1. No category

Kurs-PM
Systemkonstruktion för Z2 (SSY047), läsperiod 3-4, 2015
Allmän kursinformation
Examinator och
föreläsare:
Jonas Sjöberg, tel: 772 1855, [email protected]
Övningsledare:
Robert Hult, tel. 772 22 16, [email protected]
Nikolce Murgovski, tel 772 48 00, [email protected]
Studieexpedition:
EDIT-huset, 5:e vån (rum 5430, uppgång Hörsalsvägen 11). tel 772 3720
Kursbok:
B. Lennartson: Reglerteknikens grunder, Studentlitteratur, 2002. (In
Swedish).
Material på kurswebsidan, bland annat:
J. Fredriksson: An introduction to Simulink as tool for modelling and
simulation.
Resterande material: Delas ut efter hand eller refereras på hemsidan.
Inlämningsuppgifter, delas ut under kursens gång.
Kompletterande material om CATIA (elektroniskt).
Hemsida - PingPong:
Här står det mesta som är värt att veta om kursen och allt material till
kursen kommer att finnas tillgängligt här. Uppdateras under kursens
gång.
Kursens genomförande:
Kursen består av följande moment: Föreläsningar och övningar,
simuleringsövningar,
designprojekt,
CAD-övningar
samt
genomförande
av
inlämningsuppgifter, varav
två
större
designuppgifter och tre mindre räkneuppgifter. På föreläsningarna
och övningarna kommer det viktigaste av kursens innehåll att tas upp
för att genomföra designprojekt och inlämningsuppgifter.
Förutom undervisningstillfällena finns ett antal konsulttillfällen då
man kan få hjälp med inlämningsuppgifter.
Examination
För slutbetyg krävs godkända inlämningsuppgifter, CAD-övningar och
godkänt designprojekt. För överbetyg krävs tentamen, dvs, för att få betyg 3
på kursen krävs ingen tentamen.
För varje väl genomförd inlämningsuppgift erhålls 2 gratispoäng vid första
ordinarie tentamenstillfälle. Det innebär att man vid tentamen kan hoppa över
angivna uppgifter motsvarande det antalet gratispoäng man har. Till exempel,
om man blivit godkänd på samtliga inlämningsuppgifter så har man 10
gratispoäng och hoppar över uppgifter motsvarande 10 poäng.
Designprojektet betygsätts (U,G,VG) och vägs in slutbetyget
tillsammans med tentamensbetyg (U, G, VG) enligt:
Konstr.
projekt
Slutbetyg
U
G
VG
Tentamen
U
G
U
U
3
3
3
4
VG
U
4
5
Första tentamenstillfället är den 3:a juni på eftermiddagen.
Kursupplägg:
Kursen är upplagd så att huvuddelen av föreläsningarna och teorin är i
lp 3. CAD övningar börjar i lp3 och avslutas ett par veckor in i lp4.
Designprojektet startar i lp3 men huvuddelen av arbetet utförs i lp4.
Kursen har relativt många inlämningsuppgifter med skarpa deadlines.
Vid missad deadline, eller underkänd uppgift, så erbjuds alternativa
uppgifter med deadline i närhet av med tentamenstillfällena.
Kursbeskrivning
Kursens syfte
Traditionella kurser inom systemkonstruktion fokuserar på primära
ämnesområden som exempelvis mekanik, elektronik och datorteknik.
Dagens teknik innefattar dock lösningar där traditionella
ämnesområden kombineras. Syftet med kursen är att ge förståelse för
systemkonstruktion där mekanik, elektronik och datorteknik
samverkar för att ge egenskaperna av ett dynamiskt system. Stor vikt
läggs på förmågan att konstruera system eller produkter där olika
komponenter sätts samman, givet en kravspecifikation. Dessa insikter
kan utnyttjas till att förbättra och utveckla system eller produkter med
ny funktionalitet och förbättrad prestanda.
Lärandemål
Efter genomförd kurs skall du kunna:
• Hantera ett CAD verktyg och med detta utföra
maskinkonstruktion.
• Sätta upp en kravspecifikation för ett tekniskt system eller
produkt.
• Dimensionera och välja maskinelement, drivsystem samt
sensorer med hänsyn till ställda funktionskriterier.
• Tillämpa en systematisk metod för att ta fram ett
konstruktionsunderlag för ett system eller en produkt.
• Ta
fram
konstruktionsunderlag
innefattande
kravspecifikation, lösning i form av ritningar, komponentval, hur
delarna kopplas ihop samt tid- och kostnadsplan.
• Använda matematiskt modellbygge för att modellera
dynamiska system samt att simulera för att designa och
verifiera en konstruktion av ett system eller en produkt.
• Beskriva
ett
tids-invariant
linjärt
system
som
överföringsfunktion, blockschema och tillståndsform, och du
ska också förstå idén med kan reglering för att systemet så
ska får önskade dynamiska egenskaper.
• Beskriva och motivera en teknisk konstruktion muntligt och
skriftligt.
Förkunskaper
Kunskaper som förmedlats i Introduktion till Automation och
Mekatronik, programmeringskurserna, Hållbara produkter och
produktionssystem, Elektriska kretsar och elenergi, Signaler och
system.
Föreläsnings- och övningsprogram
Föreläsningar och övningar
Preliminärt föreläsnings- och övningsschema (kan ändras under
kursens gång).
LP3
Läsvecka 1
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 20 jan
13.15-15.00
HC2
Fö 1. Introduktion
Målet med första föreläsningen är att ge en
introduktion till kursen. Gå igenom kursplan,
förkunskaper, syfte, lärandemål, innehåll,
organisation och tidsplan samt examination.
Litteratur
/Lärare
NASA System
Engineering
Handbook
Systematisk konstruktion Syftet är att presentera
olika metoder och tillvägagångssätt vid
systematisk konstruktion vid design av produkter
och system.
Fredag 23 jan
10.00-11:45
HC2
Fö 2. Modellbygge - Laplacetransformen
Exempel på enkla dynamiska system som
beskrivs med linjära differentialekvationer
• Laplacetransformen (ytligt)
• Överföringsfunktion
• Blockschema
• Tillstånd och tillståndsmodeller
Uppgifter: 1.1b), 1.3 c), 2.1b),
•
BL: 2.1, (2.2 –
bara ytligt),
2.3, 2.7, 3.1
Läsvecka 2
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 27 jan
13.15-15.00
HC4
Onsdag 28 jan
13.15-15.00
HC2
Fredag 30 jan
13.15-15.00
MT9
MT11
MT12
Fö 3. Modellbygge, fortsättning
• Matematiska modeller för
tidskontinuerliga system, lämpliga för
simulering och reglersyntes.
• Fysikaliskt modellbygge
• Analogi mellan mekaniska, elektriska,
fluida system.
• Exempel
Fö 4. Simulering
Användning av simulering vid konstruktion av
system. Verktyget Simulink introduceras samt
exempel på hur det används.
Simuleringsövning, kom igång med
Simulink
Litteratur
/Lärare
BL: kap 4, ej 4.6,
4.7
Simulink.pdf+
föreläsningsslides.
Simulinkovn.pdf
Robert Hult +
Nikolce
Murgovski
Läsvecka 3
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Fredag 6 feb
10.00-11:45
VV31,VV33
1. Övning. Modellbygge
Uppgifter: Förklara (ej lös)1.3d), 2.1b),
2.2
Egenhand på övningen: 1.1d), 1.3d),
2.1e)
Litteratur
/Lärare
Robert Hult+ Nikolce
Murgovski
Onsdag 11:e februari: Deadline räkneövningar 1, grupper om 2 studenter. Lämnas enligt anvisningar
i uppgiften.
Läsvecka 4
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 10 feb
13.15-15.00
HC2
Torsdag 12 feb
8:00-9:45
HC1
Fö 5. Elmotorer och drivsystem
Design och dimensionering av ett
system baserat på elektrisk motor.
Principer för hur man väljer motor och
utväxling utifrån datablad, anslutning
samt hur man driver och styr motorer.
Fö 6. Reglering & Styrning
• Introduktion till reglerteknik
• Öppen styrning
• Återkopplad styrning
• PID-regulatorn och dess
egenskaper
• Slutvärdesteoremet
Litteratur
/Lärare
Selecting_a_motor.pdf
Valmotor.pdf
BL: kap 1.4, 1.5, 1.6
Uppgift 3.4, Egenhand 3.2
- Presentation av Designuppgift 1..
Torsdag 12 feb
15.15-17.00
ES61, ES62,
ES63
1. Simuleringsövning:
Simulering och reglering
Fredag 13 feb
10.00-11:45
VÖ12,VÖ22
2. Övning. Val av elmotor och
växel, problemsamling:
Uppgifter:4.2, 4.3, 4.10, 4.12a), 4.13
Egenhand på föreläsning eller hemma:
4.1, 4.4, 4.5, 4.12b)
Simulering_rglering.pdf
Robert Hult + Nikolce
Murgovski+Jonas
Sjöberg
Robert Hult+ Nikolce
Murgovski
Läsvecka 5
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Måndag 16 feb
8:00-9:45
HC1
Tisdag 17 feb
15.15-17.00
HA3
Fö 7. Hur styrning realiseras i mekatroniska
system. I föreläsningen ges exempel på hur
elmotorer kan användas för drivning och
positionering, moment- och varvtalsreglering.
1. CAD-övning
Litteratur
/Lärare
Föreläsningsslides.
Se kurswebben.
Torsdag 26:e februari: Deadline räkneövningar 2, grupper om 2 studenter. Lämnas enligt anvisningar
i uppgiften.
Läsvecka 6
Litteratur
Dag/Datum/Tid Sal
Föreläsning/övning
/Lärare
Tisdag 24 feb
Fö
8.
Design
av
mekatroniska
Föreläsningsslides
HC2
13.15-15.00
system
Introduktion av metodik för val av
komponenter i ett mekatroniskt
system.
- Frågestund om Designuppgift 1.
Tisdag 24 feb
15.15-17.00
ES61, ES62,
ES63
2, CAD-övning
Fredag 27 feb
8:00-9:45
HC2
Fredag 27 feb
10.00-11:45
VV31,VV33
Fö 9. Optimering
Hur ett systemkonstruktionsproblem
kan formuleras som ett matematiskt
optimeringsproblem.
3, Övning, Uppgifter på optimering.
Föreläsningsslides +
litteratur från tidigare
kurser.+
opt.pdf
OptimeringUppgifter.pdf
Robert Hult +Nikolce
Murgovski
Fredag 4:e mars: Deadline designuppgift 1, lämnas i pingpong i grupper om 2 studenter.
Läsvecka 7
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Onsdag 4 mars
8:00-9:45
ES61,
ES62,
ES63
HC2
3, CAD-övning
Onsdag 4 mars
13.15-15.00
Fö 10. Mätsystem och sensorer /
Observatör
Exempel på olika typer av mätsystem och
sensorer, samt hur man kan uppskatta signaler
som är svåra att mäta direkt med hjälp av en
observatör.
Litteratur
/Lärare
Föreläsningsslides,
litteratur från
tidigare kurser.
- Presentation av designuppgift 2.
Torsdag 5 mars
8:00-9:45
HC4
Fö 11. Kravspecifikation, Verifiering,
validering och rapportering
En metod att skriva kravspecifikation,
definiera vad ett krav är, ge exempel, samt
skillnaden mellan funktionella och ickefunktionella krav.
Hur man kan testa sin produkt, belysa
skillnader mellan verifiering och validering,
samt gå igenom olika sätt för att presentera en
teknisk konstruktion, både muntligt och
skriftligt.
Torsdag 5 mars
15.15-17.00
ML2
ML3
ML4
1, Handledning designprojekt
Föreläsningsslides
+ litteratur från
tidigare kurser.+
FMEA.pdf
Jonas Sjöberg,
Robert Hult,
Nikolce
Murgovski
Tisdag 10:e februari: Deadline räkneövningar 3, grupper om 2 studenter. Lämnas enligt anvisningar i
uppgiften.
Läsvecka 8
Litteratur
Dag/Datum/Tid Sal
Föreläsning/övning
/Lärare
Fredag 13 mars
HC2
Fö 12. CAD översikt
Föreläsare: Sven
13.15-15.00
Översiktsföreläsning, möjlighet att ställa frågor
Ekered
LP4
Läsvecka 1
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Onsdag 25 mars
13.15-15.00
MT9
MT11
MT13
MT14
ML11
4, CAD-övning
Fredag 27 mars
kl 13.15-15.00
2, Handledning designprojekt
Litteratur
/Lärare
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult
Läsvecka 2
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 31 mars
10.00-11:45
HC4
Tisdag 31 mars
13.15-15.00
MT0
MT9
MT11
MT12
ML11
Fö 13. Projekt, Hållbar utveckling och FMEA
Projekts olika faser. Samt analys av
konstruktionen: 1) analysera produkten utifrån
ett ”Hållbar utveckling” perspektiv. 2) en metod
för analysera svagheter i konstruktionslösningar.
5, CAD-övning
Onsdag 1 april
13.15-15.00
3, Handledning designprojekt
Litteratur
/Lärare
Föreläsningsslide
s + litteratur från
tidigare kurser.
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult
Onsdag 22:a april: Deadline designuppgift 2, lämnas i pingpong i grupper om 2 studenter.
Påsklov
Omtentaperiod
Läsvecka 3
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 21 april
13.15-15.00
MT0
MT9
MT11
MT12
6, CAD-övning
Litteratur
/Lärare
Läsvecka 4
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 28 april
kl 13.15-15.00
HA3
Onsdag 29 april
kl 13.15-15.00
ML11
Fö 14. Repetition
Tillbakablick, kurssammanfattning +
övningstenta.
4, Handledning designprojekt
Läsvecka 5
Litteratur
/Lärare
Föreläsningsslide
s
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Tisdag 5 maj
10.00-11:45
ML11
5, Handledning designprojekt
Litteratur
/Lärare
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult
Läsvecka 7
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Fredag 22 maj
kl 14.15-16.00
ML11
6, Handledning designprojekt
Litteratur
/Lärare
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult
Läsvecka 8
Dag/Datum/Tid
Sal
Föreläsning/övning
Fredag 29 maj
kl 14.15-16.00
ML11
ML12
ML13
Redovisning designprojekt.
Litteratur
/Lärare
Jonas
Sjöberg+Robert
Hult+ Nikolce
Murgovski
CAD-övningar
Ansvarig för CAD-övningarna är Robert Hult, samt undervisande assistenter.
För CAD-delen gäller följande:
1. man får jobba individuellt eller i grupper av max två 2. man skall rita en motor och göra en ritning av valfri "part" 4. vissa instruktioner är uteblivna och det uppmanas att använda lite problemlösningsförmåga att klara uppgiften (åtminstone till att börja med)
På ping-pong ligger CAD-materialet under en map. Huvuduppgiften hittas i filen
projektuppgift2008.pdf.
Den färdiga hopmonterade modellen skall visas upp på ett lektionstillfälle för handledaren.
Bland CAD-materialet finns även enklare uppgifter som kan vara bra att lära sig på innan man börjar
med motorn.
Designprojekt och inlämningsuppgifter
Designprojekt
Ett designprojekt ingår som obligatoriskt moment i kursen.
Handledning finns att tillgå enligt schemat. Designprojektet utförs
gruppvis med 5-7 teknologer i varje grupp. Slumpvis indelning i
grupper görs några veckor in i kursen. Grupperna kan själva välja
designprojekt (efter diskussion med handledare), alternativt finns en
del förslag som presenteras under föreläsning, eller se förslag nedan.
Grupperna ska välja uppgift i samband med första handledartillfället.
Syftet med designprojekt är att öva på de metoder som tas upp på
föreläsningarna för att formulera kravspecifikation, samt att ta fram
och analysera designlösning av en produkt. Designprojektet redovisas
muntligen salsvis, samt lämnas in i form av en skriftlig rapport.
•
Deadline för rapporten är att lämna in den senast i samband med
redovisningen. Rapporten lämnas i Ping-Pong.
•
I rapporten skall tydligt framgå vilket designprojekt som har
behandlats, kravspecifikation, lösning i form av ritningar,
komponentval, hur delarna kopplas ihop samt programkod alt.
mjukvara som behövs. Programkoden kan inskränkas till pseudo-kod.
Koden kan också implementeras tex i Simulink.
•
Verifiering av konstruktionen skall ske genom simulering.
•
Följande saker värderas positivt: Om en del av lösningen formuleras
som ett optimeringsproblem. Om del av konstruktion CADas.
•
En förenklad livscykelanalys, LCA, skall ingå, inklusive hur man kan
transmaterialisera och dematerialisera för att minska produktens
effekt på naturen.
•
Designprojekten betygssätt (U, G VG) och utgör en väsentlig del av
slutbetyget.
•
Handledning i projektet ges endast i samband med
handledningstillfällena. Feedback på rapporten kan ges vid sista
handledartillfället, men då ska en preliminär rapport lämnas in (på
papper) en vecka innan.
I denna kurs ställer vi inga krav på att bygga prototyper, det är
frivilligt. Dock finns möjligheter att gå vidare med att realisera den
designade prototypen i kandidatarbetet till våren, vilket uppmuntras.
Exempel på designprojekt
Eget förslag uppmuntras och vi ser helst att grupperna väljer olika
projekt. Tänk på att inte välja en alltför komplex och stor uppgift.
En lämplig uppgift innebär rörliga delar så att det blir naturligt att
man behöver modellera mekanik/dynamik samt utveckla någon sort
styrning. Då finns förutsättningarna att modellera och simulera
konstruktionen.
Möjliga uppgifter:
- Hybridcykel.
- Motordriven skottkärra.
- Elektrisk drivhjälp för rullstolar.
- Automatisk garageportsöppnare.
- Automatisk dörröppnare
- Vinsch till terrängfordon
- Självgående dammsugare
- Automatisk domkraft
- XY plotter
Inlämningsuppgifter
Kursen innehåller två större designuppgifter som löses i grupper om
två studenter. Konsultationstillfällen kommer att erbjudas där man
kan ställa frågor och få hjälp.
Dessutom innehåller kursen tre mindre inlämningsuppgifter som
består av räkneuppgifter.
Designuppgift 1: Dimensionering av elmotordrift.
En elmotordrift (servoförstärkare + motor + växellåda) skall väljas till
ett enkelt produktionssystem. Produktionssystemet beskrivs och
specificeras i inlämningsuppgiften och val för att växellåda, elmotor
och servoförstärkare görs ur bifogade datablad.
Konsultationstid: kommer att annonseras.
Inlämning: deadline se kursplanen ovan. Uppgiften löses i grupper
om 2 studenter och redovisas i en rapport som lämnas via hemsidan,
pingpong. Rapporten ska vara upplagd så att alla logiska resonemang
framgår klart och tydligt. Sakuppgifter och data skall anges med
referens till var informationen är hämtad. Ekvationer skall numreras
så att man kan referera till dem i den förklarande texten. Rapporten
får inte överstiga 4 sidor.
Designuppgift 2: Reglering av produktionssystem
Uppgiften är att designa regulator till det system som dimensioneras i
designuppgift 1. Syftet är att undersöka hur olika designval påverkar
systemet prestanda.
Inlämning: deadline se kursplanen ovan. Uppgiften redovisas i en
rapport som lämnas via hemsidan, pingpong. Rapporten ska vara
upplagd så att alla logiska resonemang framgår klart och tydligt.
Sakuppgifter och data skall anges med referens till var informationen
är hämtad. Ekvationer skall numreras så att man kan referera till dem
i den förklarande texten. Rapporten får inte överstiga 4 sidor.