, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Reinventing Machine Design Part 3: Да го направим по правилния начин

Bookmark and Share

Reinventing Machine Design Part 3: Да го направим по правилния начин


Пионерите като Boston Engineering приветстват авангардните методологии и технологии, а след това затвърждават техния подход с плодовете на труда си.

Tom Kevan

 
Някои членове на инженерната общност ще ви кажат, че мехатронната методология е просто добра конструкторска практика, която използват напредничавите инженери от дълго време. Това е вярно. Но методологията е далече от стандартния процес на работа на машинните конструктори и механици.

За да намерите истински практици на мехатронната методология, трябва да се идентифицират инженерите и фирмите, които следват интердисциплинарен подход на системно ниво, за да решават проблемите на конструирането и да интегрират новите средства на сътрудничество с комуникацията, моделирането и симулацията. Тук ще намерите примери за постигнати успехи в тази област, както и конкурентни предимства.

 

 

Фиг 1: Това фотореалистично рендериране на ATLUM-2 е генерирано от ProENGINEER Wildfire 3.0. То показва  лазерен интерферометър на ротационнен струг, използван за обратно позициониране, както и режещ нож (в синьо). Всички снимки са предоставени с любезното съдействие на Boston Engineering Corp.


Предизвикателството


Една такава история на успеха е проект за разработване на уреди, необходими за невронни изследвания на мозъчната функция на Boston Engineering Corporation (BEC). Местната академична институция запазва BEC, защото изследователите искат да изградят точен 3D модел или работеща електрическа схема на междуклетъчните невронни връзки. Това изисква хиляди напречни сечения на мозъчната тъкан, всяко от които сканирано с електронен микроскоп, а след това съчетаване на изображенията, за да се създаде пълна картина.
За да се отреже напречно сечение с дебелина от порядъка на 10 до 20 нанометра, изследователите се нуждаят от ултра-микротом, електромеханичен инструмент с много остър нож (вж. фигура 1). Ултра-микротомът използва повтарящи се приплъзващи и настъпателни движения, докато тъканната проба преминава през острието.
Докато някои дружества продават директно ултра-микротоми, които обикновено имат функцията да разделят няколко проби в даден момент, BEC трябва да създаде такъв уред, който ще работи автоматично, за да се избегне задържането на висококвалифицирани специалисти в лабораторията за дълго време. Новият ултра-микротом би трябвало да дава хиляди напречни сечения, като същевременно работи в продължение на дни или седмици. Всяка проба се заснема от сканиращ електронен микроскоп при различни нива на увеличение и изображенията се съхраняват. Единствената надеждата е да се използва софтуер за разпознаване на шаблони, който да направи карта/диаграма/ на мозъка в рамките на следващите три до пет години.


Отправна точка


Един учен-изследовател, не инженер, се зае с процеса на проектиране на прототипи, доколкото можеше. BEC започна работа по усъвършенстване на първоначалния проект, използвайки две методологии. Това включва мехатронната методология и фазово развитие на процеса.


Мехатрониката изисква синергична интеграция на механични, електронни и контролни дисциплини по време на целия процес на проектиране. "Ние използвахме мехатронния подход, тъй като една система, като тази е толкова сложна и толкова зависима по отношение на различни дисциплини, че няма начин да се прилага само серийна методология", твърди Matthew Reck - програмен мениджър в BEC. "При текущите работни срещи, конструкторски прегледи и брейн сторминг сесии, винаги включваме и трите дисциплини."

 
Фазовият процес на развитие е формален начин за структуриране на разработката на няколко етапа. "Ние следваме четири фази," казва Reck. "Първата фаза включва разработка на спецификация, където интервюираме нашите клиенти и научаваме за съществуващите технологии ... и за изискванията по отношение на спецификацията на машината.”


"Във фаза Две, се включваме с концепции за всички аспекти на машината - механични, електрически и контролни. По отношение на механиката, прилагаме многобройни CAD модели. По отношение на електричеството разработваме схеми и контролни модели. Правим много симулации и ранно прогнозиране на стойности чрез нашата система за контрол.”


"Започваме с диаграми на състоянието и ранни теории за работа на машините", казва Reck. "След като се договорим принципно с нашите клиенти, правим предварителен преглед на конструкциите. След одобрение на концепцията, се придвижваме към фаза 3, която се свежда до детайлен порект, където понятията придобиват по-реална форма ... В края на фаза 3, правим критичен конструкторски преглед заедно с клиента ... След това във фаза 4, обмисляме, изграждаме и тестваме конструкцията, която сме създали в предишните стъпки. "

Системата


Ултра-микротомът, разработен от BEC, наречен Automated Tape Collecting Ultra-Microtome Rev. 2 (ATLUM-2), е смес от механични, електрически и контролни компоненти. От механична гледна точка, инструментът се състои от въздушни лагери, лазерни интерферометри и най-новите устройства за серво-управление. Управлението се извършва от усъвършенствана хостинг система, разработена от BEC въз основа на LabVIEW на National Instruments.

 
Този хостинг контрол работи на Windows PC  и комуникира с две основни подсистеми. Първата подсистема поддържа управлението на движението и използва A3200 модулната мрежова система за контрол на Aerotech. Комуникациите в подсистемата се базират на FireWire мрежа, така че окабеляването е много малко.

Втората подсистема осъществява събиране на данни и контрол, въз основа на PXI данни от National Instruments и платформа за контрол. Това ниво събира данни от сензори, които следят силата на рязане и температурата. Подсистемата също така контролира прости серийни устройства, които изпълняват функции като включване на захранвания и контрол на нивото.


И двете подсистеми подават данни обратно към хост компютър, където лабораторния потребител има връзка с машината. В ATLUM-2 може да работи с ръчни и автоматични цикли.


Инструментът регулира системните грешки, обмена на данни, също така регистрира грешки и входни параметри. Теоретично, тя може да работи до две седмици без надзор, да събира проби и да изпраща алармени съобщения в случай, че има проблем.


Търговски инструменти /средства


Мехатрониката изисква засилено сътрудничество и комуникации. Работи в тясна връзка с различните инженерни дисциплини, тъй като необходимостта да се намерят начини и да се постигне обща визия по отношение на изисквания и инженерни концепции за един конструкторски проект е от решаващо значение. За да постигнат тези цели, BEC използва много традиционни и авангардни инструменти.


Машинните инженери от BEC използват продуктите на PTC Pro/ENGINEER и SolidWorks, за да демонстрират механични модели, които са от ключово значение, както за вътрешното развитие, така и за общуването с клиента. Електроинженерите и тези, отговарящи за контрола в конструкторския екип моделират с Mathcad на PTC и MathWorks на Simulink . А софтуерните инженери използват визуалната среда за програмиране LabVIEW. BEC допълва тези основни софтуерни пакети с Microsoft Visio, един софтуерен пакет за диаграми и JIRA на Atlassian, решение базирано на браузър за следене на задачи и управление на проекти.

Подходящ дизайн


В този конструкторски и развоен проект, ROI наистина е представен от гледна точка на развитието на научните изследвания на академично ниво. ATLUM-2 е инструмент, който обещава да насочи науката към следващото ниво в разбирането на функциите на мозъка.