introducción al diseño mecatronico

Universidad Autónoma de Occidente. Cali - 2006. Prof. Arnaldo Méndez

La palabra

“MECATRONICA”“MECATRONICA”

MECANICAMECANICA ELECTRONICAELECTRONICA

La palabra “mecatrónica” surge en 1972 en Japón como marca comercial registrada de la firma Yaskawa Electric, Co. aunque el Dr. Seiichi Yaskawa la comenzó a utilizar desde 1969 en diferentes eventos y conferencias internacionales

¿Mecatrónica?

MECANICA

COMPUTACIÓN CONTROL

ELECTRONICA

Espacio de soluciones

MECATRONICA

CONTROL

Electromecánica

Control Digital

CADs

Simula-ción

Micro-Control

CircuitosdeControl

Modela-ción

Trans-ductores

La mecatrónica permite derribar las barreras existentes entre los diferentes sistemas o al menos abrir túneles lo suficientemente amplios para hacer fluir las ideas por todo el espacio de soluciones posibles, sin importar en que campo de la ingeniería se origina o se mueve.


MecatrónicaCombinación sinérgica de la ingeniería electrónica, mecánica, computación y sistemas informáticos, que involucran los sistemas de control para diseñar productos o procesos inteligentes.


Elementos básicos de la mecatrónica

MecatrónicaMecatrónica =

Modelación y Simulación

ControlAutomático

Optimización

SISTEMAS DE INFORMACIÓN SISTEMA

MECÁNICO

Sistemaelectromecánico

+

SISTEMAELÉCTRICO

SISTEMACOMPUTA-

CIONAL

ActuadoresActuadores

SensoresSensores

A/DA/D

D/AD/A

Interfases de tiempo real

Producto o proceso


¿Qué es el Diseño Mecatrónico? Metodología utilizada para el diseño óptimode productos electromecánicos inteligentes.

Metodología: colección de prácticas, procedimientos y reglas por los que trabajan una disciplina determinada. El diseño mecatrónico es multidisciplinario.Diseño Optimo: el mejor diseño posible teniendo en cuenta restricciones como el costo.Productos inteligentes: Toman información del medio, la procesan, elaboran una acción de respuesta “inteligente” y la ejecutan.


Diseño secuencial vs. concurrente

SistemaMecánicoSistema

MecánicoSistemaeléctrico

Sistemaeléctrico

Sistemade controlSistema

de control++ ++ Sistemamultidisciplinario

Sistemamultidisciplinario

Sistema MecánicoSistema Mecánico

Sistema eléctricoSistema eléctrico Sistema de controlSistema de control

SistemamecatrónicoSistema

mecatrónico


Diseño secuencial vs. concurrente

1. Diseño y construcción del sistema mecánico.

2. Diseño e implementación del sistema eléctrico.

3. Diseño e instalación y ajuste del sistema de control.

1. Diseño y construcción del sistema mecánico.

2. Diseño e implementación del sistema eléctrico.

3. Diseño e instalación y ajuste del sistema de control.

Diseño simultáneo de los sistemas mecánicos, eléctricos y de control.

Diseño simultáneo de los sistemas mecánicos, eléctricos y de control.

SecuencialSecuencial ConcurrenteConcurrente

RectriccionesRectricciones adicionales y adicionales y conflictivas de difconflictivas de difíícil solucicil solucióónn

OptimizaciOptimizacióónndel disedel diseññoo

Propuesta de ciclo de desarrollo para productos mecatrónicos

Generar, seleccionar y probar conceptos

Generar, seleccionar y probar conceptos

Establecer EspecificacionesEstablecer Especificaciones

Prototipos paraValidación de conceptos

Prototipos paraValidación de conceptos

Diseño a nivel de sistemaDiseño a nivel de sistema

Prototipos paraevaluación del sistema

Prototipos paraevaluación del sistema

Ajuste del sistema de control

Ajuste del sistema de control

¿Diseño óptimo?¿Diseño óptimo?

Prototipo físico rápidoPrototipo físico rápido

Documentación deldiseño

Documentación deldiseño

Optimización del diseño

Optimización del diseño

Optimización del ciclo de vida

Optimización del ciclo de vida

Información para futuros módulos o actualizaciones

No Si

Identificar NecesidadesIdentificar Necesidades

Planeación de productosPlaneación de productos

Escalado de la producción

Escalado de la producción

Diseño detalladoDiseño detallado

Prototipos finales para evaluación registro

Prototipos finales para evaluación registro

Pertenece al proceso de desarrollo pero no de diseño

Proceso de diseño

Diseño conceptual

Aplicando una concepción de diseño mecatrónico en cada etapa se logra un efecto catalítico en el proceso de desarrollo.

Productos mecatrónicos


Características de productos exitosos1. Calidad: es un atributo, no valor agregado. Determina el

segmento de mercado y cuanto el cliente está dispuesto a pagar por el producto.

2. Costo: Determina cuanto ganará la compañía por un volumen de productos a un precio determinado.

3. Tiempo de desarrollo: Alto nivel de respuesta de la compañía ante la presión de los competidores y desarrollo tecnológico. Determina cual será el tiempo para recibir las ganancias.

4. Costo del desarrollo: es una fracción significativa del costo total de inversión por lo que debe tenerse en cuenta.

5. Capacidad de desarrollo: capacidad y experiencia de la compañía para enfretar los retos del desarrollo de producto.

Esfuerzo de desarrollo

StanleyDestornilador

HPDeskJet Boeing 777

Vol. producción anual 100.000 por año

4 millonespor año

50 unidadespor año

Tiempo en venta 40 años 4 años 30 años

Precio de venta $ 3 $ 300 $130 millones

No. partes 3 partes 200 partes 130.000 partes

Tiempo de desarrollo 1 año 1,5 años 4,5 años

No. Personas internas 3 personas 100 personas 6.800 personas

No. Presonas externas 3 personas 75 personas 10.000 personas

Costo de desarrollo $ 150,000 $50 millones $3 millones

Inversión de producción $ 150,000 $25 millones $3 millones


Retos para el diseño

1. Compromisos de diseño: reconocer, entender y manejar adecuadamente los compromisos (trade-off) es decisivo.

2. Dinámica del medio: mejoras en la tecnología, evolución de las preferencias del cliente, nuevos productos de los competidores, cambios macroeconómicos, etc.

3. Detalles de diseño: muchos detalles a considerar complican el diseño.

4. Presión de tiempo: los anteriores retos requieren de tiempo pero se dispone de muy poco tiempo e información para desarrollar un producto.

5. Economía: Se requiere desarrollar, producir y comercializar al menor costo sin afectar la calidad del producto para lograr mayores ingresos.


Autores de los diseños y desarrollos 1. Area de mercadeo: mediadora entre diseñadores

y clientes. Identifica oportunidades, segmentos de mercado y necesidades de los clientes.

2. Area de diseño: determina la forma del producto que mejor satisfacerá las necesidades de los clientes. Diseño de ingeniería (mecatrónica) y Diseño Industrial.

3. Area de producción: diseñará y operará el sistema de producción. Generalmente además realiza la compra-distribución-instalación (cadena de suministro).

Estructura del grupo de desarrollo de productos mecatrónicos

¿Mecatrónicos?


Otros atributos del diseño1. Intensamente creativo pero requiere de

métodos estructurados que posibilitan disminuir y optimizar el diseño de productos.

2. Permite una satisfacción social e individual de las necesidades.

3. Se requiere diversidad del equipo de trabajo: diferentes habilidades y talentos.

4. Espíritu de grupo: motivación y cooperación entre miembros para enfocar energía en una misma dirección.

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