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TOPIC 3 CAD-Design e Fabricação de Sistemas Automatizados

Princípios para Projetar Componentes Mecânicos precisamos de componentes elétricos e eletrônicos para o sistema automatizado desejado. Estes componentes selecionados baseiam-se no conhecimento aprofundado do princípio de trabalho e da construção destes componentes e, em seguida, estes componentes são adquiridos do mercado. Os componentes mecânicos também são necessários para construir um sistema automatizado. Os componentes mecânicos podem ser variedade dos mecanismos de ligação estrutura do sistema automatizado; é esquema ou o corpo do sistema automatizado. Todos esses componentes mecânicos devem ser projetados e então decididos se esses componentes devem ser fabricados em casa ou eles devem ser adquiridos de fora. Basicamente há dois aspectos, o primeiro é a concepção dos elementos mecânicos e o segundo aspecto é a decisão sobre a fabricação ou a contratação. A primeira opção pode estar projetando os componentes em casa, mas comprando os componentes do mercado. O segundo cenário é o design e fabricar os componentes em casa. Esta decisão é totalmente dependente de muitos fatores. Esses fatores podem ser o custo associado aos componentes que é o fator primário, segundo a disponibilidade dos componentes no mercado. Um exemplo simples são os fechos, os fechos padrão, como parafusos ou porcas ou os rebites que estão disponíveis no mercado. Não adianta fabricar esses fechos em casa, eles podem ser fabris adquirindo um equipamento. Mas se os componentes de boa qualidade estiverem disponíveis no mercado seria mais sábio adquirir os componentes do mercado e utilizá-los para o nosso propósito pretendido que é a montagem ou o desenvolvimento do produto. Alguns dos componentes podem não estar disponíveis no mercado. Esses componentes precisam ser projetados em casa e temos que selecionar o processo de fabricação adequado e ir para a produção real desse componente. Na tela podemos ver as diversas funções e operações que precisam ser realizadas durante um ciclo de vida típico do produto. O ciclo de vida do produto está começando com o marketing, o pessoal de marketing fornecerá os insumos para a equipe de design. Com base nisso, serão realizadas atividades de design de entradas e depois disso as atividades de fabricação serão realizadas. Todas essas atividades são agrupadas para a identificação de necessidade de design, derivando as especificações de design, estudo de viabilidade do design e conceituação do design. Essas 4 atividades são combinadas juntas e o design é sintetizado. Estamos obtendo a necessidade de design da equipe de marketing e dos clientes, estamos especificando que requisitos nos números ou estamos descobrindo as especificações com base nos insumos que é a necessidade do cliente. E depois disso é realizado o estudo de viabilidade, se é possível fabricar o produto ou se é possível modificar o design existente do produto conforme a necessidade do cliente. Depois disso o design é revisado ou modificado e o conceito revisado é gerado, o que é chamado de conceitualização do design. Essas 4 atividades são clubadas juntas e esse processo é chamado de síntese de design. Após a conceituação do design do produto, estamos analisando o design e aplicando os princípios de engenharia mecânica e posteriormente estamos descobrindo os parâmetros ideais de design. Estamos descobrando o material de forma de tamanho e as dimensões do produto, aplicando o princípio da engenharia mecânica. Em seguida, o teste ou a avaliação do design é feito e então o design é documentado, os documentos e desenhos de produção são feitos e esses desenhos serão enviados para o departamento de fabricação ou o departamento de produção para fabricação real. A análise do modelo, a concepção do produto, o design de otimização, a avaliação e a documentação do design; estes são agrupados e esse processo é chamado de análise do design. O módulo de síntese de design ou as atividades de síntese de design estão analisando a filosofia do desenvolvimento do produto. Os objetivos do desenvolvimento do produto ou o motivo por trás do desenvolvimento do produto, então nesta operação as funcionalidades pretendida são analisadas e a singularidade desse produto é definida. O segundo grupo de atividades que é realizado são as atividades de análise. As atividades de análise são dependentes da análise de engenharia, aplicação dos princípios de engenharia mecânica e o desenho conceitual é convertido no modelo baseado em engenharia ou no protótipo. Após testes deste modelo ou do protótipo podemos ir diretamente para a sua produção. Em geral quais são as várias etapas para projetar um componente mecânico? O primeiro passo para projetar um componente mecânico é identificar a necessidade do design. Temos que especificar claramente a necessidade do design, no que diz respeito aos componentes mecânicos e temos que identificar o tamanho, a forma do componente mecânico. Temos que aplicar o conhecimento da engenharia mecânica. É necessário o conhecimento fundamental da força dos materiais, que trata da análise de estresses e defleções nos materiais que estão sob carga. Para fabricar qualquer produto físico precisamos dos materiais e devemos saber como os materiais estão se comportando sob a aplicação da carga. O exemplo simples pode ser os garfos de um caminhão de empilhadeira, que são contados com o material de aço. Mas que tipo de material de aço é necessário o que deve ser sua força. É muito essencial compreender e especificar a força do material quando estamos sugerindo certo material para a operação. Não podemos ter os garfos de plástico para o caminhão de empilhadeira que é usado no aplicativo da indústria. Certamente temos que ir para o aço que está tendo uma força muito boa, em segundo lugar o conhecimento que adquirimos durante a análise de estresses e defleções certamente tornará o design seguro. O objetivo é estudar a força do material e descobrir as tensões e as defleções, de modo que o design do produto seria seguro e podemos facilmente ir para a fabricação desse produto. O próximo aspecto importante no design mecânico é a aplicação do princípio de mecânica sólida. A mecânica sólida compreende o estudo da deformação e do movimento de materiais sólidos que são utilizados em um produto ou em um sistema. Os materiais sólidos estarão sob a ação de várias forças. Quando os materiais ou os componentes estão sob a ação de forças, assim como os componentes estão se movimentando, a aplicação de forças também está lá. Estudo da deformação sob a ação de forças e movimento ajudará no desenvolvimento de um produto robusto e em um sistema automatizado robusto. O terceiro aspecto no que se refere à engenharia mecânica é a cinemática dos sistemas automatizados. Vários mecanismos são clubados e o sistema automatizado é desenvolvido que é chamado de maquinário automatizado também. Esses mecanismos estão tendo vários elos e eles estão conectados uns com os outros através de articulações. Quando essas ligações se movimentam com respeito a cada um então o que é a transmissão de movimento e forças. O princípio da engenharia mecânica que trata do estudo de movimento de um sistema de corpos sem considerar diretamente as forças que afetam o movimento é chamado como a cinemática. A cinemática trata basicamente da moção de um determinado sistema ou sem considerar o efeito de forças sobre a moção. Ao aplicar esses princípios de engenharia mecânica os engenheiros de design estão obtendo as dimensões finais do produto, posteriormente o design é testado. Para testar o design, é criado um modelo ou um protótipo desse produto desejado. Qual é a diferença entre o modelo e um termo de protótipo, que são utilizados no design do produto.

Questão de Avaliação#1 Arrange as fases seguintes de "Síntese" no Processo de Design de um ciclo de vida do produto. Clique e Rasgue as caixas de resposta, colocando-as na ordem correta, de cima para baixo, ou seja, primeiro para durar.

Resposta correta: necessidade de Design, Especificações em Design, Estudo de Viabilidade com coleta de informações e conceituação de Design

Modelo versus Protótipo em Desenvolvimento de Produto A primeira diferença entre um modelo e um protótipo é um modelo mostra a aparência do produto desejado, portanto, ele não funciona. Um modelo irá apenas mostrar a aparência física do produto e do exterior do produto. Como o produto vai se parecer depois de seu desenvolvimento ser chamado de modelagem. No entanto, um protótipo é o protótipo de trabalho que por isso terá todas as funcionalidades e as características incorporadas no produto. Trata-se de um modelo de trabalho do produto que é chamado de protótipo. A segunda diferença entre o modelo e o protótipo é em geral os modelos são utilizados para a visualização. Para visualizar o tamanho, a forma ou a aparência do produto após o seu desenvolvimento e em geral o modelo é utilizado para a exibição ou para a finalidade de demonstração. Por outro lado o protótipo é utilizado para a avaliação de desempenho e análise do produto. Com base na avaliação de desempenho ou na análise, o produto pode ser aprimorado ainda mais antes do início real da produção. Durante o desenvolvimento do escalonamento do modelo pode ser aplicado, o escalonamento significa que o tamanho do produto pode ser reduzido. Por exemplo, se estamos tentando desenvolver um veículo guiado automatizado o tamanho do veículo guiado automatizado está em metros. No entanto a forma final do veículo guiado automatizado pode ser visualizada ao escalá-lo para baixo. Ao utilizar impressora 3D, um modelo menor do veículo guiado automatizado pode ser desenvolvido o que ajudará na visualização de sua aparência após o desenvolvimento. Mas no caso do protótipo é para ser a verdadeira escala, ele deveria ter as dimensões exatas como o produto final teria. O modelo consistirá no exterior ou na pele do produto, o protótipo terá o exterior que é a pele assim como ele terá as partes interiores ou os componentes e o mecanismo. Obviamente, como estamos desenvolvendo apenas a pele ou a porção exterior do produto, o custo associado ao desenvolvimento de um modelo é menor em comparação com o desenvolvimento do protótipo. O desenvolvimento do protótipo está tendo desenho e desenvolvimento de seus componentes e montagem também. Além disso, o desenvolvimento do protótipo levará mais tempo. Então agora um dias a impressão 3D é usada de forma abrangente e a impressão 3D está chegando sob a filosofia da prototipagem rápida. O modelo 3D tem que ser primeiramente desenvolvido e posteriormente o modelo 3D pode ser utilizado para desenvolver os modelos baseados em RP. A impressão 3D também é usada para desenvolver os vários componentes do protótipo. Se não for possível usando a impressão 3D então a manufatura convencional é adotada. Se não temos a impressora 3D metálica, mas os determinados componentes devem ser fabricados através do uso do aço ou dos metais. Neste cenário os componentes que são contornados do aço, temos que ir para a fabricação convencional como o casting, temos que ir para a maquinação desse casting. Por isso, o tempo necessário para desenvolver um protótipo é bastante longo. Com o uso da tecnologia de impressão 3D agora, é uma questão de poucos minutos ou algumas horas para desenvolver a pele de um produto típico em seu modo scale down. Agora, existem outros 2 modos como bem que são usados na modelagem, estes são o modo virtual de modelagem e o modo físico de modelagem. No modo virtual de modelagem, são usados computadores que ajudam na visualização do modelo no formato digital. A modelagem digital e as impressoras 3D estão nos ajudando a desenvolver os modelos físicos do produto. É claro que a modelagem 3D ou a modelagem digital é conveniente por menos tempo, mas as habilidades necessárias para desenvolver o 2D ou os modelos 3D do produto devem ser adquiridas. Para essa finalidade é essencial ter o conhecimento da aplicação de computadores para desenvolver os modelos dimensionais de 2 ou os modelos dimensionais de 3 do produto. É claro que a modelagem 3D ou a modelagem digital é conveniente por menos tempo, mas as habilidades necessárias para desenvolver o 2D ou os modelos 3D do produto devem ser adquiridas. Para essa finalidade é essencial ter o conhecimento da aplicação de computadores para desenvolver os modelos dimensionais de 2 ou os modelos dimensionais de 3 do produto. Estas fotos vão nos dar uma ideia melhor sobre o conceito do modelo e do protótipo. Podemos ver o modelo de uma lâmpada, essas lâmpadas são 3D impressas e têm muitas ligações que estão conectadas umas com as outras. Mas eles não são funcionais, são rígidos e não se movimentam. Além disso, essas lâmpadas não têm as ligações elétricas. Esses modelos simplesmente giveus a ideia de como a capa do modelo ou como a lâmpada seria após a produção. Mesmo conceito existe para um avião militar que podemos ver em nossa tela, este é o modelo de barro da aeronave militar que é desenvolvido para saber como exatamente sua aparência física seria após seu desenvolvimento. O terceiro exemplo é uma ponte simples i.e a estrutura civil. No que se refere aos protótipos, podemos ver um robô que é muito famoso chamado SpotMini. Este é o protótipo do produto final desejado que está a ter todas as funções e a fazer todas as atividades do produto final. Para desenvolver os modelos virtuais ou para ter a modelagem virtual, é muito essencial entender os princípios do CAD. Estas fotos vão nos dar uma ideia melhor sobre o conceito do modelo e do protótipo. Podemos ver o modelo de uma lâmpada, essas lâmpadas são 3D impressas e têm muitas ligações que estão conectadas umas com as outras. Mas eles não são funcionais, são rígidos e não se movimentam. Além disso, essas lâmpadas não têm as ligações elétricas. Esses modelos simplesmente giveus a ideia de como a capa do modelo ou como a lâmpada seria após a produção. Mesmo conceito existe para um avião militar que podemos ver em nossa tela, este é o modelo de barro da aeronave militar que é desenvolvido para saber como exatamente sua aparência física seria após seu desenvolvimento. O terceiro exemplo é uma ponte simples i.e a estrutura civil. No que se refere aos protótipos, podemos ver um robô que é muito famoso chamado SpotMini. Este é o protótipo do produto final desejado que está a ter todas as funções e a fazer todas as atividades do produto final.

Pergunta Avaliação#2 Qual das imagens a seguir é um exemplo de um Protótipo? Clique sobre a área correta da imagem (um círculo azul com uma cruz aparecerá).
A resposta correta é a segunda imagem a partir da esquerda.

Tecnologia de Computação para Design e Manufatura Para desenvolver os modelos virtuais ou para ter a modelagem virtual, é muito essencial entender os princípios do CAD. O CAD não passa de aplicação do conhecimento de modelagem geométrica e computação gráfica para resolver os problemas de design, os princípios da modelagem geométrica são aplicados e os gráficos de computador são utilizados para visualizar a peça digitalmente na tela virtualmente. Essa atividade está nos ajudando a projetar os componentes no modo virtual. Isso é chamado de design auxiliado por computador. De forma semelhante os computadores estão nos ajudando a automatizar a operação de fabricação também. Mas ideia de operações de fabricação pode facilmente ser automatizada com o uso de computadores. Um exemplo simples é a geração do código GNM de código de programação de peça, que é utilizado nas operações de maquinação CNC. Mas para gerar esses códigos ou para utilizar os computadores na fabricação, são necessários os desenhos baseados em CAD e a automação necessária. A aplicação de CAD e automação para resolver o problema de fabricação não passa de CAM. CAM não passa de computador auxiliado na fabricação e CAD é o design auxiliado por computador. O CAD pode ser definido como a integração de técnicas de ciência da computação para o projeto de engenharia. Os sistemas CAD requerem certo hardware e software especializado. Quais são os elementos de hardware necessários para ter o sistema CAD? Os dispositivos de entrada e os dispositivos de saída são necessários. Os dispositivos de entrada são um rato ou joystick típicos, bolinhas de rastreador, tablets, canetas digi ou pens digitais. Com esses dispositivos de entrada, as informações necessárias são inseridas para realizar a operação de design. E quais são os vários dispositivos de saída ou variedade de tipos de displays como os displays LCD, displays de LED, displays baseados em plasma, impressoras e plotters. Os plotters industriais são de enorme tamanho, em metros e eles são usados para desenvolver o blueprint do produto. Com esses dispositivos de entrada e dispositivos de saída os modelos digitais do produto são gerados. Depois de gerar os modelos digitais do produto, são aplicados vários métodos numéricos e o conhecimento das matrizes matricial. E com a ajuda da matemática básica, como equações diferenciais, as dimensões do produto são finalizadas. Para finalizar as dimensões do produto, a variedade de métodos de otimização está sendo utilizada hoje em dia. Estes são os métodos clássicos de otimização ou os métodos de otimização evolutiva, como o algoritmo genético. Olhemos para quais são os modos para visualizar o produto no ambiente digital. O primeiro modo de visualização está em um modo dimensional de 2, em nossa tela podemos ver uma montagem de manivela. esta montagem de manivela está sendo mostrada usando 2 visualizações diferentes. Para a modelagem 2D, são necessárias várias visualizações, mais de 1 visualização é necessária para comunicar as informações sobre o produto.
Não é possível comunicar todas as informações geométricas sobre o produto apenas dando uma visão apenas de 1. Para a fabricação e o uso do desenho, são necessários diversos pontos de vista e que é a característica do modo 2D de modelagem. Em nossa tela, podemos ver um produto típico e ele também mostra a visão seccional do produto. As dimensões são fornecidas e o engenheiro de produção compreenderá o significado dessas dimensões. Para fabricar um componente, suas não apenas as dimensões do produto que são necessárias. O engenheiro de design também deve fornecer as informações sobre a rugosidade da superfície, as tolerâncias sobre as dimensões, bem como sobre as características. É essencial que o engenheiro de design forneça todas essas informações e uma vez que essas informações sejam fornecidas, um desenho simples de 2D será convertido no desenho de produção. No wecan de tela veja um desenho de produção típico que tem 2 visualizações. Podemos ver uma visão lateral seccional e a vista frontal. Esta é a visão frontal da roda e esta é a visão lateral seccional. Além das dimensões, os valores de tolerância também são fornecidos. As tolerâncias não são nada além dos desvios admissíveis sobre a dimensão básica do recurso. Este é o 40 se o lado positivo da dimensão básica não houver tolerância e nenhuma divisão é permitida, no lado negativo menos 0,12 é permitido. Além disso os valores de rugosidade também são fornecidos onde também é necessário gerar o acabamento superficial da qualidade necessária. Os desenhos de produção também possuem as informações sobre diversos recursos, como o número de furos e seus respectivos diâmetros. Quando tais informações de detalhes são fornecidas no que diz respeito à fabricação do componente então ele é chamado de direito de produção. O próximo modo de visualização é a modelagem 3D. Em sólidos de modelagem 3D são usados para visualizar os objetos, os sólidos estão tendo superfícies que são feitas de curvas. As curvas são conectadas umas às outras que fazem uma superfície e as superfícies são costuradas para desenvolver os sólidos. Na tela podemos ver a visão explodida de um modelo típico de 3D. Este modelo 3D possui vários recursos ou objetos que são articulados com certa localização geométrica. Esses recursos estão tendo relação com os outros recursos adjacentes adjuncts. Na modelagem 3D os objetos 3D são representados no avião 2D. Na tela podemos ver a variedade de maneiras de visualizar o objeto. Este é o modelo de wireframe e este é o modelo de superfície ou o modelo sólido. Podemos anexar cores ao esquema do modelo sólido e até mesmo podemos anexar os materiais. Na modelagem 3D podemos renderizar os objetos podemos ter os efeitos de lighting.Um modelo de superfície típico de uma pele de carro é mostrado na tela. No que diz respeito aos componentes industriais os modelos 3D são mais eficazes; são menos ambíguos, fáceis de entender e é uma forma melhor de comunicação. Na tela podemos ver um arranjo de ligação de êmbolo. Este é o êmbolo de um motor, anel de pistão, bastão de ligação, píer de pistão que está a ajudar a ligar a haste de ligação com o pistão, há vários fechos que são utilizados. Com o modelo 3D é muito fácil para nós visualizarmos os componentes e desenvolvamos os desenhos de montagem, as visualizações explodidas ou os desenhos relacionados à manutenção. Todo esse tipo de desenhos são baseados na modelagem 3D e que torna fácil a vida do designer e do engenheiro de produção. Além dos desenhos de produção ou dos desenhos mecânicos típicos, os modelos de modelagem 3D são muito utilizados hoje em dia para o propósito de entretenimento. Podemos ver a variedade dos modelos 3D, que também são usados para desenvolver as visões realistas dos diversos produtos. A modelagem 3D também é usada para projetar e desenvolver os desenhos e desenhos arquitetônicos. Após o desenvolvimento desses modelos digitais, o princípio da engenharia mecânica é aplicado para testá-los. O material é anexado, as forças são aplicadas e então a deformação é encontrada neste componente mecânico. Para este efeito, são utilizadas as técnicas numéricas como método de elemento finito e vários softwares baseados em FEM que estão disponíveis no mercado hoje em dia. Estes são a ANSYS ou a ABACUS. Além disso se o produto ou o sistema estiver tendo o fluido então existem muitos softwares baseados em análise de fluidos que também estão disponíveis, como o fluente ou o gambit. Quando a análise dos produtos é realizada através do uso do software, isso é chamado de engenharia auxiliada por computador ou a análise auxiliada por computador. Esta análise é muito importante para descobrir os valores ideais dos parâmetros para a finalidade pretendida. Pode ser o produto mecânico ou o produto civil ou o produto arquitetônico, portanto, temos que apresentar os valores finais dos parâmetros. Além disso, o CAD está nos ajudando a desenvolver os planos de processo ou os planos de produção.

Avaliação Questão#3 Qual das seguintes SÃO as vantagens de aplicar CAE (Computer-Aided Engineering) na fabricação de elementos para Sistemas Automatizados? Escolha três respostas.

Resposta correta: Simulação numérica, deflexão de análise e resposta Incorreta de Otimização: Criatividade Robótica