2D positioning control system for the planar motion of a nanopositioning platform

A novel nanopositioning platform (referred as NanoPla) in development has been designed to achieve nanometre resolution in a large working range of 50 mm × 50 mm. Two-dimensional (2D) movement is performed by four custom-made Halbach linear motors, and a 2D laser system provides positioning feedback, while the moving part of the platform is levitating and unguided. For control hardware, this work proposes the use of a commercial generic solution, in contrast to other systems where the control hardware and software are specifically designed for that purpose. In a previous paper based on this research, the control system of one linear motor implemented in selected commercial hardware was presented. In this study, the developed control system is extended to the four motors of the nanopositioning platform to generate 2D planar movement in the whole working range of the nanopositioning platform. In addition, the positioning uncertainty of the control system is assessed. The obtained results satisfy the working requirements of the NanoPla, achieving a positioning uncertainty of ±0.5 µm along the whole working range

Positioning Control System for a Large Range 2D Platform with Submicrometre Accuracy for Metrological and Manufacturing Applications

The importance of nanotechnology in the world of Science and Technology has rapidly increased over recent decades, demanding positioning systems capable of providing accurate positioning in large working ranges. In this line of research, a nanopositioning platform, the NanoPla, has been developed at the University of Zaragoza. The NanoPla has a large working range of 50 mm × 50 mm and submicrometre accuracy. The NanoPla actuators are four Halbach linear motors and it implements planar motion. In addition, a 2D plane mirror laser interferometer system works as positioning sensor. One of the targets of the NanoPla is to implement commercial devices when possible. Therefore, a commercial control hardware designed for generic three phase motors has been selected to control and drive the Halbach linear motors.This thesis develops 2D positioning control strategy for large range accurate positioning systems and implements it in the NanoPla. The developed control system coordinates the performance of the four Halbach linear motors and integrates the 2D laser system positioning feedback. In order to improve the positioning accuracy, a self calibration procedure for the characterisation of the geometrical errors of the 2D laser system is proposed. The contributors to the final NanoPla positioning errors are analysed and the final positioning uncertainty (k=2) of the 2D control system is calculated to be ±0.5 µm. The resultant uncertainty is much lower than the NanoPla required positioning accuracy, broadening its applicability scope.<br /

Positioning uncertainty of the control system for the planar motion of a nanopositioning platform

The novel nanopositioning platform (NanoPla) that is in development at the University of Zaragoza has been designed to achieve nanometre resolution in a large working range of 50 mm × 50 mm. The 2D movement is performed by four custom-made Halbach linear motors and a 2D laser system provides positioning feedback, while the moving part of the platform is levitating and unguided. As control hardware, this work proposes the use of a commercial solution, in contrast to other systems, where the control hardware and software were specifically designed for the purpose. In a previous work of this research, the control system of one linear motor implemented in the selected commercial hardware was presented. In this study, the developed control system is extended to the four motors of the nanopositioning platform to generate a 2D planar movement in the whole working range of the nanopositioning platform. In addition, the positioning uncertainty of the control system is assessed. The obtained results satisfy the working requirements of the NanoPla, achieving a positioning uncertainty of ±0.5 µm along the whole working range

Revisión, auditoría y actualización a nuevas directrices del sistema de Garantía Interna de la Calidad de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura

El Sistema de Garantía Interna de Calidad (SGIC) implantado en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA) de Zaragoza cuenta con el certificado de calidad otorgado por la Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y Acreditación (ANECA), desde Noviembre de 2013. Para mantener esta certificación y que continúe siendo un Sistema fiable y evolutivo es necesario realizar una actualización y revisión constante del mismo, con el fin de reflejar la realidad de la institución y la actividad que se desarrolla en el centro. De esta manera, se logrará renovar la acreditación del Sistema, prevista para este año 2017. Es esta necesidad de mejora continua y de renovación de la acreditación el motivo de creación de este Trabajo de Fin de Grado, cuyo objetivo principal es la revisión del SGIC del centro y actualización y/o adaptación de los principales documentos que lo describen, prestando especial énfasis en los procedimientos. El método seguido para lograr esta revisión se ha centrado principalmente en la realización de una auditoría interna inicial, con objeto de conocer los puntos débiles y trabajar más profundamente en ellos, y en la actualización individual de los procedimientos, con la consiguiente adaptación de sus Anexos, del Mapa de Procesos del Sistema, e incluso del Manual de Calidad del centro. Además, se realiza una auditoría final con el fin de comprobar las mejoras implantadas y se plantea una propuesta de modificación de la sección de Garantía de la Calidad de la Página Web de la EINA

Productivity and flexibility improvement of assembly lines for high-mix low-volume production. A white goods industry case

Las tendencias globales de la personalización e individualización en masa impulsan la producción industrial en serie corta y variada; y por tanto una gran variedad de productos en pequeñas cantidades. Por ello, la customización en masa precisa de sistemas de ensamblaje que sean a la vez altamente productivos y flexibles, a diferencia de la tradicional oposición entre ambas características. La llamada cuarta revolución industrial trae diversas tecnologías habilitadoras que podrían ser útiles para abordar este problema. Sin embargo, las metodologías para implementar el ensamblaje 4.0 todavía no han sido resueltas. De hecho, para aprovechar todas las ventajas potenciales de la Industria 4.0, es necesario contar con un nivel previo de excelencia operacional y un análisis holístico de los sistemas productivos. Esta tesis tiene como objetivo entender y definir cómo mejorar la productividad y la flexibilidad de las operaciones de montaje en serie corta y variada.Esta meta se ha dividido en tres objetivos. El primer objetivo consiste en comprender las relaciones entre la Industria 4.0 y las operaciones de ensamblaje, así como sus implicaciones para los operarios. El segundo objetivo consiste en desarrollar una metodología y las herramientas necesarias para evaluar el rendimiento de diferentes configuraciones de cadenas de ensamblaje. El último objetivo consiste en el diseño de sistemas de ensamblaje que permitan incrementar su productividad al menos un 25 %, produciendo en serie corta y variada, mediante la combinación de puestos de montaje manual y estaciones automatizadas.Para abordar la fase de comprensión y definición del problema, se llevó a cabo una revisión bibliográfica sistemática y se desarrolló un marco conceptual para el Ensamblaje 4.0. Se desarrollaron, verificaron y validaron dos herramientas de evaluación del rendimiento: un modelo matemático analítico y varios modelos de simulación por eventos discretos. Para la verificación, y como punto de partida para los análisis, se ha utilizado un caso de estudio industrial de un fabricante global de electrodomésticos. Se han empleado múltiples escenarios de simulación y técnicas de diseño de experimentos para investigar tres cuestiones clave.En primer lugar, se identificaron los factores más críticos para el rendimiento de líneas de montaje manuales multi-modelo. En segundo lugar, se analizó el rendimiento de líneas de montaje semiautomáticas paralelas con operarios móviles en comparación con líneas semiautomáticas o manuales con operarios fijos, empleando diversos escenarios de demanda en serie corta y variada. Por último, se investigó el uso de trenes milkrun para la logística interna de líneas de ensamblaje multi-modelo bajo la influencia de perturbaciones.Los resultados de las simulaciones muestran que las líneas paralelas con operarios móviles pueden superar a las de operarios fijos en cualquier escenario de demanda, alcanzando como mínimo el objetivo de mejorar la productividad en un 25% o más. También permiten reducir cómodamente el número de operarios trabajando en la línea sin afectar negativamente al equilibrado de la misma, posibilitando la producción eficiente de bajo volumen. Los resultados de las simulaciones de logística interna indican que los milkrun pueden proteger las líneas de ensamblaje de las perturbaciones originadas en procesos aguas arriba.Futuras líneas de investigación en base a los resultados obtenidos en esta tesis podrían incluir la expansión e integración de los modelos de simulación actuales para analizar las cadenas de montaje paralelas con operarios móviles incorporando logística, averías y mantenimiento, problemas de control de calidad y políticas de gestión de los retrabajos. Otra línea podría ser el uso de diferentes herramienta para el análisis del desempeño como, por ejemplo, técnicas de programación de la producción que permitan evaluar el desempeño operacional de diferentes configuraciones de cadenas de montaje con operarios móviles, tanto en términos de automatización como de organización en planta. Podrían incorporarse tecnologías de la Industria 4.0 a los modelos de simulación para evaluar su impacto operacional global ¿como cobots para ensamblaje o para la manipulación de materiales, realidad aumentada para el apoyo cognitivo a los operarios, o AGVs para la conducciónde los trenes milkrun. Por último, el trabajo presentado en esta tesis acerca las líneas de ensamblaje semiautomáticas con operarios móviles a su implementación industrial.<br /

Desarrollo de un sistema flexible de micro-posicionado 2D

El proyecto consiste en el diseño, cálculo, simulación por elementos finitos, fabricación y prueba de un primer prototipo de sistema flexible de micro-posicionado 2D. El diseño se basa en un modelo previamente concebido en la UNCC (Universitý of North Carolina at Charlotte). El proyecto tiene como objetivos: 1. Validación o modificación, según el caso, de diferentes aspectos del diseño adoptado a partir de los resultados obtenidos en las diferentes fases (cálculo, simulación y prueba, además de otros experimentos que puedan tener lugar) 2. Convenientemente discutidos y contrastados los resultados obtenidos en las diferentes fases del proyecto, se propondrán las líneas futuras de trabajo a seguir en las fases posteriores del desarrollo de la plataforma

Desarrollo de una herramienta para el análisis de datos cognitivos mediante una interfaz cerebro-computador

Este proyecto surge a raíz de las mejoras a implantar concluidas por el proyectando tras un estudio previo similar que llevó a cabo en un entrenamiento de misión de simulación a Marte (programa Mars Simulated Missions) desarrollado en Abril de 2013 en el desierto de Los Monegros (Aragón). El objetivo principal del proyecto es exponer una propuesta de baja inversión a llevar a cabo en los programas MSM (Mars Simulated Missions). Estos programas de misiones de simulación están siendo gestionados por un equipo, de entre los que se encuentra el proyectando, cuyo objetivo es que sean válidos como Producto Mínimo Viable (PVM) de un proyecto empresarial que están desarrollando en el momento de redacción de esta propuesta, denominado STARS (Space Tourism and Analogue Research Station; www.joinstars.org) y cuya fase se encuentra en el proceso de validación de clientes para recoger información inicial que permita discernir si las hipótesis de negocio son válidas. El estudio trata del desarrollo de una herramienta para la investigación cognitiva a través de una interfaz cerebro computador (BCI) de bajo coste consistente en las plataformas Arduino y Neurosky, cuyo objetivo es establecer un análisis cognitivo en diferentes áreas en tareas de tripulantes durante misiones espaciales de simulación. A través de un posterior análisis matemático, basado en control de procesos (mediante gráficos de control por variables), estudios de variabilidad, etc, podrán extraerse conclusiones de rendimientos y mejoras a establecer en los procesos de las tareas llevadas a cabo por los tripulantes

Actualización del Sistema de Garantía Interno de Calidad de la EINA según el programa AUDIT y propuesta documental para la acreditación del sello EUR-ACE

La EINA, tiene implementado un Sistema de Garantía Interna de la Calidad (SGIC) certificado por la Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y Acreditación (ANECA). Para hacer de este Sistema un sistema fiable y evolutivo, se requiere de una actualización constante, ya que en el día a día van surgiendo nuevas necesidades, y es necesario reajustar los procesos y/o criterios. Debido a esta necesidad de actualización e inquietud por la mejora continua surge la necesidad de llevar a cabo este Trabajo Fin de Grado (TFG), que tiene como objetivo la revisión del SGIC y la reducción del Manual de la Calidad. La forma en la que se ha llevado a cabo dicha revisión se ha centrado principalmente en la actualización individual de cada uno de los capítulos de dicho manual y en la sustitución de toda aquella información que se puede encontrar en un enlace web y por supuesto, es susceptible de estar presente en el Manual. Por otro lado, pero continuando en la línea de la mejora continua, surge la idea de solicitar el certificado EUR-ACE® para las titulaciones impartidas en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA). Para lograr este sello es necesario un estudio muy exhaustivo de las actividades docentes que se desarrollan y su relación con la adquisición de competencias en cada una de las titulaciones. Este proyecto se centra en el caso del Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales. Se ha planteado la documentación necesaria, así como las conclusiones que se extraen del análisis de esta documentación. Una de estas conclusiones es la necesidad de actualización de las guías docentes. Y de esta necesidad se plantea un modelo de guía a seguir según mis criterios como estudiante

Study of Augmented Reality based manufacturing for further integration of quality control 4.0: a systematic literature review

Augmented Reality (AR) has gradually become a mainstream technology enabling Industry 4.0 and its maturity has also grown over time. AR has been applied to support different processes on the shop-floor level, such as assembly, maintenance, etc. As various processes in manufacturing require high quality and near-zero error rates to ensure the demands and safety of end-users, AR can also equip operators with immersive interfaces to enhance productivity, accuracy and autonomy in the quality sector. However, there is currently no systematic review paper about AR technology enhancing the quality sector. The purpose of this paper is to conduct a systematic literature review (SLR) to conclude about the emerging interest in using AR as an assisting technology for the quality sector in an industry 4.0 context. Five research questions (RQs), with a set of selection criteria, are predefined to support the objectives of this SLR. In addition, different research databases are used for the paper identification phase following the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis (PRISMA) methodology to find the answers for the predefined RQs. It is found that, in spite of staying behind the assembly and maintenance sector in terms of AR-based solutions, there is a tendency towards interest in developing and implementing AR-assisted quality applications. There are three main categories of current AR-based solutions for quality sector, which are AR-based apps as a virtual Lean tool, AR-assisted metrology and AR-based solutions for in-line quality control. In this SLR, an AR architecture layer framework has been improved to classify articles into different layers which are finally integrated into a systematic design and development methodology for the development of long-term AR-based solutions for the quality sector in the future

Preliminary Modelling and Implementation of the 2D-control for a Nanopositioning Long Range Stage

Different systems are recently developed to obtain effective positioning at nanometer scale with increased working ranges. For this purpose, a two-dimensional nanopositioning platform (NanoPla) has been design and manufactured. To assure the demanding metrological performance the drive and control system is being defined and validated. Based on four home-made linear motors as actuators, this work is focused on the study of the control-loop for 1D- and 2D-cases with the aim of the preliminary modelling and posterior implementation. The different required blocks are presented and an initial controller solution is proposed to achieve the established positioning requests