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MECATRÓNICA VIII UPIITA - IPN CLASE 2. CONCEPTOS AGOSTO 2012
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 1
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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.
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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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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
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CIENCIA DE LA INGENIERÍA
TERMODINÁMICA MECÁNICA MATERIALES …
PRINCIPIOS CIENTÍFICOS
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«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.»
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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
• …
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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.
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• 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
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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
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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
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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
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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.
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 22
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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
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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:
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 25
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26
PROCESO DISEÑO
SISTEMA MECÁNICO
SISTEMA ELECTRÓNICO
SISTEMA CONTROL
PROCESO DISEÑO
SISTEMA MECÁNICO
SISTEMA ELECTRÓNICO
SISTEMA CONTROL
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MECATRÓNICA VIII UPIITA - IPN CLASE 2. CONCEPTOS AGOSTO 2012
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Bradley & Russell, Mechatronics in Action: Case Studies in Mechatronics-Applications and Education.
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 27
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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.
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 28
MECATRÓNICA VIII UPIITA - IPN CLASE 2. CONCEPTOS AGOSTO 2012
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29
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
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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.
M. EN I. DIEGO A. FLORES HERNÁNDEZ 30
MECATRÓNICA VIII UPIITA - IPN CLASE 2. CONCEPTOS AGOSTO 2012