Integracja elementów mechanicznych, elektrycznych, elektronicznych,

układów sterowania i oprogramowania

w projektowaniu mechatronicznym (2)

Problem: Czy można przyjąć „nietechniczną” miarę zintegrowania

komponentów w produkcie (projekcie) mechatronicznym?

Czy przyjęta miara zintegrowania komponentów będzie miarą
uniwersalną?

Czy sformułowanie zadania (projektu) mechatronicznego ma
wpływ na stopień zintegrowania komponentów w produkcie?

Kształtowanie optymalnych własności wyrobu

na etapie projektowania mechatronicznego

Aspekty techniczne

⇒

minimalizacja masy – usztywnienie konstrukcji

⇒

optymalizacja sztywności – nośność, trwałość, wytrzymałość

⇒

przewidywanie rzeczywistych warunków pracy

Aspekty ekonomiczne

⇒

technika komputerowa – obniżenie kosztu prac projektowo–

badawczych

⇒

minimalizacja masy – zmniejszenie kosztów materiałowych

⇒

wyrób – efekt dojrzałej koncepcji – zmniejszenie udziału badań

niszczących

⇒

skrócenia czasu wdrożenia technologii wyrobu

Czy udział w kosztach wyrobu może być miarą zintegrowania?

Rozwiązania konwencjonalne

Rozwiązania mechatroniczne

60 %

35 %

20 %

15 %

5 %

25 %

20 %

20 %

Wzrost udziału w kosztach komponentu „

Informatyka

”

–

Udział w kosztach jest warunkową miarą zintegrowania

Problemy eksploatacji systemów liczących

Efektywność: obliczenia równoległe – jednocześnie pracuje kilka procesorów

Rezultat:

skrócenie czasu pracy solvera

czas total nadal długi –

tworzenie baz danych

czasochłonne

Przykład: pakiet FEGraph

Kierunki prac:

⇒

optymalizacja baz danych

– wprowadzanie, indeksowanie

⇒

rozbudowa solverów

o możliwości pre– i post processingu –

MSC NASTRAN

⇒

przekształcanie

pre– i postprocesorów w autonomiczne systemy obliczeń –

PERMAS, FEGraph

⇒

tworzenie pakietów

użytkownika w kodzie źródłowym

•

brak licencji

do użytkowania komercyjnych systemów obliczeniowych

•

konieczność rozwiązywania problemów szczegółowych

•

wymagana znajomość

programowania strukturalnego

i

stereomechaniki

inżynierowie mechanicy

→

→

→

→

sformułowanie problemu, programy pilotowe

informatycy

→

→

→

→

optymalizacja kodu, bazy danych, zarządzanie pamięcią

⇒

komputery osobiste, stacje robocze – większe zadania obliczeniowe

Modelowanie zastępcze

na poziomie modelu strukturalnego

Cel:

skrócenie czasu obliczeń

zmniejszenie zapotrzebowania na pamięć operacyjną

SES A

SES B

EST nr h

Belka frezarki FWD32J

Model dyskretny – MES

liczba stopni swobody

192

Model zastępczy

–

metoda SES

liczba stopni swobody

12

model abstrakcyjny

– brak

interpretacji fizycznej

Kryterium zgodności

przemieszczeń w węzłach

metoda najmniejszych

kwadratów

Rezultat

: skrócenie czasu obliczeń

ok.

4096 razy

oszczędność pamięci operacyjnej

ok.

256 razy

Podstawowe komponenty
mechatroniki

Mechanika
Konstrukcja maszyn
Dynamika maszyn

Technologia maszyn

Elektronika

System pomiaru i analizy
drgań

System sterowania pracą

obrabiarki

Informatyka

Przetwarzanie sygnałów
Algorytm sterowania
Identyfikacja, ocena
zgodności i symulacja
modelu obliczeniowego –
tryb on-line
Post-procesor –
dodatkowy moduł
obliczeniowy systemu
CAD/CAM

Sterowanie

sterowanie w układzie
otwartym
optymalizacja prędkości
obrotowej wrzeciona

Nieznaczna zmiana sformułowania projektu mechatronicznego może

radykalnie zmienić strukturę kosztów