Моделирование и конструирование автоматизированных и роботизированных систем

1.

Труд/(технология) 9 класс
Моделирование и конструирование
автоматизированных и
роботизированных систем

2.

Понятие «моделирование и конструирование
автоматизированных и роботизированных систем
Моделирование и конструирование
автоматизированных и роботизированных
систем – это сложный процесс, который входят
проектирование, разработка и внедрение систем
по выполнению многих задач в промышленности,
медицине, науке и др. сферах. Этот процесс
требует междисциплинарного подхода,
включающего знания в области механики,
электроники, программирования, искусственного
интеллекта и других дисциплин.

3.

Аспекты моделирования и конструирования
автоматизированных и роботизированных систем
Трёхмерное проектирование: оно
необходимо, чтобы разработать манипулятор
и их компоненты (детали узлов,
технологическая среда, инструменты).
Компьютерное моделирование: с
использованием автоматизированных
систем, упрощается выполнение сложных
вычислений и повышается экономическая
эффективность.
Разработка проектной и рабочей
технической документации – это контроль
на соответствие разрабатываемого проекта и
техническая документация стандарта
(предпроектный контроль, текущий,
«выходной», внешний).
Проведение пусконаладочных работ:
специалисты в области робототехники
проводят их, осуществляют техническое
обслуживание, локализуют и устраняют
неисправности роботизированных
комплексов.

4.

Основные этапы моделирования и
конструирования
1. Анализ требований
2. Разработка концепции
3. Проектирование
4. Симуляция и тестирование
5. Конструирование прототипа
6. Тестирование и настройка
7. Внедрение и эксплуатация

5.

Анализ требований
На этом этапе определяются цели проекта,
требования к системе, включая функциональные
характеристики, производительность,
надежность, безопасность и другие параметры.
Также проводится анализ существующих
решений и технологий, которые могут быть
использованы для реализации системы.
Вовлекают заинтересованные стороны.
Взаимодействие с заказчиком, спонсором проекта,
экспертом, для понимания их потребности.
Сбирают информацию. Сбор данных о
разрабатываемой системе, которая будет
поддерживаться и использоваться
пользователями.
Определяют приоритетности требований.
Выделяют важность требований, чтобы достичь
успеха проекта.
Документация требований. Требования чётко и
сжато документируют, чтобы их было легко
понять и донести до команды разработчиков.

6.

Разработка концепции
Создают общую концепцию системы,
которая описывает ее архитектуру,
компоненты и взаимодействие между ними.
Это может включать выбор типа робота или
автоматической системы, определение их
функций и характеристик.
Формирование требований пользователей.
Определение всех групп пользователей,
которые будут взаимодействовать с
системой, и выявление их потребностей и
ожиданий.
Обследование предприятия. Анализируют
текущий бизнес-процесс и организационную
структуру предприятия, включая оценку
эффективности.
Анализируют текущее состояние
информационной системы. Оценивают
текущий IT-инфраструктурный ландшафт,
включая аппаратное и программное
обеспечение.

7.

Проектирование автоматизированной или
роботизированной системы
Механическое проектирование
Электрическое проектирование
Состоит из расчёта и проектирования
механизмов (приводы, передачи, корпус и
др. механических элементов системы).
Главными качествами являются
прочность, жесткость, точность и
долговечность конструкции.
Определяют схемы, чтобы подключить
датчики, исполнительные устройства,
контроллёры и другие электронные
компоненты. Главное – обеспечение
надежной работы всех компонентов в
различных условиях эксплуатации.
Программное обеспечение
Разрабатывают программы, чтобы
управлять системой, обработкой данных
от датчиков, принимать решения и
взаимодействовать с оператором.
Используют языки программирования, а
также специализированную среду
разработки.
Проектирование автоматизированной
или роботизированной системы
включает создание чертежей, схем и
моделей компонентов и всей системы в
целом. В этот этап входят разработка
механических узлов, электрических схем,
программного обеспечения и алгоритмов
управления.

8.

Симуляция и тестирование модели
Перед созданием физического прототипа
систему моделируют и тестируют в
виртуальной среде. Симуляции позволяют
проверить работоспособность системы,
выявить возможные ошибки и
оптимизировать конструкцию до начала
производства.
Проводится компьютерное
моделирование системы, чтобы проверить
её работоспособность и оптимизировать
параметры. В связи с этим, моделируется
физический процесс, взаимосвязь
элементов, действия системы в разных
условиях эксплуатации.
Физическое моделирование используют,
чтобы проанализировать механические
свойства конструкции (деформация,
вибрация и нагрузка).
Электромагнитное моделирование
При нём анализируют распределение
электромагнитного поля, какое влияние
оказывают внешние помехи и какая
совместимость электронных компонентов.
При динамическом моделировании
исследуют движение системы, траектория
перемещения, скорость и ускорение.

9.

Конструирование прототипа
После успешного тестирования создается физический прототип системы. Производство
включает изготовление деталей, сборку компонентов и установку программного
обеспечения.
Создание схемы подключения
компонентов. Это виртуальная карта,
она определяет взаимодействие
элементов между собой. На этом этапе
определяется расположение каждого
компонента, их взаимосвязь и способ
подключения.
Определение расположения
компонентов на физической плате.
Выбирают оптимальное расстояние
между элементами, учитывают место
для пайки и размещают элементы.
Учёт электрических и механических
аспектов. Размещают компоненты так,
чтобы минимизировать длину трасс
проводки и уменьшают возможность
возникновения электромагнитных
помех.
Выбор материалов. На этом этапе
выбирают материалы для изготовления
платы и корпуса. От правильного
выбора материалов зависит
производительность, долговечность и
внешний вид устройства.
Физическая сборка прототипа.
Происходит пайка компонентов на
плату, подключают проводы,
устанавливают микроконтроллер и
другие модули, устанавливают все
компоненты в корпус.
Тестирование прототипа. Проверяют
работоспособность каждого компонента
и их взаимодействие. Если выявляют
ошибки или несоответствия, то вносят
коррективы.

10.

Тестирование и настройка
Проводятся испытания прототипа в
реальных условиях эксплуатации.
Проверяются все функции системы,
выявляются ошибки и недочеты. Вносятся
необходимые коррективы в конструкцию и
программную часть.
Определить цель тестирования.
Указывают конкретную цель, которую надо
достичь при помощи тестирования
прототипа.
Создать тестовый план. В нём содержится
информация о том, какие тесты надо
применить. Также в плане указана
последовательность выполнения тестов и
затраченное время.
Разработать тестовый сценарий. В нём
описываются шаги, требующие выполнения
для прототипа, проверяется его
функциональность, эргономика,
производительность и т.д..
Выполнить тестовые сценарии.
Пользователи тестируют прототип, выполняя
необходимые действия по сценарию.
Анализ результатов. Полученные результаты
сравнивают с проектируемыми результатами,
которые указаны в тестовом плане. Выявляют
и регистрируют ошибки, проблемы,
несоответствия, анализируют причины
появления каждой проблемы.
Составить отчёт о тестировании. По
завершению тестирования готовят отчёт,
который содержит детальную информацию о
выполненном тесте, какие обнаружены
проблемы, ошибки; рекомендации по их
исправлению.

11.

Внедрение и эксплуатация
Оценка системы устанавливают на объекте и
вводят в эксплуатацию. На этом этапе проводят
обучение персонала, мониторинг работы
системы.
Тестирование и оценка
Улучшение и доработка
Массовое производство
• Прототип тестируют с
участием пользователей.
Собирают обратную
связь, выявляют
проблемы и недочёты.
Это может включать
проведение тестов,
анкетирование и
интервью с
пользователями.
• На основе полученной
обратной связи прототип
дорабатывается и
улучшается. Этот этап
повторяется несколько
раз до достижения
желаемого результата.
Учитываются все
замечания и
предложения
пользователей, для
создания максимально
удобного и
функционального
продукта.
• После исправления
недостатков и
улучшения прототипа,
его используют в
производстве.

12.

Заключение
Моделирование и конструирование автоматизированных и роботизированных
систем – это комплексный процесс, включающий проектирование, разработку и
внедрение различных систем автоматизации и роботов для выполнения конкретных
задач. Этот процесс требует знаний в области механики, электроники,
программирования, а также понимания принципов работы автоматических устройств
и их взаимодействия с окружающей средой.