thietke he thong co dien tu 2015

(Mechatronics System Design) Giảng viên:Th.s Nguyễn Minh Tuấn Bộ Môn: Cơ điện tử- Khoa khí Đại học bách khoa Tp.HCM Email: minhtuandavi@yahoo.com NỘI DUNG Mục tiêu môn học: Mơn học giới thiệu thành phần hình thành nên hệ thống Cơ điện tử, phương pháp thiết kế hệ thống điện tử đối tượng cụ thể, ứng dụng cụ thể hệ thống sản phẩm điện tử Các hiểu biết, kỹ cần đạt sau học môn học  Kiến thức: Nắm vững thuật ngữ, khái niệm, nguyên lý, yếu tố hình thành hệ thống Cơ điện tử Tiệm cận phương pháp thiết kế “phương pháp thiết kế hệ thống điện tử”  Kỹ nhận thức: Nhận biết mối liên kết thành phần hệ thống điện tử;  Kỹ chun mơn: kỹ phân tích, thiết kế sản phẩm điện tử  Kỹ chuyển tiếp: áp dụng kiến thức trang bị môn để tiếp cận hệ thống tự động lĩnh vực khác NỘI DUNG (tt)  Chuyen can: 10% vang buoi  Kiểm tra cuối kỳ: 90(bai tap 10, kỳ 20%,cuối kỳ 40%, thi 20%)  Tài liệu học tập: Sách, Giáo trình chính: [1] Devdas Shetty-Mechatronics system design 1997 [2] Robert H Bishop – The Mechatronics Handbook Tài liệu tham khảo: [3] W.botlton – Mechatronics – Electronic Control systems in mechanical engineering 1995  [4] D.A Bradley - Mechatronics – Electronic in product and processes – chapman & Hall 1993      Giới thiệu Tổng quan điện tử Đặc điểm cấu trúc hệ thống Cơ điện tử Lý thuyết thiết kế hệ thống Cơ điện tử Báo cáo chuyên đề n tập Đề tài tiểu luận stt2 Đề tài Họ tên sinh viên Điể m hexapod –máy phay trục ảo Không gian:300*400*300 -02 phần mềm - phầm mềm tìm không gian hoạt động EASY ROB - mô độ biến dạng cấu SOLID WORKS Trương Ngọc Cường Nguyễn trọng nhân Nguyễn hồng lâm Phan hoàng hiếu Trần anh khoa ROV -Trọng lượng 15 kg, nhỏ gọn -02 phần mềm - phần mềm mô điện - phần mềm mô chuyển động nước CATIA Nguyễn Văn Điền Trương đúc hòa Bùi ngọc hoài Nguyễn minh hùng Phạm danh Walking robot (loại chân) Nguyễn Đức Robot thám ( bay) Mang camera quan sát 02 phầm mềm - phần mềm mô điệnPROTEUS - Phần mềm mô khí động học ANSYS Trần Đình Dư Đào mạnh hùng Trần đình trung Trần tiến đạt Huỳnh Robot rắn 02 phần mềm - Phầm mềm mô điện ORCAD - phầm mềm mô chuyển động CREO Trần Thế Tuấn Kiệt Trần minh tôn Nguyễn thái kiệt Võ hữu lộc Lê thạch đan Robot biến hình Di chuyển nước bờ SOLID TU CHON PHAN MEM DIEN Mai tuấn cảnh Trần quang Trần văn tuyền Nguyễn đặng tuấn minh  tuần sau chọn phần mềm  Tuần bắt đầu báo cáo  Tuần 1-2,10 3-4, 11 5-6, 12 7-1,13 23, 14 4-5,15 6-7  THI CUOI KY VAN DAP ( MOI BAO BAO CAO PHUT) chương tổng quan điện 1.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ tử Khái niệm Cơ điện tử mở từ TỬcủa công ty đònh nghóa ĐIỆN ban đầu Yasakawa Electric : “ Thuật ngữ Mechatronics( điện tử ) tạo thành “mecha” mechanism (cơ cấu) “tronics” electronics (điện tử) Nói cách khác, công nghệ sản phẩm phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu khó ranh giới chúng.”  Một đònh nghóa khác Cơ điện tử thường hay nói tới Harashima, Tomizuka va Fuduka đưa năm 1996 : “ Cơ điện tử tích hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thông minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình công nghiệp.”  Cung năm đó, Auslander Kempf đưa đònh nghóa khác sau : “ Cơ điện tử áp dụng tổng hợp đònh tạo nên hoạt động hệ vật lý.”  Năm 1997, Shetty lại quan niệm : “ Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện.” Và gần đây, Bolton đề xuất đònh nghóa : “ Một hệ điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ khí, điện không đơn hệ điều khiển; tích hợp đầy đủ tất hệ trên.”  Tất đònh nghóa phát biểu Cơ điện tử xác đáng giàu thông tin, nhiên thân chúng, đứng riêng lẻ lại không đònh nghóa đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử  GIẠI ĐOẠN THIẾT KẾ CHI TIẾT THEO DIETTER Đònh rõ vấn đề Phát biểu vấn đề Đánh giá theo tiêu chuẩn QFD PDS Hoạch đònh dự án Thu thập thông tin Từ Internet Từ sáng chế Tài liệu thương mại Thiết lập khái niệm Theo phương pháp nảo công Phân ly chức Biểu đồ hình thái học Đánh giá khái niệm Chọn lựa khái niệm theo phương pháp Pugh Theo ma trận đònh Thiết kế khái quát Tạo cấu trúc sản phẩm Phân bố phần tử vật lý theo chức thực Thiết kế hình dáng Chọn vật liệu chế tạo sơ Mô hình hóa đònh kích thước cho phận Tiến hành thiết kế cụ thể Thiết kế thông số Thiết kế độ bền Thiết lập dung sai Kích thước cuối theo DFM Thiết kế chi tiết Trình bày chi tiết vẽ đặt tính kỹ thuật Giai đoạn 1: Hoạch đònh/triển khai nội dung công việc Thiết lập nhu cầu Giai đoạn 2: Thiết kế khái niệm Tiêu chuẩn Nhận thức vấn đề thiết kế Thò trường Tổ thiết kế hình Kỹ thuật dáng Hoạch đònh dự án Lập hồ sơ thiết kế Phân thành hệ thống Vấn đề Tiêu chuẩn Lập hồ sơ thiết kế Sóat lại thiết kế Kết thúc dự án Thiết lập kháiniệ m Đánh giá kháiniệ m Vấn đề Cập nhật kế hoạch Sóat lại thiết kế Thiết lập hệ thống Kết thúc dự án Giai đoạn 3: thiết kế sản phẩm Thiết kế khái niệm Chế tạo sản phẩm Đánh giá sản phẩm Lập hồ sơ thiết kế Sóat lại thiết kế Giai đoạn 4: sản xuất Giai đoạn 5: Phục vụ Vấn đề Thiết lập hệ thống  Quá trình thiết kế sản phẩm theo quan điểm Ulman Kết thúc dự án Giai đoạn 6: thu hồi  QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM THEO QUAN ĐIỂM CỦA HERICH Hoạch đònh Thò trường  Trình bày thời thò trường  Đònh rõ phân đoạn thò trường Thiết kế  Nghiên cứu đặc tính cấu trúc sản phẩm  Đánh giá công nghệ Sản xuất  Xác đònh rõ ràng buộc sản xuất  Xét đònh chuổi chiến lược dự phòng Các nhiệm vụ khác  Nghiên cứu: Chứng minh công nghệ dùng  Tài chính: Cung cấp mụch tiêu kế Phát triển khái niệm Thiết kế cấp hệ thống Thiết kế chi tiết Kiểm tra & tinh chỉnh Tiến hành sản xuất  Tập hợp nhu cầu khách hàng  Nhận biết khách hàng lớn  Nhận dạng sản phẩm cạnh tranh  Kế hoạch phát triển chủng loại sản phẩm mở rộng họ sản phẩm  Phát triển kế hoạch tiếp thò  Tạo thuận lợi cho việc kiểm tra phạm vi công việc  Triển khai công việc quảng cáo mở văn phòng khai trương  Đưa vào sản xuất ban đầu cho khách hàng lớn  Nghiên cứu tính khả thi khái niệm  Phát triển khái niệm thiết kế phần kỹ thuật  Thiết lập & kiểm tra mẩu thử nghiệm  Thiết lập cấu trúc sản phẩm tương đương  Xác đònh đại lý mặt giao tiếp  Tinh chỉnh lại thiết kế kỹ thuật  Xác đònh hình dáng chi tiết  Lựa chọn vật liệu  Xác đònh dung sai  Hòan thành thiết kế kỹ thuật & tài liệu kỹ thuật  Ước lượng chi phí sản xuất  Xáx đònh tính khả thi kế hoạch sản xuất  Xác đònh rõ nhà cung cấp thành phần then chốt  Thực phân tích make-buy  Xác đònh dây chuyền lắp ráp cuối  Kiểm tra độ tin cậy (sản phẩm)  Kiểm tra tuổi thọ  Kiểm tra hoạt động chấp hành  Tiếp nhận ý kiến sửa đổi  Thực đầy đủ sửa đổi thiết kế Tài chính: Tạo điều kiện cho việc phân Tài  Xác đònh trình sản xuất phận rời  Thiết kế dụng cụ gia công  Xác đònh trình phải bảo đãm chất lượng  Bắt đầu mua dụng cụ gia công  Tạo thuận lợi cho nhà cung cấp  Tinh chỉnh lại trình chế tạo lắp ráp  Huấn luyện lực lượng lao động  Tinh chỉnh lại trình phải bảo đãm chất lượng  Đánh giá đầu sản xuất ban đầu  Bắt đầu hoạt động toàn hệ thống sản xuất Ù TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THEO QUAN ĐIỂM CỦA SALMI CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ Bảng trắc nghiệm khách hàng: Nghiên cứu thò trường - Các bảng trắc nghiệm - Các tiêu chuẩn pháp chế - Danh sách yêu cầu, mẩu - Danh sách kiểm tra cho giai đoạn thiết lập nhiệm vu.ï - Bảng chất lượng theo QFD -Lòch trình xét dụy6t phần thiết kế - VDI 2222, Pahi & Boltz Phương pháp SA - Các phương pháp làm sinh ý tưởng:  Não công  Phương pháp 6-3-5  Tập thee ý kiến  Phương pháp hai đội  Phương pháp hóan vò  Ma trận ý kiến  Các catalo thiết kế - Các hệ thống ‘chuyên gia” - Sơ đồ lựa chọn - Danh sách yêu cầu - Danh sách kiểm tra cho giai đoạn thiết kế khái quát CÁC GIAI ĐOẠN VÀ NHIỆM VỤ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ THIẾT LẬP NHIỆM VỤ CÁC KẾT QUẢ - Thu thập phân tích thông tin tảng cho dự án thiết kế - Đưa mụch đích thiết lập mụch tiêu - Phân tích hòan thiện tường thuật chi tiết - Đònh rõ yêu cầu khách hàng cách sử dụng bảng chất lượng -1 Xét duyệt phần thiết kế Bản mô tả nhiệm vụ - Danh sách yêu cầu - Bảng chất lượng - Quyết đònh có tiếp tục dự án thiết kế /phát triển sản phẩm hay không THIẾT KẾ KHÁI QUÁT - Đònh rõ chức hệ thống - Đònh rõ môi trường làm việc hệ thống - Phát họa hệ thống tổng thể - Mô tả chức bên hệ thống vật liệu, lượng dòng dử liệu chúng - Trình bày “ứng xử” động lực hệ thống - Đưa ý tưởng giải pháp theo chức - Kết hợp đúc kết lựa chọn giải pháp cho hệ thống phụ -Bình phẩm lựa chọn giải pháp tứ giải pháp cho hệ thống tổng thể - - Cấu trúc chức Danh sách kiện Sơ đồ khung cảnh Các giải pháp sơ cho hệ thống tổng thể hệ thống phụ Các lưu đồ Nêu sơ đồ chuyển đổi trạng thái Các giải pháp theo chức Các phương pháp tổng thể theo chức Các giải pháp có thee lựa chọn cho hệ thống tổng thể Các văn đònh giải pháp chấp nhận hay bát bỏ Các giải pháp chọn lựa tốt cho hệ thống tổng thể 3.2 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ CƠ ĐIỆN TỬ 3.2.1 Những hạn chế Trong Phương Pháp Thiết Kế Truyền Thống Theo đường lối thiết kế hệ thống điện truyền thống, để tăng độ tin cậy độ xác hoạt động chấp hành hệ thống người ta cố gắng thiết kế xác phần giai đoạn triển khai Tiếp sau người ta thiết kế điều khiển cho hệ thống Bộ điều khiển yêu cầu tính đắn thuật toán phải bảo đãm phù hợp với phần thiết kế trước Thường phần thiết kế mắc sai xót đòi hỏi điều khiển phải có giải pháp riêng để hiệu chỉnh lại sai xót Đây điểm yếu phương pháp thiết kế này, phương pháp thiết kế theo kỹtrong thuật trình tự Những sai xót ° 31% tổng số dự án huỷ dự án tạo nhữngphát chi phí đáng kểmềm để sửa chửa phần mềm điều khiển triển phần ứng dụng Năm 1994,gian nhóm Standish Group đãđược tiến hành khảo ° 222% thới vượt để dự án sát dựtất án có sử dụng phần mềm tìm kết hoàn sautrong : ° 16% tất dự án phát triển phần mềm hoàn tất thời gian ngân sách ° Chi phí cho bảo trì, sửa chửa phần mềm vượt 200% chi phí triển khai ban đầu Nguyên nhân chủ yếu vấn đề phức tạp cố hửu thiết kế hệ thống đa lónh vực Cơ điện tử trình giải pháp cho vấn đề theo nguyên lý ứng dụng kỹ thật đồng thời thay cho kỹ thuật truyền thống Nó đặt sở giao tiếp, phối hợp lónh vực kỹ thuật môi trường máy tính Theo cách (giao tiếp môi trường máy tính) nhà thiết kế lónh vực khác kết hợp, chia sẽ, phân tích kiểm tra nhiều loại thông tin với phương thức phối hợp Phương pháp thiết kế điện tử liên quan đến yếu tố sản xuất sản phẩm chất lượng cao mà bảo đãm nhiều phương diện khác nữa, chẳng hạn thiết kế vòng đời sản phẩm Dưới tiêu chí quan trọng thiết kế vòng đời sản phẩm : • Sự phân phối : thời gian, chi phí phương tiện • Độ tin cậy : tỉ lệ hư hỏng, vật liệu, số dung sai •Khả bảo trì : thiết kế theo cấu trúc môdun •Khả cung cấp : bảng dự đoán thò trường thiết kế theo cấu trúc môdun • Khả nâng cấp – mở rộng : thiết kế cấu trúc môdun •Khả sử dụng lại : sử dụng lại bán tống      • THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO PHƯƠNG PHÁP CƠ ĐIỆN TỬ Phần giới thiệu khung trình tự sở cho vấn đề phát triển sản phẩm điện tử Phương pháp dựa ứng dụng từ mô hình mô tả chung Phần thảo luận thêm vấn đề mấu chốt : Làm để đạt mức sử dụng tài nguyên thời gian nhỏ dự án phát triển mà có nhiều lónh vực khoa học phải phối hợp với nhau? Làm để phân phối công việc nhiệm vụ – giai đoạn khác theo cách thức tối ưu? Làm để bảo đảm tính chặt chẻ phần giao tiếp công việc thuộc ngành kỹ thuật khác nhau? 3.2.2.1 CHỌN LỰA PHƯƠNG PHÁP  Các yêu cầu sở cho hình thành phương pháp thiết kế cần phải có nhóm hợp tác liên ngành, ứng dụng mô hình thiết kế dùng chung gia tăng tập trung vào giai đoạn đầu trình triển khai Người ta tiến hành nhiều ngiên cứu đề án cho biết phương pháp không đáp ứng yêu cầu Các phương pháp trước thích nghi với trình thiết kế phạm vi lónh vực hoa học riêng gần hoàn toàn dựa nối tiếp phạm vi hoạt động theo chiều cố đònh Phương thức quản lí phạm vi hoạt động theo kiểu dẫn đến chồng chất nhiệm vụ công việc làm tăng gần gấp đôi số lượng nhiệm vụ phải thực mô tả thiết kế loại nối với theo trình tự phạm vi hoạt động quy đònh, tất nhiên thay đổi hay phát triển thêm nhiệm vụ triển khai sau Thêm nữa, dẫn nhiệm vụ công việc nhiều lónh vực (phạm vi hoạt động) làm cho phối hợp việc tiến hành kó thuật đồng thời gặp nhiều khó khăn  Ở đây, chọn hướng xây dựng phương pháp cho vấn đề phát triển lónh vực điện tử, áp dụng cho nhiệm vụ công việc cần phải thể mô hình thiết kế chung Những mô hình thiết kế quan trọng việc phát triển sản phẩm điện tử Trong giai đoạn triển khai ban đầu, người ta có xem mô hình hoá cách để “mua mô tả” cho sản phẩm cuối [ Buur 89 } Thông qua mô hình, nhà thết kế mô tả làm gợi lại ý tưởng anh ta, cho anh ta, đồng nghiệp nhóm, ban quản lí khách hàng…Thêm nữa, nhờ mô hình mà khả sớm nắm bắt đònh đắn vấn đề kó thuật giải pháp tăng lên nhiều Song le, để làm giảm thời gian triển khai khả mô hình bò hiểu sai nên cố gắng phát triển mô hình theo phương cách dùng chung cho lónh vực (những mô hình liên ngành), loại mô hình mà người nhóm tham gia điều hiểu sử dụng Sau phần chi tiết phát triển lónh vực khoa học cụ thể dựa hiểu biết chung từ mô hình  Dần dần, mô tả ngày chi tiết theo tiến triển trình triển khai Những nhà thiết kế nhóm liên ngành làm việc theo theo mô tả cho sản phẩm, hạn chế thấp rủi ro bỏ quên số mô tả ban đầu hay thông tin bò phần đầu giai đoạn Phương thức ứng dụng mô tả có cấu trúc làm đơn giản hoá cho việc ứng dụng lại giải pháp trước để cập nhật hoá trực tiếp cho sản phẩm  Những mô hình tổng quát để mô tả tất đặc tính cần thiết cho tất hệ thống điện tử thực Chúng không tin có khả phát triển “những mô hình hoàn hảo” Vì việc phối hợp mô hình mô tả khác điều cần thiết [Salminen] gọi điều phức hợp mô hình hoá (Metamodelling) Vấn đề phải chọn mô hình phương pháp tiếp cận cần dựa đặc tính nhiệm vụ triển khai cụ thể Một mô tả phải đạt hổ trợ nhiều mô hình khác mối quan hệ mô hình Ngoài chúng phải có khả để dùng cho mô hình khác mà không làm ảnh hưởng vào việc triển khai thêm số lượng mô hình  Thách thức đặt tìm mô hình tốt thích hợp để kết hợp chúng lại với ta có mô tả toàn diện Thêm nửa, thời điểm chúng phải đủ linh hoạt phép tính đến việc mở rộng tối đa tiếp cận có khả cho vấn đề (bài toán) Sự cần thiết điện tử: Sự thiếu lao động Nâng cao suất Chi phí nhân công cao Xu hướng dòch chuyển lao động thành phần dòch vụ Sự an toàn Giá nguyên vật liệu cao Rút ngắn thời gian sản xuất Nâng cao chất lượng sản phẩ Giảm bớt phôi liệu sản xuất CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG CÔ ĐIỆN TỬ Ơ nhiểm mơi trường sản xuất : Nguyên nhân: Do chất thải trình sản xuất, ý thức người đối ới môi trường làm ô nhiểm nước đất đai Trách nhiệm: Các nhà sản xuất môi công nhân phải co ý thức bảo vệ môi trường Các biện pháp đảm bảo phát triển bền vững tự điện tử:  Khái niệm: - Cách phát triển nhằm thoả mãn nhu cầu - Không ảnh hưởng đến nhu cầu hệ tương lai - Phát triển hệ thống sản xuất xanh -  Biện pháp: + Sử dụng công nghệ cao sản xuất + Xử lí chất thải trước đưa vào môi trường + Giáo dục ý thức bảo vệ môi trường ... Trần Thế Tu n Kiệt Trần minh tôn Nguyễn thái kiệt Võ hữu lộc Lê thạch đan Robot biến hình Di chuyển nước bờ SOLID TU CHON PHAN MEM DIEN Mai tu n cảnh Trần quang Trần văn tuyền Nguyễn đặng tu n minh... hệ thống điện tử theo Bradley  Quan điểm Okyay Kaynak  Theo Okyay Kaynak, gíao sư đại học Thổ Nhò Kỳ hệ thống điện tử khái niệm theo hình sau: MECHATRONIC SYSTEM Cognition Controlling sytem... Perception Executtion Sensors Actuators Mechanical process Controller system Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống điện tử theo quan điểm Okyay Kaynak  Quan điểm Bolton  Theo Bolton điện tử thuật ngữ hệ