Model procesu projektowania urządzeń mechatronicznych cz. 1

Transkrypt

1 Jakub Wierciak Model procesu projektowania cz. 1 Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Sterowany proces techniczny Metodyka projektowania Urządzenie mechatroniczne (Gawrysiak 1997) Komunikacja z innymi urządzeniami Urządzenia do wyprowadzania informacji Układy pomiarowe Mikroprocesor Urządzenia do wprowadzania informacji Układy wykonawcze Komunikacja z innymi urządzeniami

3 Plan prac projektowych (przykład) (QMI 1991)

4 Źródła (Wierciak 2014) 1. Literatura 2. Doświadczenia własne 3. Spostrzeżenia ze współpracy z zakładami przemysłowymi

5 Konstruowanie (Gawrysiak 1997)

6 Proces projektowania (Isermann 2005) 1. Requirements engineering deliverable: requirements document. 2. Specification deliverable: specification documents. 3. System design deliverable: system design document. 4. Modelling and simulation deliverables: design data, mathematical models, dynamic requirements, placement and type of actuators and sensors, performance measures for microcomputer, peripherals and buses. 5. Component design deliverables: single prototype components ready for integration. 6. Prototypes deliverables: single prototype components, ready for integration. 7. Mechatronic components components ready for integration: mechanics, electronics, control, HMI; electronic control unit (ECU) with implemented software. 8. Component testing deliverables: hints for design and redesign. 9. System integration (hardware) deliverable: hardware integrated mechatronic product or system. 10. System integration (software) deliverable: hardware and software integrated mechatronic product or system. 11. System testing deliverable: redesign of components, if required. 12. Field testing validation: testing if final product is appropriate for its purpose with regard to the requirements deliverable: redesign if required. 13. Production includes: available technologies for manufacturing, assembling, until quality control.

7 Proces projektowania (VDI 2004)

8 Proponowany algorytm projektowania (Wierciak 2007) 1. Określenie potrzeb użytkownika - struktura systemu, interfejsy 2. Analiza funkcji systemu - wykaz układów wykonawczych i pomiarowych wraz z wymaganiami technicznymi 3. Analiza wymagań technicznych - propozycje technicznych rozwiązań poszczególnych układów 4. Opracowanie podsystemów urządzenia: mechanicznego, elektronicznego i programowego - dokumentacje techniczne 5. Nadzór nad wykonaniem prototypu - poprawki konstrukcyjne 6. Uruchamianie prototypu - modyfikacje systemu

9 Opracowanie założeń techniczno-użytkowych (Wierciak 2007) 1. Określenie potrzeb użytkownika - struktura systemu, interfejsy 2. Analiza funkcji systemu - wykaz układów wykonawczych i pomiarowych wraz z wymaganiami technicznymi 3. Analiza wymagań technicznych - propozycje technicznych rozwiązań poszczególnych układów 4. Opracowanie podsystemów urządzenia: mechanicznego, elektronicznego i programowego - dokumentacje techniczne 5. Nadzór nad wykonaniem prototypu - poprawki konstrukcyjne 6. Uruchamianie prototypu - modyfikacje systemu

10 Określenie potrzeb użytkownika

11 Mechatroniczna koncepcja konstrukcyjna (Gawrysiak 1997) 1. Struktura tych organów, które realizują najważniejsze funkcje systemu. 2. Struktura tych organów interfejsowych, które określają granicę systemu (człowiek/maszyna, interfejsy systemowe i środowiskowe) i granice między podsystemami mechanicznymi i elektronicznymi. 3. Struktura działania organów, łącznie z instrukcjami oprogramowaniowymi dla organów programowalnych i oczekiwanego zachowania się operatora. 4. Podstawowa struktura mechaniczna i rozmieszczenie organów, projekt formy przemysłowej, metody produkcji itd.

12 Ogólny model funkcji systemów (Gawrysiak 1997)

13 Założenia użytkowe zawartość (Wierciak 2009) 1. Funkcja główna systemu 2. Strategia eksploatacyjna 3. Opis środowiska pracy wraz z interfejsami: - użytkownik - otoczenie prawne - środowisko naturalne (fizyczne) - otoczenie techniczne 3. Struktura systemu (opis podsystemów) 4. Zapewnienie bezpieczeństwa

14 Sterowany proces techniczny Metodyka projektowania Założenia użytkowe funkcja główna (Gawrysiak 1997) Komunikacja z innymi urządzeniami Urządzenia do wyprowadzania informacji Układy pomiarowe Mikroprocesor Urządzenia do wprowadzania informacji Układy wykonawcze Komunikacja z innymi urządzeniami

15 Założenia użytkowe opis funkcji głównej (operacje) (Subdysiak 2009)

16 Sterowany proces techniczny Metodyka projektowania Założenia użytkowe interfejsy użytkownika (Gawrysiak 1997) Komunikacja z innymi urządzeniami Urządzenia do wyprowadzania informacji Układy pomiarowe Mikroprocesor Urządzenia do wprowadzania informacji Układy wykonawcze Komunikacja z innymi urządzeniami

17 Interfejsy użytkownika przykład (Subdysiak, KOOPTECH 2009) Drukarka kodów kreskowych Przycisk akceptacji Panel dotykowy

18 Założenia użytkowe opis podsystemów (Wierciak 1996)

19 Założenia użytkowe schemat projektowanego urządzenia (Subdysiak 2009)

20 Dławik SM-Z4/2 (NEOTECH 2005)

21 NEOTECH producent automatów do wytwarzania elementów indukcyjnych (NEOTECH 2005) Nawijarka NCJ-01

22 NEOTECH producent automatów do wytwarzania elementów indukcyjnych (NEOTECH 2005) Automat ACW-01 do cynowania

23 Problem przedstawiony studentom 3. roku (Wierciak 2007) Okno w budynku Wydziału Klamka Okno typowe Ściana ~ 160 cm 200 cm Podłoga

24 Temat projektu dla studentów 3. roku (Wierciak 2007) System do zdalnego sterowania okien

25 Założenia użytkowe: struktura systemu do zdalnego sterowania okien (Wierciak 2007) Siłowniki Przetworniki Panel Pilot Okno

26 Funkcja główna i środowisko pracy systemu (Gawrysiak 1997) Użytkownik Środowisko naturalne Środowisko techniczne Otoczenie prawne Użytkownik Środowisko naturalne Środowisko techniczne Otoczenie prawne

27 Funkcja główna systemu ECO-V Chód po płaskiej poziomej powierzchni 2. Chodzenie po schodach 3. Siadanie i wstawanie 4. Pokonywanie niewielkich przeszkód

28 Ankieta wśród osób niepełnosprawnych (WAiNS 2010)

29 Użytkownik (ECO-V 2009) Wytypowane schorzenia pozwalające na używanie systemu - urazy rdzenia kręgowego - wady układu kostno-mięśniowego Wymiary anatomiczne - osoby dorosłe, - dowolna budowa i wymiary ciała Wymagania sprawnościowe - tułów sprawny, wytrenowany, - silne ręce, Wymagania zdrowotne - brak zaburzeń równowagi - brak ograniczeń psychotechnicznych

30 Otoczenie techniczne istniejąca infrastruktura budowlana (ECO-V 2010) Ciągi komunikacyjne bierne - chodniki, - schody, - jezdnie, - posadzki w pomieszczeniach budynków - pochylnie (6 % - 4 ) Ciągi komunikacyjne czynne - schody ruchome, - chodniki ruchome

31 Otoczenie techniczne znormalizowane schody (ECO-V 2010) 2h+s<60cm parametr ruch pieszy służba utrzymaniowa szerokość podnóżka stopnia min. 35 cm min. 24 cm wysokość czoła stopnia max. 17,5 cm max. 20 cm szerokość użytkowa schodów min. 75 cm min. 75 cm liczba stopni w biegu max. 17 stopni nie określa się szerokość spocznika min. 80 cm nie określa się

32 Otoczenie techniczne istniejąca infrastruktura transportowa (ECO-V 2010) Indywidualne środki transportu - samochody osobowe Publiczne środki transportu - autobusy - autokary - tramwaje - pociągi - samoloty System ECO-Mobilność

33 Otoczenie techniczne media (ECO-V 2010) Nośniki energii - sieć energetyczna Media informacyjne - sieci telefoniczne, - Internet, - GPS

34 Otoczenie prawne (Igielski 2009) Ustawy Dyrektywy bezpieczeństwa Normy zharmonizowane Rozporządzenia

35 Otoczenie prawne dyrektywy (ECO-V 2010) Urządzenia medyczne 93/42/EWG Bezpieczeństwo maszyn 98/37/EWG Kompatybilność elektromagnetyczna 89/336/EWG Urządzenia elektryczne przeznaczone do stosowania w określonym przedziale napięcia ( urządzenia niskiego napięcia ) 73/23/EWG Emisja hałasu przez urządzenia pracujące na zewnątrz 2000/14/WE

36 Dyrektywa 93/42/EWG aktywny wyrób medyczny (Igielski 2009) 1.4. Aktywny wyrób medyczny Każdy wyrób medyczny, którego działanie zależy od źródła energii elektrycznej lub każdego źródła energii innego od wytwarzanej bezpośrednio przez ciało ludzkie lub ciężar, i które działa za pomocą przetwarzania tej energii Aktywny wyrób medyczny Każdy aktywny wyrób medyczny, używany samodzielnie lub w połączeniu z innymi wyrobami medycznymi w celu wspierania, zmieniania, zastępowania lub odtwarzania funkcji lub struktur biologicznych w celu leczenia lub łagodzenia przebiegu chorób lub skutków urazów lub upośledzeń.

37 Dyrektywa 93/42/EWG wymagania dla wyrobów wyposażonych w źródło zasilania Igielski Wyroby zawierające elektroniczne systemy programowalne należy projektować tak, aby zapewnić powtarzalność wyników, niezawodność i właściwe funkcjonowanie tych systemów zgodnie z przeznaczeniem Wyroby, w których bezpieczeństwo pacjentów zależy od wewnętrznego źródła zasilania, należy wyposażyć w środki określające stan zasilania Wyroby należy projektować i produkować w sposób minimalizujący ryzyko wytwarzania pól elektromagnetycznych, które w zwykłych warunkach mogłyby pogorszyć działanie innych lub wyposażenia Ochrona przed ryzykiem związanym z zagrożeniami elektrycznymi Wyroby należy projektować i wytwarzać sposób umożliwiający, na ile jest to możliwe, uniknięcie ryzyka przypadkowego porażenia prądem elektrycznym w czasie normalnej eksploatacji i w warunkach pojedynczej awarii, przyjmując, że wyrób został prawidłowo zainstalowany.

38 Dyrektywa 93/42/EWG wymagania dla wyrobów wyposażonych w źródło zasilania (Igielski 2009) Ochrona przed ryzykiem od narażeń mechanicznych i termicznych Wyroby należy projektować i wytwarzać w taki sposób, aby zabezpieczać pacjenta i użytkownika przed niebezpieczeństwem urazów mechanicznych związanych przykładowo z wytrzymałością, stabilnością czy ruchem pewnych elementów wyrobu Wyroby należy projektować i wytwarzać w taki sposób, aby zmniejszyć do jak najmniejszego poziomu zagrożenia wynikające z drgań wytwarzanych przez te wyroby, Wyroby należy projektować i wytwarzać w taki, sposób, aby zmniejszyć do jak najmniejszego poziomu zagrożenia wynikające z wytwarzanego hałasu, uwzględniając postęp techniczny oraz dostępne środki tłumienia hałasu, zwłaszcza przy źródle Końcówki i przyłącza do sieci elektrycznej, gazowej lub hydraulicznej i pneumatycznej, które użytkownik musi obsługiwać, należy projektować i wykonywać w taki sposób, aby minimalizować wszelkie możliwe zagrożenia.

39 Dyrektywa 93/42/EWG wymagania dla wyrobów wyposażonych w źródło zasilania (Igielski 2009) Dostępne części wyrobów (z wyłączeniem części lub powierzchni przeznaczonych do ogrzewania lub osiągania określonych temperatur) i ich otoczenie w zwykłych warunkach używania nie mogą osiągnąć temperatur potencjalnie niebezpiecznych.

40 Otoczenie prawne - normy zharmonizowane (Janowska 2010) PN-EN 12182:2005 Pomoce techniczne dla osób niepełnosprawnych. Wymagania ogólne i metody badań PN-EN 1985:2002 Pomoce do chodzenia. Wymagania ogólne i metody badań PN-EN ISO :2009 Nasadki na pomoce do chodzenia. Wymagania i metody badań. Część 1: Tarcie nasadek PN-EN ISO :2004 Pomoce do chodzenia obsługiwane obydwoma rękoma. Wymagania i metody badań. Część 1: Balkoniki do chodzenia

41 Środowisko naturalne opis (Wierciak 2010) Podłoże Warunki atmosferyczne - temperatura powietrza, - ciśnienie atmosferyczne, - wilgotność, - opady deszczu, śniegu, gradu Inni ludzie - zmysły, - potrzeby estetyczne, - potrzeba bezpieczeństwa Świat zwierzęcy Świat roślinny

42 Środowisko naturalne interfejsy (Wierciak 2010) Podłoże zapewnienie współpracy z wybranymi podłożami - obuwie gwarantujące przyczepność, - zabezpieczenie przed grzęźnięciem Warunki atmosferyczne pełne zabezpieczenie przed wpływami - powłoki ochronne, - osłony Inni ludzie minimalizacja niekorzystnego wpływu na ich zmysły - estetyka, - ograniczniki szkodliwych emisji, w szczególności hałasu i zapachów, - eliminacja zewnętrznych elementów mogących powodować urazy Świat zwierzęcy -??? Świat roślinny -???

43 Koncepcja użytkowa urządzenia do wspomagania chodu ECO-V 2009