Cómo reducir el coste y el riesgo del diseño mecánico
La feroz competencia global ha ejercido presión sobre los fabricantes de maquinaria. Las máquinas que fabrican deben poder aumentar la producción, reducir costos y cumplir con requisitos más similares, tales como: aumentar la productividad, mejorar la eficiencia y así destacarse. de la competencia. Como resultado, los fabricantes de maquinaria actuales han pasado de fabricar máquinas de una sola función a diseñar máquinas multifuncionales flexibles y eficientes, adoptando sistemas de control modernos con cálculos complejos e integrando electrónica de alta gama en sus productos de maquinaria.
Mecatrónica
La mecatrónica es una tecnología industrial integral que integra las prácticas y tecnologías de desarrollo más efectivas en un diseño optimizado, investigación de prototipos y lanzamiento de sistemas. Esto mejora todo el proceso de diseño.
El Dr. Kevin Craig es profesor de ingeniería mecánica en el Instituto Politécnico Rensselaer. Él cree que la mecatrónica, como criterio de ingeniería, es una combinación colaborativa de ingeniería mecánica, electrónica, ingeniería de control y computadoras que se combinan. entre sí durante el proceso de diseño. Implica aplicaciones que van desde la toma de decisiones complejas hasta la operación de sistemas físicos. Debido a estas capacidades únicas, los sistemas mecatrónicos dependen de software informático. Este patrón conduce a una tendencia constante en la que, a medida que los diseños se vuelven más complejos, la colaboración entre diferentes equipos de diseño se vuelve cada vez más necesaria.
El éxito de los métodos de desarrollo mecatrónico
La tendencia de desarrollo de los sistemas mecatrónicos ha hecho que la complejidad del diseño aumente drásticamente, obligando a diferentes equipos de diseño a trabajar juntos. En un sistema mecatrónico, cada decisión tiene un efecto dominó en todo el diseño. Si el equipo mecánico decide cambiar el material, significa cambiar el peso de la parte mecánica. Para que la máquina funcione eficazmente, será necesario cambiar el tamaño e incluso el tipo de motor. Reemplazar los motores paso a paso por servomotores aumentará en gran medida la complejidad del control computacional y los requisitos para el rendimiento del procesamiento computacional de los sistemas integrados. Es muy importante mejorar la comunicación y la cooperación en equipo entre los ingenieros mecánicos, eléctricos y de control, y esas herramientas de colaboración perfecta pueden ayudar a los ingenieros a compartir datos e información en diversas etapas del ciclo de desarrollo, haciendo así más eficiente la cooperación y el intercambio de información.
Esas herramientas implementan prototipos virtuales (también conocidos como prototipos digitales), que pueden combinar tecnologías de simulación de diferentes campos, es decir, un modelo simula una máquina o equipo completo. Los diseñadores pueden simular la dinámica mecánica de una pieza física antes de materializarla, incluidos los efectos de masa y fricción, los tiempos de ciclo y el rendimiento de la pieza individual. Un prototipo virtual puede predecir y optimizar diseños y evaluar diferentes estudios y conceptos de diseño antes de invertir en prototipos físicos. El método de desarrollo basado en la mecatrónica puede reducir el riesgo del diseño de la máquina, acelerar el ritmo del diseño, mejorar la comprensión de las necesidades del cliente y simplificar el proceso de depuración y resolución de problemas. Por lo tanto, un enfoque mecatrónico puede ayudar a los fabricantes de máquinas a lograr un diseño óptimo la primera vez.
Desde una perspectiva empresarial, un prototipo virtual no sólo añade mucho valor durante la fase de diseño, sino que también ayuda al departamento de ventas a comunicarse con los clientes potenciales durante el proceso de venta. Un prototipo virtual puede ayudar a ventas a ganar clientes y ejecutar proyectos con éxito.
Durante la fase de cotización, una máquina virtual puede ayudar a aclarar los requisitos y garantizar que el departamento de ventas comprenda con precisión las necesidades del cliente. Ofrece posibilidades como demostrar características de diseño, explicar el valor, ayudar a descubrir incógnitas en un proyecto y evaluar riesgos. Incluso después de la venta, un prototipo virtual puede desempeñar un papel en la prueba de mejoras y actualizaciones de las máquinas existentes de acuerdo con los requisitos del cliente. Además, los clientes pueden utilizar este prototipo para resolver los problemas que encuentren durante la operación.
La combinación de NILabVIEW y DSSolidWorks
Para reducir el coste y el riesgo del diseño de máquinas, Dassault Systèmes cooperó con National Instruments para proporcionar a los diseñadores de sistemas de control de movimiento la mecatrónica como núcleo virtual. herramientas de creación de prototipos.
Al utilizar LabVIEW y SolidWorks, los fabricantes de equipos de máquinas pueden conectar las capacidades de análisis de movimiento de SolidWorks con los programas de control de movimiento de nivel industrial de LabVIEW para crear simulaciones realistas de sistemas de control de movimiento. Con este enfoque integrado, los fabricantes de máquinas también pueden desarrollar lógica de control y descripciones de trayectoria de movimiento y aplicarlas a modelos CAD 3D de sus máquinas, todo en el software antes de pagar costosos costos de mecanizado y compras de piezas físicas.
Utilizando este enfoque integrado, los fabricantes de equipos de máquinas pueden evaluar el comportamiento y el rendimiento del sistema antes de construir prototipos físicos. Son capaces de probar el rendimiento eléctrico y el tiempo de respuesta en tiempo real de componentes en entornos operativos extremos sin tener que retirarlos individualmente.
Así, una vez creado el modelo CAD, los ingenieros mecánicos y los ingenieros de control pueden trabajar juntos. Pueden utilizar herramientas de creación de prototipos virtuales para crear simulaciones de máquinas reales para diversos fines de análisis de diseño, como:
Simulación visual del funcionamiento de la máquina
Evaluación del rendimiento del ciclo de mecanizado de la máquina
Análisis completo y preciso de requisitos de rendimiento de presión/par
Diseño y verificación del programa de control de movimiento y detección de colisiones
Optimización del diseño antes de la fabricación del prototipo físico
Mecánico/Identificación de problemas de diseño eléctrico
Utilizando SolidWorks y LabVIEW, los ingenieros pueden simular la dinámica mecánica de una pieza física, incluida la fricción agregada, antes de materializarla y conectarla a un algoritmo de control real de efectos, tiempos de ciclo y pieza individual. actuación. Un prototipo virtual puede predecir y optimizar diseños y evaluar diferentes conceptos de diseño antes de invertir en modelos físicos. La combinación de la simulación de movimiento con CAD simplifica el diseño porque la información utilizada en la simulación ya está presente en el modelo CAD, como ensamblajes de ajuste, acoplamientos y propiedades de masa del material. LabVIEW proporciona un modo de programación de bloques de funciones avanzado y fácil de usar para desarrollar sistemas de control de movimiento. Los usuarios con poca o ninguna experiencia en el uso de programas de control de movimiento pueden comenzar fácilmente. La combinación de LabVIEW y SolidWorks ayuda a los clientes a desarrollar sus algoritmos de control de movimiento mientras utilizan 3DCAD en el entorno SolidWorks para evaluar el comportamiento y el rendimiento del sistema. A través de la simulación de control de movimiento real, puede simular escenarios operativos reales durante el diseño para confirmar colisiones de piezas, datos de salida o resultados gráficos, y utilizar modelos CAD para lograr una visualización tridimensional.
Finalmente, los ingenieros pueden implementar fácilmente los algoritmos de control desarrollados en plataformas de control de movimiento integradas, como NICompactRIO, que es una plataforma de hardware basada en FPGA. CompactRIO proporciona procesadores integrados en tiempo real para operación determinista descentralizada independiente, así como módulos de E/S industriales intercambiables en caliente que pueden interactuar directamente con sensores, actuadores y motores industriales. Con CompactRIO, los ingenieros pueden reutilizar el código desarrollado y probado en simulación e implementarlo en motores y módulos de E/S reales.