Nombre del documento: Diseño y Construcción de Dispositivos Mecatrónicos

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Diseño y Construcción de Carrera: Ingeniería Mecatrónica Clave de la asignatura: (Créditos) SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Caracterización de la Asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero mecatrónico la capacidad de diseñar, construir y programar un sistema de naturaleza mecánica, aplicando conocimientos de diseño, simulación, instrumentación, electrónica, microcontroladores y programación de interfaz gráfica. Esta materia es la culminación para el área de instrumentación y control en el diseño de sistemas mecatrónicos programables, utilizando interfaces. Debido a su espíritu integrador, en la asignatura se analizan los componentes de un sistema mecatrónico, el cual se compone del sistema de accionamiento, sistema de medida y sistemas de control. Se consideran los conceptos generales incluyendo los estándares que norman la aplicación de instrumentos en la industria. Además, se fundamenta el comportamiento de sensores, acondicionadores de señal, actuadores y controladores para su aplicación en los sistemas de la automatización. En la parte final del programa se revisan los elementos que conforman el control asistido por computadora. Intensión didáctica. Se organiza el temario en seis unidades de aprendizaje. En la primera unidad se conoce de manera general las características del diseño de sistemas mecatrónicos iniciando con los tipos de diseño, los criterios al considerar en la realización de un sistema mecatrónico. En la segunda unidad se aplica los conocimientos de diseño de elementos mecánicos para realizar la estructura y el bastidor del sistema que se diseñará y construirá, modelándolo y simulándolo mediante un software de diseño para realizar su construcción. En la tercera unidad si analizan los diferentes tipos de mecanismos implementándolo a la estructura que generará el funcionamiento del sistema mecatrónico, modelando y simulando sus movimientos para su aplicación.

2 En la cuarta unidad se analiza los diferentes tipos de actuadores, seleccionando el adecuando que manipulará el sistema mecatrónico e idóneo para su control. En la quinta unidad se analizan los diferentes tipos de control eléctrica para implementar en la construcción del sistema mecatrónico para controlar el funcionamiento del mismo y verificando las posibles mejoras y el mantenimiento requerido del mismo. En la sexta unidad se implementa las interfaces de hombre-máquina implementando los dispositivos de monitoreo y visualización de datos mediante protocolos de comunicación obteniendo un informe estadístico del estatus del sistema mecatrónico diseñado y construido durante la impartición de la materia. Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias Específicas. Integrar los conocimientos del diseño mecánico, para la realizar el prototipo de una estructura implementando mecanismos en el movimiento de la misma. Seleccionar el actuador y sensor que moverá la estructura diseñada con un control exclusivo del movimiento respectivo. Programar el controlador del sistema mecatrónico que controlara su funcionamiento. Aplicar una interfaz gráfica donde monitoree el funcionamiento del sistema Mecatrónico arrojando datos en tiempo real. Competencias genéricas Competencias instrumentales Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Comunicación oral y escrita Habilidades básicas de manejo de la computadora Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Solución de problemas Toma de decisiones. Competencias interpersonales Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades interpersonales Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Habilidad para trabajar en forma autónoma Alta resistencia al fracaso

3 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y Fecha Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga, Junio Participantes M.C. Julio Acevedo Martínez Ing. Fernando García Vargas Ing. Diego Jacob Dondiego Jaime Ing. Jorge Fernando Carmona Espinoza M.E.S. Edgar Zacarías Moreno M.C. Víctor Manuel Velasco Gallardo ING. Raúl Llamas Esparza M.C. Víctor Manuel Herrera Ambriz ING. Oscar Martín Nájera Solís Evento Reunión de la Academia de Ingeniería Mecatrónica 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO (competencias específicas a desarrollar). Aplicar diferentes elementos electromecánicos como son manejadores, actuadores, dispositivos de control, motores convertidores de movimiento, mecanismos, estructuras, controladas digitalmente con la interface de computadoras personales, para la construcción de sistemas mecatrónicos complejos, solucionando un problema en su entorno. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Analizar y diseñar controladores en tiempo y con variables de estado Manejar amplificadores operacionales y dispositivos semiconductores de potencia Diseñar y construir circuitos convertidores de corriente CA-CD, CD-CD, CD-CA y CA-CA Diseñar y seleccionar sujetadores, uniones, de elementos mecánicos Diseñar y automatizar circuitos hidráulicos, neumáticos, elementos de trabajo, control manual, mecánico y electrónico Conocer elementos primarios, instrumentación virtual y aplicaciones

4 7.- TEMARIO 1. Diseño de sistemas mecánicos 2. Estructuras y bastidores 3. Mecanismos 4. Manejadores y actuadores 5. Dispositivos de control. 6. Interface hombre-maquina 1.1. Introducción 1.2. Tipos de diseño 1.3. Ingeniería clásica y mecatrónica 1.4. Criterios de mecatrónica 1.5. Control 1.6. Proceso de diseño 2.1. Funciones de los estructuras y bastidores 2.2.Condiciones de operación 2.3. Flexibilidad 2.3. Modelado y simulación 3.1. Función de los mecanismos 3.2. Condiciones de operación 3.3. Diseño 3.4. Flexibilidad 3.4. Modelado y simulación 3.5. Convertidores de movimiento de relación fija Levas y sistemas eslabonados 4.1. Lineales 4.2. Cilindros hidráulicos y neumáticos Actuadores directos lineales eléctricos 4.3. Solenoides Rotacionales 4.5. Motores hidráulicos y neumáticos Motores eléctricos CD / CA 5.1. Servomotores de corriente directa Manejadores de inducción (investigar) 5.3. Manejadores de velocidad variable 5.4. Dispositivos electrohidráulicos y electroneumáticos Control de manejadores eléctricos: convertidores, trozeadores, inversores y cicloconvertidores Microcontroladores y PLC 6.1. Diseño industrial y factores humanos 6.2. Transferencia de información 6.3. Características del sistema de información

5 El profesor debe: 8.-SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (desarrollo de competencias genéricas) Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, comprender su origen y desarrollo histórico para considerarlo al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la construcción de nuevos conocimientos. Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones, un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno quien lo identifique. Ejemplos: Reconocer las principales funciones de un sistema mecatrónico analizando cada una de sus componentes activos y enfocándose en el cómo se programó. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Ejemplo: Buscar y contrastar diferentes propiedades de acuerdo al sistema de programación y envío de datos en la automatización y las funciones gráficas. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Ejemplo: Llevar a cabo investigaciones que coadyuven en la simulación y construcción de los sistemas y la aplicación en la industria. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Ejemplo: el control y programación de un sistema autónomo en el campo laboral, así como su funcionalidad. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Ejemplo: Identificar la importancia de materias de ingeniería de aplicación obvia en el presente programa. Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisissíntesis, que encaminen hacia la investigación. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una industria sustentable o producción más limpia. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, simuladores, etc.).

6 9.-SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en: Solución de los problemas de aplicación planteados en clase Presentación de proyectos de aplicación individuales Presentación de proyecto final por equipo. Evaluación teórica Manejo de protocolos de comunicación. Control de sistemas Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las conclusiones obtenidas de dichas observaciones. Información obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en documentos escritos. Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente. Exámenes prácticos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos. 10.-UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Diseño de sistemas mecánicos Analizar los enfoque clásicos y de mecatrónica para el diseño de sistemas y dispositivos mecatrónicos Aplicar el enfoque de mecatrónica y de las ingenierías clásicas para la solución de problemas. Aplicará los procesos de diseño para sistemas mecatrónicos. Unidad 2: Estructuras y bastidores Analizar, modelar y simular estructuras de aplicación específica. Unidad 3: Mecanismos Analizar, modelar y simular mecanismos de aplicación práctica Investigar problemas reales para la aplicación y construcción de estructuras mecatrónicas. Diseñar, simular y evaluar estructuras y bastidores de aplicación real. Diseñar y construir mecanismos para la aplicación práctica seleccionada. Evaluar y ajustar los mecanismos construidos para la aplicación particular práctica. Unidad 4: Manejadores y actuadores

7 Diseñar y aplicar el sistema de control de manejadores y actuadores de diferentes tipos. Unidad 5: Dispositivos de control Diseñar, aplicar y modelar dispositivos de control en sistemas mecatrónicos. Identificar el funcionamiento de los manejadores rotacionales y actuadores. Seleccionar, describir y aplicar la operación de los manejadores y actuadores en dispositivos mecatrónicos. Analizará, modelará y controlará el funcionamiento de los dispositivos de control. Aplicará y evaluará los dispositivos de control en sistemas mecatrónicos. Unidad 6: Interfaz hombre-máquina Analizará y evaluará los factores humanos e industriales de los sistemas de información, sus características y requisitos para su aplicación. Buscar e identificar áreas de oportunidad para la aplicación y uso de los sistemas de información usando sus diseños y dispositivos mecatrónicos. 11.-PRACTICAS PROPUESTAS No 1 Nombre: Selección de proyecto Objetivo: Buscar área de oportunidad, en la región, para el diseño y construcción de un dispositivo mecatrónico de aplicación práctica No 2 Nombre: Diseño y cálculo de un dispositivo mecatrónico Objetivo: Diseñar y calcular el dispositivo mecatrónico seleccionado en salón de clases No 3 Nombre: Selección y aplicación de elementos y dispositivos estándares Objetivo: Seleccionar e integrar elementos y dispositivos mecatrónicos disponibles en el mercado al dispositivo diseñado No 4 Nombre: Construcción y prueba del dispositivo mecatrónico Objetivo: Fabricar, ensamblar, integrar y probar elementos mecánicos y electrónicos para el dispositivo mecatrónico en las máquinas de control numérico del Laboratorio de Mecatrónica No 5 Nombre: Prueba, arranque y ajuste del dispositivo mecatrónico Objetivo: Diseñar y probar sistema de control del dispositivo mecatrónico en interface adecuada entre hombre-máquina.

8 12.- FUENTES DE INFORMACIÓN. 1. Mecatrónica, Sistemas de Control Electrónico de la Ingeniería Mecánica y Eléctrica. W. BOLTON, Ed. ALFAOMEGA. 2. Introducción a la Mecatrónica y a los Sistemas de Medición. DAVID G. ALCIATORE, MICHAEL B. HISTAND. 3. Bradley, D. A., A. D. Dawson, N. C. BURD, A. J. Loader Mechatronics Electronics in Products and Processes, Ed. Champman & Hall, Londres, Miu, D. K. Mechatrinics: Electromechanics and Contomechanics, Ed. Springer Verlag, Creus, A., Instrumentación Industrial, Ed. Alfaomega Marcombo, México, 1989