Para los fabricantes de maquinaria de procesos o cualquiera que sea la aplicación, el alcance de la ingeniería tal vez no solo llegue al diseño mecánico de la máquina, sino también la integración y automatización de esta, así como la simulación del proceso.

Entendiendo que la integración es la fase del proceso de fabricación en la que se agregan elementos eléctricos, neumáticos o hidráulicos a los mecanismos móviles, así como también la automatización y programación del PLC (Controlador Lógico Programable) para desempeñar determinada tarea o movimiento.

Entonces podemos decir que la integración es una tarea que involucra tres departamentos:

Ingeniería mecánica. Diseñar el tipo de mecanismo, dimensionar el tamaño de transmisión, y ubicar sensores.

Ingeniería eléctrica. Seleccionar el tipo de componentes y capacidades eléctricos de potencia, selección de sensores.

Ingeniería de Control. Diseñar la lógica de tiempo y secuencia, diseño de trayectorias de movimiento, requisitos de rigidez mecánica.

La finalidad de estas tres áreas es lograr optimizar el diseño de la máquina para lograr un alto desempeño.

Pero ¿Cómo lograr una comunicación técnica efectiva que permita trabajar a estas tres áreas y lograr sus objetivos?

SolidWorks brinda herramientas que hacen la comunicación entre departamentos mas efectiva, en este blog nos enfocaremos particularmente a herramientas de validación como SolidWorks Motion y la integración de herramientas de National Instruments y Rockwell Automation, y veremos cómo facilitan esta colaboración entre diseñadores mecánicos eléctricos y de control, en las fases de diseño encerradas en recuadro rojo.

SOLIDWORKS Motion

El análisis de movimiento dentro de SolidWorks es posible gracias a SolidWorks Motion, que permite hacer un análisis cinemático y dinámico de los componentes, obteniendo resultados como velocidades y aceleraciones angulares, desplazamientos, torques, tiempos y tareas; parámetros que sirven para tomar decisiones sobre distintos aspectos de la máquina. Motion se divide en 2 aplicaciones, Motion Basado en tiempo, incluido en SolidWorks Premium; y Motion Basado en Eventos, incluido en Simulation Professional.

Motion Basado en tiempo

La simulación del movimiento proporciona información completa y cuantitativa acerca de la cinemática (posición, velocidad y aceleración) y la dinámica (reacciones en los vínculos, fuerzas de inercia y requisitos de alimentación como motores o actuadores) de todos los componentes de un mecanismo en movimiento.

La simulación de movimiento comprueba si hay interferencias, y éste es un proceso muy distinto al de la comprobación de interferencias con la animación en SolidWorks. Esta simulación del movimiento realiza comprobaciones de interferencias en tiempo real, y proporciona las posiciones exactas de espacio tiempo de todos los componentes del mecanismo.

Simulación de Movimiento y FEA en conjunto

Si se después de realizar un estudio de análisis de movimiento, el ingeniero desea realizar un análisis de la deformación o los esfuerzos en cualquier componente del mecanismo, el componente elegido se tendrá que analizar estructuralmente por elementos finitos FEA.

Es decir, los resultados de la simulación de movimiento entregan los datos de entrada, estos datos consisten en las reacciones en los vínculos y fuerzas de inercia que actúan sobre cada eslabón del mecanismo, los cuales se emplean para el análisis estructural con FEA.

Por ejemplo, podemos evaluar el movimiento de un mecanismo biela manivela, encontramos desplazamientos, velocidades, aceleraciones, reacciones en los vínculos y fuerzas de inercia. Encontrar la posición donde se muestren los esfuerzos máximos experimentados, o cualquier posición. Estas cargas se pueden transferir del ensamble a la pieza que se desea analizar. Finalmente, FEA utiliza esta información para detectar deformaciones y esfuerzos.

Motion Basado en Eventos

Tal como su nombre lo indica, la simulación basada en eventos se refiere a que ahora el movimiento se va a dar en base a secuencias o “triggers” que van a ir definiendo el movimiento a lo largo de un ciclo.

Esto quiere decir que cada evento o movimiento que realice un mecanismo esta completamente “atado” al movimiento que le precede. Se pueden declarar componentes que actúen como sensores, o que realicen determinadas tareas.

Por ejemplo, pongamos un proceso de transferencia de producto, la simulación comienza con un tiempo de disparo, el cual puede ser igual o mayor a cero segundos. Las siguientes tareas o acciones son desencadenadas después que las anteriores terminan. La tarea 1 indica que un segundo actuador se extiende cuando el primer actuador termina de extenderse. El actuador subsecuente se extiende y retrae siguiendo el mismo patrón, hasta completar la tarea de mover el producto fuera de la caja.

Hasta aquí hemos mencionado las herramientas de simulación de movimiento, y abren puerta a la siguiente, para completar el ciclo de diseño con todo lo que es referente a la integración y control de la maquina una vez que hemos validado el movimiento mecánico de la misma.

Mecatrónica con SolidWorks

Hasta SolidWorks Motion Basado en eventos podemos empezar a hablar de como comenzar a integrar la automatización de mi máquina, es decir, hasta ahí es posible determinar una lógica de movimiento, ver la posición mecánica de algunos sensores, potencia de actuadores o servomotores, y que en esta etapa tiene que complementarse con el control.

National Instruments

National Instruments transforma la forma en que los ingenieros y científicos de todo el mundo diseñan, crean prototipos y despliegan sistemas para pruebas, control y aplicaciones de diseño integrado. Los productos de National Instruments simplifican el desarrollo, aumentan la productividad y reducen drásticamente el tiempo de comercialización.

LabView de National Instruments en colaboración con SolidWorks, son capaces de generar:

• Una visualización realista de la operación de la máquina
• Estimar el rendimiento del tiempo de ciclo de la máquina
• Realizar un análisis preciso de los requisitos de fuerza / torsión
• Diseñar y validar la programación del control de movimiento
• Identificar problemas de diseño a través de los límites mecánicos / eléctricos

La integración de estas dos herramientas permite tener un análisis más completo sobre los proyectos, mejorando la integración mecánica, eléctrica y de automatización.

La flexibilidad que ofrece SOLIDWORKS para poder conectarse con herramientas como LabView permite a los equipos de ingeniería trabajar desde distintos enfoques sin perder el mismo objetivo planteado en cada proyecto. De manera que dos plataformas totalmente distintas puedan ser aprovechadas simultáneamente para el desarrollo e integración de maquinaria especializada, simulando el trabajo real.

Que tu proyecto de maquinaria no quede limitado al diseño mecánico, integra herramientas que te permitan validar no solo el movimiento mecánico si no también la integración de componentes eléctricos y la simulación de la lógica y automatización.