Lego mój robot NOWOŚCI. Projekty interaktywne budzą w dzieciach i młodzieży zainteresowanie techniką. Nauka i technika TEKST: TERRY COSTLOW

Transkrypt

1 NOWOŚCI Nauka i technika Lego mój robot TEKST: TERRY COSTLOW Projekty interaktywne budzą w dzieciach i młodzieży zainteresowanie techniką Daniel Brillhardt wykorzystywał produkt firmy Lego- RoboLab podczas zajęć z uczniami klas czwartych szkoły podstawowej przez sześć lub siedem lat i przekonał się, że pomoce praktyczne są narzędziem wyrównującym poziom uczniów w różnym stopniu uzdolnionych nie gorszym niż... pomoce dydaktyczne. Konstruowanie robotów stanowi takie samo wyzwanie zarówno dla uczniów utalentowanych, jak i uczniów mających problemy z nauką, którzy uczęszczają razem na zajęcia. ROBOTY Mindstorm firmy Lego pomagają przekazywać uczniom wiedzę z dziedziny fizyki, matematyki, techniki i technologii Zajmowałem się dzieckiem, które miało poważne problemy z czytaniem. Pokazaliśmy mu, jak programować roboty, aby mógł od tej pory wyrażać swoją kreatywność w taki sposób. Został gwiazdą całej klasy, na równi z uczniami nadzwyczajnie uzdolnionymi mówi Brillhardt, nauczyciel ze Szkoły Gattis w Austin, w stanie Teksas. 8 DESIGN NEWS Polska [ październik 2006

2 NOWOŚCI Teraz pan Brillhardt czeka z niecierpliwością na zademonstrowanie swoim uczniom najnowszej wersji programu Mindstorm, NXT. Będzie ona miała swój debiut 1 sierpnia. Jako jeden ze 100 członków Programu Rozwojowego Mindstorms (Mindstorms Developer Program) miał szansę pomagać w kształtowaniu zabawki i przy okazji nauczył się jej używać. Uważa, że nowa wersja wzbudzi zachwyt i zainteresowanie fizyką i matematyką, co będzie niejako przygotowaniem gruntu dla uczniów wybierających w przyszłości kierunki techniczne. NXT jest prostszy, działa bardziej na zasadzie przenieś i upuść. Wcześniej dzieci musiały najpierw połączyć wszystkie części, co zajmowało im dużo czasu i mogło wywołać frustrację mówi Brillhardt. Jego wysiłki pokrywają się z główną ideą wielu firm technologicznych, żeby obudzić zainteresowanie technologią u dzieci w każdym wieku. Globalizacja umożliwia setkom tysięcy chińskich i indyjskich inżynierów stanowienie skutecznej konkurencji dla ich amerykańskich odpowiedników, dlatego firmy starają się w coraz aktywniejszy sposób utrzymać nieprzerwany napływ uczniów technicznie uzdolnionych, którzy przeszli proces edukacyjny. Te firmy również zastosowały podejście praktyczne, poczynając od szkół podstawowych, a kończąc na poziomie uniwersyteckim. Takie firmy jak Avnet są jednak głównie aktywne na poziomie szkół podstawowych, gdzie organizują i przeprowadzają różnego rodzaju konkursy. Pięć lat temu ograniczaliśmy się jedynie do przekazywania pieniądzy mówi Teri Radosevich, dyrektor działu stosunków społecznych dystrybutora, mającego swoją siedzibę w Phoenix. Targi Nauka i Technika, organizowane przez firmę Avnet, to pozalekcyjna działalność dla uczniów ostatnich klas lokalnych szkół podstawowych (w Polsce odpowiednio dla gimnazjalistów przyp. Redakcji). Avnet nie jest osamotniony w swoich wysiłkach. Większość firm z sektora high-tech i towarzystw z nimi współpracujących poświęca swój czas i pieniądze na to, by stworzyć atmosferę zainteresowania wokół matematyki i fizyki, w nadziei, że pomoże to uczniom w budowaniu podstaw niezbędnych do wkroczenia w dziedziny techniczne. Jeśli uczniowie Konkursy na uczelniach w USA Na poziomie uniwersyteckim zaangażowanie firm zwykle koncentruje się wokół przekazywania środków finansowych na określony cel, grantów na prowadzenie badań i odbywanie staży. Organizowanych jest jednak również kilka konkursów praktycznych. W zeszłym roku firma General Motors połączyła siły z amerykańskim Departamentem Energetycznym, aby sponsorować konkurs Challenge X. W czasie tego trzyletniego konkursu, który zakończy się w następnym roku, drużyny uniwersyteckie starają się tak przebudować sportowy pojazd użytkowy, aby zminimalizować zużycie energii i emisję gazów, ale jednocześnie utrzymać lub poprawić jego użyteczność i osiągi. Konkurs zgromadził poparcie wielu firm, zaczynając od takich, jak Caterpillar, Freescale i National Instruments, a kończąc na mniejszych, jak Maxwell Technologies. Podejście praktyczne wychodzi poza ramy uczelni do rządu federalnego i absolwentów, dzięki konkursowi Wielki Wyścig Robotów DARPA Grand Challenge. DARPA przenosi swój niezależny wyścig pojazdów do zwariowanego miejskiego środowiska. Zwycięzca 60-milowego wyścigu, zaplanowanego na 3 listopada 2007 roku, wygra główną nagrodę do wykorzystania na działalność dodatkową, w wysokości $. Podczas, gdy większość konkursów dysponuje dużo skromniejszą pulą nagród, dają one również satysfakcję, która przewyższa materialną wartość pieniędzy. Momentem, w którym rozpierała mnie duma, była chwila, w której jeden z sędziów podszedł do uczestnika konkursu, podał mu swoją wizytówkę i powiedział: mam dla ciebie pracę mówi Teri Radosevich z firmy Avnet. W Chandler-Gilbert Community w Arizonie 19. studentom przyznano stypendia w wysokości 1000$ z programu Avnet Technology Games. INTUICYJNE, bardzo łatwe w obsłudze oprogramowanie produktu Mindstorm powinno ułatwić budowę poprawnie funkcjonującego robota. Warto zwrócić uwagę na nieprzypadkowe podobieństwo do... LabView! [ DESIGN NEWS Polska 9

3 NOWOŚCI nie zainteresują się tym we wcześniejszym okresie, potem będzie za późno, aby zacząć się zajmować inżynierią w college u mówi Radosevich. Istnieją mocne dowody na to, że te programy docierają do uczniów. Ogólnoświatowa Olimpiada Robotów rozpoczęła się w 2004 roku i zgromadziła w zeszłym roku prawie 4000 drużyn. Inicjatywy tych firm są wspólne również dla długofalowych programów prowadzonych przez takie towarzystwa, jak IEEE (Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników) i ASME (Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników), sponsorujące programy, jak np. Narodowy Tydzień Inżynierii. Inne grupy, jak Stowarzyszenie Inżynieryjno-Techniczne Uczniów Szkół Podstawowych (Junior Engineering Technical Society) skupiają się jeszcze bardziej na krzewieniu zainteresowania techniką i technologią w szkołach, ponieważ promowanie tych idei jest podstawą ich istnienia. Czy to działa? Podczas gdy projekty interaktywne rzeczywiście wydają się stymulować zainteresowanie i umożliwiać uczniom zagłębianie się w dziedzinę techniki na poziomie uniwersyteckim, nie istnieją jednak dowody, że służą one temu celowi długookresowo. Liczba osób przyjmowanych na studia inżynieryjne w ciągu ostatniej dekady nie uległa znacznym zmianom. Istnieje wiele czynników determinujących wybór kierunku na studiach mówi Ray Almgren, wiceprezes ds. strategii produktu i kontaktów z uczelniami w firmie National Instruments, będącej partnerem firmy Lego Mindstorms z siedzibą w Austin. Zwolennicy takich działań zgadzają się, że bez pomocy dużych firm, szkołom podstawowym ubogim w przedmioty o takiej tematyce będzie ciężko zaszczepić zrozumienie i właściwą ku temu ciekawość, które są nieodzowne w pracy przyszłego inżyniera. Chociaż nie ma żadnej gwarancji, wysokość darowizn od firm i zaangażowanie w działalność wolontariacką rosną w ostatnich latach coraz szybciej. Jednym z największych programów skierowanych do uczniów szkół średnich jest program Dla Inspiracji i Poznania Nauki i Technologii (FIRST For Inspiration and Recognition of Science and Technology), stworzony przez twórcę pojazdu Segway Deana Kamena (o tym ostatnim wsominaliśmy przy okazji Roboty składane w najprostszy sposób Lego sprzedaje swój zautomatyzowany system Mindstorm już 8 lat niezwykle długo jak na produkt zawierający elementy elektroniczne. Nowsza wersja korzysta z postępów w rozwoju elektroniki i oprogramowania, a także z obserwacji producentów zabawek, psychologów i nauczycieli, którzy na co dzień widzą, w jaki sposób dzieci się bawią. Najważniejszą rzeczą jest maksymalne uproszczenie produktu, aby ludzie, którzy dopiero zaczynają się interesować elektroniką, nie zniechęcali się, tylko tworzyli coraz bardziej skomplikowane projekty. To, co kiedyś wymagało poświęcenia półtorej godziny czasu na złożenie, teraz zajmuje tylko 30 minut mówi Soren Lund, dyrektor projektu Lego Mindstorms NXT. Udoskonalenia oznaczają, że zalecenia dotyczące wieku, od którego można używać produktu obniżyły go z 12 na 10 lat. Jest prostszy i bardziej intuicyjny, więc ludzie mogą w krótszym czasie osiągnąć wyższy poziom zaawansowania zarówno w pracy ze sprzętem komputerowym, jak i w programowaniu mówi Lund. W miarę jak rośnie ich poziom skomplikowania, są one wyposażane UCZNIOWIE przedostatnich klas w coraz więcej opcji, pozwalających college u sprawdzają warunki rozwijać dodatkowe zdolności, dodaje. przystąpienia do programu Avnet Technology Games, organizowanego Oprogramowanie Robolab, przez firmę Avnet oparte na graficznym środowisku programistycznym LabView, stworzonym przez firmę National Instruments, jest kluczową częścią kampanii promującej upraszczanie i zwiększanie możliwości. Umieściliśmy specjalny intuicyjny interfejs w górnej części produktu LabView, który bardzo upraszcza korzystanie z niego mówi Ray Almgren, wiceprezes ds. strategii produktu i kontaktów z uczelniami w firmie NI. Kiedy firma Lego ujawni światu nową wersję produktu obecnego na rynku przez dłuższy czas, zacznie się w niej proces wprowadzania daleko idących zmian. Wykorzystujemy wiele pomysłów użytych we wcześniejszych produktach, jednak żaden kawałek tworzywa sztucznego, sprzętu komputerowego czy oprogramowania nie został wykorzystany po raz drugi dodaje Lund relacji z NI Week 2006, Design News 10/ 2006, s.10 przyp. redakcji). W programie skoncentrowanym wokół konstruowania zautomatyzowanych mechanizmów wzięło udział ponad 1100 drużyn złożonych z ponad uczniów. Do finałów odbywających się w Atlancie dostały się 343 drużyny i 8500 uczniów, co stanowiło znaczny wzrost w porównaniu z finałami zorganizowanymi w roku 1992, w których wzięło udział jedynie 28 drużyn. Sponsorzy zwrócili uwagę na fakt, że otrzymali wiele opinii, pokazujących, że projekty wywarły niezatarty wpływ na uczniów i pracowników firm. To bardzo przyjemne uczucie, kiedy przychodzi do nas jakaś drużyna i chce zrobić sobie zdjęcie z oprogramowaniem Autodesk mówi Buzz Kross, wiceprezes działu rozwiązań produkcyjnych w firmie Autodesk Inc., mieszczącej się w Tualatin w stanie Oregon. Dostawca narzędzi cadowskich jest od kilku lat głównym sponsorem programu FIRST, który przekazuje narzędzia programowe wykorzystywane przez uczniów do budowania robotów. Podczas, gdy głównym celem jest stworzenie zabawnego i ciekawego programu dla młodzieży, większość dorosłych, którzy zdecydowali się poświęcić swój czas temu wydarzeniu, uznała je za bardzo satysfakcjonujące. Większość sędziów pytała, czy mogliby uczestniczyć w tej imprezie ponownie w przyszłym roku mówi Radosevich. 10 DESIGN NEWS Polska [ październik 2006

4 NOWOŚCI Pneumatyka i hydraulika Kompaktowa pompa wysokociśnieniowa Dzięki obudowie z tworzywa sztucznego urządzenie ma różnorodne zastosowania Mała pompa wyporowa Flojet Triplex zapewnia maksymalne ciśnienie cieczy o wartości 10,21 atm. Niepowtarzalna konstrukcja obejścia daje pompie możliwość dostosowywania się do zakresu natężeń przepływów przy stałym ciśnieniu. Urządzenia zapewniają zakres natężeń przypływów do 7,6 l/min przy ciśnieniu roboczym przekraczającym 9,7 bara. Samozasysające pompy przeponowe mają wyłącznik, którego celem jest ograniczenie maksymalnego ciśnienia do 10,3 bara. Najważniejsze materiały zastosowane do budowy pompy to: nylon wypełniony szkłem, wykorzystany w konstrukcji głowicy pompy, elastomer Santoprene zastosowany na membranę i EPDM lub Viton na zawory zwrotne. Takie połączenie materiałów pozwala pompom obsługiwać wiele substancji chemicznych bez korodowania. Technologia membran z współwtryskami znacznie eliminuje potencjalne drogi wycieku, dzięki czemu wzrasta wydajność i żywotność pompy. Pompy te, przeznaczone do pracy cyklicznej, choć mogące pracować w sposób ciągły przez krótkie okresy, mogą pracować na sucho bez uszkodzenia. Praca na wyższym cyklu pracy zmniejsza jednak przewidywaną żywotność pompy. Urządzenia OBUDOWA z tworzywa sztucznego pompy Triplex i maksymalne ciśnienie 10,21 atm sprawiają, że pompa dostosowana jest do wykorzystania w wielu dziedzinach przemysłu obsługują płyny o minimalnej temperaturze 4 C i maksymalnej 60 C. Rozmiar kanału dla wlotu i wylotu wynosi 3/8 cala NPTF. Urządzenia mogą być zasilane prądem stałym o napięciu 12V i 24V lub prądem zmiennym o napięciu 115V i 230V. Typowe zastosowania pompy obejmują przemieszczanie, dostarczanie, rozpylanie, chłodzenie, filtrację, dozowanie oraz zwiększanie ciśnienia w sektorach ochrony podłóg, rolnictwie i w obsłudze samochodów. Dostępne są zarówno jako modele na żądanie, jak również modele opcjonalne, a certyfikacja konstrukcji membrany trójkomorowej obejmuje komponenty UL, CE i NSF. Randy Frank REKLAMA [ DESIGN NEWS Polska 11

5 NOWOŚCI Pneumatyka i hydraulika Mały, szybki zawór Zwarta konstrukcja wytrzymuje długie okresy żywotności Nowa linia zaworów Spider Valves o zwartej, płaskiej zworze firmy Humphery Products Company, zapewnia krótki czas reakcji z bardzo małym tarciem i długą żywotnością. Zaprojektowane w celu wstawiania do węzłów lub wykonywanych indywidualnie rozgałęzień rur, 2- i 3-drożne, bezpośrednio pobudzane zawory, dostarczane są w rozmiarach o średnicy 7, 15 i 21 mm w obu wersjach: jako normalnie zamknięte oraz normalnie otwarte. W przeciwieństwie do zaworów elektromagnetycznych, w których rdzeń wsuwa się do cewki magnetycznej w pozycji MAGNETYCZNE JARZMO wciąga płaską zworę z pozycji zasilenia, a sprężyna płytkowa wciska zworę z jej zintegrowanym elementem uszczelniającym do gniazda zaworu w pozycji wyłączenia zasilania pobudzenia, płaska zwora Spider Valve jest wciągana do magnetycznego jarzma. W pozycji wyłączenia, sprężyna płytkowa ustawia zintegrowany element uszczelniający zwory w gnieździe zaworu. Konstrukcję płaskiej zwory cechuje ruchomy element o bardzo niskiej masie, umożliwiający czasy przełączenia rzędu milisekund (ms). Dzięki uniknięciu nieodłącznego tarcia występującego w konstrukcji z rdzeniem solenoidu, zawór z płaską zworą osiąga ruch bliski beztarciowemu z żywotnością, w zależności od zastosowania, dochodzącą do 109 (miliard) cykli. Złącze elektromagnesu Obudowa wkładu Zespół cewki elektromagnesu Sprężyna płytkowa Element uszczelniający Gniazdo zaworu Otwór A Otwór P Płaska zwora R (wylot) 7 MM ZAWÓR Spider Valve posiada dwa pierścienie o-ring do uszczelnienia w węźle lub indywidualnym rozgałęzieniu Sterowane impulsami prądowymi w trybie modulacji szerokości impulsów, urządzenia działają jako zawory quasiproporcjonalne, umożliwiając uzyskanie zmiennych prędkości przepływu. Przy niskim poborze mocy, wynoszącym 0,5 W dla urządzenia 7 mm, zawory zaadresowane są do licznych zastosowań przepływowych, gdzie ważne są niewielkie rozmiary oraz mały pobór mocy, włączając neutralne oraz łagodnie agresywne ciecze, gazy i opary. Na przykład, bezpośrednio pobudzony, normalnie zwarty dwudrożny zawór elektromagnetyczny VA posiada średnicę 7 mm z kryzami o średnicach 0,3; 0,5; 0,8; lub 1 mm do pracy przy odpowiadających zakresach ciśnienia 0 do 10, 0 do 8, 0 do 6 lub 0 do 3 barów. Przeznaczone do maksymalnej temperatury otoczenia 50 C urządzenia cechuje czas cyklu 0,5 do 4 ms i obsługują one media o maksymalnej lepkości do 21 mm/s, maksymalne ciśnienia statyczne 20 barów oraz maksymalną częstotliwość roboczą 500 cykli na sekundę. Randy Frank Materiały Tworzywa sztuczne coraz lepiej przewodzą... prąd elektryczny Większa przewodność oznacza więcej zastosowań dla tworzyw sztucznych przewodzących prąd elektryczny Aby mieć jakieś pojęcie o tym, jak wykorzystywać tworzywa sztuczne przewodzące prąd elektryczny i ciepło, nie trzeba daleko szukać, tylko obejrzeć ciągle rozrastające się portfolio patentów na materiały ElectriPlast produkowane przez firmę Integral Technologies. Firma ta stworzyła technologię produkcji związków tworzyw sztucznych o dużej przewodności, mających dwa razy taką przewodność elektryczną i cieplną jak najbardziej przewodzące metale. Jesteśmy w stanie osiągnąć przewodność elektryczną srebra i miedzi chwali się Tom Aisenbrey, wiceprezes ds. rozwoju 12 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

6 NOWOŚCI J Jesteśmy w stanie osiągnąć przewodność elektryczną srebra i miedzi produktu i główny technolog w Integralu. To samo dotyczy przewodności cieplnej dodaje. Po wprowadzeniu na rynek materiałów ElectriPlast prawie trzy lata temu, pracownicy naukowo-techniczni opracowali długą listę potencjalnych zastosowań tworzyw sztucznych, które mogą być formowane wtryskowo, przewodzić prąd elektryczny i ciepło. Firmie przyznano już 12 patentów dla potencjalnych zastosowań materiałów ElectriPlast, np. kilka dla projektów anten odlewanych z tworzyw termoplastycznych. Ma jeszcze 88 złożonych wniosków patentowych na wiele innych zastosowań. Obejmują one cały wachlarz kształtowanych wtryskowo komponentów elektrycznych takich jak układy scalone, kondensatory, nalepki RFID, trójwymiarowe osłony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi i inne. Pod koniec kwietnia Integral Technologies sprzedało licencję na produkcję materiałów ElectriPlast firmie Heatron Inc., która jest producentem wysokoenergetycznych diod LED i komponentów dla zarządzania termicznego. Firma Integral produkuje swoje materiały przewodzące dodając przewodzące proszki i włókna wielkości mikrona do różnych żywic bazowych. Ta technologia jest skuteczna w przypadku każdej żywicy FIRMA Integral Technologies opracowała tworzywa sztuczne, które mogą mieć przewodność elektryczną miedzi i srebra bazowej, a jest ich około rodzajów mówi Aisenbrey. Firma dysponuje dużą liczbą receptur na produkcję swoich materiałów przewodzących i jest w stanie stworzyć właściwości elektryczne lub termiczne dla konkretnego zastosowania. Zwykle opór właściwy obejmuje zakres od grafitu (około omów cm) do miedzi ( omów cm), a przewodność cieplna osiąga wartość maksymalną na poziomie około 400 W/mK dodaje Aisenbrey. Natomiast to, czego Aisenbrey nigdy nie zdradzi, to sposób, w jaki firma osiąga tak wysoki poziom przewodności, inny niż ogólne wyjaśnienie, że opatentowana technologia pociąga za sobą dokonywanie ciągłych modyfikacji w wykorzystywanych dodatkach przewodzących, jak również wymaga uważnego mieszania składników. Połączenie tych dwóch strategii powoduje homogeniczne rozproszenie materiałów przewodzących wewnątrz żywicy bazowej. Według Aisenbrey a homogeniczne rozproszenie pozwala firmie Integral osiągać wysoką przewodność podczas napełniania wypełniacza dostatecznie niskiego, aby nie ryzykować jakiejkolwiek utraty mechanicznych właściwości tworzywa bazowego. To jest właśnie piękno tej technologii podkreśla Aisenbrey. Joseph Ogando REKLAMA [ DESIGN NEWS Polska 13

7 NOWOŚCI Elektronika przemysłowa Mechanizm sieciowy 1394b Nowe produkty koncentrują się na wykorzystaniu specyfikacji IEEE 1394b oraz wysiłkach na rzecz standaryzacji protokołu automatyzacji 1394 Firewire nadal ewoluuje jako rozwiązanie do sterowania ruchem, automatyzacji oraz zastosowań przyrządowych, dzięki kilku nowym produktom, zmierzającym w kierunku specyfikacji IEEE 1394b. Wraz z udoskonalaniem produktów, 1394 Trade Association sfinalizowała opracowanie protokołu warstwy aplikacji o nazwie 1394AP (1394 protokół automatyzacji), co ma na celu normalizację przemysłowego wykorzystania magistrali IEEE Najnowsza technika 1394 Zarówno Bosch Rexroth, po przejęciu z końcem 2005 r. Nyquist Control, jak i ORMEC Systems wprowadziły nowe produkty sterownika oraz napędów, wykorzystujące specyfikację IEEE 1394b. Sterownik NYCe 4000 firmy Bosch Rexroth jest montowanym na stojaku, przemysłowym rozwiązaniem do sterowania ruchem, stanowiącym Nie zamierzamy tworzyć normy ruchu lub CNC dla Firewire połączenie sterownika z techniką kierowania, w celu ograniczenia zajmowanej przestrzeni, okablowania oraz złożoności integracji. Opracowaliśmy system NYCe 4000, zawierający sterowniki i napędy, wykorzystujący protokół 1394AP do planowanych zastosowań pomiędzy 100 W i 1 kw mówi Eric Hezemans, dyrektor naczelny nowej komórki Bosch Rexroth. Nowy sterownik wykorzystuje wersję IEEE 1394b i ma możliwość podłączenia czterech kart systemów napędowych. Karta dwuosiowa dostarcza 500W dla każdej z dwóch osi, a karta jednoosiowa rozwiązanie o mocy 1 kw. System działa przez sieć Firewire o przepustowości 800 Mb/s i zapewnia prędkość wystarczającą do śledzenia zmiennych w sterowniku ruchu lub napędach oraz przeglądanie w czasie rzeczywistym parametrów takich, jak prąd napędu. Oscyloskop programowy w PC może otwierać wiele kanałów i wyświetlać dane związane z napędem oraz ruchem, przy użyciu szybkiego podłączenia. Nowe sterowniki, napędy 1394b ORMEC Systems również wykorzystuje IEEE 1394b w swoich nowych sterownikach SMLC i wydaniach serwonapędach serii ServoWire SD. Napędy zapewniają zakres mocy od 3 do 60 A RMS/na fazę, moc wyjściową od 600 do W i pracują przy zasilaniu 230 lub 460 VAC. Według Marty Rademachera, specjalisty inżynierii badawczej w ORMEC, 1394b jest całkowicie cyfrową techniką, która eliminuje sygnały analogowe, wykorzystywane w poprzedniej wersji 1394a. W przyszłości dostępne będą wyższe prędkości, wraz z wyborem różnych mediów, w tym CAT5 oraz światłowody oferujące możliwość wyższych prędkości transmisji oraz/ lub większe odległości komunikacji sieciowej. Nowy schemat arbitrażu zapewnia metodę szybszego zerowania magistrali, a inne usprawnienia zwiększyły sprawność sieci. Sieć 1394b w nowym sterowniku SMLC oraz w napędach jest bardziej niezawodna, sprawniejsza oraz szybsza niż poprzednia sieć 1394a. NYCEE 4000 zapewnia duże osiągi, sterowanie wieloosiowym ruchem, konfigurowalną funkcjonalność bezpieczeństwa i obsługuje do 10 osi przez jedno urządzenie Zatwierdzenie protokołu 1394AP Na początku 2006 r. grupa robocza 1394 Trade Association zatwierdziła warstwę aplikacyjną, zwaną 1394AP (1394 protokół automatyzacji), w celu normalizacji wykorzystania IEEE 1394 do automatyzacji, sterowania ruchem oraz oprzyrządowania. Grupa firm europejskich opowiedziała się za otwarciem komunikacji Firewire, dzięki czemu wiele firm mogłoby projektować, wykorzystując Firewire do zastosowań sterowania ruchem oraz automatyzacji. Hezemans wspomina, że w przeciwieństwie do SERCOS oraz innych wysiłków na rzecz standaryzacji magistrali, grupa skoncentrowała się na objaśnieniu otwartości Firewire, aby wielu sprzedawców mogło wykorzystywać sieć Firewire w tym samym czasie bez wzajemnego przeszkadzania sobie. Komunikacja Firewire wykorzystuje standardowe komunikaty, zawierające informacje, szczegółowo określające typ komunikatu oraz informacje o nadawcy. W wyniku tego 1394AP nie próbuje opisywać, co informacja komunikuje w magistrali ani w jakim formacie, lecz tylko, jak komunikować się bez zakłócania pozostałych urządzeń w sieci. W przeciwieństwie do SERCOS oraz innych nie zamierzamy tworzyć normy ruchu lub CNC dla Firewire mówi Hezemans. Nie ma potrzeby określać funkcjonalności w taki sposób, aby każdy musiał robić to tak samo. My jedynie objaśniamy, jak komunikować się przez magistralę, a gdy komunikujesz się zgodnie ze standardem, każdy może komunikować się bez przeszkadzania innym dodaje. Al Presher 14 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

8 ROZWIĄZANIA Koszenie... autopilotem 26 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

9 ROZWIĄZANIA Wraz z wprowadzeniem na rynek amerykański kosiarki RoboMower, dwóch wynalazców otworzyło drzwi raczkującemu rynkowi sektora robotyki Udi Peless nie znosi kosić trawników. Może więc wydać się dziwnym fakt, iż pan Peless pilot samolotu F-16 i odnoszący znaczne sukcesy przedsiębiorca zacznie teraz pędzić żywot nierozerwalnie związany z... kosiarkami do trawników. Jeszcze bardziej kuriozalny wydaje się fakt, że pan Peless będzie to robił w... Izraelu, kraju niesłynącym raczej z rozległych przestrzeni pokrytych bujną zielenią przydomowych trawników. Ale pan Peless, posiadacz dyplomu licencjata z dziedziny elektrotechniki, wie również to i owo o nawigacji, dlatego jego wizja kształtowania krajobrazu zakłada użycie kosiarek do trawników sterowanych autopilotem. Z powodu swojej niechęci do koszenia pan Peless spędził ostatnią dekadę swojego życia, pracując ze swoim partnerem, Shai Abramsonem, nad stworzeniem projektu kosiarki, która łączyłaby w sobie silniki elektryczne, czujniki, oprogramowanie i mikroprocesor, a wszystko to wzięte razem w pełni zautomatyzowałoby proces ścinania trawy. Ich pierwszy wspólny produkt RL1000 RoboMower (przeznaczony dla zamożniejszej części nabywców, który ostatnio wszedł na rynek amerykański dzięki sprzedaży w portalu internetowym Sears.com) jest tak niezależny, że może kosić trawę przez całe lato bez najmniejszej interwencji ze strony człowieka. Robo- Mower RL1000 samodzielnie przyłącza i odłącza się od ładowarki do akumulatorów i co tydzień bez problemu porusza się wkoło podwórka. Panowie Peless i Abramson wierzą, razem ze swoim amerykańskim dystrybutorem, że systemy koszące tego typu staną się w ciągu następnej dekady rozwiązaniem obecnym w każdym gospodarstwie domowym, tak jak odbyło się to w przypadku pilotów do drzwi garażowych w latach 60. Pewnego dnia, kiedy będziesz kupować dom, powiesz: Nie chcę domu, który nie ma systemu koszącego mówi Ames Tiedeman, kierownik sprzedaży Systems Trading Corp., dystrybutora produktów RoboMower. Rzeczywiście, znaleźli się inni, którzy także podzielają tę opinię. Do tej pory firma sprzedała około egzemplarzy TEKST: CHARLES J. MURRAY kosiarek do trawników, z czego jedna trzecia przypadła na Stany Zjednoczone. Co więcej, czołowi producenci tacy jak Toro, John Deere, Stiga, a nawet Hoover prowadzili rozmowy i/lub zawierali umowy z nowo powstałą firmą Friendly Robotics, założoną przez panów Peless a i Abramsona. Założeniu firmy towarzyszyło żywe zainteresowanie i duża doza ciekawości mówi Peless. Ludzie wyraźnie widzą, że ten pomysł ma przyszłość. Fala elektromagnetyczna wewnątrz obszaru jest pozytywna Przewodowe bezprzewodowe rozpoznawanie obszaru Obszar trawnika ograniczony obwodem Wyzwanie... czujnikowe Peless po raz pierwszy wpadł na ten pomysł w 1995 roku. Nie odstraszyły go wtedy opinie sceptyków, głównie dlatego, że wierzył mocno w istnienie rynku zbytu dla zautomatyzowanych kosiarek do trawy. Jako właściciel domu nie znosiłem kosić mojego trawnika wspomina. Chciałem stworzyć urządzenie, które wykonałoby tę czynność za mnie i za wszystkich innych właścicieli posesji, którzy czują podobnie. Peless, któremu już wcześniej udało się odnieść ogromny sukces, związany z działalnością firmy medycznej Biosense, stwierdził, że pomysł stworzenia zautomatyzowanej kosiarki do trawników okaże się kolejnym strzałem w dziesiątkę o wielkim potencjale rozwojowym. W oparciu o swoje przypuszczenia o istnieniu popytu na zautomatyzowane kosiarki, swoją wiedzę i doświadczenie w projektowaniu systemów nawigacyjnych i kontrolnych, które mógł wnieść do projektu, powoli posuwał się naprzód, forsując pomysł, że zautomatyzowane kosiarki do trawników są zarówno realne do wykonania technicznie, jak i możliwe do sprzedania. Skontaktował się z Abramsonem, o którym wiedział, że ma wiedzę z dziedziny elektro-optyki i oprogramowania, po czym panowie rozpoczęli pracę nad prototypem garażowym. Nie minęło jednak wiele czasu, a już obaj zorientowali się, że ten projekt jest znacznie bardziej skomplikowany. Na nasze nieszczęście, byliśmy zbyt pewni siebie wspomina Peless. W sumie zabrało nam to kilka lat i kilka milionów dolarów więcej, niż przypuszczaliśmy... Jednak podstawowa koncepcja zautomatyzowanej kosiarki do trawników powstała bardzo wcześnie i, z nielicznymi wyjątkami, pozostała nienaruszona. Oryginalny pomysł stworzenia kosiarki wymagał zastosowania dużej liczby różnych systemów czujnikowych, zawierających ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy, czujnik pola elektromagnetycznego i tak zwany czujnik zderzakowy, jak również niedrogi hodometr i busolę magnetyczną. Podczas działania kosiarki, najważniejszym elementem jej systemu był czujnik pola elektromagnetycznego, zaprojektowany tak, aby pracował w połączeniu z przewodem umieszczonym na obwodzie powierzchni, która ma być skoszona. W gruncie rzeczy, system pracował jak transformator, wykorzystując zwój pierwotny, znajdujący się na zewnątrz kosiarki, do wytwarzania sygnału o niskim napięciu w przewodzie umieszczonym na obwodzie, a zwój wtórny na części głównej kosiarki do określenia odległości od przewodu. Dzięki współpracy z hodometrem i busolą, system mógł także oceniać odległości, na jakich się porusza. Jednocześnie nieprzewidziane przeszkody, takie jak kamienie czy przechodnie, mogły zostać zauważone przez czujnik zbliżeniowy i wyczute przez czujnik zderzakowy, który wykorzystywał dętkę pneumatyczną, znajdującą się na głównej części maszyny i czujnik nacisku, wykrywający najmniejsze zderzenie na jej drodze. Aby wykryć sygnały wejściowe z każdego z czujników, Friendly Robotics umieściło wszystkie sygnały czujników na płytce obwodu drukowanego, wykorzystującej Fala elektromagnetyczna na zewnątrz jest negatywna CZUJNIK przewodu systemu wykorzystuje znajdujący się na urządzeniu głównym zwój do wyczuwania fal elektromagnetycznych w przewodzie biegnącym wokół obwodu trawnika [ DESIGN NEWS Polska 27

10 ROZWIĄZANIA MODEL RL1000 kosiarki RoboMower jest na tyle samodzielny, że może kosić trawę przez całe lato bez najmniejszej interwencji ze strony człowieka, samodzielnie przyłączając i odłączając się od ładowarki do akumulatorów 16-bitowy, 20-MHz mikrosterownik Hitachi HS8 do obciążania sygnałów wejściowych i wysyłania sygnałów sterujących do systemu napędowego i silników ostrza tnącego. Początkowo Peless i Abramson używali silników elektrycznych firmy Johnson Electric (Hong Kong): dwóch silniku o mocy 150W, po jednym na każde koło napędowe; i pokaźnych rozmiarów silnika o mocy 750W do zasilania ostrza tnącego. Dzięki możliwości kontrolowania silników napędowych mogliśmy sterować urządzeniem i wpływać na jego szybkość mówi Abramson, długoletni inżynier w wojsku izraelskim, posiadający dyplomy z dziedziny fizyki, matematyki i elektrotechniki. Stosując zróżnicowaną szybkość pomiędzy silnikami byliśmy w stanie jednocześnie skręcać i kierować. układających się w nieco nachodzące na siebie pasy na trawniku. Pracując w taki sposób, system nie pozostawia nieskoszonych powierzchni, nawet jeśli porusza się po nierównym, wyboistym i pagórkowatym terenie. To trawniki, nie korty tenisowe mówi Abramson. Utrzymywanie prostych linii na nierównym, pagórkowatym podłożu to niezwykle trudne zadanie. Istotnie, dopracowanie algorytmu pokrycia zajęłoby jednej osobie około 20 lat! 6-osobowemu zespołowi programistów udało się to w znacznie krótszym czasie. W zwyczajnym ogrodzie można bez kłopotów sterować z jednego końca na drugi mówi Abramson. Ale jeśli w grę wchodzi bardziej skomplikowany ogród z przeszkodami i wąskimi przejściami, NOWSZE WERSJE kosiarki RoboMower wykorzystują trzy ostrza tnące, zasilane trzema elektrycznymi silnikami o mocy 150W Chodzenie po linie Jednak Peless i Abramson zgadzają się co do tego, że największym wyzwaniem dla inżynierów okazał się nie sprzęt komputerowy, lecz... oprogramowanie. Prawdziwym przełomem w określeniu miejsca, w którym się znajdowaliśmy, było zastosowanie busoli i hodometru w połączeniu z sygnałami z przewodu umieszczonego na obwodzie wyjaśnia Abramson. Serce naszego systemu tworzy niedrogi system nawigacyjny, działający zgodnie z algorytmem pokrycia obszaru. Rzeczywiście, połączenie tych technologii umożliwia kosiarce poruszanie się po prostych, precyzyjnie określonych liniach, 28 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

11 ROZWIĄZANIA system musi uruchomić specjalne funkcje, aby poradzić sobie z określonym kształtem. Napisanie programu zabrało nam tak dużo czasu, ponieważ wymagało przeprowadzania wielogodzinnych testów i mozolnego zbierania danych o każdym możliwym kształcie. Skoszenie 80 procent jakiegokolwiek trawnika nie nastręczało żadnych trudności dodaje Peless. Ale osiągnięcie 100 procent pokrycia dla każdego możliwego kształtu oznaczało... lata pracy nad udoskonalaniem algorytmu. Wejście na rynek Jednak firmie Friendly Robotics udało się wprowadzić swój pierwszy produkt na rynek w 1998 roku. Chociaż jej założyciele przyznają teraz, że jego pierwsza wersja była nieporęczna i brakowało jej solidności późniejszych modeli, twierdzą również, że osiągnięte wyniki były imponujące jak na tamte czasy. Bardzo szybko stało się jasne, że to był idealny pomysł na dobry początek, ale nie produkt, na którym można oprzeć długotrwałe funkcjonowanie całej firmy mówi Peless. W latach firma wyprodukowała około 4000 jednostek, zanim wypuściła na rynek drugą i trzecią wersję, które posiadały już w wyposażeniu różne ulepszenia. Te nowe wersje wykorzystywały proces formowania próżniowego, aby tworzyć formy do tworzyw sztucznych do kosiarek po mniejszych kosztach. Wymieniono także oryginalne agregaty tnące o mocy 750W na trzy mniejsze jednostki o mocy 150W, które zasilały trzy mniejsze ostrza tnące. Zespół projektowy kosiarki zrezygnował również z montowania w późniejszych modelach czujnika zbliżeniowego, a w zamian zainstalowano optyczny czujnik spadania, który umożliwia kosiarce RoboMower rozumienie, czy w danej chwili jest przechylona albo czy jedno z kół nie dotyka ziemi. W takich przypadkach mikrosterownik wyłącza silnik ostrza tnącego, aby nie dopuścić do powstania obrażeń ciała. Programiści zmienili także algorytm pokrycia obszaru, aby formować na trawie wzór zygzakowaty. Po pierwszym przejściu pokrywamy obecnie 70 do 80 procent trawnika, wtedy GŁÓWNA PŁYTKA obwodu drukowanego kosiarki RoboMower odbiera sygnały wejściowe pochodzące z czujnika ciśnienia (zderzaki), czujników optycznych (płyta spadania), zwojów elektromagnetycznych (czujniki przewodów), hodometru i busoli. System wykorzystuje 16-bitowy układ sterowania procesora (MCU) do kontrolowania sygnałów wyjściowych skierowanych do dwóch silników napędowych i trzech silników tnących przełączamy się i pokrywamy ogród pod innym kątem, tworząc w ten sposób równoległe nachodzące na siebie pasy mówi Abramson. Podczas prac nad stworzeniem kosiarki RoboMower, Peless i Abramson prowadzili jednocześnie negocjacje z czołowymi producentami na temat sprzedania licencji na technologię firmie posiadającej większy potencjał produkcyjny. Firma Friendly Robotics nawiązała oficjalną współpracę ze szwedzką firmą produkującą kosiarki do trawników Stiga i amerykańską firmą Toro. Firma Toro wyprodukowała i sprzedała kilkaset zautomatyzowanych kosiarek pod nazwą handlową imo, ale ostatecznie zarzuciła ten pomysł ze względu na... brak zainteresowania ze strony klientów. Peless negocjował również z firmą Hoover Co. sprzedaż licencji na technologię użycia zautomatyzowanych odkurzaczy, ale rozmowy pomiędzy dwoma firmami zakończyły się w momencie przejęcia firmy Hoover przez firmę Maytag Corp. Niestety, wszystkie trzy przypadki nas rozczarowały mówi Peless. W końcu zaczęliśmy produkować i sprzedawać produkt w ramach naszej własnej marki. Firmie Friendly Robotics udało się do tej pory sprzedać ponad kosiarek, w większości w Europie i Stanach Zjednoczonych. Przynajmniej na razie będzie ona samodzielnie wytwarzać produkt. Prezesi firm deklarują, że kiedy zainteresowanie rynku zautomatyzowanym koszeniem wzrośnie, ponownie przemyślą koncepcję licencjonowania. Zanim to nastąpi, dystrybutorzy modelu RL1000 i mniejszego modelu RL850 liczą na duże cyfry, oznaczające wielkość sprzedaży. W Stanach Zjednoczonych co roku sprzedaje się 6 milionów kosiarek do trawy zauważył pan Tiedeman z amerykańskiej firmy Systems Trading Corp. Naszym celem jest zdobycie 10 procent tego rynku. Peless i Abramson utrzymują, że sprzedaż hurtowa pomoże obniżyć cenę modelu RL1000, za który obecnie trzeba zapłacić w handlu detalicznym 1800$, i cenę modelu RL850, kosztującego w detalu 1200$. Bez względu na to, czy nowa firma będzie w stanie w niedługim czasie istotnie zwiększyć swoją sprzedaż, jej założyciele wierzą, że otworzyli drzwi raczkującemu rynkowi sektora robotyki w kraju. Jest to zupełnie nowa dziedzina mówi Abramson. To nie to samo co produkcja telewizorów czy lodówek. Wcześniej istniała psychologiczna przepaść, którą należało przekroczyć w tym miejscu i teraz, gdy konsumenci zaczynają to robić, nie będą chcieli się już z tego wycofać. [ DESIGN NEWS Polska 29

12 TRENDY Elektronika Wyczuć dotyk Technika pojemnościowa ma do zaoferowania niskie koszty, nieskomplikowany montaż, nowoczesny wygląd Metody wyczuwania z zastosowaniem techniki pojemnościowej przeżywają nagły wzrost popularności, głównie dlatego, że oferują niskie koszty, względnie prosty montaż i nowocześniejszy wygląd w porównaniu z mechanicznymi przyciskami i przełącznikami. Producenci samochodów, którzy wykorzystali sensorykę pojemnościową do wykrywania obecności pasażera (która m.in. pozwala na bezpieczne rozwinięcie się poduszki powietrznej), przez długi czas cieszyli się ogromnym zainteresowaniem ze strony mediów, a producenci sprzętu elektronicznego zaczęli je wykorzystywać do produkcji ekranów dotykowych. Konstruktorzy ipoda firmy Apple również stworzyli powszechnie rozpoznawany, intuicyjny interfejs w oparciu o metody pojemnościowe. ipod przebudził sektor elektroniki użytkowej uświadamiając zastosowanie pojemnościowej sensoryki dotykowej zauważa Philip Sieh, specjalista z dziedziny zastosowań pola E-field w Dziale Rozwiązań dla Czujników i Serwomotorów w firmie Freescale Semiconductor. Ta metoda pozwala na bardziej nowoczesny wygląd i daje projektantowi większą swobodę. Sieh dodaje, że niektóre szpitale zaczęły używać tej techniki do wykrywania pacjentów i monitorowania w łóżkach i materacach dmuchanych. Teraz także producenci samochodów stosują te metody w modułach drzwi do sterowania oknami, lusterkami i konsolami. Coraz więcej projektantów zaczyna postrzegać sensorykę pojemnościową jako metodę alternatywną. Stanowi ono unikalne rozwiązanie dla wielu bezdotykowych zastosowań mówi Sieh Czujnik pola elektrycznego E-field firmy Freescale Wraz z wprowadzeniem czujnika MC34940, firma Freescale rozszerzyła zastosowanie układów scalonych poza aktualnie produkowany asortyment czujników samochodowych o grupę urządzeń elektronicznych i przemysłowe pulpity sterowania. Jednochipowy układ scalony wytwarza pole elektryczne o niewielkim natężeniu, a następnie wykrywa zmiany zachodzące w tym polu i dlatego, w gruncie rzeczy, jest czujnikiem opartym na pojemności elektrycznej. Nowy model wymaga o 33 procent mniejszej obudowy w porównaniu z wcześniejszymi wersjami i jest wyposażony w większe odstępy dla ułatwienia montażu. Może być wykorzystywany do wykrywania bliskości i wyczuwania trójwymiarowego pola. Może również uruchamiać funkcje, takie jak włączanie lub wyłączanie przycisków, włączanie alarmów w przypadku niebezpiecznych sytuacji związanych z takimi urządzeniami jak dzbanki do kawy, suszarki do włosów i kosiarki do trawy. Konwerter Pojemności Cyfrowej firmy ADI Programowalny 16-bitowy konwerter pojemności cyfrowej AD7142, wyprodukowany przez firmę Analog Devices, jest w stanie dostosować się do gwałtownie zmieniających się warunków klimatycznych, co automatycznie czyni z niego kandydata do wyczuwania dotyku w urządzeniach przenośnych, takich jak mikrotelefony komórkowe, odtwarzacze MP3 i aparaty cyfrowe. Producenci urządzenia zapewniają, że zużywa ono 50 procent mniej energii niż urządzenia produkowane przez firmy konkurencyjne, powodując, że są one mniej atrakcyjne do zastosowania w urządzeniach zasilanych za pomocą baterii. Czujnik CapSense firmy Cypress CapSense wyprodukowany jest przez firmę Cypress Semiconductor w oparciu o sygnały mieszane mikrokontrolera PSoC. Pozwala on projektantom połączyć różnorodne możliwości oferowane przez moduły sterujące LED i monitory LCD i taktować jako dodatek do wyczuwania dotyku. Rozwiązanie typu PSoC oferuje również takie korzyści, jak: prosta komunikacja szeregowa, możliwość tworzenia aplikacji trackpadowych, czy suwak liniowy. Host Mikrokontroler PSoC MCU Moduł czujnika CapSense Analogowe/Cyfrowe GPIO Komunikacja Sygnały czujnika CapSense 30 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

13 Materiały TRENDY Wzrasta wykorzystanie materiałów ceramicznych Rozwój materiałów ceramicznych i technologii przetwarzania tworzy nowe możliwości ich zastosowań Rozwój zaawansowanych materiałów ceramicznych, zwłaszcza w dziedzinie nanotechnologii, kreuje nowe zastosowania począwszy od elektroniki, do baterii i ogniw paliwowych. Rozwój technologii wytwarzania jak formowanie wtryskowe tworzy nowe dziedziny zastosowań mniej technicznych materiałów ceramicznych w mechanice. Firma Altair Nanotechnologies w Reno w Newadzie (USA) opracowuje nową generację akumulatorów litowo-jonowych w oparciu o nanostrukturalne litowo-tytanianowo-spinelowe elektrody wykonane z zaawansowanych materiałów ceramicznych. Badania wykazały, że akumulatory zachowują swoje parametry w temperaturze minus 5,6 C. Konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe oraz akumulatory typu nikiel-wodorek metalu stosowane w hybrydowych pojazdach elektrycznych, w temperaturach poniżej zera nie zachowują swoich parametrów lub nie dają się naładować. Nowe produkty z zastosowaniem materiałów ceramicznych zwiększają również bezpieczeństwo w wyższych temperaturach. Skoncentrowanie się na materiałach ceramicznych o wysokiej czystości otwiera nowe możliwości zastosowania dla tych materiałów w kondensatorach oraz urządzeniach produkcyjnych. Nowe, ulepszone właściwości dotyczą takich cech jak: super płaskość, najwyższa gładkość powierzchni, wysoka sztywność, mała rozszerzalność termiczna oraz najwyższa odporność na ścieranie. Należy również wspomnieć o technologii CIM (Ceramic Injection Molding Formowanie wtryskowe materiałów ceramicznych), która powoduje zmniejszenie kosztów produkcji i umożliwia wykonywanie bardziej skomplikowanych kształtów. Technologia CIM łączy technologie proszków, prasowania i spiekania. Zwłaszcza ulepszone technologie spiekania otwierają nowe możliwości konstrukcyjne. Spiekanie zwiększa gęstość i wytrzymałość wyprasek. MŁYNEK DO PIEPRZU Technologie opracowane dla formowania wtryskowego z proszków metali coraz częściej stosuje się do proszków ceramicznych, zapewniając powtarzalność skomplikowanych kształtów w produkcji na wielką skalę. Przykładem może być młynek do pieprzu, w którym elementy metalowe zostały zastąpione przez elementy ceramiczne. Ceramika zapewnia zwiększoną trwałość i odporność na ścieranie, będąc jednocześnie materiałem nie wywołującym alergii, jak twierdzi firma Arburg w Lossburg w Niemczech, która skonstruowała w 1961r. pierwszą specjalistyczną wtryskarkę do materiałów ceramicznych. MATERIAŁY NA BATERIE Altair Nanotechnologies z siedzibą w Reno w Newadzie (USA) opracowała elektrodę litowo-tytanianowo-spinelową w celu zastosowania jej w pakiecie własnej produkcji akumulatorów. Firma ta pracuje nad nowymi, różnorodnymi zastosowaniami opracowanej przez nią technologii kontrolującej rozmiar, kształt i fazę kryształu materiałów ceramicznych, co pozwala wpływać na ich optyczne, chemiczne, fizyczne i elektryczne właściwości. Firmy Altair i Electro Energy Inc., Danbury, Connecticut (USA) podpisały niedawno czteroletnią umowę dotyczącą wspólnego opracowania, produkcji i marketingu baterii litowo-jonowych dużej mocy oraz systemów akumulatorowych. Firmy początkowo zamierzają skoncentrować się na rynku elektrycznych urządzeń przenośnych, włącznie z elektrycznymi narzędziami ręcznymi dużej mocy. UCHWYT DO PŁYTEK MONOKRYSZTAŁU PÓŁPRZEWODNIKA Firma CoorsTek wprowadziła niedawno ultra-płaski, wykonany z materiału ceramicznego wysokiej czystości próżniowy uchwyt do płytek półprzewodnika, który ma zwiększać wydajność produkcji podczas przetwarzania płytek z monokryształu półprzewodnika. Konfiguracje z małą powierzchnią kontaktu minimalizują ryzyko naruszenia geometrii płytki przez cząsteczki na jej tylnej stronie w przypadku zastosowań precyzyjnych. Uchwyt taki jest od trzech do pięciu razy wytrzymalszy niż uchwyty wykonane ze szkła lub metalu. Dodatkowymi zaletami zaawansowanych materiałów ceramicznych są: odporność na korozję, mała rozszerzalność termiczna oraz duża przewodność cieplna. 32 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

14 TRENDY Kontrola bezprzewodowa Konstruowanie aplikacji bezprzewodowych Konferencja firmy Siemens na temat automatyki podkreśla istotę użycia technik bezprzewodowych w przemyśle W dzisiejszych czasach automatyka bezprzewodowa cieszy się dość dużym zainteresowaniem. Ale w jakim stopniu technika ta jest używana w praktyce? Sądząc po konferencji firmy Siemens na temat automatyki, która odbyła się w lipcu w Las Vegas, to w dość dużym. Techniki bezprzewodowe są szeroko używane. Oferujemy je już od 2 lat mówi Jeremy Bryant, specjalista Siemensa w dziedzinie automatyzacji łączności sieciowej. Podczas swej prezentacji na konferencji Bryant omówił około dwunastu bezprzewodowych aplikacji, które Siemens dostarczył już swoim klientom. Niektóre z nich są aplikacjami bardzo prostymi, bazującymi na zdalnym dostępie do danych automatyzacji oraz monitorów. Bryant poruszył jednak również kwestie bardziej zaawansowanych technologii bezprzewodowych, takich jak kontrola deterministyczna, a nawet bezpieczeństwo urządzeń. BEZPIECZEŃSTWO TECHNIK BEZPRZEWODOWYCH Techniki bezprzewodowe oraz bezpieczeństwo urządzeń naprawdę mogą iść w parze. Jeden z klientów Siemensa, CAMotion, dostarczył bezprzewodowy system zabezpieczeń jako część układu sterowania suwnicy bramowej. Układ ten łączy urządzenia zabezpieczające na części ruchomej suwnicy, w tym zasłony świetlne, z nieruchomym urządzeniem sterującym suwnicy. Jest to pierwszy zdalny system zabezpieczający, o którym wiemy mówi Bryant. Dlaczego zdalny? Podłączenie przewodów do systemu zabezpieczającego byłoby Cabinet Monitor Keyboard CPU PC Źródło: Design News USA Sentence Switch Microprocessor Access Point Access Point Panel Mounted On the Gantry >200 Ft Motor Controller Safety I/O Camera Camera trudne, biorąc pod uwagę konstrukcję suwnicy. Bryant szacuje, iż instalacja systemu bezprzewodowego kosztuje ok. 60% mniej niż instalacja podobnego systemu z użyciem przewodów. Dodaje, iż protokoły komunikacyjne Siemensa PROFINet i PROFISafe dział ają przy użyciu sieci bezprzewodowych, umożliwiając w ten sposób instalację ZDALNE STEROWANIE Do tej pory rozwiązania bezprzewodowe znajdowały zastosowanie do zdalnego monitorowania różnego typu oraz jak twierdzi Bryant do pozyskiwania danych. Były także używane do zdalnego monitorowania systemów SCADA. Mogły w ten sposób pobierać dane poprzez przemieszczanie układu I/O, który dawniej trzeba było podłączyć do sieci przewodami podwieszanymi bądź kablami wleczonymi. Bryant wskazał jednak na niedawną poprawę jakości aplikacji obsługujących zdalne sterowanie, zwłaszcza w systemach przemieszczania materiałów. Przykładem są tutaj wózki sterowane automatycznie (AGV). Zdolność szybkiej transmisji radiowej przemysłowych urządzeń bezprzewodowych Siemensa pozwala ruchomym węzłom na szybkie przemieszczanie się pomiędzy poszczególnymi komórkami radiowymi, podczas gdy sterowany automatycznie wózek porusza się po zakładzie. Bryant twierdzi, iż czas transmisji wynosi zazwyczaj poniżej 50 ms. Dla porównania, czas transmisji dla biurowych urządzeń bezprzewodowych wynosi... kilkaset ms. Szybka transmisja radiowa zapewnia przede wszystkim nieprzerwaną komunikację twierdzi. MOŻLIWOŚCI KONTROLI DETERMINISTYCZNEJ Może nam się wydawać, iż technologie bezprzewodowe tak naprawdę nie są rozwiązaniem, które mogłoby znaleźć zastosowanie w aplikacjach sterujących. Jednak Bryant twierdzi inaczej. Zwraca on uwagę na to, iż norma , dotycząca komunikacji bezprzewodowej, zawiera postanowienia dotyczące kontroli deterministycznej. Kluczem jest tutaj użycie chipsetów, elementów elektronicznych organizujących przepływ informacji, które wspierają PCF (Point-Coordination-Function), protokół transmisyjny, w którym punkt dostępu komunikuje się z klientami w określonym tempie. Bezprzewodowe urządzenia biurowe nie wspomagają dostarczania danych w określonym czasie. Siemens włączył swoją własną przemysłową wersję protokołu PCF do jego bezprzewodowych punktów dostępu i klientów. Pozwala to klientom korzystającym z sieci bezprzewodowych wpływać na układ I/O podobnie, jak na kablową sieć komputerową wyjaśnia Bryant. Radio Cell 1 Radio Cell 2 Client Module SCALANCE W 788-1PRO Industrial Ethernet SCALANCE W 788-1PRO Field PG/ Notebook With CP 7517 Automatic Guided Vehicle System (AGVS) SCALANCE W 788-1PRO S7-400 SIMATIC HMI Źródło: Design News USA 34 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

15 TEMAT Z OKŁADKI Tworzywa sztuczne stają do walki TEKST: JOE OGANDO Nikt nie wykonuje wielkich, złożonych części z tworzyw sztucznych tak, jak John Deere Firma John Deere w 2000 r. zaczęła stosować wielkie komponenty z tworzyw sztucznych dla produkowanego sprzętu rolniczego. Początek wiąże się z opracowaniem SMC oraz poliuretanowych powierzchniowych paneli obudów dla wielkich kombajnów STS. Od tego czasu firma nie spoczęła na laurach, a ostatnio poszła nawet dalej, jeśli chodzi o wielkie elementy z tworzyw. Wykorzystuje je do produkcji nowych elementów traktorów i kombajnów, realizując z ich pomocą ważne cele projektowe, takie jak integracja funkcji, [ DESIGN NEWS Polska 35

16 TEMAT Z OKŁADKI TEN nowy moduł wewnętrznego dachu średniej wielkości traktorów użytkowych łączy w sobie ponad dwanaście elementów konstrukcyjnych i funkcjonalnych. Własny proces formowania z przenoszeniem nacisku czyni możliwym tworzenie tej złożonej części całość konstrukcji, estetyka oraz redukcja kosztów. Aby osiągnąć cele projektowe związane z tworzywami, inżynierowie z Deere oraz dostawcy firmy przyjęli niekonwencjonalne materiały i metody przetwarzania do produkcji swoich najbardziej innowacyjnych części. Na niektóre z tych części zwrócono uwagę podczas konferencji oraz konkursu projektów nowych produktów, przeprowadzonego przez Alliance of Plastics Processors w Columbus, Ohio. Dach kabiny traktora Wewnętrzny moduł dachu kabiny traktora do jednego z traktorów z instalacją klimatyzacyjną firmy Deere zdobył nagrodę za projekt w katewgorii maszyn rolniczych. Nietrudno dostrzec, dlaczego. Projektanci części poradzili sobie z integracją ponad dwunastu (!) funkcjonalnych elementów w tej pojedynczej części włączając obudowy oraz punkty montażowe dla komponentów HVAC (ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja), radia, wewnętrznego i zewnętrznego oświetlenia oraz zewnętrznego dachu. Moduł dachu działa jako konstrukcyjny kręgosłup wewnętrznego systemu kabiny zauważa Darin Grinsteinner, kierownik inżynierii partnera projektowego i wytwórcy form do części, firmy Composite Products Inc. (CPI) Aby ta skomplikowana część ujrzała światło dzienne, wielką rolę odegrało przetwarzanie. CPI opracowała opatentowany proces formowania z bezpośrednim przenoszeniem sprężania, oznaczający, że w jednej zintegrowanej linii produkcyjnej przebiegają oba procesy mieszania i formowania. Zwykle formowanie tłoczne rozpoczyna się od wstępnie spreparowanego półwyrobu z tworzywa, pochodzącego od dostawcy materiału. Ten rodzaj zintegrowanego procesu, mimo iż niezbyt powszechny (w USA przyp. redakcji), daje CPI ścisłą kontrolę nad formowanymi materiałami. W tym przypadku, dach traktora zbudowano z homopolimeru polipropylenu z 30- procentowym (wagowo) dodatkiem chemicznie powiązanych, półcalowych wzmocnień szklanych. Proces formowania z bezpośrednim przenoszeniem tłoczenia, który CPI nazywa Advantage, może dać również korzyści ekonomiczne częściowo dlatego, że firma miesza tylko te składniki, które wymagane są dla danego elementu i nie inwestuje w drogie materiały, przygotowane na zamówienie. Jednakże prawdziwym wyzwaniem, związanym z wytwarzaniem tej części, było nie tyle mieszanie, co... formowanie. ABY utrzymać niewielkie ścinanie (podczas wypełniania) i jednocześnie pomóc w wypełnieniu delikatnych elementów konstrukcyjnych dachu, Composite Products Inc. wykorzystuje instalację z centralnym otworem wtryskowym zamiast bardziej tradycyjnego końcowego otworu wtryskowego. Ta metoda wlewania zmniejsza również zużycie materiału przez eliminację kanałów doprowadzających Grinsteinner objaśnia, że część o wymiarach 120 x 150 cm zawiera bardzo cienkie, głębokie, trudne do wypełnienia elementy takie jak żebra o wymiarach 27 x 1 mm. Wiele z delikatnych, głęboko tłoczonych elementów po prostu nie mogłoby być formowanych przy użyciu innych metod formowania długich włókien, takich jak standardowe formowanie tłoczne stwierdza. Ścianki części miały przejścia od grubych do cienkich warstw, co sprawiało, że nominalne grubości ścianek zmieniały się od 1 mm do 7,5 mm, a w niektórych sekcjach miały nawet grubość 12,5 mm. I wreszcie, integracja funkcji oznacza również, że część zawierała liczne wymyślne elementy, które stanowiły wyzwanie dla wielu operacji formowania. Pomimo trudności, CPI nie tylko wypełniła część, ale uczyniła to ze wspaniałym rozprowadzeniem wzmacniających włókien szklanych. Grinsteinner informuje, że testy CPI ujawniły, iż rozprowadzenie szkła w całej części utrzymane jest z dokładnością do 1 procenta. Transfer Molding (Advantage ) 36 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

17 TEMAT Z OKŁADKI Na powodzenie firmy w wykonywaniu tego trudnego podzespołu wpłynęły w dużej mierze własne metody formowania. Najważniejsza z nich wymagała użycia wielkiego centralnego otworu wtryskowego, przez który cały materiał wsadowy jest wprowadzany do wykończonej części. W przeciwieństwie do zwykłego systemu końcowego otworu wtryskowego oraz kanału doprowadzającego, ten centralny otwór wtryskowy składa się z wstrzeliwującego kotła, w gruncie rzeczy hydraulicznej platformy poniżej szczeliny pośrodku dolnej wnęki formy. Gdy podnosi się ona podczas procesu formowania, aby dostarczyć materiał, platforma ta w rzeczywistości tworzy część powierzchni dolnej wnęki. Według Grinstaeinnera, technika centralnego otworu wtryskowego sprzyja, by najgłębsze, najcieńsze żebra tej części były wypełnione z niewielkim ścinaniem. Otwór wtryskowy wyeliminował również nadmiar materiału, który mógłby generować krańcowe otwory wtryskowe i kanał doprowadzający oraz uprościł konstrukcję oprzyrządowania. Grinsteinner szacuje, że metoda formowania ze środkowym otworem wtryskowym oszczędza około 10 procent kosztów materiałowych na jedną część, jak również zmniejsza o 10 procent koszt samych narzędzi. Inne pomysłowe krzywizny narzędzia wymagały użycia dwuetapowego wtrysku do wydobycia z niego delikatnych żeber, dodania bocznego naciągania do tworzenia wymyślnych części oraz użycia technik zmniejszania grubości, w celu zaoszczędzenia materiału i skrócenia czasu stygnięcia. Podczas gdy proces Advantage firmy CPI miał do tej pory największe zastosowanie do produkcji zewnętrznych części maszyn rolniczych i pojazdów, może on zostać użyty również do produkcji innych elementów. Na przykład ostatnio CPI produkuje wnęki na torby do wózków golfowych, zderzaki oraz pokrywy akumulatorów. Nowy asortyment paneli dla kombajnu W konstrukcji kombajnu zbożowego STS firmy Deere już od ponad pięciu lat wierzchnie panele korpusu wykonywane DACH traktora Deere ma wiele wymyślnych elementów, wymagających bocznych mechanizmów, jak te wyciągane rdzenie dla zintegrowanej wiązki okablowania są z tworzywa. Ponieważ okazało się, iż konieczne jest wprowadzenie nowych zmian, inżynierowie firmy musieli przerobić dwa istniejące panele i dodali całkowicie nowy komponent z tworzywa. Jedną z przyczyn, która wymusiła zmianę, było zaostrzenie wymagań dotyczących emisji spalin przez silniki diesla. Według Briana Millera, szefa integracji łańcucha dostaw i konstruktora elementów niemetalicznych w Deere, nowe wymagania skutkowały potrzebą zwiększenia miejsca na platformie silnika o 45 cm (w porównaniu do poprzednich modeli). Ta konieczność wydłużenia spowodowała konieczność zmiany dwóch paneli tworzących tylną ściankę oraz pokrywę chłodnicy. Co więcej, testy funkcjonalne Deere wykazały, że kombajny mogłyby pracować dobrze przy słabszym oczyszczaniu powietrza, jeżeli powietrze chłodzące byłoby pobierane wyżej nad poziomem ziemi niż w poprzednich konstrukcjach. Inżynierowie Deere dodali więc do maszyny komponent nowego kanału (tzw. czerpaka powietrza ). W celu wybrania najlepszego materiału na te trzy komponenty inżynierowie Deere przeprowadzili porównawcze analizy materiałowe. Co ciekawe, wyniki tych analiz wskazały na inny materiał niż był wykorzystywany do produkcji poprzednich paneli. Miller objaśnia, że pierwsze kombajny STS wykorzystywały zarówno ciśnieniowo formowany i malowany SMC, jak i formowany wtryskowo z reakcją chemiczną poliuretan z powlekaniem w formie. Jednak wszystkie trzy nowe panele zbudowano z mniej znanego materiału, przeznaczonego do formowania wtryskowego z reakcją chemiczną, zwanego polydicyclopentadiene (PDCPD). Jak wyjaśnia Miller, nowe panele były ocenione zarówno pod względem konstrukcyjnym, jak i estetycznym. Po pierwsze, panele musiały wytrzymać siłę zderzenia podczas pracy, jak również mieć wystarczającą rozciągliwość, aby wytrzymać znaczące obciążenia wiatru podczas transportu ciężarówką. Kombajn poruszający się po autostradzie na przyczepie mógłby być narażony na działanie wiatru o prędkości dochodzącej do 160 km/godz. mówi Miller. Jeżeli chodzi o estetykę, nowe panele musiały odpowiadać pozostałym panelom SMC maszyny i stalowym konstrukcjom pod względem koloru, połysku oraz wykończenia. W każdym przypadku, lakierowany PDCPD okazał się najlepszy (patrz diagramy matrycy decyzyjnej na sąsiedniej stronie). Dla tylnej ścianki o wymiarach 300 x 180 x 60 cm (którą wcześniej tworzyły dwie części z poliuretanu RIM) inżynierowie Deere odkryli, że wytrzymałością na uderzenia PDCPD przewyższa zarówno SMC, jak i poliuretan RIM. Analogicznie, PDCPD uzyskał akceptację dla wlotu powietrza o wymiarach 180 x 105 x 45 cm, ze względu na lepsze zrównoważenie właściwości udarowych i estetycznych w porównaniu z materiałami konkurencyjnymi w tym przypadku, formowanym termicznie ABS z akrylowym CAP i malowanym SMC. [ DESIGN NEWS Polska 37

18 TEMAT Z OKŁADKI NOWE panele korpusu dla kombajnu STS firmy Deere stworzono w odpowiedzi na federalne wymagania dotyczące emisji spalin. Nowe panele oraz całkowicie nowy kanał powietrzny na górze maszyny zostały wykonane z PDCPD, alternatywy dla poliuretanu oraz SMC W przypadku drzwiczek chłodnicy o wymiarach 270 x 180 x 30 cm, PDCPD nie ma większej technicznej przewagi nad SMC. Panel jest sztywno zamocowany do maszyny, więc jego sztywność nie była istotna, poza ugięciami spowodowanymi przez opierające się na nim osoby wyjaśnia Miller. Jednak Deere wykorzystało PDCPD również w tym przypadku, ze względu na szereg przyczyn komercyjnych. A mówiąc o przyczynach komercyjnych, Miller wskazuje, że PDCPD mogłoby nie być wykorzystane z punktu widzenia kosztowego, gdyby Deere oraz dostawcy firmy nie odeszli od konwencjonalnego myślenia o sposobie projektowania części z tego materiału. Zwykle panele PDCPD posiadają jednolitą grubość ścianki, podczas gdy elementy usztywniające są zazwyczaj formowane osobno i spajane z panelem w oddzielnej operacji. Ustaliliśmy, że to podejście mogłoby nie pozwolić nam na spełnienie naszych celów kosztowych wspomina Miller, przytaczając dodatkowe koszty oprzyrządowania, formowania i mocowania, związane ze spajaniem usztywnień. Więc Deere ostatecznie formował żebra, zgrubienia oraz inne elementy usztywniające, wymagane do sprostania potrzebom konstrukcyjnego obciążenia paneli. Te dodatkowe elementy czyniły część trudniejszą do formowania i wprowadzały ryzyko odbijania się żeber i zgrubień na zewnętrznej powierzchni części. Lecz Miller dowodzi, że zdolność eliminowania dodatkowych kosztów formowania i montowania usprawiedliwia ryzyko i pozwala Formowany termicznie ABS Wlot powietrza firmie Deere wykorzystać właściwości materiałowe PDCPD. Przełamaliśmy konwencjonalne zasady projektowania mówi Miller. Lecz zadziałało to na naszą korzyść... Formowany ciśnieniowo SMC PDCPD RIM Udarowość + Wygląd + + Moduły + Tylna ścianka Formowany PU RIM ciśnieniowo SMC PDCPD RIM Udarowość + Wygląd + + Moduły + + Drzwiczki chłodnicy Formowany ciśnieniowo SMC PDCPD RIM Wygląd + + Moduły + O CZYM MYŚLELI inżynierowie materiałowi firmy John Deere, wybierając PDCPD? No cóż, te matryce decyzyjne pozwolą wam zrozumieć, jak dochodzili do dokonania wyboru materiału na zewnętrzne części kombajnu STS. W przypadku pokrywy chłodnicy, SMC rzeczywiście sprawia wrażenie lepszego materiału, lecz Deere wybiera PDCPD ze względów komercyjnych. 38 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006

19 ARTYKUŁ SPONSOROWANY System DELCAM przy produkcji konstrukcji z materiałów kompozytowych. Dystrybucja i serwis techniczny TORUS Spółka z o.o., ul. Rydygiera 12, Warszawa, tel./fax (22) W wyniku rozwoju inżynierii materiałowej oraz zwiększenia potrzeb współczesnych technologii obserwujemy tendencję polegającą na stopniowym odchodzeniu od stosowania tradycyjnych materiałów konstrukcyjnych. Coraz szersze możliwości wykorzystania zaawansowanych technik wytwarzania przynoszą korzyści w postaci coraz powszechniejszego stosowania materiałów kompozytowych we współczesnych konstrukcjach. Rynek kompozytów jest znacząco duży i w dalszym ciągu obserwujemy jego rozwój obejmujący swoim zasięgiem coraz to nowe gałęzie przemysłu. Materiały kompozytowe odgrywają dominującą rolę nie tylko w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym czy maszynowym, ale ich obecność jest również istotna przy produkcji łodzi, jachtów, sprzętu sportowego czy mebli. Możliwości systemu DELCAM są zbieżne z potrzebami i wymaganiami jakie stawiają dziedziny techniki, które wykorzystują materiały kompozytowe. Skomplikowane i aerodynamiczne kształty, krótkie serie, możliwość dokonywania błyskawicznych modyfikacji oraz pojawiające się wciąż nowe technologie to tylko niektóre z wielu wyzwań, którym potrafią sprostać aplikacje należące do środowiska Delcam Power Solution: PowerSHAPE samodzielna aplikacja CAD, PowerMILL zaawansowany moduł CAM oraz Power- -INSPECT aplikacja służąca do weryfikacji i inspekcji modeli 3D. Już na pierwszym etapie procesu pojawia się podstawowy problemem, jakim jest przeniesienie idei modelarzy i myśli konstruktorów na cyfrowy model 3D. Z pomocą przychodzi aplikacja PowerSHAPE, MODEL 3D samochodu, który będzie wykonany z materiałów kompozytowych zaawansowany modeler, umożliwiający tworzenie skomplikowanych geometrii w oparciu o dokumentację lub istniejący fizycznie model przy pomocy ramienia pomiarowego i modułu PS-Arm. Power- SHAPE jest doskonałym narzędziem do analizy, weryfikacji i naprawy potencjalnych błędów w geometrii jeszcze przed przystąpieniem do generowanie technologii. Umożliwia również szybki podział i wykonanie oprzyrządowania produkcyjnego wraz z pomocniczymi elementami technologicznymi. Narzędzia dostępne w tej aplikacji pozwalają także na wykonywanie rozwinięć powierzchni modeli, co kompletnie spełnia potrzeby technik formowania kompozytów. Kolejną aplikacją wykorzystywaną na następnych etapach procesu jest PowerMILL umożliwiający zastosowanie wielu zaawansowanych technik obróbczych. Aplikacja ta jest wykorzystywana zarówno przy generowaniu technologii do wykonania oprzyrządowania produkcyjnego jak i w procesach wycinania i okrawania detali kompozytowych. Ponadto PowerMILL oferuje szybką kalkulację skomplikowanych 5-osiowych ścieżek narzędzia. Drastyczne obniżenie kosztów oraz redukcja czasu wykonania procesu technologicznego to niektóre z korzyści, jakie niesie wykorzystanie aplikacji GOTOWY MODEL samochodu zbudowanego z materiałów kompozytowych OBRÓBKA poszczególnych elementów formy do materiałów kompozytowych PowerMILL w procesie produkcji konstrukcji z materiałów kompozytowych. Pomiar i weryfikację gotowego wyrobu zapewnić może PowerINSPECT umożliwiający szybką i łatwą inspekcję w oparciu o model 3D. Aplikacja to współpracuje ze wszystkimi typami maszyn pomiarowych, a raporty pomiarowe można dostosować do potrzeb swoich i odbiorcy. Wysoka funkcjonalność aplikacji należących do systemu DELCAM pozwala na wdrożenie tego środowiska praktycznie w każdy rodzaj procesu formowania kompozytów. Zdolność adaptacji powoduje, że obszar zastosowania środowiska DELCAM Power Solution jest potężny i obejmuje: design, tworzenie oprzyrządownia produkcyjnego, technologię oraz inspekcję. Wykorzystanie aplikacji: PowerSHAPE, PowerMILL, PowerINSPECT, przynosi wymierne korzyści w postaci oszczędności czasu i materiału oraz wysokiej jakości konstrukcji kompozytowych. Artur Pest [ DESIGN NEWS Polska 39

20 PROGRAMY Polskie śruby II Kompletna biblioteka 3D MCAD podstawowych łączników gwintowych wykonana według polskich standardów konstrukcyjnych PN, dedykowana dla systemu UGS Unigraphics NX TEKST: MICHAŁ BACHAN, WOJCIECH BIENIASZEWSKI, ADAM BUDZYŃSKI, SZYMON KOŚCIANOWSKI Autorzy są członkami Koła Naukowego Solid Edge na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy Na podstawie obserwacji rozwoju branży konstruowania i wytwarzania wyrobów, zauważa się zwiększenie tendencji, mających na celu radykalne skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek. Szybka i wydajna realizacja zamówień jest powodem uzyskania szeregu korzyści materialnych oraz wzrostu zadowolenie klienta, co przyczynia się do tworzenia atmosfery wzajemnego zaufania pomiędzy kontrahentami. Efektem powyższego jest doskonalenie renomy oraz zewnętrznego wizerunku firmy, oznaczające wzrost liczby zamówień od dotychczasowych i nowych klientów. Podmioty gospodarcze, które skutecznie realizują transformację procesów wprowadzania innowacji, uzyskują znaczną przewagę nad konkurencją i mogą współzawodniczyć z najlepszymi z branży. Najważniejszym etapem rozwoju produktu, z punktu widzenia skracania czasu wprowadzania produktu na rynek, jest etap projektowania i konstruowania. Na podstawie analizy metod pracy konstruktorów z różnych branż przemysłowych, wyodrębniono najczęściej wykonywane i najbardziej czasochłonne zadania inżynierskie. Spośród nich wyróżnia się proces wprowadzania do modelowanych zespołów części standardowych, ze szczególnym uwzględnieniem podstawowych łączników gwintowych, tj. śrub, podkładek i nakrętek. Powyższe elementy pojawiają się masowo w zróżnicowanych projektach, pochodzących ze wszystkich monitorowanych branż przemysłowych. Uwagę zwraca fakt, iż najczęściej stosowanymi w Polsce łącznikami gwintowymi są elementy zgodne z Polskimi Normami (PN-EN, PN EN-ISO, PN/M), definiowanymi przez Polski Komitet Normalizacyjny. Pomimo względnie nieskomplikowanej postaci konstrukcyjnej ww. łączników, ich ręczne modelowanie i wprowadzanie do zespołów jest procesem żmudnych i czasochłonnym. Dodatkowo, błędna interpretacja danych zawartych w odpowiedniej normie, spowoduje powstanie niedopuszczalnych błędów. Należy również pamiętać, iż poprawne funkcjonowanie wdrażanego na rynek wyrobu, uwarunkowane przez liczbę błędów konstrukcyjnych, zależy w dużej mierze od koncentracji projektanta. Długotrwały proces wprowadzania do modelowanego zespołu znacznej liczby łączników gwintowych, może powodować niepotrzebną dekoncentrację inżynierów. Zdarzeń takich należy za wszelką cenę unikać, ponieważ błędy powstałe na etapie konstruowania są najtrudniejsze i najkosztowniejsze do zniwelowania. Poza tym, są często powodem niepotrzebnych, nawet wielomiesięcznych przestojów produkcji. Uwzględniając potrzeby swoich klientów, firma UGS stworzyła kompletną i intuicyjną w obsłudze bibliotekę łączników gwintowych wg PN, dedykowaną dla systemu Unigraphics NX pod nazwą UGS Unigraphics NX Fasteners Library Dzięki takiemu narzędziu, w chwili obecnej, najbardziej czasochłonne etapy procesu wprowadzania do zespołu części danego łącznika gwintowego (ewentualnie ich stosów, tj. zbiorów śrub, podkładek i nakrętek), realizowane są automatycznie. Założenia projektowe, narzucone podczas tworzenia biblioteki złączy gwintowych wg PN UGS Unigraphics NX Fasteners Library 2006 Na podstawie wytycznych, otrzymanych dzięki ścisłej współpracy z przemysłem i wynikających z zaistniałych potrzeb, pracownicy firmy UGS sformułowali założenia, będące wytycznymi do tworzenia opisywanej biblioteki łączników gwintowych wg PN. W jednym z podstawowych założeń stwierdzono, że stosowanie biblioteki UGS Unigraphics NX Fasteners Library 2006 ma przyczynić się do usprawnienia pracy jak najszerszej grupy użytkowników. Dlatego też zawarto w niej zapisy konstrukcji śrub, podkładek i nakrętek, opisane przez wszystkie obowiązujące obecnie w kraju Polskie Normy. Pełen asortyment biblioteki przedstawiono w artykule z marcowego wydania Design News DN 3 (10) 2006, s. 44, Tablica 1. Łącznie uwzględniono 108 Polskich Norm, zawierających 1836 typoszeregów części. Cała gama zawartych norm zawiera zarówno elementy powszechnego zastosowania (śruby z łbem walcowym i gniazdem sześciokątnym, nakrętki sześciokątne, podkładki okrągłe), jak też części stosowane w specyficznych branżach przemysłowych, jak np. branża meblarska (podkładki tapicerskie). Dodatkowo przeniesienie pełnych zasobów PN umożliwia generowanie łączników gwintowych o wartościach gwintów, należących do zakresu od M1,2 do M90. Uwzględniono również wszystkie wartości ich skoku. Powoduje to możliwość stosowania opisywanej biblioteki zarówno w przemyśle precyzyjnym, jak i ciężkim. Przykładowe modele śrub, nakrętek i podkładek, możliwe do umieszczenia w modelowanym zespole części systemu UGS Unigraphics NX, przedstawiono na Rys. 1. Ze względu na mnogość konfiguracji systemu CAD/CAM/CAE UGS Unigraphics NX, założono, iż biblioteka złączy gwintowych wg PN, dedykowana dla tego systemu, będzie tak wykonana, aby mogli z niej korzystać wszyscy użytkownicy, niezależnie od wykorzystywanych modułów i narzędzi systemu NX. Wobec powyższego, w celu pełnego wykorzystania zasobów biblioteki UGS Unigraphics NX Library Fasteners 2006 nie jest wymagane posiadanie dodatkowych modułów, dedykowanych dla specyficznych branż przemysłowych, jak np. NX Mold Wizard (projektowanie form wtryskowych), czy też NX Progressive Die Wizard (projektowanie postępowych wykrojników i tłoczników). Opisywana biblioteka może więc zostać uruchomiona już w najprostszej konfiguracji systemu NX, a także bezpo- 42 DESIGN NEWS Polska [ listopad 2006