Transcript Mehatronika Dizajn mehatroničkih sistema
Mehatronika
Mehatronika
Dizajn mehatroničkih sistema
1
Sa držaj predavanja 1) 2) Dizajn mehatroničkih sistema Proces dizajna mehatroničkih sistema 3) V proces dizajna mehatroničkih sistema 4) Fizički dizajn mehatroničkih sistema 5) Primer dizajna automobila 6) Dizajn ECU za upravljanje vozilom 7) Elektronika za sigurnost i komfor u vožnji 2
Dizajn mehatroničkih sistema Šta je dobar dizajn?
3
Dizajn mehatroničkih sistema
■
Dizajn je danas dominantno uslovljen:
■ ■
- brzim (rapidnim) promenama u tehnologiji, - svetskom konkurencijom.
Stoga dobri inženjeri trebaju: doživotno učenje, - iskustvo na multidisciplinarnim projektima, korišćenje vrhunskog dizajna i veština vođenja projekata koji su koristile vodeće svetske kompanije.
■ ■
Dobri dizajneri uvek koriste dokazane procese dizajna sa opravdanjem u pogledu izbora, sa prikladnim preporukama u odnosu na izvorni materijal.
4
Dizajn mehatroničkih sistema
■
Proces dizajna je jednako važan kao što su ideje i analiza.
5
Dizajn mehatroničkih sistema
■
Ekonomija i inženjering dizajna 6
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Aktivnosti u ciklusu dizajna mehatroničkih sistema
■ Prepoznavanje potreba ■ Konceptualni dizajn.
■ Matematičko modeliranje.
■ Izbor senzora i aktuatora.
■ Detaljno matematičko modeliranje.
■ Dizajn sistema upravljanja.
■ Optimizacija dizajna.
■ Hardverski prototip i simulacija.
■ Razvoj ugradivog softvera.
■ Ciklus celoživotne optimizacije.
7
Proces dizajna mehatroničkih sistema 8
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Karakteristike dobrog dizajna
■ Pet karakteristika se koristi za evaluaciju (ocenjivanje) performansi projekta razvoja proizvoda:
■ ■ ■ ■ ■ Kvalitet proizvoda
: koliko dobar proizvod je dobijen iz razvojnih napora?
Proizvodni troškovi
: koliki su troškovi proizvodnje
proizvoda?
Vreme razvoja
: koliko brzo razvojni tim može
kompletirati razvoj proizvoda?
Razvojni troškovi
: koliko novca kompanija mora potrošiti na razvoj proizvoda?
Razvojne mogućnosti
: da li su razvojni tim i kompanija u mogućnosti razviti buduće, kvalitetnije 9
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Validacija i verifikacija ■
Dva ključna elementa u testiranju dizajna mehatroničkih sistema:
■
Validacija specifikacija, ■ Verifikacija dizajna.
■ Verifikacija daje odgovor na pitanje: “Da li je proizvod ispravno izgrađen?” ■
Potrebno je proveriti da li proizvod zadovoljava svoje specifikacije.
■ ■
Validaci
j
a da
j
e od
g
ovor na pitan
j
e:
“Da li je izgrađen ispravan proizvod?”
Potrebno je proveriti da li sistem radi ono šta korisnik od njega očekuje.
10
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Mesto verifikacije i validacije u dizajnu sistema
11
Proces dizajna mehatroničkih sistema
■
Podela procesa dizajna s obzirom na smer toka odvijanja dizajna:
■
Odozgo prema dole (top-down),
■
Odozdo
p
rema
g
ore
(
bootom-u
p)
.
12
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Proces dizajna “odozdo prema gore”
■ Predstavlja klasičnu metodu razvoja elektroničkih i mehaničkih komponenti.
■ Početna tačka u ovoj vrsti dizajna je specifikacija koja se obično iskazuje rečima prirodnog jezika.
■ Osnovne komponente, tranzistori, otpornici, kondenzatori, opruge, mase, zglobovi, itd, se sukcesivno dodaju i kombiniraju ka ■ Ovo se obavlja na strukturnom nivou, gde se podmoduli kombiniraju u kreiranju modula, pri čemu se posebna pažnja posvećuje povezivanju ovih podmodula.
■ Ovaj dizajn se može obaviti korištenjem editora krugova (circuit editor) ili prikladnih alata za više 13
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Proces dizajna “odozdo prema gore”
Vreme 14
■ Proces dizajna mehatroničkih sistema
Proces dizajna “odozdo prema gore”
■ Osnovna prednost procesa dizajna “odozdo prema gore” je da se uticaj “neidealne” implementacije može uzeti u obzir u rano Kod elektronskih komponenti nezaobilazne su parazitne otpornosti, kapacitivnosti i induktivnosti.
■ U polju mehanike, neizbežni su npr. efekti trenja.
■ Međutim, jedan problematičan aspekt se pojavljuje: specifikacije za dizajn, nakon što imamo diverziju (odbacivanje) od stran ■ Ovo je rezultat struktuirano-orijentisano g procesa modeliranja, sistem može biti simuliran samo kada je u celosti implementiran.
■ Zbog toga greške i nedostaci u dizajnu sistema nisu primetni do kasnijih stadija, što može uzrokovati značajne troškove i ka 15
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Proces dizajna “odozgo prema dole”
Vreme 16
Proces dizajna mehatroničkih sistema
Proces dizajna “odozgo prema dole”
■ ■ Sekvenca ovog dizajna ima sledeće prednosti: G reške i nedostaci u dizajnu se otkrivaju ranije (u ranim fazama), nasuprot pristupu dizajna “odozdo prema gore”.
■ Implementabilni de o specifikacija se može validovati korištenjem simulacija.
■ Implementabilni de o specifikacija je raspoloživ, jednako kao i precizno defini ■ Funkcionalni de o specifikacija je nedvosmislen i celovit (suprotno specifikacijama prirodnog jezika). U slučaju sumnje, pokreće se simulacij ■ Implementabilne specifikacije i modeli pojedinačnih faza dizajna znače da je celokupna dokumentacija dostupna 17
Proces dizajna mehatroničkih sistema ■
P roces dizajna “odozgo prema dole”
Glavni nedostatak implementabilnih specifikacija je da neki tehnički detalji mogu biti izraženi na jednostavan, više kompakt ■ Problem je u formalno korektnom opisu željene semantike, što uzrokuje dodatne troškove u vezi specifikacija.
■ I na kraju problemi fizičke realizacije, kao što su prekomerno vremensko kašnjenje se prepoznaje tek u kasnijim 18
V proces dizajna mehatroničkih sistema 19
V proces dizajna mehatroničkih sistema
V proces dizajna softvera
20
V proces dizajna mehatroničkih sistema
Saveti za dobar dizajn elektroničkih komponenti
■ Verifikacija performansi svake komponente nezavisno, pre procesa integracije.
■ Korištenje specifikacijskih listova za postizanje pouzdanih performansi.
■ Opsežno merenje veličina el. kola pomoću voltmetera i osciloskopa.
■ Voditi računa o dizajnu u smislu robusnosti, tako da el. kola rade dobro, čak i unutar promena temperature i performansi komponenti.
■ Razumevanje temeljnih fizikalnih osobina svake komponente, kako bi se najbolje razumele njihove prednosti i ograničenja.
21
Fizički dizajn mehatroničkih sistema
Fizički dizajn obuhvata:
- Modeliranje sistema, - Dizajn sistema, Dizajn mehaničkih komponenti, - Dizajn elektronskih komponenti, - Dizajn softvera, Integracija (montaža) sistema, Analiza materijalnih troškova.
22
Primer dizajna automobila • Mala složenost.
• Omogućuje jasan fokus na tok dizajna.
• Korisno za edukaciju u dizajnu digitalnih sistema i simulacijama.
23
Primer dizajna automobila 24
V-dizajn
Primer dizajna automobila 25
Primer dizajna automobila
Dizajn sistema Zahtevi na proizvod
• Razvoj automatizovane upravljačke jedinice za transmisiju.
• Određivanje tačnog prenosa na temelju brzine vozila i papučice gasa.
26
Primer dizajna automobila
Dizajn sistema Koncept
• Vremenski kontinuirani model vozila.
• Gear shift algorithm implementiran sa dva FSM-a (Finite State Machines).
• Tačke prebacivanja u drugu brzinu su uzete sa grafa i postavljene unutar dve look • Verifikacija koncepta korištenjem kombinacije Simulink-a i Stateflow-a.
27
Primer dizajna automobila
Implementacija i verifikacija
• Donošenje odluke o izboru platforme.
• Transfer dizajna u odgovarajuću implementaciju ili opisni jezik.
• Verifikacija funkcionalnog dizajna (kosimulacija).
28
Primer dizajna automobila
Implementacija i verifikacija
Hardver ili softver?
• Softverski zasnovan target (DSP, Microcontroller,…): • ANSI C/C++, • ASEMBLER, • ADA, •… • Hardverski zasnovan target (FPGA, CPLD,…): • VHDL, • Verilog, • Abel, •… 29
Primer dizajna automobila
Razvoj prototipa
Bitne funkcije ove faze su: • Preslikavanje funkcija dizajna na željenu hardversku platformu.
• Verifikacija korišćenjem hardvera u simulacijskoj petlji 30
Dizajn ECU za upravljanje vozilom 31
Elektronika za sigurnost i komfor u vožnji 32