mecatrÓnica viii upiita -...

MECATRÓNICA VIII UPIITA - IPN CLASE 2. CONCEPTOS AGOSTO 2012

M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 1

M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ


2



3

YASAKAWA «MECHA» «TRONICS»

FUKADA, HARASHIMA

SINERGIA

SHETTY METODOLOGÍA ELECTROMECÁNICA

BOLTON INTEGRACIÓN

COMPLETA

AMM, AC ?

UPIITA ?



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MECATRÓNICA

SENSORES/ ACTUADORES

MODELADO FÍSICO

SEÑALES SOFTWARE/ DATOS

COMPUTADORAS/LÓGICA

COSTOS/ ADMINISTRACIÓN

SENSORES Acelerómetros Fuerza, torque, velocidad ACTUADORES Motores Cilindros

Lógica Digital Sistemas de Comunicación Detección de Falla Controladores Lógicos Programables Computadores Embebidos

Mecánica de Solidos Sistemas Térmicos Sistemas Eléctricos Sistemas Micro-Nano Sistemas de Movimiento

Sistemas de Adquisición de Datos Convertidores AD / DA Acondicionadores de señal Ingeniería de Software

Modelado Mecatrónico Respuesta Dinámica Métodos Modales Estabilidad, controlabilidad Diseño de control Redes neuronales Lógica Difusa Control Inteligente

Proyección Financiera Análisis de Costos Análisis de Riesgos Mercadotecnia / Publicidad

Robert Bishop, Mechatronics An Introduction, 2006.



SISTEMAS MECÁNICOS

SISTEMAS MECÁNICOS CON CONTROL ELÉCTRICO

SISTEMAS MECÁNICOS CON CONTROL AUTOMÁTICO

SISTEMAS MECÁNICOS CON CONTROL SECUENCIAL CONTROL ANALÓGICO

SISTEMAS MECÁNICOS CON CONTROL DIGITAL CONTINUO

CONTROL DIGITAL SECUENCIAL

SISTEMAS MECATRÓNICOS INTEGRACIÓN - FUNCIONES DE SOFTWARE

INGENIERÍA SIMULTANEA

5

«1900

1920

1935

1955

1975

1985

MOTOR DE VAPOR 1860 DINAMOS 1870 BOMBAS CIRCULARES 1880 MOTOR COMBUSTIÓN 1880 MÁQUINA MECÁNICA ESCRIBIR HERRAMIENTAS BOMBAS MÁQUINA ELÉCTRICA ESCRIBIR TURBINAS DE VAPOR AERONAVES ELEVADORES ELÉCTRICOS MÁQUINAS HERRAMIENTA ROBOTS INDUSTRIALES PLANTAS INDUSTRIALES DISCOS ELECTRÓNICOS ROBOTS MOVILES CIM RODAMIENTOS MAGNÉTICOS CONTROL AUTOMÁTICO

Incremento de los dispositivos

eléctricos

Incremento del Control Automático

Incremento de la automatización con

procesos computarizados y miniaturización

Incremento de la integración del

proceso y las micro computadoras



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CLASIFICACIÓN SISTEMAS

MECATRÓNICOS

MÁQUINAS MECATRÓNICAS

VEHÍCULOS MECATRÓNICOS

MECATRÓNICA DE PRECISIÓN

MICRO MECATRÓNICA

Conjunto de elementos comunicados sinérgicamente cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado de manera óptima.

Medio de locomoción que termite el traslado de un lugar a otro con diversos objetivos o funciones a realizar. Implementando algoritmos para la optimización/ autonomía de tiempos, movimientos, trayectorias, etc.

Sistemas o máquinas de alto nivel de precisión. Incrementando la repetitividad.

Sistemas, dispositivos, máquinas e inclusive vehículos mecatrónicos a nivel micro (MEMS).



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8

ELECTROMECÁNICO MECATRÓNICO

AGREGAR COMPONENTES AL SISTEMA INTEGRAR SINÉRGICA DE COMPONENTES

SISTEMA DE GRANDES DIMENSIONES SISTEMA COMPACTO

COMPLEJIDAD EN LOS MECANISMOS SIMPLIFICACIÓN DE LOS MECANISMOS

PROBLEMAS DE CABLEADO COMUNICACIÓN WIRELESS O MEDIANTE BUS

CONEXIÓN ENTRE COMPONENTES UNIDADES AUTÓNOMAS

CONTROL SIMPLE INTEGRACIÓN MEDIANTE PROCESADO DE INFORMACIÓN

CONTROL ANALÓGICO CONTROL DIGITAL

PRECISIÓN EN FUNCIÓN DE LAS TOLERANCIAS PRECISIÓN A TRAVÉS DE MEDICIONES Y REALIMENTACIÓN DEL CONTROL

CAMBIOS ARBITRARIOS EN LAS CANTIDADES NO-MEDIBLES

CONTROL DE ESTIMATIVO DE LAS CANTIDADES NO-MEDIBLES

MONITOREO SIMPLE SUPERVISIÓN EMPLEANDO DIAGNOSTICO DE FALLA

HABILIDADES FIJAS HABILIDADES DE APRENDIZAJE



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COMPONENTES MECÁNICOS DE

PRECISIÓN

ELEMENTOS MECÁNICOS

MÁQUINAS

SISTEMA ÚNICAMENTE MECÁNICO

1. CONSIDERACIÓN DE SENSORES, ACTUADORES, MICROELECTRÓNICA Y FUNCIONES DE CONTROL

2. INTEGRACIÓN HARDWARE

3. INTEGRACIÓN SISTEMAS DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

4. REDISEÑO DEL SISTEMA MECÁNICO

5. EFECTOS SINÉRGICOS

SINERGÍA COMPLETA SISTEMAS MECATRÓNICOS

EJEMPLOS SENSORES ACTUADORES DISCOS DE ALMACENAMIENTO CÁMARAS

SUSPENSIONES EMBRAGUES FRENOS

CONTROLADORES ELÉCTRICOS MOTORES DE COMBUSTIÓN HERRAMIENTAS ROBOTS



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SOFTWARE MECATRÓNICO FINAL

PROGRAMACIÓN IMPLEMENTACIÓN

SIMULACIÓN

CÓDIGOS DE COMPUTADORA SIMULACIÓN DEL SISTEMA

CONSTRUCCIÓN DE MODELOS

MODELADO ESTÁTICO MODELADO DINÁMICO

CONSTRUCCIÓN DE ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA MECATRÓNICO

CAD CAM

CIENCIA DE LA INGENIERÍA

TERMODINÁMICA MECÁNICA MATERIALES …

PRINCIPIOS CIENTÍFICOS



«El Diseño de Ingeniería es toda actividad necesaria para definir soluciones a problemas específicos que no se han podido resolver con anterioridad, o nuevas soluciones a problemas resueltos de diferente forma. El Ingeniero de diseño emplea su habilidad intelectual aplicando los conocimientos científicos y asegurar que el producto satisface las necesidades del mercado, así como las especificaciones necesarias para la manufactura mediante el método más optimo.

El proceso de diseño no termina por completo hasta que el producto se emplea de manera formal y mantiene un nivel de rendimiento y calidad adecuados.»



TRANS – DISCIPLINARIA

• Mecánica

• Control

• Software

• Eléctrica

• Electrónica

• Química

• …

GRAN COMPLEJIDAD

• Bolsas de Aire

• Sistemas de Suspensión

• Sistema de Frenado

• Tensión estructural

• …

ITERATIVO

• Prototipos Rápidos

• Prototipos Físicos

• Simulaciones

• Mercado

• …



DISEÑO DE SOLUCIONES PRÁCTICAS LIMITADAS POR LOS REQUERIMIENTOS.

ESQUEMAS DE DISEÑO, ANÁLISIS, MANUFACTURA…

INTERACCIÓN ENTRE DEPARTAMENTOS.

DISEÑOS INFLUIDOS POR EL COSTO Y LA CALIDAD DEL PRODUCTO.

ESTUDIO DE FIABILIDAD PARA FUTUROS PROYECTOS.

NEGOCIACIONES CON CLIENTES, SOCIOS, FIRMAS…

EL RECONOCIMIENTO DEL TRABAJO DE LOS DEMÁS.



• IDENTIFICAR PROBLEMAS

•SIMPLIFICAR PROBLEMAS

• IDEAS CREATIVAS

•CONOCIMIENTO TÉCNICO

•SENTIDO DE URGENCIA

•BUEN JUICIO

•CAPACIDAD ANALÍTICA

•TOMA DE DECISIÓN

•MENTE ABIERTA

•COMUNICACIÓN

•NEGOCIACIÓN

•SUPERVISIÓN

HABILIDADES DE MODELACIÓN Y ANÁLISIS

HABILIDADES DE EXPERIMENTACIÓN E IMPLEMENTACIÓN MEDIANTE HARDWARE

HABILIDADES DE TRABAJO EN EQUIPO

HABILIDAD PARA CAPTAR RELACIONES ESPACIALES, MECÁNICAS Y VISIÓN EN CONJUNTO

SENTIDO DE LA ORGANIZACIÓN Y CAPACIDAD DE ANÁLISIS

HABILIDAD DE DIRECCIÓN DE EQUIPOS INTERDISCIPLINARIOS

ACTITUD EMPRENDEDORA E INNOVADORA

ADAPTABILIDAD A LOS CAMBIOS



MERCADO

ESPECIFICACIONES

DISEÑO CONCEPTUAL

DISEÑO DETALLADO

MANUFACTURA

VENTA

MATERIALES

CONTROL

INGENIERÍA

DISPOSITIVO MECÁNICO

DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS0

INFORMACIÓN INGENIERÍA

ANÁLISIS MERCADO

SÍNTESIS

TOMA DE DECISIONES

ANÁLISIS ESFUERZOS

COSTOS

MANUFACTURA

FORMULACIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES

ELEMENTOS DE LAS ESPECIFICACIONES

DISEÑOS CONCEPTUALES EQUIVALENTES A LAS ESPECIFICACIONES

DISEÑO DETALLADO EQUIVALENTE A LAS ESPECIFICACIONES

DISEÑO BALANCEADO

INGENIERÍA DE DISEÑO

ESPECIFICACIONES

COMPUTACIÓN OFICINA DE DIBUJO

EVALUADOR DE DISEÑO DISEÑADOR

DIBUJOS DE INGENIERÍA

ESPECIFICACIONES PRIMER DISEÑO

VENTAS ADQUISICIONES

ANALISTAS Y ESPECIALISTAS

MANUFACTURA MANTENIMIENTO SUBCONTRATISTA

ENTRADA

SALIDA

EXTERNA INTERNA



DISEÑO CONCEPTUAL

GENERACIÓN DE PLANOS

PROTOTIPADO / VERIFICACIÓN

PREPARANDO FABRICACIÓN

INGENIERÍA SECUENCIAL

DISEÑO CONCEPTUAL

DISEÑO VIRTUAL

SIMULACIÓN VIRTUAL

DISEÑO DETALLADO

PROTOTIPADO/ VERIFICACIÓN

PREPARANDO FABRICACIÓN

INGENIERÍA CONCURRENTE REDUCCIÓN DE TIEMPO DE DESARROLLO

EQUIPO DEL PROYECTO TRABAJO EN PARALELO

REDUCCIÓN COSTOS

REDUCCIÓN TIEMPOS

INCREMENTO CALIDAD



GASTOS DESARROLLO

TIEMPO

1

2

INGENIERIA CONCURRENTE

INGENIERIA SECUENCIAL

Costos de Modificaciones

Inicio Fabricación

Inicio Fabricación

Reducción Tiempo de Lanzamiento del Producto

DESARROLLO DEL PROYECTO

1

2

EL PERIODO MÁXIMO DE CONSUMO DE RECURSOS SE TRASLADA A ETAPAS INÍCIALES DEL DISEÑO.

DISMINUYE CONSIDERABLEMENTE EL COSTO DE PRUEBAS, PROTOTIPOS Y MODIFICACIONES FINALES.



DIBUJO DISEÑO VIRTUAL RÁPIDO DISEÑO PROCESO

PRODUCCIÓN CONTROL CALIDAD

PROTOTIPADO NECESIDADES

MERCADO RETIRO

USO

MANTENIMIENTO

COMERCIALIZACIÓN

DISTRIBUCIÓN

EMBALAJE

ALMACEN

REDISEÑO

CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO

PROYECTO DE PRODUCCIÓN

CAD

CAE RAPID PROTOTYPING

CAPP - MRP

RAPID TOOLING

CAM

CAQ

INGENIERÍA

CONCURRENTE



24 M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 24


25

SINÉRGICO

• Mecánica

• Electrónica

• Control

• Software

• …

OPTIMIZACIÓN

• QFD

• MRP I-II, ERP

• Algoritmos Genéticos

• IA – Redes neuronales

• …

ITERATIVO

• Virtualización

• Simulaciones

• Mercado

• …

CONCURRENTE

• Paralelismo

• Comunicación

• Administración

• …

El DISEÑO MECATRÓNICO es toda actividad necesaria para definir y generar soluciones a problemas específicos existentes que no se han podido resolver con anterioridad, o nuevas soluciones a problemas ya resueltos; considerando de manera concurrente y sinérgica el alcance y aplicación de cada una de las disciplinas elementales en la mecatrónica (mecánica – electrónica – control) involucradas para la solución desde las etapas iniciales en el proceso de diseño. CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES EN EL DISEÑO MECATRÓNICO:



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PROCESO DISEÑO

SISTEMA MECÁNICO

SISTEMA ELECTRÓNICO

SISTEMA CONTROL

PROCESO DISEÑO

SISTEMA MECÁNICO

SISTEMA ELECTRÓNICO

SISTEMA CONTROL



Bradley & Russell, Mechatronics in Action: Case Studies in Mechatronics-Applications and Education.



Reconocimiento de la necesidad

Diseño Conceptual y Especificaciones

Funcionales

Principios Básicos para formulación del modelo

matemático

Selección de Sensores y Actuadores

Obtención del modelo matemático

Diseño del sistema de control

Optimización del Diseño

Simulación del hardware

Optimización del Diseño

Desarrollo del software embebido

Optimización del ciclo de vida

MODELADO Y SIMULACIÓN CREACIÓN DEL

PROTOTIPO

DESARROLLO CICLO DE VIDA

Polytechnic University of New York, Brooklyn.



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MERCADO

PDS

DISEÑO CONCEPTUAL

SELECCIÓN DC

DISEÑO MECÁNICO

SENSORES / ACTUADORES

FUNCIONES CONTROL - HARDWARE

SOFTWARE

DISEÑO PARA EL ENSAMBLE

DISEÑO PARA LA MANUFACTURA

VALIDACIÓN

OPTIMIZACIÓN

DOCUMENTACIÓN MANUFACTURA

REQUERIMIENTOS

Requerimientos rendimiento, manufactura, normatividad, operación…

TOMA DE DECISIONES

Tablas de decisión, matrices binarias…

PROCESO CREATIVO

Análisis morfológico, analogías, lluvia de

ideas…

DESARROLLO - EP DISEÑO DETALLADO

SIMPLIFICACIÓN

PROCESOS DE MANUFACTURA

Diseño detallado considerando los

procesos y costos de manufactura

Selección de materiales y procesos,

simplificación del producto

HERRAMIENTAS

Algoritmos Genéricos, PERT, QFD, FMEA…

SIMULACIONES

Análisis Dinámico, Control, Plataformas…

TÉCNICA - TECNOLÓGICA

Planes y programas, mantenimiento, refaccionamiento, manufactura…

VENTA

EFECTOS SINÉRGICOS

TECNOLOGÍA (FACTIBILIDAD)

NEGOCIOS (VIABILIDAD)

RECURSOS HUMANOS

(EFICIENCIA, HABILIDADES)

COMPORTAMIENTO ORGANIZACIONAL

DISEÑO & INTERACTIVIDAD

REALIZACIÓN & PRODUCCIÓN

Kevin Craig, Mechatronic System Design, Marquette University.

INNOVACIÓN

Según la RAE, es la creación o modificación de un producto, y su introducción en un mercado.

Exige la conciencia y el equilibrio para transportar las ideas, del campo imaginario al de las realizaciones e implementaciones.



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