毕业设计-GMC1044 Projet de conception （Conception préliminaire et détaillée）

本文主要是介绍毕业设计-GMC1044 Projet de conception （Conception préliminaire et détaillée），对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

介于Conception préliminaire et détaillée部分的内容非常多，Rapport全文近300页，因此为了便于阅读本文仅仅为走马观花式的笼统介绍。如对本PFE有兴趣，可私信索取PDF文件。

 

 

3.1   Solution finale avec identification des responsables de chaque sous-système. 最终解决方案总览与任务分配

下图所示为详细设计部分的总系统示意图与工作划分。经过了反复的测试，计算，（当然还有很多假设与妥协）我们最终完成了“自动化”篮子组装系统的详细设计。

在Conception détaillée中，系统的划分与Cahier de charge大相庭径。由于设计的复杂性，全自动生产仍停留在理论阶段，在当前设计中的部分工序仍然需要手动进行。

新的子系统：

1. Les accumulateurs :组件储存器。
2. Les rouleaux：输送滚轮组。
3. Le gabarit：组装模板。
4. Le vérin de extraction panier： 模板分离气缸
5. Le acheminement sortie： 输送带
6. Automatisation : 自动化

新的系统与其说是一个机器，不如说是一个工作站或生产线。而且是一个完全重新设计的新系统。目前来说本设计仍有很多不确定性，尽管进行了部分工序的手动操作妥协，原型机仍需要经过大量的调试，测试，重新设计等步骤才能完成其最初的目的。很明显这不是一个三人小组的工作量，因此在项目最终的实现与验证阶段，我们将进一步的精简我们的任务，重点为验证组装原理的可行性。（毕竟预算有限，想全造出来也么钱）

 

 

 

为了便于读者理解各个系统各部分的职能，我将从自动化部分开始介绍。

3.2   l'automatisation

自动化生产系统的结构

大多数自动化系统的架构都包括下图中的这些功能。

 

Level 0：Partie opérative

自动化的操作部分，它执行物理动作、测量物理量并与控制部分交换 I/O 信号。

传感器：用于数据采集功能，包括执行器和执行器的状态（例如执行器位置、电机速度等）。

效应器：直接作用于加工材料（工具、焊头、泵等）的终端设备。

执行器：用于将能量转换为执行器（电机、气缸、加热电阻器等）运行所需能量的组件。

预执行器：用于分配或调整执行器使用的能量的组件（变压器、分配器等）

Level 1：Partie commande

控制部分由一个或多个控制器组成，控制和协调操作部分的一系列动作。在我们的项目中，这部分是一个 API。

Levels 2：Interface homme-machine

人机界面允许对整个系统进行监控，可以是几个按钮和指示灯，也可以是一个触摸屏（根据系统复杂程度和预算确定）

介于本系统只是单独的机器，因此不存在更高的层级。

Reference:

https://scietech.fr/architecture-des-systemes-automatises/   

在我们的项目中，留给自动化部分的预算非常有限，我们认为应该重点关注控制部分和操作部分，完成这两个部分后，人机界面将使用剩余的预算。

根据之前的评测与经验，我们选择使用PLC控制器。 PLC 用于控制任务和工业环境。它们是坚固的，旨在承受振动、低温或高温、湿度、噪音和电磁干扰。要选择适合我们项目需求的控制器，有必要考虑 PLC 的预期特性：所需的输入和输出数量、处理器类型（特别是内存大小和处理器速度） 、所需的特殊功能或模块、与其他控制系统兼容的通信功能等。

 

 

3.2.1 Séquence principale pour la fabrication d’un panier篮子生产工序

在开始这部分的介绍前，我们先来回顾一下篮子的结构：

在图中可以看出，篮子主体由三个languette（内侧一个，外侧两个），四个côté（长边与短边）和一个Base（底部）组成。（自动化工序不包括把手）换句话说，组装这一个篮子需要三种不同的组件：长边，短边，条。最初，用于篮子生产的组件分别存储在储存器（les accumulateurs）中。

共有三个储存器用于存储不同的组件：

1.一叠长边。

2. 一叠短边。

3. 两叠木条。 （可以一次发送一两个木条）

注释：长边与短边用于组成篮子的侧面，木条用于固定侧面与底部。

 

对应的储存器接收到信号后，会执行组件发送操作。 有四种可能发送组合：

1. 长边*1。

2. 短边*1。

3. 木条*1。

4. 木条*2。

 

这些不同的组件将通过同一个的滚轮组（les rouleaux）进入模板。 该滚轮组被设计可以输送不同的组件。

模板（gabarit）由内外两部分组成，一个气动执行器（Vérin）控制其组合和分离。 在模板的一侧，有四个用于插入组件（边和条）的开口和另一个用于插入篮子底部的开口。 还有用于转动夹具的步进电机，用于将其中一个开口滚轮组的出口对齐。 此外，夹具中有四个导向块，可将组件引导到正确的位置。

组装篮子的组件将按以下顺序插入夹具中：

1. 底座

2. 木条（篮子内侧）

3. 长边

4. 短边

5. 长边

6. 短边

7. 木条*2 （篮子外侧）

注释：详细组装逻辑在后文的Gabarit章节内。

此外，插入边和条时会添加胶水。 作为原理验证的原型，将手动添加热胶和底座。（没错，我们将篮子的固定方式更改为了热溶胶，胶水的选择部分将在之后的章节介绍） 最后，将篮子组装好并设置热胶后，将进行提取操作。 有一个用于提取篮子的气动线性致动器。 夹具打开后，该执行器将推篮穿过为夹具底座预留的孔。 篮子将掉到下面的传送带上，运出系统。

 

 

3.2.3 Grafcet automatisé

本章将确定每个机器子系统的 GRAFCET。

Accumulateurs

该子系统由三个独立的储存器组成。

储存器—长边

工序：

1. 收到发送长边的指令。
2. 启动电机发送长边。
3. 组件送达后，停止电机等待下一个指令。

设置 I/O 信号

Nom du tag	Description (entrées) 输入信号
Envoyer_cl	Demander d’envoyer un composant de côté long à gabarit.发送指令
ach_libre	Indiquer que le système d’acheminement est prêt à recevoir le composant suivant. 示意滚轮组为空闲
Nom du tag	Description (sorties)输出信号
moteur_acc_cl	Démarrer le moteur attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les côtés longs.启动电机

生成 GRAFCET

-     GRAFCET Niveau 1

-     GRAFCET Niveau 2

 

储存器—短边

工序：

1. 收到发送短边的指令。
2. 启动电机发送短边。
3. 组件送达后，停止电机等待下一个指令。

设置 I/O 信号

Nom du tag	Description (entrées) 输入信号
Envoyer_cc	Demander d’envoyer un composant de côté court vers gabarit. 发送指令
ach _libre	Indiquer que le système d’acheminement est prêt à recevoir le composant suivant. 示意滚轮组为空闲
Nom du tag	Description (sorties) 输出信号
moteur_acc_cc	Démarrer le moteur attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les côtés courts. 启动电机

生成 GRAFCET

-     GRAFCET Niveau 1

-     GRAFCET Niveau 2

 

储存器—条

工序：

1. 收到指令发送一个或两个条。
2. 打开一个电机或两个电机发送一个或两个条。
3. 组件发送完毕后，停止电动机，等待下一个命令。

设置 I/O 信号

Nom du tag	Description (entrées) 输入信号
Envoyer_l	Demander d’envoyer une languette à gabarit. 指令
Envoyer_ls	Demander d’envoyer deux languettes à gabarit. 指令
ach_libre	Indiquer que le système d’acheminement est prêt à recevoir le composant suivant. 示意滚轮组为空闲
Nom du tag	Description (sorties) 输出信号
moteur_acc_la	Démarrer le moteur A attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les languettes  启动电机A
moteur_acc_lb	Démarrer le moteur B attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les languettes 启动电机B

生成 GRAFCET

-     GRAFCET Niveau 1

-     GRAFCET Niveau 2

 

Convoyeur — Système d’acheminement des composants

输送机 - 组件输送系统（其实就是滚轮）

该子系统可以输送不同的组件。

工序：

1. 组件到达第一对滚轮。
2. 启动所有滚轮的电机，运送组件。
3. 组件运输完毕，停止电机，等待下一个指令。

如图，滚轮组前后各安装一个传感器（光学）用于检测组件的到达与离开。

设置 I/O 信号

Nom du tag	Description (entrées) 输入信号
presence_c1	Détection de la présence d’un composant à l’entrée des paires de rouleaux (1 = présence et 0 = absence) 传感器1
presence_c2	Détection de la présence d’un composant à la sortie des paires de rouleaux (1 = présence et 0 = absence) 传感器2
Nom du tag	Description (sorties) 输出信号
moteur_c	Démarrer les moteurs attachés à chaque paire de rouleaux. 电动机
ach_libre	Indiquer que système prêt à recevoir le composant suivant. 示意滚轮组为空闲
Envoye_t	Indique que le composant a été envoyé dans le gabarit 示意传输完成

生成 GRAFCET

-     GRAFCET Niveau 1

-     GRAFCET Niveau 2

 

Gabarit — Système de positionnement des composants

Et L’opération d’extraction le panier

模板——篮子组装操作

和 篮子提取操作

我们将同时分析这两个部分。定位组件的顺序：

我们假设模板侧面的四个开孔分别是A、B、C、D。同理，每个开孔都有一个对应的导向块用于定位里面的元件。

在流程开始时，开口 A 与路由系统的出口对齐。 并且所有的气动执行器缩回。（导向快缩回）

1. 灯亮，提示安装底座。手动插入篮子底部。
2. 向储存器发送信号以发送条（篮子内侧）。然后通过滚轮组插入模板。
3. 向储存器发送信号以发送长边。然后通过滚轮组插入。
4. 步进电机旋转夹具，使开口 B 与输送系统出口对齐。然后将导块A置于伸出状态。
5. 向储存器发送信号以发送短边。然后通过滚轮组插入。
6. 步进电机转动治具，使开口 C 与输送系统出口对齐。然后将导块 B 置于伸出状态。
7. 向储存器发送信号以发送长边。然后通过滚轮组插入。
8. 步进电机转动夹具，使开口 D 与输送系统出口对齐。然后将导块C置于伸出状态。
9. 向储存器发送信号以发送短边。然后通过滚轮组插入。
10. 步进电机旋转夹具，使开口 A 与输送系统出口对齐。然后将导块D置于伸出状态。
11. 向储存器发送信号以发送两个条（篮子外侧）。然后通过滚轮组插入它们。
12. 灯亮，提醒加热胶。手动注入热胶。
13. 等待胶水干燥。

随后取出篮子：

1. 内外模板打开。
2. 拉杆伸出，将篮子推出夹具。

 

设置 I/O 信号

Nom du tag	Description (entrées) 信号输入
Reset	Initialisation du système
Start	commencer la fabrication
Envoye_t	Indique que le composant a été envoyé dans le gabarit 组件定位完成
Base_t	Indique que la base a été positionnée dans le gabarit 底座定位完成
Colle_t	Indique que la colle a été ajoutée correctement 胶水注入完成
Nom du tag	Description (sorties) 信号输出
Vreset	Voyant allumé : bouton reset 灯光信号
Vstart	Voyant allumé : bouton départ 灯光信号
Vbase	Voyant allumé : demande insérée la base manuellement 灯光信号
Vcolle	Voyant allumé : demande ajoutée la colle chaude manuellement灯光信号
moteur_p_A	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position A. Correspondant à l’ouverture A 步进电动机
moteur_p_B	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position B.
moteur_p_C	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position C.
moteur_p_D	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position D.
guide_bloqA	Activer la bloque guide dans l’ouverture A. 导向块
guide_bloqB	Activer la bloque guide dans l’ouverture B.
guide_bloqC	Activer la bloque guide dans l’ouverture C.
guide_bloqD	Activer la bloque guide dans l’ouverture D.
O_gabarit	Ouvrir le gabarit. 模板分开
F_gabarit	Fermer le gabarit. 模板关闭
Ex_tige	Tirer la tige d’extraction. 推出杆伸出
Re_tige	Retirer la tige d’extraction. 推出杆缩回
Envoyer_cl	Demander d’envoyer un composant de côté long vers gabarit. 要求发送长边
Envoyer_cc	Demander d’envoyer un composant de côté court vers gabarit. 要求发送短边
Envoyer_l	Demander d’envoyer une languette vers gabarit. 要求发送一个条
Envoyer_ls	Demander d’envoyer deux languettes vers gabarit. 要求发送两个条

 

生成 GRAFCET

-     GRAFCET Niveau 1

-     GRAFCET Niveau 2

 

3.2.4 Étiqueter l’E/S de tout le système

经过汇总，我们的系统总共有7个输入信号与21个输出信号。

Nom du tag	Description (entrées)
Reset	Initialisation du système
Start	commencer la fabrication
Envoye_t	Indique que le composant a été envoyé dans le gabarit
Base_t	Indique que la base a été positionnée dans le gabarit
Colle_t	Indique que la colle a été ajoutée correctement
presence_c1	Détection de la présence d’un composant à l’entrée des paires de rouleaux (1 = présence et 0 = absence)
presence_c2	Détection de la présence d’un composant à la sortie des paires de rouleaux (1 = présence et 0 = absence)
Nom du tag	Description (sorties)
Vreset	Voyant allumé : bouton reset
Vstart	Voyant allumé : bouton départ
Vbase	Voyant allumé : demande insérée la base manuellement
Vcolle	Voyant allumé : demande injectée la colle chaude manuellement
moteur_p_A	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position A. Correspondant à l’ouverture A
moteur_p_B	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position B.
moteur_p_C	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position C.
moteur_p_D	Démarrer le moteur pas à pas et tourner en position D.
guide_bloqA	Activer la bloque guide dans l’ouverture A.
guide_bloqB	Activer la bloque guide dans l’ouverture B.
guide_bloqC	Activer la bloque guide dans l’ouverture C.
guide_bloqD	Activer la bloque guide dans l’ouverture D.
O_gabarit	Ouvrir le gabarit.
F_gabarit	Fermer le gabarit.
Ex_tige	Tirer la tige d’extraction.
Re_tige	Retirer la tige d’extraction.
moteur_acc_cl	Démarrer le moteur attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les côtés longs.
moteur_acc_cc	Démarrer le moteur attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les côtés courts.
moteur_acc_la	Démarrer moteur A attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les languettes
moteur_acc_lb	Démarrer moteur B attaché à rouleau à la sortir d’accumulateur — les languettes
moteur_c	Démarrer les moteurs attachés à chaque paire de rouleaux.

 

 

3.2.5 Sélection du contrôleur

为了尽可能的节约成本，经过我们与客户提供的自动化专家讨论后我们决定选择某不知名品牌的控制器。Les automates DO-MORE Série BRX

 

3.2.6 Interfaces Homme Machine人机界面

介于我们的系统为原型机，不会进行大批量的生产，同时也是为了节省预算，我们将人机界面简化为了灯光信号与按钮。

Boutons按钮

Nom du tag	Description (entrées)
Reset	Initialisation du système
Start	commencer la fabrication
Base_t	Indique que la base a été positionnée dans le gabarit
Colle_t	Indique que la colle a été ajoutée correctement

Voyants灯光

Nom du tag	Description (sorties)
Vreset	Voyant allumé : bouton reset
Vstart	Voyant allumé : bouton départ
Vbase	Voyant allumé : demande insérée la base manuellement
Vcolle	Voyant allumé : demande ajoutée la colle chaude manuellement

我们在供应商mc Master上找到集成了信号灯的按钮。

 

3.2.7 Sécurité industrielle工业安全

介于我们的系统为原型机，因此在电气与自动化方面将仅设计最低限度的安全措施。（当然也是为了节省预算）

示警灯

该灯与所有电动机的输出信号相连，在有电动机运行时，将发出信号。

紧急停止按钮

包括成本计算，组件选择等部分内容由于限制原因不便分享。

 

 

接下来将简要介绍机器的机械部分。介于篇幅有限（其实是懒），我省略了所有的计算与论证过程，尽量以精简的方式完成该部分的介绍。

3.3  Le sous-système Accumulateurs储存器

正如先前所说的，边和条将会被堆叠在在储存器中。由于我们共有三种不同的组件，因此总共有三个储存器，储存器末端的摩擦橡胶滚轮可以将最下层的组件送出。此处以长边储存器为例：

运行原理为：底部末端的橡胶滚轮将最下方的组件抽出。底部的间隙保证了一次仅会有一个组件离开。

通过计算叠放的组件的质量，组件间的摩擦力，橡胶滚轮机构的惯性，我们最终选择的符合要求的电动机（计算过程与详细数据略）

另外，为了确认木制侧面（长边）是否能够承受拉力而不被撕裂，咱印第安小哥还做了实验。介于疫情原因，实验在其家中进行。

根据实验结果，这木片非常耐扯。。。。能承受25lbs的杠铃片。总而言之，这方案应该行的通。

根据同样的原理，我们又设计了另外两个储存器用于存放短边与条：

Accumulateur pour bandes de bois des côtés du panier 短边储存器

和长边储存器几乎完全相同，仅是缩短了长度。

Accumulateur pour languettes de bois 条储存器

条储存器与另外两个储存器不同的地方在于，它实际上是两个独立的储存器并排组合。两个电动机分别控制它们，可以选择发送一条组件或同时发送两条组件。

Guide de sortie des accumulateurs des bandes de bois 连接导轨

我们将使用同一个Les rouleaux（输送滚轮组）中以定位所有组件（边与条）至（gabarit）模板内从而完成组装，因此设计了一个导轨装置将不同accumulateur发送的组件传输到同一个出口。该导轨将会把位于第二层与第三层的储存器送出的组件转移至第一层处。

安装方式如下图：

另外如下图所示，在导轨的末端，我们还设置了一组额外的滚轮（与滚轮组相同）用于提供足够的动力使组件改变前进方向从而进入滚轮组。

 

 

3.4  rouleaux d’acheminement (Sheng)滚轮组

我们需要使用同一个结构来运输不同的组件，我们最终选择使用橡胶滚轮组作为解决方案。每个滚轮组由两对两两对其的滚轮构成，滚轮的表面为橡胶材质用于提供额外的摩擦力。滚轮被装配在旋转轴上，下方的旋转轴连接至电动机以提供动力，上方的旋转轴在装配时可以略微上下移动以略微夹紧滚轮从而增大摩擦力。

滚轮表面的橡胶的硬度为60A，在橡胶硬度表中可以看出，其硬度相当于汽车轮胎。

Le support en tôle pliée

一体化设计的支架可以安装包括发动机在内的全部组件。使用有限元分析以确保其足够坚固，简单的钣金制造工艺节约了预算。

各组件安装示意图：

Guidage

由于木材并不是一个标准化的材料，因此我们可能需要在滚轮组之间添加导轨以确保组件可以沿正确的方向前进。我们设计了两种不同的导轨，它们可以被直接安装在支架上。

滚轮组输送系统整体示意图：

 

3.5 Positionnement des composantes 组件定位 

Gabarit由内外两个可分离的椭圆形模板组成。木篮的组件将在内外模板之间的间隙被正确引导至指定位置，随后注入热胶将其固定，待热胶干燥后内外模板将分离从而取出篮子。

如上图所示Gabarit1为内模板，gabarit2为外模板，在定位组件时两个模板将会合二为一，在这两个模板之间将会预留间隙以放置组件。

我们在模板中预留了间隙以安放所有的组件，模板底部用于放置篮子底，侧面由内到外(从粉色向绿色)将依次定位条，边，条*2。可以注意到在内外模板上已经预留了凹槽用于定位条状组件。

内模板在X轴上固定，由步进电动机（左侧M）控制旋转，外模板将跟随内模板旋转，在组装完成后由独立的气动执行器（右侧M）向外拉出，完成与内模板的分离操作。

外模板外侧有四个开口用于组件的进入，开口处设计有Guides(导轨)用于引导方向。

内侧模板内，对于与外侧模板的正下方设置有四个Bloques guides（阻塞器）用于防止先进入模板的组件被后进入模板的组件推动。

Fonctionnement général 组件的定位逻辑

组件的定位逻辑其实已经在之前的自动化部分介绍过（工序部分）

1. 首先安装底部。
2. 随后从开口处将languette（条）插入模板，组成篮子内侧。
3. 然后依次从四个开口处将côté（边）插入模板，组成篮子中层。（Bloques guides将协助组件定位。
4. 最后从开口处将两个languerre（条）插入模板，组成篮子外侧。
5. 在所有组件定位完成后，注入热胶固定。

Fonctionnement Bloques guides 阻塞器的运行逻辑

如图所示，A图黄色的边通过导轨进入模板，B图显示其已经到达正确位置，C图阻塞器激活，D图绿色的边进入模板，但由于阻塞器的存在，黄色边被固定无法前进，绿色边因此与黄边部分重叠。

 

 

3.6  La colle 胶水

胶水的选择

胶水有几个标准要满足，以便适当地满足客户的需求：

1. 胶水必须是无毒的，在食品工业中是可以接受的。（Non-toxique）
2. 胶水应快速干燥（理想情况下少于 30 秒）。
3. 胶水需要易于自动化。 换句话说，胶水必须易于分配（使用导管、胶枪或类似系统）。

其实根本没什么选择，甚至很难找到符合所有条件的胶水。仅无毒且可用于食品工业这一要求就已经极大的减少了被选项，我们实验测试了多种市面上可购买的胶水：

colle de la marque « Lepage»常温液体胶水。

colle chaude de la marque « Master Craft »热熔胶。

然而无法获得满意的结果，但根据我们的实验，热溶胶肯定是最好的选择。最终我们从一家位于美国的胶水生产商处找到了答案。这种胶水是专门为食品包装研制的热熔胶颗粒，其液体粘度适中便于自动化分配，且可以在数十秒内干燥。

胶水的分配

胶水的分配与胶水的选择同样重要，而全自动的热胶分配系统非常复杂。当然，我们没有必要重头设计这个系统，公司方面已经配备了整套可以直接使用的热胶融化器与胶水分配系统。因此该部分就被忽略了。（事实上是负责这部分的滑雪姐低估了这部分的复杂程度，如果保留部分的设计将double我们的工作量）

 

 

3.7 Rotation du gabarit内模板的旋转

步进电动机控制其旋转

3.8 Séparer du gabarit模板分离操作

气动执行器控制模板的开启与关闭

以上就是Conception préliminaire et détaillée部分的全部内容（当然是超级精简过的），原始Rapport总共有300页左右，感兴趣可以私信索取。

愿毕设顺利！

 

这篇关于毕业设计-GMC1044 Projet de conception （Conception préliminaire et détaillée）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！