send dans
3. D ECHARGE SUR UN SUBSTRAT DE CUIVRE
3.3. Etude de la décharge dans l’azote, sur un substrat en cuivre
Como mostrado no código acima, existem três dilemas éticos principais. O código ético NSPE III.4.a, questiona a legalidade e habilidade de um engenheiro trabalhar em projeto similar ou mesmo projeto para outro empregador. Entretanto, o estudante planeja mudar o projeto, e as alterações feitas podem fazer com que o projeto seja considerado como um novo. O código ético III.9.a afirma que o engenheiro deve dar crédito onde o crédito é devido. O estudante planeja dizer que o projeto é dele, mas isso se refere ao projeto após as mudanças realizadas por ele? Ele também não menciona se irá dizer que o projeto é uma versão do qual ele trabalhou com uma equipe nos EUA. Se o estudante der créditos a equipe, ele não estará violando este código. Considerando todos os projetos que são extensão de um projeto já existente, é possível que o estudante tenha a intenção de trabalhar com o problema apresentado para este projeto em outro contexto. III.9.d afirma que tudo que o engenheiro desenvolver enquanto trabalha para a empresa é propriedade da mesma. Neste caso, a empresa é a Universidade Bucknell. Se o estudante não consultar a universidade antes de apresentar este projeto, ele estará sendo antiético.
A equipe concluiu que se o estudante não der o devido crédito a sua equipe e não comunicar a Universidade Bucknell sobre o uso do projeto em outro local, ele estará violando o código de ética. Entretanto, se ele pedir permissão a todas as partes envolvidas no projeto e explicar quais partes do projeto ele deseja usar, ele não estará violando o código de ética. Acreditamos que sua inocência seja possível, pois ao pedir permissão e explicar o uso do projeto, ele estará seguindo os itens III.4.a e III.9.a e anulando o item III.9.d. Acreditamos que o item III.9.d seria anulado, pois ao pedir permissão a Universidade Bucknell seria informada sobre o uso de informações do projeto.
15. Uso de Recursos
15.1 Recursos Humanos
Os membros da equipe de Acionamento para Animatrônicos concordaram no início do semestre que cada um trabalharia de 6 a 8 horas por semana. Isso foi mantido no decorrer do semestre e resultou no cronograma apresentado no gráfico de Gantt. Todos os marcos foram atingidos a tempo e todos os objetivos foram cumpridos. Além disso, a equipe também contou com consultores externos. O consultor de projeto, Professor Steve Shooter, foi constantemente procurado, com reuniões semanais de 30 minutos na quarta-feira a tarde e sexta-feira de manhã. A Animax Design, mais especificamente o dono, Chuck Fawcett, e o engenheiro chefe, Joel Schultz, foram consultados ao longo do semestre conforme necessário para verificar os requisitos e especificações do cliente, bem como providenciar detalhamentos de design e retorno sobre a evolução do projeto. Finalmente, o técnico designado para a equipe, Dan Johnson, foi consultado duas vezes em reuniões de 30 minutos: a primeira, para providenciar sugestões iniciais e considerações de design no projeto do mecanismo do olho e a segunda, para julgar a viabilidade do mecanismo e dar mais sugestões sobre o design para manufatura/montagem.
A equipe chegou ao consenso de que embora mais horas pudessem ter sido gastas no projeto, em geral o trabalho estava sendo feito de maneira eficaz, o que tornaria o uso de mais horas desnecessário. Comunicação mais frequente com a Animax Design nos estágios iniciais do projeto poderia ter dado maior clareza ao mesmo, mas a equipe conseguiu cumprir o cronograma estabelecido apesar da confusão inicial. A equipe concordou que deveriam ter passado mais tempo com o técnico. Vinte e cinco horas com o técnico foram alocadas para o semestre de outono, entretanto a equipe só utilizou uma hora. Para aproveitar o tempo restante entre o envio deste relatório e o início do recesso de inverno e também para adiantar o trabalho do semestre seguinte, a equipe espera mostrar ao técnico os desenhos do mecanismo e dos componentes para que as peças que necessitem de usinagem estejam prontas quando a equipe retornar em Janeiro.
No semestre da primavera, as cargas horárias de trabalho estavam espaçadas de forma mais inconsistente. Embora a equipe se esforçasse para continuar trabalhando de 6 a 8 horas por semanas, muitas vezes alguns membros não tinham tanto trabalho quanto outros. Houve também períodos intensos, particularmente durante a usinagem de peças e tentativas de fazer com que o sistema de controle funcionasse, em que os membros trabalhavam de 2 a 3 vezes mais do que a carga horária normal do semestre. É difícil dizer se isso foi apropriado, mas este semestre foi mais problemático do que o anterior. Infelizmente, muitos atrasos e a pressa em concluir o projeto foram resultados da espera pela chegada de algumas peças ou de imprevistos que surgiram durante a execução do projeto e que complicaram e estenderam a carga de trabalho dos membro da equipe. Um melhor planejamento sempre é a melhor opção, mas neste caso surgiram muitos eventos espontâneos e imprevistos e também a necessidade de encomendas de novas peças, fazendo com que a agenda de trabalho mudasse radicalmente de um semestre para outro, de períodos bem organizados e espaçados para períodos de trabalho intenso e urgente.
Finalmente, enquanto no primeiro semestre a equipe não foi muito eficaz no uso dos recursos disponíveis, tais como o técnico Dan Johnson, no segundo a equipe frequentemente
procurou ajuda externa. A equipe consultou o Dan diversas vezes em relação a renovação de design, melhoria de usinabilidade, melhor modo para usinagem de peças e especialmente em relação a criação de um modelo em impressora 3D para os olhos, que passou por vários reformulações a seu pedido. Além disso, a equipe contou com o auxílio de Wade Hutchinson, Matt Lamparte e Phil Diefenderfer. Cada um destes recursos foi consultado frequentemente no auxílio com os controles durante o decorrer do projeto, e foram fundamentais para o sucesso do novo sistema de controle. Para detalhes, favor verificar a seção Evolução do Projeto (Seção 7).
15.2 Recursos Financeiros
Com o orçamento inicial, os gastos estavam bem abaixo da faixa de $650. Isso incluía 3 encoders, 2 motores, placa de controle e outros materiais. A equipe esperava gatar $100 em motores, $100 em mecanismos básicos ( acopladores, parafusos, rolamentos, etc.) e próximo a $250 com o sistema de controle. A equipe esperava obter a maior parte dos materiais para construção no laboratório, por isso não fez orçamento para peças básicas e parafusos. O orçamento inicial era de $450, o que deixaria a equipe com uma reserva de $200. Entretanto, com o início da manufatura do mecanismo, a equipe notou a necessidade de mais peças do que anteriormente previsto. No caso do mecanismo, o preço dos componentes era trivial se comparado ao custo dos componentes de controle que seriam adquiridos posteriormente. Em relação ao mecanismo, alguns dos componentes que não haviam sido considerados no orçamento eram arruelas, parafusos, adaptadores de eixos e outras peças pequenas não encontradas no laboratório. Mas estes itens custariam menos de $150 no total.
Para a parte de controle, haviam problemas mais complexos a serem superados. A equipe percebeu que , embora já tivesse os encoders, não tinha os cabos necessários para conexão dos mesmos ao programa de computador utilizado para fazê-los funcionar. A equipe gastou mais de $50 somente em cabos para encoder pois o envio deveria ser rápido. Outra adição financeira enfrentada pela equipe foi a necessidade de encontrar um modo de encaixar o encoder no eixo traseiro, já que não havia um encaixe de 1mm para conectar o encoder ao eixo. Para isso a equipe comprou adaptadores de eixo usados em aeromodelos que conectariam o eixo de 1mm a um eixo de ¼” polegadas que seria encaixado ao encoder. Outro componente principal que a equipe teve de comprar foi a placa de controle Arduino. A placa original e o sistema de aquisição de dados não funcionaram, embora várias tentativas de depuração tenham sido feitas, então um sistema completamente novo e diferente teve de ser implementado para o controle do processo. Essa compra fez que a equipe ultrapasse o orçamento previsto e o consultor do projeto, Professor Shooter, teve de dar dinheiro a equipe para a realização desta compra. No total, a equipe gastou $78 em motores, $132 em peças básicas do mecanismo como rolamentos e acopladores e $400 no sistema de controle. A matriz completa de gastos pode ser vista abaixo na Tabela 4.
Tabela 4. Matriz completa de gastos incluindo gastos de transporte
Fornecedor Descrição do Item Total/Item
McMaster-‐ Carr
Arruela lisa de Nylon 6/6 pata propósitos gerais $ 7.54 Rolamento de Esferas de Acetal sem lubrificante $ 22.04 Parafuso de Corpo Calibrado ½” em Aço Inoxidável 316 $ 6.44 Parafuso de Corpo Calibrado 1¼” em Aço Inoxidável 316 $ 4.17 Parafuso de Corpo Calibrado ¾” em Aço Inoxidável 316 $ 3.48 Acoplador Elástico em Alumínio $ 29.08 Entrega (pedido 1) $ 4.52 Entrega (pedido 2) $ 9.04 Precision Microdrives
Micromotor DC com caixa de redução $ 59.68 Entrega $ 18.07
US Digital
Kit de encoder E4P (Diferencial) $ 95.74 Conjunto de cabos, 6 cabos avulsos $ 24.92 Conjunto de cabos, 4 cabos avulsos $ 9.30 Kit de encoder E4P (Fechado) $ 43.00 Entrega (pedido 1) $ 12.95 Entrega (pedido 2) $ 21.95 Entrega (pedido 3) $ 21.95
Mesa Electronics
Controle oara servomotor de 1 eixo, 100W $ 79.00 Entrega $ 20.62
Plantraco Ltd.
Kit de adaptação para helices $ 6.00 Entrega $ 16.94
MSC
Fresa em Aço Inoxidável $ 22.87 Entrega $ -‐
CDW-‐G
Cabo Serial Startech USB para RS422/RS485 $ 53.86 Entrega $ 9.58
Amazon.com
Arduino Motor Shield R3 $ 25.95 Entrega $ 18.61 Preço Total $ 647.30 Orçamento Restante $ 2.70
16. Proposta de Valor
Na proposta de valor para a solução proposta pela equipe à Animax Designs, primeiramente foram identificadas as necessidades do cliente para que estas fossem adequadamente abordadas. Com base nas conversas com a Animax, foi determinado que o projeto deveria usar controles de 0 a 10 Volts, durar 3000 horas para representar uma troca com benefícios de sistemas pneumáticos para sistemas elétricos, ter uma saída numa escala de movimento de mais de 80º, ter um movimento orgânico e ser testado a velocidades variando de 0 a 180 RPM. O objetivo deste projeto é o providenciar a Animax uma análise dos diferentes tipos de atuadores elétricos para que eles possam determinar se algum deles é mais adequado do que os atualmente usados. Ver as Seções 4, 6 e 8 para mais informações sobre como este objetivo foi atingido.
Para a equipe de Atuadores para Animatrônicos, as necessidades mais importantes do cliente eram viabilidade, manter-se dentro do limite dos recursos, e providenciar com sucesso informações precisas ao cliente, Animax Designs. Especificações incluíam principalmente que a solução proposta fosse testada por uma prova de conceito custando não mais do que $650 e não levando mais do que 75 horas de serviço técnico para manufatura. Ver as Seções 6 e 7 para informações sobre viabilidade, custo e manufatura do projeto.
Para Dan Johnson, o técnico designado para este projeto, as necessidades mais importantes do cliente eram o projeto para manufatura e o cumprimento das restrições. A limitação do tempo do técnico foi uma das preocupações da equipe, portanto a mesma construirá boa parte do projeto para limitar o uso das horas do técnico. Ver a Seção 6 para projeto para manufatura. Outros técnicos foram utilizados na conexão do sistema de controle. Ver as Seções 7 e 14 para informações sobre o uso de recursos externos.
Para abordar essas necessidades, a equipe de Acionamento para Animatrônicos projetou um mecanismo de quatro barras para fornecer a escala de saídas especificada, que será acionada por diferentes motores que cumprem os requisitos da Animax. Um modelo em SolidWorks foi criado para identificar os componentes necessários ao sistema, e uma análise em Working Model foi feita para especificar o motor. Este mecanismo será avaliado usando um encoder ótico e funcionará até que o atuador falhe, momento em que uma análise será feita para posterior envio a Animax. Esta análise é importante, pois antes desse projeto, a qualidade de organicidade de movimento não era definida. Ao combinar um mecanismo vastamente usado com ferramentas de engenharia e análise, não só pôde ser criado um perfil de organicidade de movimento mas também haverá a disponibilidade de informações sobre o ciclo de vida de atuadores elétricos em aplicações animatrônicas. Ver as Seções 5, 6, e 7 para design e análise de sistema.
Este projeto fornece uma larga escala de benefícios incluindo o uso de um mecanismo bem conhecido comumente visto em aplicações animatrônicas, sendo criado com tempo e
fornecimento de informações úteis, portanto os custos são justificáveis pois são superados pelos benefícios do projeto. Ver a Seção 5 para considerações do projeto.
O design final proposto foi escolhido pela sua superioridade em termos de custo, vida útil, manutenção requerida, e precisão nos dados de resposta. Inicialmente, foram comparados uma roda de borracha ligada ao olho, um sistema articulado Sarrus e uma câmera amortecida. O método de análise foi ponderado entre encoders, câmeras de vídeo de alta velocidade, superfícies estendidas e uma comparação subjetiva simples. A escolha final de um sistema articulado de seis barras e encoders foi feita com base nos critérios de viabilidade, confiabilidade e manufatura do produto final. Ver a Seção 5 para comparações e seleção de design.
17. Próximos passos
A maior parte do trabalho futuro a ser realizado neste projeto estará relacionada a solução de problemas criados pela necessidade de soluções rápidas mas imperfeitas encontradas ao longo do desenvolvimento do projeto, bem como o aumento considerável do número de dados e resultados recolhidos. Na construção do mecanismo, alguns atalhos foram tomados para torná- lo apto para testes; entretanto, isto resultou em altos níveis de fricção, remoção de certas partes do equipamento de teste e desvantagens mecânicas que foram simplesmente ignoradas. Algumas partes precisarão ser recriadas ou reusinadas para superar estes obstáculos e problemas de alinhamento terão de ser consertados também. Entretanto, a maior parte do conserto do equipamento de teste envolve uma vistoria mais detalhada do sistema de controle. Neste momento, o sistema de controle usado é imperfeito, uma solução temporária. As chaves limitadoras enviam sinais falsos em alguns momentos, a resposta do terceiro encoder também está faltando e a parte eletrônica está frágil, solta e desorganizada. Um banco de ensaio mais organizado e unificado, blindagem do motor, chaves de desligamento, soldagem e cabeamento eficiente terão de ser criados ou melhorados.
O Arduino, embora suficiente para estes testes, não consegue lidar com troca de dados a altas velocidades e atualmente também limita a escala do teste a metade do perfil de movimento do mecanismo. Idealmente, o servo-controlador Mesa será eventualmente depurado e integrado ao sistema, o que permitirá que os três encoders funcionem adequadamente, fornecendo um sistema de teste mais confiável, entretanto, um sistema de controle tecnicamente superior ao do Arduino e compatível com o sistema deve ser suficiente. Finalmente, mais testes são necessários para que este mecanismo forneça resultados mais significativos. Diferentes tipos de atuadores terão de ser obtidos e testados, tanto em curtos períodos de tempo a altas velocidades quanto em longos períodos a baixas velocidades, e a coleta de dados terá de ser expandida para abranger tempo. Com diferentes conjuntos de dados, uma análise comparativa mais compreensiva pode ser feita, aumentando significativamente a validade do experimento. Com estes testes disponíveis, os dados podem então ser comparados a atuadores caros e atuais, para determinar se estes atuadores são ou não uma opção viável e uma recomendação final sobre a melhor opção de atuador poderá ser feita a Animax. A partir de agora, este projeto será continuado em forma de pesquisa pela aluna Chris Sorrentino, a ser iniciada no verão de 2013, com estas melhorias, atualizações e revisões em mente.
18.Reflexões Finais
Os maiores obstáculos, e posteriormente as maiores e mais óbvias lições, resultaram da definição do problema e geração de ideias. No início do semestre a equipe teve dificuldades em decidir como abordar o problema em questão. Antes disso, a maioria dos desafios em relação ao design tinham sido claramente expostos com uma solução única ou um pequeno conjunto de soluções. A equipe trabalhou diligentemente para definir o problema com o auxílio das diretrizes de Animax Designs, Professor Shooter e Dan Johnson. Uma vez definido o problema, o passo seguinte seria o de superar o desejo de aderir a primeira solução sugerida. O uso do processo de ideação permitiu que a equipe criasse diversas soluções em um curto período de tempo. Com base nessas soluções, uma matriz foi montada para avaliar qual destas seria mais eficaz. As melhores foram cuidadosamente avaliadas e então uma foi escolhida. Todo esse processo era novo, e por vezes frustrante porque a equipe gostaria de ter avançado com a primeira ideia sugerida para terminar o projeto mais rapidamente. Entretanto, tal atitude poderia ter acarretado em um grande desperdício de tempo no desenvolvimento do projeto, o que foi felizmente evitado.
Embora a equipe tenha sido assídua na comunicação com os recursos humanos disponíveis, a comunicação entre a equipe e o cliente foi , muitas vezes, frustrante. Foi uma experiência de aprendizado para todos os membros da equipe quando as respostas fornecidas pela Animax Design nem sempre respondiam às perguntas. Isso criou um problema de fluxo de informações importantes para a equipe, por vezes causando confusão, dadas algumas informações conflitantes recebidas. O ponto de aprendizagem estava em determinar quais informações recebidas eram úteis e quais não eram.
Uma prática muito importante foi aprendida pela equipe neste projeto quando a mesma foi forçada a manter um diário das atividades do projeto. Poder consultar este diário e checar as ideias foi importante. Algumas vezes algumas questões já discutidas pelo grupo eram levantadas, e consulta ao diário de atividades elucidava o motivo de uma escolha em detrimento de outra.
Na primavera, a equipe encontrou diversos problemas novos, imprevistos e difíceis em relação a manufatura do mecanismo e produção de um sistema de controle viável. Como discutido no segmento de Evolução do Projeto, a manufatura de certas partes, principalmente dos olhos, resultaram em diversas reformulações e mudanças. Além disso, problemas de alinhamento e desvantagens mecânicas resultaram em diversos ajustes e remontagens do mecanismo. Em relação aos controles, problemas com armazenamentos e troca de dados, comunicação serial, compatibilidade entre placa de aquisição de dados e servo-controlador, sinais falsos, cabeamento, falta de peças e cabos apropriados, outros problemas não identificados no programa e mau funcionamento do controlador resultaram em três designs, quase dois meses de atraso e estouro de orçamento. Esses erros foram lições difíceis em face da necessidade de planejamento de contingência, ênfase na simplicidade e busca de ajuda frequente. Idealmente, a equipe deveria delegar o controle a alguém com maior experiência e consultar mais profissionais dos departamentos de Engenharia Elétrica e Engenharia da Computação.
Entretanto, esses atrasos foram também essenciais para mostrar a necessidade de flexibilidade e aceitação de erros , para lidar com eles conforme eles surgem. Embora
extremamente frustrante e demorado, a equipe também aprendeu lições valiosas com a dificuldade e complexidade de um bom projeto de engenharia.
18.1 Lições do Jordan
No início do semestre eu acreditava que estava preparado para enfrentar uma vasta gama de desafios. Para resumir o que em seguida detalharei, eu estava errado.
Minhas aulas em design mecânico, controles, materiais, e mecânica me deram uma janela através da qual eu pude examinar os objetivos aos quais fomos apresentados e potencialmente tomar decisões sobre uma solução. Essa base me deu confiança para explorar novos problemas e aplicações. Mas essa confiança acabou se tornando um problema.
Eu pensei que tinha entendido bem como projetar um sistema mecânico, como aplicar controles, como avaliar desgaste e fadiga com o decorrer do tempo. Embora separadamente eu soubesse de todas essas coisas, quando chegou o momento de aplicá-las minhas habilidades falharam. Mas eu não insisto nessas falhas, porque para cada restrição do mecanismo ocular que eu negligenciei, outras 5 ou 6 pessoas também ignoraram. Isso significa que na construção do mecanismo ninguém previu os problemas que surgiram.
Essa é a maior lição que eu tirei desta experiência. Por um lado eu acreditava que como equipe nós estávamos bem preparados para o aspecto mecânico do projeto, mas nós ignoramos pequenas coisas que causaram problemas maiores. Em termos de controle, nós, com certeza, não estávamos preparados para esta tarefa. Isso não significa que este obstáculo seria tão grande quanto foi, mas nós fomos forçados a aprender rapidamente o que não sabíamos. Em retrospectiva, acredito que a delegação de responsabilidades ao Matt para que ele cuidasse dos