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Profesores: Ing. Serafín Castañeda Cedeño. CDMIT, Sala de proyectos.

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Presentación del tema: "Profesores: Ing. Serafín Castañeda Cedeño. CDMIT, Sala de proyectos."— Transcripción de la presentación:

1 Profesores: Ing. Serafín Castañeda Cedeño. CDMIT, Sala de proyectos.

2 Ofrecer al alumno un panorama amplio de las disciplinas de la ingeniería necesarias y sus interacciones, para lograr el desarrollo de productos de innovación y desarrollo tecnológico a través de la integración en un diseño mecatrónico, basado en las metodologías y herramientas de vanguardia para la solución de problemas.

3 1. Introducción al diseño mecatrónico. 2. Diseño mecánico. 3. Diseño electrónico. 4. Control. 5. Proyecto integral. Horario de asesoría. Viernes 12:00-14:00 hrs. Lunes y miércoles: teoría Viernes: Laboratorio.

4 CROSS, Nigel Engineering Design Methods 2nd edition John Wiley & Sons FRENCH, Vierck Dibujo de Ingeniería México Mc Graw-Hill, AYALA, Álvaro Normas de dibujo. Laboratorio de Ingeniería Mecánica Asistido por Computadora México,Facultad de Ingeniería. UNAM, ALACIATORE, David Introduction to Mechatronics and Measurement System 3th edition McGraw-Hill, ERONINI-UMEZ-ERONINI Dinámica de Sistemas y Control Thomson, NECSULESCU, Dan Mechatronics Prentice Hall, 2002.

5 Prácticas (8-10) 3 pts. Prototipo i.Funcionamiento 50% ii.Presentación25% iii.Documentación25% Planos o informes i.Presentación (limpieza, organización, distribución, etc.)50% ii.Documentación (información de valor)50% 2 proyectos.4 pts. Exámenes. (3) 3 pts. Todos los trabajos deberán se entregados en hojas tamaño carta.

6 Se formarán solo 8 equipos entre los alumnos inscritos asignados aleatoriamente. No se reciben prácticas y/o proyectos atrasados.

7 El proyecto mecatrónico debe contener bien identificadas las partes de la ingeniería mecánica, electrónica, de control y computación que lo componen, aunque estas no se encuentren bien acotadas en el contexto del proyecto en general.

8 1. Sistema de posición X, para tiro parabólico 2. Péndulo invertido ó Scanner 3D

9 Todo lo que una persona pueda imaginar, otras podrán hacerlo realidad. Julio Verne.

10 Mechatronics is the synergetic integration of mechanical engineering with electronics and intelligent computer control in the design and manufacturing of industrial products and processes.

11 Mecatrónica, termino concebido en Japón en los años 70´s y se ha adoptado por productos inteligentes, en realidad es una evolución natural del proceso moderno del diseño en ingeniería.

12 CONTROL ELECTRONICA MECÁNICA SOFTWARE PRODUCTO MECATRONICO

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17 Video ejemplo

18 Actuadores Acondicionador de señal de entrada Sensores Control Acondicionador de señal de salida Interfaz Sistema mecánico

19 Tarea No.1 Lavadora doméstica. a)Describa detalladamente el proceso de funcionamiento. b)Realice una descripción de partes y componentes del sistema mecánico, electrónico y de control con los que cuenta.

20 DISEÑO No requiere de habilidades especiales No es indispensable.Diseño = Fabricación Lo que caracteriza el diseño que realizan los ingenieros en el ámbito de su especialidad es que se emplean métodos y técnicas apropiadas para hacer este proceso más eficiente y para lograr un producto de mejor calidad, todo ello al menor costo posible.

21 FabricaciónDiseño Industria electrónica Años Minutos/horas Muchas veces se comienza desde el final, desde que el diseño se ha concluido, por eso es mejor realizar una descripción del artefacto que se va ha trabajar (formas, dimensiones, materiales, colores, etc.).

22 Lo simple es más hermoso La ley de Murphy se cumple inexorablemente No existe el diseño óptimo sino buenos diseños (lo perfecto es enemigo de lo bueno) Se debe usar siempre que se pueda, componentes estándares disponibles en el comercio. Toda proyección de tiempo para obtener el producto se va a quedar corta. El proceso de diseño define tanto como el 70% del costo del producto pero solo contribuye con una fracción muy menor de este. El usuario del producto siempre hará todo lo necesario para malograrlo. Que funcione el prototipo es lo más fácil, que el producto sea robusto y confiable es lo que cuesta. La operación del producto debe ser fácil, ojalá a prueba de tontos.

23 Una gran cantidad del diseño de ingeniería es intuitivo, basado en el pensamiento subjetivo. Sin embargo, un ingeniero no se conforma con esto. Un ingeniero desea probar; probar y medir. Así como ha sido formado y no está contento si no puede probar algo. Por otra parte, un diseñador industrial, con su formación en la escuela de artes, está totalmente conforme haciendo juicios que son intuitivos. Richard Stevens. Diseñador Industrial.

24 Un sensor es un elemento en un sistema mecatrónico que detecta la magnitud de un parámetro físico y lo cambia por una señal que puede procesar el sistema.

25 Interruptores de limite de carrera ó de proximidad. o Interruptores mecánicos. o Inductivos. o Capacitivos. o Corriente parásita (Eddy) o Ópticos: Alineación en modo opuesto Retrorreflector modo de proximidad (difuso)

26 Sensores ópticos

27 No lineales. Resolución?? Variaciones con respecto a T. Fuerza para provocar movimiento.

28 Transductor para medir el desplazamiento lineal. Los voltajes se inducen en la bobina secundaria. Existe un punto medio en la posición del núcleo donde e voltaje inducido en cada bobina es de la misma amplitud y 180° fuera de fase, lo que produce una salida nula. Conforme el núcleo se mueve desde la posición nula, la amplitud aumenta una cantidad proporcional.

29 Dispositivo que convierte movimiento en una secuencia de pulsos digitales Video

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31 Video ejemplo. Demostración encoder LabVIEW

32 Criterios de selección. Acondicionador de señal

33 Diseñar un encoder incremental con cuadratura 1X con una resolución de al menos 5°, mostrando el incremento y decremento de la posición un display. (LCD-7segmentos). Entregar plano informativo del disco-bujes, etc.plano informativo Conseguir dos motores de DC iguales para realizar un levantamiento del sistema mecánico. Planos de ensamble del sensor/cable/soporte. Diagrama eléctrico del circuito (software).

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35 Amplificación Los amplificadores aumentan el nivel de la señal de entrada para igualar el rango del convertidor analógico a digital (ADC), y de esta manera aumentar la resolución y sensibilidad de las medidas. Además el usar acondicionamiento de señales externo ubicado cerca del la fuente de señal o transductor, mejora el ratio de señal-a- ruido elevando el nivel de señal antes de se vea afectada por el ruido ambiental. Atenuación Atenuación, el opuesto de amplificación, es necesario cuando los voltajes que serán digitalizados están fuera del rango de entrada del digitalizador. Esta forma de acondicionamiento de señales disminuye la amplitud de la señal de entrada de tal manera que la señal condicionada está dentro del rango ADC. La atenuación es necesaria para medir altos voltajes.. Aislamiento Los dispositivos de acondicionamiento de señales aislados pasan la señal de su fuente al dispositivo de medida sin una conexión física usando técnicas de transformador, ópticas o de acoplamiento capacitivo. Además de romper los lazos de tierra, el aislamiento bloquea picos de alto voltaje y rechaza alto voltaje en modo común y así protege a los operadores y el valioso equipo de medida. Multiplexado Con el multiplexado un sistema de medida puede enrutar en secuencia múltiples señales a un solo digitalizador además de brindar una manera rentable de incrementar la cuenta de canales del sistema. Normalmente se necesita multiplexado para todas las aplicaciones de muchos canales.. Filtrado El filtrado rechaza ruido no deseado dentro de un cierto rango de frecuencia. Casi todas las aplicaciones de adquisición de datos están sujetas a ciertos niveles de ruido de 50 ó 60 Hz producidos por líneas de potencia o maquinaria. La mayoría de los acondicionadores de señales incluyen filtros de paso bajo específicamente diseñados para brindar máximo rechazo de ruido de 50 a 60 Hz. Excitación Algunos transductores requieren de excitación. Por ejemplo, galgas extensiométricas, termistores y RTDs requieren señales externas de excitación de voltaje o corriente. Las medidas de RTDs y termistores generalmente se toman con una fuente de corriente que convierte la variación en resistencia a un voltaje que puede ser medido. Las galgas extensiométricas, que son dispositivos de muy baja resistencia, generalmente son usadas en la configuración de puente Wheatstone con una fuente de excitación de voltaje. Compensación de unión fría La compensación de unión fría es una tecnología que se requiere para medidas exactas de termopares. Cada vez que un termopar es conectado a un sistema de adquisición de datos, usted debe saber la temperatura que hay en el punto de conexión (ya que esta unión representa otro "termopar" al medir y generamente inyecta un desfase a su medida) para calcular la temperatura real que su termopar está midiendo.

36 Filtro pasobajas

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38 Cual sería el mejor acondicionador de señal para una celda de carga (strain gauge) con resistencia nominal de 3000 Ohms y quiere ser conectado al DAC de un microcontrolador el cual puede realizar conversiones de 0-5 Volts.

39 Strain Gauges, son dispositivos semiconductores en los cuales la resistencia varia con la deformación. GF = (ΔR/R)/(ΔL/L) = (ΔR/R)/ε El factor de medida GF para los Straing Gauges más comunes, es de GF=2.

40 Es claro que cuando la relación de R1/R2=R3/R4 el voltaje de salida es cero. Si estas condiciones se cumplen se dice que el puente esta balanceado. Cualquier cambio en alguna de las resistencias provocara un voltaje diferente de cero en las terminales del puente. ¿ Y después del puente?

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42 Diagrama funcional del actuador Sistema Mecatrónico Actuadores

43 Clasificación.

44 Se usan en gran cantidad de diseños mecatrónicos debido a las características torque-velocidad que se pueden lograr con diferentes configuraciones elécticas. Imán permanente Devanado Shunt Devanado en serie Devanado compuesto.

45 Tm=Kt*Im Tm: torque del motor Im: corriente en el motor Ka: constante de torque Vm=Ka* m Vm: voltaje en el motor m: velocidad angular del motor Ka: constante eléctrica del motor

46 Dadas las siguientes especificaciones del fabricante de un motor de DC ¿ Cuál es la velocidad nominal, la corriente crítica, el torque de nominal y la potencia máxima del motor para un voltaje aplicado de 10 V? Constante de torque= 0.12 Nm/A Constante eléctrica = 12V/1000 rpm Resistencia de armadura=1.5 Ohms

47 ¿ El motor se arrancará y acelerará los suficientemente rápido? =(Tmotor-Tcarga)/J ¿Cuál es la máxima velocidad que puede producir el motor? ¿Cuál es el ciclo de trabajo operativo? Ton/Toff ¿Cuánta potencia requiere la carga? ¿Qué fuentes de potencia esta disponible? CA,CD ¿Cuál es la inercia de carga? ¿La carga se impulsará a velocidad constante? ¿Se requiere control preciso de posición ó velocidad? ¿Se requiere una transmisión o engranaje? Motorreductor ¿Es necesario invertir el motor? ¿Existen restricciones de tamaño y peso? ¿Costo?

48 Para cada una de las siguientes aplicaciones ¿Cuál sería una buena elección de un motor eléctrico? Justifique su elección contestando de ser posible las preguntas anteriores. Articulación de brazo robótico para la colocación de chasis en una línea de producción de vehículos. Ventilador doméstico de techo Carretilla eléctrica (construcción) Sierra circular (carpintería) Fresador universal CNC Grúa eléctrica (2 Toneladas) Actuador de cabeza disco duro Limpiaparabrisas de vehículo Motor banda transportadora industrial para botellas de refresco. Lavadora de ropa (con aspas de agitación).

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50 Vm ó Im ó T 2do 1er 3 er 4to

51 Acondicionadores de salida.

52 TBJFET IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores.KHzfuente conmutada

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54 Simulación

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56 Amplificadores operacionales

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59 Amplificadores operacionales para amplificar corriente con fuente dual.

60 Amplificadores operacionales para amplificar corriente con una sola fuente.

61 Técnica tradicional. Rampa-Comparador Generador de PWM. Ejemplo PWM

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63 Realizar un circuito PWM (0-100%) y una etapa de potencia para variar la velocidad de un motor de DC. Acoplar el encoder realizado en la práctica No.1, para medir las r.p.m, utilizando el osciloscopio. Entregar: Circuito funcionando, diagramas de conexión y planos del motor-soporte- encoder.

64 DAC y ADC.

65 La mayoría de los controladores son implementados en dispositivos digitales: MC, computadoras, etc. Al tratarse de un dispositivo digital necesitamos de dos dispositivos muy importantes: SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL DACADC

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67 Para ingresar datos analógicos a un circuito digital, estos se deben transformar en valores digitales codificados. 1.Evaluar numéricamente la señal en instantes discretos muestreo y obtener una señal digitalizada. Tiempo Voltaje Señal analógica Señal digitalizada Punto muestreado ¿Qué tan rápido se debe muestrear?

68 Este teorema dice que es necesario muestrear una señal a una tasa de más de dos veces la componente de frecuencia máxima de la señal: fs>2fmax Donde fs se conoce como tasa de muestreo y el límite en la tasa mínima requerida (2fmax) se llama frecuencia Nyquits.

69 Si una señal se muestrea menos de dos veces su componente de frecuencia máxima puede resultar un aliasing de la señal.

70 La conversión analógico digital, involucra la concepción de dos pasos: cuantización y decofificación. La cuantización es la transformación de una entrada analógica continua en un conjunto de estados de salida discretos. La decodificación es la asignación de una palabra ó número digital a cada estado de salida.

71 estado de salida código de salida RANGOS DE VOLTAJE ANALÓGICO RESOLUCIÓN.

72 Los siguientes componentes deben seleccionarse apropiadamente y aplicarse en esta secuencia para convertir una señal analógica: Amplificador Filtro Circuito de muestreo y retención Convertidor analógico a digital Procesador sensoramplificadorfiltroADCMuestreoPROCESADOR

73 Unidad de control Registro de aproximaciones sucesivas Latch D/A S&H com para dor end start Salida digital Entrada analógica

74 Actuadores Acondicionador de señal de entrada Sensores Control Acondicionador de señal de salida Interfaz Sistema mecánico

75 Realizar el esquemático Simulación del circuito Prueba del circuito en protoboard Perturbaciones Circuito en tarjeta perforada (wirewrap) Ajustar dimensiones, tamaño de cables, distribución de componentes, encapsulado, disipadores de calor, etc. Perturbaciones Diseño del PCB Fabricación del PCB Pruebas finales

76 Seleccionar componentes con número comercial/no genéricos. Etiquetas en todos los componentes y valor del componentes (Resistencias, capacitores, etc.) Distribución adecuada de todos los componentes. Selección del Fooprint

77 PIN2 BAT-2 BCY-W3 DIP-8 RAD-0.2 AXIAL-0.3 DIP-16 HDR1X2H HDR2X3 HDD1X7 MBFM-P4 TO-220

78 Coloca las entradas del circuito por un lado y las salidas por otro. La alimentación del circuito tienen que estar separada. Utiliza conectores de una sola posición para las señales. Nuca combines las señales de control y señales de potencia en un solo cable. Utiliza diferentes anchos de pista según el tipo de señal. Alimenta los actuadores con una fuente de poder diferente a la del circuito de control.

79 Una o dos capas True hole Reglas: ancho de la pista, separación entre las pistas Malla

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81 Imprimir los finales en fotolitos, hojas azules, acetatos, revistas. Limpiar correctamente la placa de cobre con agua y jabón (fibra). Para las hojas azules, acetatos, revistas, etc. Colocar el final sobre la placa de cobre y colocar una plancha caliente sobre ella. Esperar a que se transfiera las líneas del circuito. En un recipiente de plástico colocar el ácido para revelar el circuito (acido muriático y cloruro férrico). De ser posible calentar unos 10 ó 20 ° C el acido para que el relevado sea más rápido. Mover continuamente el ácido en el recipiente de un lado a otro. Sacar la placa de cobre, limpiar nuevamente con agua y jabón para quitar residuos de la transferencia. Verificar continuidad en las pistas. Marcar con una punta los centros de los agujeros. Barrenar cada agujero. Montar componentes.

82 Protocolos de comunicación RS232-RS485 Tramas de información Rutinas para convertir Código ASCII - HEX Códigos de detección de error Comunicación RF

83 Al transmitir algún datos por un dato de comunicación, los datos pueden Ser corrompidos por el ruido, provocando que la información transmitida cambie. ¿Será posible detectar el dato corrompido?..... ¿ Será posible corregirlo? En la práctica, un canal de comunicación está sujeto a una a diversidad de perturbaciones que resultan en una distorsión del mensaje que se está trasmitiendo

84 En la mayoría de las aplicaciones el canal de comunicación está limitado a un alfabeto valuado de manera binaria cuyas señales se pueden denotar como 0 y 1. Un canal así se llama canal binario.

85 Por ejemplo, si se requiere transmitir las letras del alfabeto [A,B,C,D,E,F,G,H], estas se pueden codificar en formato binario de la siguiente forma: Código original Símbolo 000 A 001 B 010 C 011 D 100 E 101F 110 G 111 H Por ejemplo si la secuencia 000 para A se cambia por ruido a 100 entonces se identificar á como 100, entonces, se decodificar á como E.

86 Se modificará ahora el código al añadirle el dígito extra o redundante a cada secuencia de 3 bits, este dígito de más (paridad),se escoge para que sea 1 si la suma de los tres dígitos del código original es impar; si no sucede así, se escoge para que sea 0.

87 Símbolo Código original Código redundante A B C D E F G H Un error sencillo en una secuencia de c ó digo en particular produce otra secuencia que no pertenece al c ó digo. Por ejemplo, la secuencia de c ó digo 0000 para A se podr í a transformar por el ruido en cualquiera de las secuencias 0001, 0010, 0100, Ninguna de estas secuencias resultantes aparece en el c ó digo y de inmediato se detecta un error.

88 Un error en un dato binario se define como un valor incorrecto en uno más bits. Un ERROR SIMPLE es un valor incorrecto en un solo bit. Un ERROR MULTIPLE se refiere a la existencia de uno o más bits incorrectos.

89 Se transmiten 7 bits: 4 para la información: I3,I2,I1,IO 3 para paridad: P2,P1,P0 la paridad se define como 0: número de 1´s par 1: número de 1´s impar I3I2I1P2I0P1P0 P2=paridad de los bits 7,6,5=bit4 P1=paridad de los bits 7,6,3=bit2 P0=paridad de los bits 7,5,3 =bit1

90 7,6,5,4=4 7,6,3,2=2 7,5,3,1 =1 Paridad en los bits, define el peso del bit de error. Paridad impar=1 Paridad par = 0 Por ejemplo la paridad de todos los números: 7,6,5,4= impar=1 7,6,3,2=impar=1 7,5,3,1= impar=1 Define los pesos en 4-2-1= 7=== error en el bit 7 Por ejemplo la paridad de todos los números: 7,6,5,4= par=0 7,6,3,2=impar=1 7,5,3,1= impar=1 Define los pesos en 2-1= 3=== error en el bit 3

91 Se quiere transmitir el siguiente dato: 1011, la trama que llego es: ¿Cuál es el bit que tiene el error? y ¿Cuál es la trama que se transmitio?

92 MaestroEsclavo Trama de información La trama ó protocolo de información, puede ser definida por el usuario, con el número de bits ó bytes que necesite transmitir.

93 Se puede definir los siguientes bytes para trasmitir información entre dos dispositivos: Maestro:PC y esclavo MC. FuenteDestinoBytescoman do Dato 0Dato 1Dato 2CRC Fuente: 01 PC-02 MC Destino: 01 PC-02 MC Bytes: Número de bytes a transmitir COMANDO + DATOS Comando: 01 MOVER, 02 APAGAR, 03 ENCENDER, 04 LEER POSICION, EE: ERROR, CC: o.k. Dato 0: 01 ACTUADOR1, 02: ACTUADOR2 Dato 1:valor del comando (00-FF) CRC= FTE xor DESTINO exor BYTES exor COMANDO xor DATOS+1

94 Fuente: 01 PC-02 MC Destino: 01 PC-02 MC Bytes: Número de bytes a transmitir COMANDO + DATOS Comando: 01 MOVER, 02 APAGAR, 03 ENCENDER, 04 LEER POSICION, EE: ERROR, CC: o.k. Dato 0: 01 ACTUADOR1, 02: ACTUADOR2 Dato 1:valor del comando (00-FF) CRC= FTE xor DESTINO exor BYTES exor COMANDO xor DATOS+1 Ejemplo1: Se transmite FFFF: La PC comanda al MC 3 bytes: mover el actuador 1, FF grados Respuesta: CCCE: El MC responde con 1 byte CC=O.K. Ejemplo2: Se transmite : La PC comanda al MC 2 bytes: leer la posición del actuador 2 Respuesta: AAA8: El MC responde con 1 byte AA= valor de la posición.

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97 Es importante considerar cual es la arquitectura del sistema que queremos diseñar y poder definir la tarea que debe realizar cada parte del sistema.

98 ESTRUCTURA DE TAREAS (CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR C.D.).

99 ESTRUCTURA DE TAREAS (CALENTADOR).

100 ESTRUCTURA DE TAREAS (TOSTADOR).

101 ESTRUCTURA DE TAREAS.

102 CONTROL CON RETROALIMENTACION INTERFAZ ACONDICIONADOR DE SEÑAL ALMACENAMIENTO DE DATOS SEÑAL COMANDADA USUARIO: POSICION DESEADA AMPLIFICADOR DE SEÑAL ACTUADOR SENSOR INTERPRETAR SEÑAL REPORTES EXTERNO INTERNO HARWARE SOFTWARE

103 PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DEL CONTROL: Determinar una configuración del sistema. Transforma r el sistema físico en diagrama Obtener el modelo matemático como una función de transferenci a o en variable de estado. Diseñar el controlador y probar para ver si cumple con los requerimientos. Analizar el sistema modelo para obtener las especificaciones.

104 Sueña, construye y disfruta.

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106 La actividad esencial del diseño es la producción de una descripción final del artefacto. Realizar dibujos. Anotaciones adicionales. Lista de partes y/o componentes.

107 EXPLORACION GENERACION COMUNICACION EVALUACION

108 Necesidad Análisis del problema Planteamiento del problema Diseño conceptual Esquemas Seleccionados Representación de los esquemas Desarrollo de detalles Dibujos de trabajo, etc. En análisis del problema es una parte pequeña pero importante del proceso global. El resultado es un planteamiento del problema, y éste puede tener tres elementos: 1.Un planteamiento del propio problema de diseño. 2.Las limitaciones que se imponen a la solución, por ejemplo: normas, restricciones, fechas terminación, etc. 3.El criterio de excelencia hacia el que se va ha trabajar. Diseño conceptual: Genera soluciones amplias, en forma de esquemas. Fase donde se conjuntas las ciencias de la ingeniería, el conocimiento práctico y es donde se toman las decisiones mas importantes. Dar forma a los esquemas: Se trabajan con mas detalle, y se realiza una selección en caso de que haya más de uno. El producto es un conjunto de dibujos del sistema general. Desarrollo de detalles: Ultima fase donde quedan por decidir muchos puntos pero importantes. Demanda mucha habilidad y paciencia.

109 Herramientas Investigación Fundamentación

110 Análisis: Elaborar un lista de todos los requisitos diseño y la reducción de éstos a un conjunto completo de especificaciones. Síntesis: Encontrar soluciones posibles para cada especificación y desarrollar diseños completos a partir de estos. Evaluación. Evaluar con exactitud con la cual los diseños alternativos satisfacen los requisitos de rendimiento para la operación, manufactura y ventas antes de seleccionar el diseño final. AnálisisSíntesisEvaluación

111 Solución Clarificar la tarea Elaborar la especificación Clarificar la tarea Elaborar la especificación Especificación Identificar los problemas esenciales Establecer las estructuras de las funciones Buscar principios de solución. Combinar y confirmar en variantes de conceptos Evaluar contra los criterios técnicos y económicos Identificar los problemas esenciales Establecer las estructuras de las funciones Buscar principios de solución. Combinar y confirmar en variantes de conceptos Evaluar contra los criterios técnicos y económicos Concepto Desarrollar arreglos preliminares y diseños de forma Seleccionar los mejores arreglos preliminares Refinar y evaluar contra los criterios técnicos y económicos Desarrollar arreglos preliminares y diseños de forma Seleccionar los mejores arreglos preliminares Refinar y evaluar contra los criterios técnicos y económicos Arreglo preliminar Finalizar los detalles Completar los dibujos de detalles y los documentos de producción. Verificar todos los documentos Finalizar los detalles Completar los dibujos de detalles y los documentos de producción. Verificar todos los documentos Arreglo definitivo Optimizar y completar los diseños de forma Verificar si hay errores y la eficacia en costos Preparar la lista de partes preliminares y documentos de producción Optimizar y completar los diseños de forma Verificar si hay errores y la eficacia en costos Preparar la lista de partes preliminares y documentos de producción Información: Adaptar la especificación. Tarea Documentación Clarificación de la tarea Diseño Conceptual Diseño para dar forma Diseño de detalles

112 Modelo desarrollado en Alemania (VDI: Verein Deutscher Ingenierue). Enfoque sistemático para el diseño de sistemas técnicos y productos. El proceso de diseño, como parte de la creación de un producto, se subdivide en etapas de trabajos generales, haciendo que el enfoque de diseño sea transparente, lógicamente ordenado e independiente de una rama específica de la industrial.

113 Clarificar y definir la tarea.1Determinar las funciones y sus estructuras2Buscar principios de solución y sus combinaciones3Dividir en módulos realizables4Desarrollar arreglos de los módulos claves5Completar el arreglo general6Preparar las instrucciones de operación y de producción7 Tarea Realización Adicional Especificación Estructura de funciones Solución principal Arreglos preliminares Estructura del modelos Arreglo definitivo Documento del producto ETAPAS RESULTADOS

114 PROBLEMA GENERAL SOLUCION GENERAL PROBLEMAS SECUNDARIOS SOLUCIONES SECUNDARIAS CLARIFICACION DE OBJETIVOS ESTABLECIMIENTO DE FUNCIONES FIJACION DE REQUERIMIENTOS DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS GENERACION DE ALTENATIVAS EVALUACION DE ALTERNATIVAS MEJORA DE DETALLES

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116 1. Recopilar datos de los clientes. 2. Interpretar los datos en términos de las necesidades del cliente. 3. Organizar las necesidades en una jerarquía de necesidades primarias, secundarias y si es necesario terciarias. 4. Establecer la importancia relativa de las necesidades. 5. Reflejarla en los resultados y en el proceso.

117 Entrevista con el cliente. Uno o mas miembros del equipo analizan las necesidades con un solo cliente, las entrevistas duran entre una y dos horas. Que preguntar ???? Qué? Cómo? Porqué? Para qué?

118 Ir con la corriente. Utilizar estímulos y propuestas visuales. Suprimir hipótesis previamente concebidas sobre la tecnología del producto. Hacer que el cliente demuestre el producto y/o las funciones típicas relacionadas con éste. Hay que estar alerta de que surjan sorpresas y de la expresión de necesidades latentes. Observar la información no verbal. Sugerencias para la interacción con el cliente:

119 Grabación de audio. Notas. Grabación de video. Fotografía fija. Documentar las interacciones con el cliente.

120 Expresar la necesidad en términos de lo que el producto tiene que hacer, no en términos de cómo podría hacerlo. Expresar la necesidad tan específicamente como los datos sin procesar. Utilizar fraseo positivo, no negativo. Expresar la necesidad como un atributo del producto. Evitar las palabras debe y debería.

121 Sistema desatornillador.

122 Que no como Especificidad Positivo no negativo Un atributo del producto Evitar debe y debería

123 Imprimir cada enunciado. Eliminar los enunciados redundantes. Agrupar de acuerdo con la similitud de la necesidad. Para cada grupo elegir una etiqueta generalizada de la necesidad.

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125 Ponderar cada una de las necesidades, de acuerdo a un consenso entre los integrantes del equipo de trabajo. Se pueden ponderar de tal manera que la suma de las importancias de todas las necesidades sea 100.

126 Las necesidades del cliente se deberán expresar en términos de lo que el producto tiene que hacer y no en términos de cómo debería se implementado en el producto.

127 Cuestionario adecuadamente estructurado. Preguntas para que el diseñador pueda generar sus especificaciones de diseño. Una vez obtenida esta información se pueden estimar los recursos materiales y humanos, así como estimar el tiempo necesario para el desarrollo del proyecto. Planeación. Alcances (Entregables).

128 Realizar un cuestionario con preguntas concretas, las cuales se harán a los profesores, equipo por equipo en un tiempo máximo de 10 min. El cuestionario con las preguntas y respuestas, serán entregados al final de la práctica. El cuestionario servirá como base para posteriormente obtener la planeación del proyecto.

129 Ha que saber a donde llegar

130 Cliente: Solo conoce el tipo de producto que desea. Estructura Móvil: Animación. Video. Estacionamiento radial: Animación 1. Animación 2. Video PROBLEMA Método de diseño SOLUCION Los objetivos de diseño también se denominan requerimientos del cliente, necesidades del usuario ó propósitos del producto.

131 Ejemplo: segura Se requiere diseñar una máquina-herramienta que seasegura: Bajo riesgo de lesión al operador. Bajo riesgo de errores de operador. Bajo riesgo de daño a la pieza de trabajo o a la herramienta. Corte automático de la operación en caso de una sobrecarga. A medida que se amplía la lista de objetivos, deberá quedar en claro que algunos se encuentran a mayores niveles de importancia que otros. Las preguntas que son útiles para ampliar y clarificar los objetivos pueden ser: ¿Porqué?, ¿Cómo? y ¿Qué?

132 Ordenar la lista en conjuntos de objetivos de nivel superior a un nivel inferior: La máquina debe ser segura Bajo riesgo de lesión para el operador Bajo riesgo de errores del operador Bajo riesgo de daño a la pieza de trabajo o a la herramienta Corte automático de la operación ante una sobrecarga ¿Cómo? ¿Por que?

133 Sistema de alarma El sistema es 100 % confiable Operación El sistema toma acciones Solo el usuario lo desactiva No tiene fallasLocalesRemotas El sistema funciona aun con cortes de energía Activa alarma sonora Notifica al usuario Notifica a la policía

134 Preparar una lista de objetivos de diseño. Estos se toman del planteamiento de diseño, a partir de preguntas al cliente y de una reunión con el equipo de diseño. Ordenar la lista en conjuntos de objetivos de mayor y menor nivel. Los objetivos principales y los objetivos secundarios de la lista ampliada se agrupan aproximadamente en niveles jerárquicos. Dibujar un diagrama del árbol de objetivos que muestre la relaciones jerárquicas e interconexiones. Las rama (o raíces) del árbol representan las relaciones que sugieren medios para alcanzar objetivos.

135 Elaboración automática de té Proceso del té con extracto del téProceso normal del téProceso del té por perfusión Calentar AguaCombinar el agua y las hojas de té Controlar el tiempo de preparación Separar el té de las hojas Pasar por la superficie de calentamiento Agua a TéTé a Agua Agua y Té Medir el tiempo Medir la concentración del té Medir en el proceso el estado que depende del tiempo Sacar el Té Sacar las hojas Remover ambos Llevar la energía al elemento de calentamiento Llevar el agua al elemento de calentamiento FuncionesMedios

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141 Diseñe el árbol de objetivos sobre el transporte público (Microbus) en la ciudad de México. Considere como objetivos primarios: Rápido, seguro, cómodo. El sistema de transporte El sistema de transporte debe ser rápido. El sistema de transporte debe ser seguro para los pasajero. El sistema de transporte debe ser cómodo para los usuarios.

142 Divide y vencerás.

143 Este método ofrece un medio para considerar las funciones esenciales y el nivel en el que el problema debe abordarse. Las funciones esenciales son aquellas que debe satisfacer el dispositivo independientemente de los componentes físicos que pudieran utilizarse.

144 1. Expresar la función global del diseño en términos de la conversión de entradas y salidas. CAJA NEGRA ENTRADASSALIDAS FUNCION

145 2. Descomponer la función global en un conjunto de funciones secundarias necesarias. Cuando se especifican las funciones secundarias, conviene plantearse con un verbo y un sustantivo. Por ejemplo: amplificar señal, contar artículos, separar desperdicio, etc. Cada función necesaria, tiene sus propias entradas y salidas.

146 3. Dibujar un diagrama de bloques que muestre las interacciones entre las funciones secundarias. Función Secundaria Entradas Salidas Función

147 Dibujar los limites del sistema. Aquí se definen los límites funcionales para el producto o dispositivo a diseñar. En el diagrama no puede haber entradas o salidas sueltas, excepto aquéllas que provienen de los limites del sistema o van hacia afuera. Muchos de estos limites, dependen de los requerimientos del cliente o de la política gerencial.

148 5. Buscar componentes apropiados para realizar las funciones secundarias y sus iteracciones. Aquí se determina el tipo de sistema a ser desarrollado posteriormente (sistema mecánico, electrónico, PC, humano, etc.).

149 Té PREPARANDOSE Agua Fría (Cantidad Medida) Hojas de Té (Cantidad Medida) Té Caliente Hojas de Té (Desperdicio) Energía

150 El agua se calienta Té en infusión El agua y el té se mezclan El agua y el té se separan Agua Energía Hojas de té Té Hojas El agua se calienta Las hojas de té se sumergen Agua Energía Hojas de té Té Hojas El agua se calienta Las hojas de té se sumergen Té Agua Energía

151 REGULAR el calentamiento CALENTAR el agua MEZCLAR El té y el agua PERMITIR La infusión SEPARAR el té y las hojas TRANSFORMAR La energía en calor ACTIVAR La separación REGULAR La infusión té hojas Energía (eléctrica) Agua

152 Lavadora Ropa Sucia Ropa Limpia Mugre ENTRADAS FUNCION SALIDAS

153 Aflojar Mugre (agregar agua y detergente Desprender mugre (agitar) Quitar mugre (enjuagar) Sacar Agua (centrifugar) Secar ropaPlanchar ropa Ropa Sucia AguaDetergente Agua Aire Caliente Aire húmedo AguaAgua Sucia Ropa limpia Funciones secundarias esenciales Medios para lograr las funciones secundarias Aflojar la mugreAgregar agua y detergente Desprender la mugreAgitar Quitar la mugreAgitar Sacar el aguaExprimir (centrifugar) Secar la ropaSoplar agua caliente Quitar arrugasPlanchar

154 Péndulo Invertido Leer posición de la interfaz Generar error Evaluar controlador Amplificar señal de corrección Mover motor Acondicionar señal Desplazar móvil Corregir posición del péndulo Leer posición real Posición deseada Energía Posición del péndulo

155 Realizar una presentación por equipo, donde se realice (Máx. 10 min) y seleccionar un integrante del equipo que realice la presentación : 1. Enunciados obtenidos de la entrevista con el cliente (procesados). 2. Clasificación de los enunciados con prioridades. 3. Árbol de objetivos (sistema mecánico, electrónico y de control, con posibles interacciones). 4. Caja Negra y funciones detalladas del sistema detallado. Nota: Enviar presentación a a mas tardar en día viernes a las 9:00

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157 Es necesario entender exactamente qué desean los clientes en términos de los atributos del producto y asegurar que éstos se traduzcan cuidadosamente en especificaciones apropiadas a las características de ingeniería.

158 Un método completo para lograr la correspondencia entre los requerimientos del cliente con las características de ingeniería es el método de despliegue de la función de calidad (QFD).

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161 RC: Requerimientos CT: Características técnias

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166 El conjunto de requerimientos comprende la especificación del rendimiento del producto o la máquina. Hay que establecer o por lo menos identificar las especificaciones más importantes en los primeros momentos del proceso de diseño.

167 D: Demandas d: Deseadas

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