie de tehnologie mecanic, electronic i informaional pentrua forma o interaciune funcional i o integrare spaialn componente,module, produse i sisteme (Univesity of Twente Olanda)

8/4/2019 PSM_1

22/35



modalitate flexibil, multitehnologic de integrare a ingineriei

mecanice, electronice, tiina calculatoarelor i informatic (BerkeleyUniversity - USA) controlul sistemelor mecanice integrare sinergic a ingineriei de mecanic fin, control electronic isistemele logice n proiectarea produselori proceselor inteligente (Nort

Carolina State University - USA) aplicaie a conceptului de inginerie concurent pentru proiectareasistemelor electromecanice. Aceast filozofie de proiectare este unexemplu n proiectarea interdisciplinar i integrat acolo undesubsistemele electrice, electronice, computere i mecanice sunt

proiectate simultan pentru a funciona i a se integra ntr-un singursistem ( Georgia Tech. University - USA) tiina care integreaz dispozitivele mecanice i controlul electronic (nDesign with Microprocessors for Mechanical Engineers)

8/4/2019 PSM_1

23/35



integrare sinergic a ingineriei mecanice cu electronica i controlulinteligent computerizat n proiectarea i realizarea produselor industrialei a proceselor (ASME Trans. on Mecha., nr.1, 1996) metologie colecie de practici, proceduri, reguli - utilizat pentruproiectarea optimal a produselor electromecanice(MechatronicsSystem Design D.Shetty, 1997).

10 domenii de interes

pentru noul concept

tehnologie

..roboticsubsisteme ale automobiluluicontrol inteligent

microsisteme optoelectroniceactuatoare i senzori

controlul vibraiilorsisteme integrate

controlul micriimodelare, simulare

8/4/2019 PSM_1

24/35


Structura sistemului mecatronic

Mecatronic

Sistemul

informaional

Sistemul

informaional

Sistemulde calculSistemulde calcul

Sistemul

mecanic

Sistemul

mecanic

Sistemulelectric

Sistemulelectric

8/4/2019 PSM_1

25/35



Sistem de

control

Vizualizareaprocesului

Reprezentarea

cunotinelor

Percepie Planificare /

control

Senzor Actuator

Proces mecanic

Mediu

Sistem controlat

8/4/2019 PSM_1

26/35



Simulare i

modelare

Control

Optimizare

Sistemul

informaional

+

Sistemul

mecanicSistemul

mecanic

Actuatoare

Senzori

Sistemul

electricSistemul

electric

D/A A/D

Sistem de calculSistem de calcul

8/4/2019 PSM_1

27/35


Exemple pentru sistememecatronice

Fosta societate japonez pentru promovarea industriei constructoarede maini (JSPMI) clasifica produsele mecatronice n:Clasa 1 produse mecanice cu electronicncorporat pentru a mricapacitile funcionale. Exemple tipice: maini unelte cu comandnumeric i acionrile cu vitez variabil pentru mainile deproducie de masClasa 2 sisteme mecanice tradiionale cu o component electronicsemnificativ modernizat dar cu interfa utilizator neschimbat. Ex:maini de esut / cusuti sisteme de producie automateClasa 3 sisteme care menin funcionalitatea sistemelor mecanicetradiionale dar mecanismele interne sunt nlocuite printr-un sistemelectronic adecvat. Ex: ceasul electronicClasa 4 produse proiectate cu tehnologie mecanic i electronicprintr-o integrare sinergic. Ex:xerox, maini de splati maini degtit automate..

8/4/2019 PSM_1

28/35


Exemple pentru sistememecatronice

Concluzii:

produsele clasei 1 este definit prin servo-tehnologie,electronicde putere i teoria controlului produsele din clasa 2 sunt remarcabile prin utilizareacomponentelor de calcul i memorie i circuite cu capabilitispeciale

produsele clasei 3 sunt caracterizate prin nlocuiri ale sistemelormecanice de ctre circuite integrate i microprocesor produsele clasei 4 sunt practic produsele mecatronice prinintegrarea sinergica tehnologiilor.

8/4/2019 PSM_1

29/35


Exemple pentru sisteme mecatronice:industria automobilului

sistemul antioc ABS (Antilock Brake System) - anii 1970;

sistemul de control al traciunii TCS (Traction Control System) lamijlocul anilor 1970; sistemul de control al dinamicii automobilului VDC(Vehicle DynamicsControl) - anii 1990. Similar sistemului TCS + facilitile oferite de unsenzor de acceleraie lateral pentru asigurarea direciei de rulare

microcontroler control direcie,

ABS

automobil

radarvitez relativ

distan real

distandistan +

prescris -

Controlul distantei dintre vehicule

8/4/2019 PSM_1

30/35


Exemple pentru sisteme mecatronice:

Main de bobinat Yaskawa

fir

bobina

axa Y

axa Xaxa Ry

axa principala

servomotoraxa Z

8/4/2019 PSM_1

31/35



productia de animale

Semnal de

activare

Emitor

Semnal

rspuns

8/4/2019 PSM_1

32/35



Linie pentru montaj

motor curea

dinat

urub

ghidaj

electronicsanie

efector

8/4/2019 PSM_1

33/35


Exemple pentru sisteme mecatronice:Diagnosticare automata

OPERAII DE PRELUCRARE, MONTAJOPERAII DE PRELUCRARE, MONTAJ

SENZORI INTEGRAI NMEDIUL DE LUCRU

SENZORI INTEGRAI NMEDIUL DE LUCRU

8/4/2019 PSM_1

34/35



Analizor de

frecven sau plac

de achiziie

control

Informie

senzor

8/4/2019 PSM_1

35/35



SISTEMUL DE MONITORIZARE

CONDITII DE

LUCRU PE MASINACONDITII DE

LUCRU PE MASINA

IDENTIFICARE

CARACTERISTICIIDENTIFICARE

CARACTERISTICI

Lips / distrugere scul

Monitorizare uzurDetecie coliziune

Asamblare pies

Tipul de pies

Prezen / absenpiesScule

Palete

Senzori de acceleraie

Senzori de presiuneSenzori de for

Senzori de current

Senzori de contact

Senzori de proximitateSenzori ultrasonici

Date post:	07-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	oana-oana
View:	218 times
Download:	0 times

PSM_1

Documents