Metodología Basada en La Norma VDI 2206

Metodología basada en la Norma VDI 2206 Los módulos de enfriamiento y bobinado constituyen un diseño de alta complejidad y dominio de ingeniería razón por la cual se utilizará la Norma VDI 2206, perteneciente a la Asociación de Ingenieros Alemanes desde el año 2004, que propone una metodología de procedimiento flexible para el diseño de productos mecatrónicos mediante la herramienta de modelo en “V” el cual se muestra en la Figura 1. Modelo en V como macrociclo y que sirve para describir la secuencia de tareas en los sucesivos ciclos de diseño de un sistema mecatrónico.

Figura 1. Modelo en V como macrociclo. Autor: Peñaherrera y Alban

1.

Procedimiento del modelo “V”

Los primeros y más importantes pasos estipulados en la norma VDI enmarcan el planteamiento inicial del problema y las posibles soluciones. Las simulaciones de funcionamiento del sistema y prototipos funcionales ayudarán a validar los sistemas y corregir errores en caso de haberlos. El resultado de este proceso será un sistema reproducible y escalable, capaz de producir filamentos de calidad con diferentes porcentajes de carga metálica, de fácil manejo y comprensión del manual de usuario y de fácil mantenimiento.

1.

Caso de estudio y especificación del sistema

En la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, en el año 2021 se realizó el diseño y construcción de una maquina extrusora de filamento de doble tornillo para fabricación de filamento polimérico con alta carga metálica, ese proceso requiere de un sistema de enfriamiento que garantice un diámetro constante en el filamento cumpliendo los requerimientos comerciales y un sistema de bobinado automático para fabricar rollos de filamento de peso ajustable. Para comprender y analizar las necesidades del cliente se realizan varias entrevistas con el fin de identificar el nivel de importancia de sus necesidades relacionadas al presente trabajo teniendo en cuenta que las necesidades y requerimientos están estrictamente relacionadas a la interacción y uso del sistema extrusor (EDT). Estas especificaciones son relacionadas con las métricas desarrolladas por el equipo de diseño haciendo uso de las herramientas QFD. Las especificaciones objetivo son planteadas a partir del análisis de los resultados de las herramientas QFD y servirán para enfocar el proceso de generación y selección de conceptos.

2.

Diseño de la arquitectura del sistema

Los sistemas de enfriamiento y bobinado se componen de tres subsistemas principales: 

Mecánico: Análisis estático y dinámico del sistema.



Electrónico: selección y acondicionamiento de sensores, tarjeta de adquisición de datos y fuentes de potencia.



Software: Automatización de los sistemas y programación de las principales acciones del operador y datos de visualización.

3.

Diseño de campo específico de los elementos del sistema

Se diseñará circuitos de acondicionamiento electrónico de señales que permitan transmitir la señal captada por los sensores a la tarjeta de adquisición de señales. Además, se diseñará mediante el uso de software CAD/CAE los elementos estructurales y necesarios para la cinemática del sistema. Finalmente se diseñará y programará las principales acciones del operador mediante interruptores y pulsadores y datos de visualización en pantallas digitales.

4.

Fabricación e integración del sistema

Se realiza la fabricación de la estructura y piezas mecánicas mediante tecnologías de AM y procesos de manufactura convencional con planos de diseño mecánico. Sobre el esquema de conexiones se construye el circuito de control y se realiza el ensamble de los componentes electrónicos. Además, el código de programación es cargado en las tarjetas de control Después de validar el correcto funcionamiento de cada subsistema de forma independiente, se implementarán e integrarán en un sistema conjunto obteniendo los

módulos funcionales de enfriamiento y bobinado.

5.

Verificación y validación

La verificación se realiza de forma continua para identificar las subfunciones de los sistemas y el estado de su integración, además de comprobar el cumplimiento de los requisitos y el progreso general del proyecto, en caso de ser necesario se regresará y replanteará los pasos anteriores especificados en la herramienta en V de la Norma VDI. 1. Pruebas y resultados Al filamento obtenido al implementar los sistemas de extrusión, enfriado y bobinado se le realizaran diseños de experimentos (DOE) y análisis de Taguchi con la finalidad de validar que los sistemas construidos funcionen acorde a los objetivos planteados.