Herramientas de Modelado ARCINIEGA 7TE

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL

NOMBRE: Christian Arciniega FECHA: 2015-10-16.

CURSO: Ing. Mecatrónica 7 TE.

HERRAMIENTAS DEL MBSE

“El desarrollo de sistemas mecatrónicos requiere el uso de un gran número de métodos. El uso de métodos con el apoyo de herramientas informáticas. El objetivo de un sistema integrado de desarrollo es permitir que el proceso de diseño pueda llegar lo más lejos posible de una manera asistida por ordenador.” (Deutscher, 2004)

Herramientas para describir los requisitos:

Los requerimientos son fundamentales para todo proyecto, son la base para iniciar a pensar cómo vamos a proceder desde el inicio hasta el fin, y serán los que ayudan a verificar que se cumplan las funciones del producto.

Existen herramientas que ayudan a la descripción de los elementos, creando una lista de requerimientos a la cual se pueda consultar de vez en cuando. Estos de igual forma pueden ser clasificados dependiendo de su tipo, por ejemplo los tipos de materiales, las formas geométricas, energía, etc.

De igual manera otras herramientas ayudan con la creación de diagramas para representar de mejor manera las necesidades y actividades que se realizan según cada una de ellas.

Un ejemplo de esta herramienta es:

Visual Studio: “Visual Studio ayuda a entender, discutir y comunicar las necesidades de los usuarios mediante la elaboración de diagramas acerca de sus actividades y el papel que cumple el sistema en ayudar a alcanzar sus metas. Un modelo de requisitos es un conjunto de estos diagramas, cada una de las cuales se centra en un aspecto diferente de las necesidades de los usuarios.” (Microsoft, 2015)

(Microsoft, 2015)

Herramientas para manejar requerimientos:

Aparte de tener los requerimientos necesarios para un proyecto, debemos tener la capacidad de modificar, agregar, optimizar, reutilizar, los mismos. Una herramienta que nos de la información de nuestros requerimientos de forma ordenada, y de manera fácil de entender, es esencial; al ser estos la base de nuestro nuevo proyecto, van a estar presentes durante todo el proceso de la creación, y al modificarlos, como requisito, la información que tenemos de estos, y sus efectos en el proceso, también debe actualizarse, mostrando como afecta el diseño planteado inicialmente.

Ejemplo de esta herramienta:

Jira Software: diseñado para crear stakeholders, imprimir planos, distribución al equipo de trabajo, priorizar las tareas, y mantener siempre la información actualizada. (atlassian, 2015)

aNimble: Software libre, creado para el diseño y rastreo de requisitos, diseño, implementación, y evaluación de los mismos. (Sourceforge, 2010)

Herramientas para modelar funciones:

Estas herramientas, ayudan a obtener una solución sencilla en base a una función total de un sistema, esto mediante la realización de subfunciones, cada una con un problema y una solución; la herramienta debe ser capaz de generar la estructura desde la función y su solución, hasta las subfunciones, sus peligros, en base a entradas y salidas, diagnosticando futuros fallos. Esta representación suele ser mediante diagramas de bloques.

Ejemplo de la herramienta:

SysML: ayuda a la representación de la función, creando subfunciones mediante diagramas, en los cuales podemos ver stakeholders, clientes, los componentes de la función, las interrelaciones, etc. (Anonimo, 2015)

Herramientas CAD:

Estas herramientas, dan la estructura inicial de nuestro proyecto, producto, o creación, basándonos en la geometría que se quiere dar, materiales, un poco de la descripción del funcionamiento temprano de lo que estamos diseñando.

De esta manera, tendremos una visualización de lo que se va a conseguir aproximadamente, al igual que cálculos iniciales, que luego serán comprobados, corregidos y cambiados en base a lo que se obtenga como producto final, en base a la representación del mismo mediante una herramienta CAD.


SolidWorks: Poderosa herramienta que por su versatilidad, es usada para la creación de planos, modelado de los mismos; también tiene una librería de materiales que ayudan a conocer más sobre la posible recreación física del objeto modelado, con la capacidad de generar estudios sobre masa, peso, centro de gravedad, velocidades, etc.

Herramientas FEM:

Herramientas para el FEM, o su traducción en español, “Método de Elementos Finitos,” nos ayuda para un análisis de factores externos que podrían estar afectando los resultados finales de nuestra creación, como lo son los campos magnéticos, temperatura, la dinámica de nuestro proyecto, factores que no son considerados en la representación gráfica del sistema.

Estas aproximaciones mostrarán las reacciones que se encontrarán a lo que nosotros pensemos que será el entorno final del dispositivo; al tener esta información podremos hacer cambios al diseño, modificaciones, o mejores que ayuden a soportar las condiciones planteadas, que mediante los resultados, sean gráficos, resultados de cálculos, o representaciones de la deformaciones, golpes, estados físicos que se encuentren en la naturaleza.


COMSOL: “COMSOL Multiphysics (antes conocido como FEMLAB) es un paquete de software de análisis y resolución por elementos finitos para varias aplicaciones físicas y de ingeniería, especialmente fenómenos acoplados, o multifísicos. COMSOL Multiphysics también ofrece una amplia y bien gestionada interfaz a MATLAB y sus toolboxes que proporcionan una amplia variedad de posibilidades de programación, preprocesado y postprocesado. También proporciona una interfaz similar a COMSOL Script.” (Anonimo, Wikipedia, 2015)

Herramientas BEM:

Esta herramienta es el método más profundo del FEM, su traducción significa, “Método de Elementos Limite,” su diferencia recae en el análisis que realiza por subfunciones, o por elementos individuales; siendo así, una investigación más profunda de lo que puede pasar por partes más pequeñas, en vez de un todo. Es más usado para comprobación de electrostática, acústica, hidromecánica y la termodinámica.

Ejemplo de herramienta:

Integrated: modelos revisados mediante el uso ecuaciones diferenciales, integrales, ayudando a la discretización de elementos.

Herramientas para la simulación de sistemas multicuerpo:

Esta herramienta es útil para el estudio del movimiento; ensambles de muchas piezas que tienen interacción al momento de que una de estas sufra de un cambio en estado de inercia, aquí pueden surgir golpes, atasques por longitudes insuficientes para cumplir un determinado tipo de movimiento de entrada. Además de tener un cálculo de velocidades, posiciones, choques, también podemos tener en base a lo que pasa en el movimiento, fuerzas y momentos.

Ejemplo de herramienta:

MBDyn: permite la simulación de sistemas en base de, barras, barras flexibles, cuerpos rígidos, movimiento cinético, dinámico. Básico para la comprobación de sistemas en movimiento.

Herramientas para diseño técnico de fluidos:

Un ejemplo del análisis realizado por esta herramienta será de termodinámica, y dinámica de fluidos; los procesos que se encuentran durante la circulación del fluido, siendo realizado en puntos seleccionados para comprobar, perdidas de presión, caudal, y efectos que estos tienen dentro de determinado sistema.


Ansys CDF: “Software de simulación que permite predecir, con total seguridad, el impacto de los fluidos en un producto.” (Ansys, 2015)

Herramientas para el diseño de ingeniería de control:

Herramienta útil para la representación de un sistema mediante bloques, típicos de la ingeniería de control, que describen el comportamiento de una función, o subfunción, representando las entradas y salida, o salidas que se encuentren en el sistema. Esta representación puede ser de un sistema dinámica, mecánico, eléctrico, cualquiera del cual se desee sacar un modelo para comprobar su funcionamiento. Los bloques ayudan a visualizar el orden del proceso que se está cumpliendo, al igual que su interacción y efecto con el resto de elementos.


Simulink: herramienta que podemos encontrar en Matlab; ayuda a la representación y simulación de un diagrama de bloques de un sistema, ya sea a lazo abierto, o cerrado, de control. Aquí podremos agregar valores, usar integradores, diferenciadores, funciones de transferencia, y visualizar el comportamiento a la salida, entre muchas otras cosas.

Herramientas para el diseño electrónico:

“La electrónica capta las señales de mando y sensores, los procesa y mensajes y da un mensaje de salida y la activación de señales. La electrónica puede replicar directamente a la requerida función de usuario en forma de analógica cableada o procesamiento de la señal digital. Pueden, además, formar plataformas con el que las funciones de usuario se realizan total o parcialmente en analógico programable y módulos digitales. Esta también puede formar plataformas en el que las funciones de usuario se programan más o menos completamente por el software de usuario.” (Deutscher, 2004)


Proteus: programa muy completo, que goza de una cantidad amplia de componentes electrónicos, como resistencias, capacitores, circuitos integrados, condensadores, diodos, micro controladores, entre otros. Permite realizar la simulación de diagramas electrónicos, teniendo la capacidad de medir voltajes, corrientes, resistencias, hasta ondas.

Herramientas para el diseño eléctrico:

Generación de diagramas eléctricos, que permitan la alimentación, por medio de cables, a los demás elementos, eléctricos, y electrónicos; un sistema mecatrónico por obligación debe funcionar mediante la energía eléctrica. Tener un herramienta que ayude a esquematizar y simular el entorno del sistema eléctrico. De igual manera puede generar el diagrama de circuitos necesario para soldar cables y demás componentes.


Elecworks: útil para la creación de proyectos que requieran de instalaciones eléctricas, genera planos, simula el ámbito eléctrico del sistema. (Aceri, 2015)

Herramientas para el diseño de software:

Generalmente el software para el diseño mecatrónico, viene dado para el control propio de elementos, por ejemplo el de un PLC; el usuario controlara este programa para poder controlar al dispositivo, y lo que se encuentre interactuando con él, mostrándonos, por ejemplo, información de un sensor, cuando iniciar el arranque de motores. Este software se lo programar para que cumpla con los requerimientos de un sistema.


Arduino: software que permite controlar las placas “Aduino”, que a su vez permiten controlar un gran variedad de objetos dependiendo de su programación, por ejemplo, sensores, leds, motores, servomotores, dispositivos electrónicos en general.

Herramientas para Hardware in the Loop:

Esta herramienta se encarga de correr un simulación en el entorno final del producto, cada elemento, o subfunción, que fue resultado del proceso de diseño, ahora debe ser probado para detectar fallar, y comprobar su optima funcionabilidad.


LMS Imagine.Lab: herramienta de Siemens, ayuda a la integración final del sistema en una simulación de su entorno final; no solo realiza HIL, también MIL, SIL, que pueden ser de ayuda de igual manera para la validación y verificación de un diseño. (Siemens, 2015)

Herramienta para validación del producto final:

Una vez que el producto haya pasado, todas las pruebas anteriores, una por una, cumpla con los requerimientos, la interacción de sus subfunciones no causen problemas entre sí, y cuando las simulaciones a tiempo real, a entorno real, y sus pruebas fueran satisfactorias, se realiza una última prueba, midiendo, observando, analizando, el desempeño del sistema no en una

simulación, esta vez en la realidad; existen herramientas que ayudan a ver la eficiencia del producto final.


Amperímetros para medición de corriente usada.

Sensores de velocidad.

Sensores de temperatura.

Product data management systems(PDMS):

“La tarea de la gestión de datos de productos sistema (PDMS) es la gestión de todos los datos relevantes en un producto y los procesos de desarrollo de productos. La funcionalidad de los sistemas modernos PDM comprende la gestión de la estructura del producto (modelo de las relaciones entre subconjuntos y personas, por ejemplo, desde la producción o ensamblaje), la gestión de la documentación (garantizar la coherencia, derechos de acceso, etc.), la gestión de la configuración (gestión de versión de la estructura del producto estados) y la clasificación de los datos del producto. Una parte de la gestión de datos de productos, sistemas PDM También apoyar la planificación, control y seguimiento de secuencias (gestión de procesos).” (Deutscher, 2004)

Ejemplo de la Herramienta:

Aveva PDMS: permite una recreación en tercera dimensión de la planta interactiva que permite que los usuarios, tengan total acceso a la planta y las diferentes funciones que este posea. Con una interfaz visual del estado de la plata, mediante reportes. (Aveva, 2015)

Aplicaciones de MBSE:

“Los grandes telescopios plantean un desafío continuo para la ingeniería de sistemas debido a su complejidad en términos de requisitos, los modos de funcionamiento, vida útil larga deber, interfaces y número de componentes. Una multitud de decisiones se debe tener en todo el ciclo de vida de un nuevo sistema, y un medio primordial de hacer frente a la complejidad y la incertidumbre está utilizando modelos como una ayuda en la decisión. El potencial de los modelos descriptivos sobre la base del OMG sysml (OMG SysMLTM) es examinado en diferentes áreas: la construcción de un modelo integral sirve de base para las actividades posteriores de solicitar y escribir una reseña de requisitos, análisis y diseño por igual. Además, un modelo es un instrumento de comunicación eficaz contra las trampas malas interpretaciones que son típicas de las actividades disciplinarias transversales al utilizar el lenguaje natural única o diagramas de formato libre. Modelado de las características esenciales del sistema, como las interfaces, estructura del sistema y su comportamiento, son importantes temas a nivel de sistema que se abordan. También se muestra cómo utilizar un modelo como herramienta de análisis para describir las relaciones entre las perturbaciones, efectos opto-mecánica y decisiones de control y para

refinar los casos de uso de control. Consideraciones sobre la escalabilidad de la estructura del modelo y de la organización, su impacto en el proceso de desarrollo, se presentan la relación con las estructuras centradas en documentos, directrices de estilo y de uso y la cadena de herramientas requerido.”(Karban,2008)

“El Consejo Internacional de Ingeniería de Sistemas (INCOSE) Grupo de Trabajo de Sistemas Espaciales (SSWG) estableció el equipo MBSE Challenge Space Systems en 2007. El equipo SSWG Challenge ha estado investigando la aplicabilidad de MBSE para diseñar CubeSats desde 2011. Nuestra aplicación de MBSE utiliza Modeling System idioma (SysML), un lenguaje de modelado gráfico. SysML se utiliza para modelar todos los aspectos de un sistema, ya sea directamente oa través de una interfaz con otro modelo. Diagramas SysML se utilizan para describir los requisitos, estructuras, comportamientos y paramétricos del sistema hasta el nivel de componente. La primera fase del proyecto SSWG CubeSat creado un modelo de referencia CubeSat que se aplicó a la Aurora Explorador de Radio (RAX), un CubeSat de tres unidades desarrollado por SRI International y la Exploración Laboratorio de Michigan en la Universidad de Michigan.”( Kaslow,2015)

Bibliografía Aceri. (15 de octubre de 2015). Aceri. Obtenido de Aceri:

http://www.aceri.com/cont/index_cas.php

Anonimo. (2 de octubre de 2015). Wikipedia. Obtenido de Wikipedia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Use_case

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https://es.wikipedia.org/wiki/COMSOL_Multiphysics

Ansys. (15 de octubre de 2015). Ansys. Obtenido de Ansys:

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atlassian. (15 de octubre de 2015). atlassian. Obtenido de atlassian:

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Deutscher, V. (2004). Mechatronics Methodology. Dussendor: Verein Deutscher.

Microsoft. (15 de octubre de 2015). Microsoft. Obtenido de Microsoft:

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Siemens. (15 de octubre de 2015). Siemens. Obtenido de Siemens:

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lab/amesim/platform/real-time-simulation.shtml

Sourceforge. (30 de febrero de 2010). sourceforge. Obtenido de sourceforge:

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Karban, R., Zamparelli, M., Bauvir, B., Koehler, B., Noethe, L., & Balestra, A. (2008, July).

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Kaslow, D., Anderson, L., Asundi, S., Ayres, B., Iwata, C., Shiotani, B., & Thompson, R. (2015,

March). Developing a CubeSat Model-Based System Engineering (MBSE) Reference Model-

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