Riassunto analitico
La richiesta di prodotti sempre più personalizzati, in lotti sempre più piccoli, ha portato il mondo dell’ automazione industriale a ricercare una maggiore flessibilità operativa nelle macchine e nei sistemi di produzione in genere. Questa esigenza ha fatto si che movimentazioni basate su soluzioni progettuali puramente meccaniche, utilizzate solitamente per le loro caratteristiche di precisione, velocità e robustezza, venissero sempre più sostituite da movimentazioni basate su soluzioni meccatroniche, composte da azionamenti elettrici servo-controllati e meccanismi di conversione del moto.
La progettazione di tali servomeccanismi, o “camme elettroniche”, è un campo della tecnica particolarmente impegnativo in quanto richiede l’integrazione sinergica di conoscenze e metodi propri di molteplici campi dell’ingegneria, quali la Meccanica delle Macchine, la Teoria del Controllo ed il Calcolo Strutturale.
Allo stato dell'arte, le metodologie di progettazione utilizzate nella pratica seguono un iter puramente sequenziale, in cui il dimensionamento degli organi meccanici viene seguito dalla prototipazione del sistema di controllo ed, infine, dalla realizzazione di uno o più prototipi fisici. Tale metodo è inefficiente sia dal punto di vista qualitativo, in quanto non permette di verificare a priori le interdipendenze dei vari sottosistemi e quindi cercare una soluzione di ottimo, sia in termini di tempistiche, in quanto richiede numerose reiterazioni al fine di raggiungere le performance previste.
In questo contesto, il presente lavoro si prefigge di fornire metodi e strumenti di progettazione capaci di integrare, in ambiente virtuale, le problematiche relative al dimensionamento, al controllo ed alla programmazione di servomeccanismi. Casi studio di interesse industriale dimostrano come tali tecniche di prototipazione virtuale e simulazione integrata permettano un miglioramento generale delle prestazioni di macchina nonché una riduzione dei tempi di progettazione e sviluppo prodotto.
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Abstract
The demand for more and more customized products in smaller and smaller lots, has brought the world of Industrial automation to search for increasing operation flexibility of machines and production systems. This demand has meant that industrial handling based on purely mechanical design features (solutions), usually adopted for their accuracy, speed and robustness, were increasingly replaced by handling based on mechatronics solutions, composed of servo-controlled electric drives and some mechanical architecture.
The design of these servomechanism or “electronic cams” is a particularly complex field of technology, in fact it requires the synergistic integration of knowledge and methods of various fields of engineering, such as multibody dynamics, control theory and structural Analysis
Design methods actually used follow a purely sequential process, in which the dimensioning of mechanical components is followed by the prototyping of the control system and, finally, by the realization of one or more physical prototypes. This method is ineffective both from the qualitative point of view, in fact it does not allow to verify in advance the interactions between various sub-systems which is fundamental for optimization, both in terms of timing, as it needs many iterations to achieve the required performance requirements.
This research work is especially focused on the development of new integrated design methods and tools, that permit to integrate, within a virtual environment, the different behaviors and variables from the different technical fields involved.
The application of the method to industrial case studies will shows how virtual prototyping techniques can lead to improved performance and faster design.
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