Inżynier automatyki

Inżynieria samochodowa , wraz z inżynierią lotniczą i architekturą morską , jest gałęzią inżynierii pojazdów, obejmującą elementy mechaniki , elektryki , elektroniki , oprogramowania i inżynierii bezpieczeństwa , stosowane do projektowania, produkcji i eksploatacji motocykli , samochodów i ciężarówek oraz ich odpowiednie podsystemy inżynierskie. Obejmuje to również modyfikację pojazdów. Zalicza się do niej również dziedzina produkcji zajmująca się tworzeniem i składaniem całych części samochodowych. Dziedzina inżynierii samochodowej wymaga intensywnych badań i obejmuje bezpośrednie stosowanie modeli i wzorów matematycznych. Studium inżynierii samochodowej polega na projektowaniu, opracowywaniu, wytwarzaniu i testowaniu pojazdów lub komponentów pojazdów od etapu koncepcji do etapu produkcji. Produkcja, rozwój i produkcja to trzy główne funkcje w tej dziedzinie.

Dyscypliny

Inżynieria samochodowa

Inżynieria samochodowa to dziedzina inżynierii , która uczy produkcji, projektowania, mechanizmów mechanicznych, a także obsługi samochodów. Jest to wprowadzenie do inżynierii pojazdów, która zajmuje się motocyklami, samochodami, autobusami, ciężarówkami itp. Obejmuje studia branżowe z zakresu mechaniki, elektroniki, oprogramowania i elementów bezpieczeństwa. Niektóre atrybuty i dyscypliny inżynierskie, które są ważne dla inżyniera motoryzacyjnego, obejmują:

Inżynieria bezpieczeństwa : Inżynieria bezpieczeństwa to ocena różnych scenariuszy zderzenia i ich wpływu na pasażerów pojazdu. Są one testowane wbrew bardzo surowym przepisom rządowym. Niektóre z tych wymagań obejmują: pasów bezpieczeństwa i poduszek powietrznych , test zderzenia czołowego i bocznego oraz test odporności na dachowanie. Oceny przeprowadza się za pomocą różnych metod i narzędzi, w tym komputerowej symulacji zderzeń (zwykle analiza elementów skończonych ), manekinów do testów zderzeniowych oraz zderzeń częściowego systemu sanek i całego pojazdu.

Wizualizacja deformacji samochodu podczas zderzenia asymetrycznego za pomocą analizy elementów skończonych. [1]

Oszczędność paliwa/emisja : Oszczędność paliwa to mierzona efektywność paliwowa pojazdu w milach na galon lub kilometrach na litr. Badanie emisji obejmuje pomiar emisji z pojazdów, w tym węglowodorów, tlenków azotu ( NO _x ), tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO ₂ ) oraz emisji oparów.

Inżynieria NVH ( hałas, wibracje i szorstkość ) : NVH obejmuje opinie klientów (zarówno dotykowe [odczuwalne], jak i słyszalne [słyszalne]) dotyczące pojazdu. Podczas gdy dźwięk można interpretować jako grzechotanie, pisk lub gorąco, reakcją dotykową mogą być wibracje fotela lub brzęczenie kierownicy . To sprzężenie zwrotne jest generowane przez elementy ocierające się, wibrujące lub obracające się. Reakcję NVH można sklasyfikować na różne sposoby: NVH zespołu napędowego, hałas drogowy, hałas wiatru, hałas komponentów oraz piski i grzechotanie. Uwaga: istnieją zarówno dobre, jak i złe cechy NVH. Inżynier NVH pracuje nad wyeliminowaniem złego NVH lub zmianą „złego NVH” na dobre (tj. dźwięki wydechu).

Elektronika samochodowa : elektronika samochodowa jest coraz ważniejszym aspektem inżynierii samochodowej. Nowoczesne pojazdy wykorzystują dziesiątki układów elektronicznych. Systemy te są odpowiedzialne za sterowanie operacyjne, takie jak sterowanie przepustnicą, hamulcami i układem kierowniczym; a także wiele systemów zapewniających komfort i wygodę, takich jak HVAC , systemy informacyjno-rozrywkowe i oświetleniowe. Bez elektronicznego sterowania samochody nie byłyby w stanie spełnić nowoczesnych wymagań w zakresie bezpieczeństwa i oszczędności paliwa.

Osiągi : osiągi to mierzalna i możliwa do sprawdzenia wartość zdolności pojazdu do zachowania się w różnych warunkach. Wydajność można rozpatrywać w wielu różnych zadaniach, ale generalnie jest ona kojarzona z tym, jak szybko samochód może przyspieszyć (np. start z miejsca, upływający czas 1/4 mili, 0–60 mil na godzinę itp.), jego prędkość maksymalna (ujednoznacznienie), prędkość maksymalna, jak krótko i szybko samochód może całkowicie się zatrzymać od ustaloną prędkość (np. 70-0 mil na godzinę), siłę przeciążenia, jaką samochód może wytworzyć bez utraty przyczepności, zarejestrowane czasy okrążeń, prędkość na zakrętach, zanikanie hamulców itp. Wydajność może również odzwierciedlać stopień kontroli przy złej pogodzie (śnieg , lodowy deszcz).

Jakość zmiany biegów : Jakość zmiany biegów to postrzeganie pojazdu przez kierowcę w związku ze zdarzeniem zmiany automatycznej skrzyni biegów . Wpływ na to ma układ napędowy ( silnik , skrzynia biegów ) oraz pojazd (układ napędowy, zawieszenie , mocowania silnika i zespołu napędowego itp.) Wyczucie zmiany biegów jest zarówno dotykową (odczutą), jak i słyszalną (słyszalną) reakcją pojazdu. Jakość zmiany biegów jest odczuwana jako różne zdarzenia: zmiany biegów są odczuwane jako zmiana biegu na wyższy przy przyspieszaniu (1–2) lub manewr zmiany biegu na niższy podczas wyprzedzania (4–2). Oceniane są również zmiany biegów pojazdu, jak w przypadku parkowania na biegu wstecznym itp.

Trwałość / inżynieria korozji : Inżynieria trwałości i korozji to testy oceniające pojazd pod kątem jego żywotności. Testy obejmują gromadzenie przebiegu, trudne warunki jazdy i żrące kąpiele solne.

Właściwości jezdne : Właściwości jezdne to reakcja pojazdu na ogólne warunki jazdy. Zimne uruchamianie i zatrzymywanie się, spadki obrotów, reakcja na biegu jałowym, wahania i potknięcia podczas uruchamiania oraz poziomy wydajności.

Koszt : Koszt programu pojazdu jest zazwyczaj dzielony na zmienny koszt pojazdu, oprzyrządowanie z góry i koszty stałe związane z opracowaniem pojazdu. Istnieją również koszty związane z rabatami gwarancyjnymi i marketingiem.

Harmonogram programów : Do pewnego stopnia programy są ustalane w czasie w odniesieniu do rynku, a także do harmonogramów produkcji zakładów montażowych. Każda nowa część w projekcie musi wspierać rozwój i harmonogram produkcji modelu.

Wykonalność montażu : Łatwo jest zaprojektować moduł, który jest trudny w montażu, co skutkuje uszkodzeniem jednostek lub złymi tolerancjami. Wykwalifikowany ds. rozwoju produktu współpracuje z inżynierami montażu/produkcji, aby powstały projekt był łatwy i tani w wykonaniu i montażu, a także zapewniał odpowiednią funkcjonalność i wygląd.

Zarządzanie jakością : Kontrola jakości jest ważnym czynnikiem w procesie produkcyjnym, ponieważ wysoka jakość jest niezbędna do spełnienia wymagań klientów i uniknięcia kosztownych akcji wycofywania produktów . Złożoność komponentów zaangażowanych w proces produkcyjny wymaga połączenia różnych narzędzi i technik kontroli jakości. Dlatego International Automotive Task Force (IATF), grupa wiodących światowych producentów i organizacji handlowych, opracowała normę ISO/TS 16949 . Norma ta określa wymagania dotyczące projektowania, rozwoju, produkcji oraz (jeśli ma to zastosowanie) instalacji i serwisu. Ponadto łączy zasady ISO 9001 z aspektami różnych regionalnych i krajowych norm motoryzacyjnych, takich jak AVSQ (Włochy), EAQF (Francja), VDA6 ( Niemcy ) i QS-9000 (USA). W celu dalszego zminimalizowania ryzyka związanego z awariami produktów i roszczeniami z tytułu odpowiedzialności za samochodowe systemy elektryczne i elektroniczne, stosowana jest dyscyplina jakości dotycząca bezpieczeństwa funkcjonalnego zgodnie z normą ISO/IEC 17025.

Od lat 50. XX wieku kompleksowe podejście biznesowe do zarządzania jakością (TQM) działa w celu ciągłego doskonalenia procesu produkcji produktów i komponentów motoryzacyjnych. Niektóre z firm, które wdrożyły TQM, to Ford Motor Company , Motorola i Toyota Motor Company .

Funkcje pracy

Inżynier rozwoju

Inżynier rozwoju jest odpowiedzialny za koordynację dostarczania atrybutów inżynieryjnych kompletnego samochodu ( autobusu , samochodu osobowego , ciężarówki , furgonetki, SUV-a, motocykla itp.) zgodnie z wymaganiami producenta samochodu , przepisami rządowymi i klientem, który kupuje produkt.

Podobnie jak inżynier systemów , inżynier rozwoju zajmuje się interakcjami wszystkich systemów w całym samochodzie. Chociaż w samochodzie jest wiele komponentów i układów , które muszą działać zgodnie z przeznaczeniem, muszą one również działać w harmonii z całym samochodem. Na przykład, hamulcowego jest zapewnienie funkcjonalności hamowania w samochodzie. Oprócz tego musi również zapewniać akceptowalny poziom: wyczucia pedału (gąbczasty, sztywny), „hałasu” układu hamulcowego (pisk, drżenie itp.) oraz interakcji z ABS (układ przeciwblokujący )

Innym aspektem pracy inżyniera ds. rozwoju jest proces kompromisu wymagany do dostarczenia wszystkich atrybutów samochodu na pewnym akceptowalnym poziomie. Przykładem tego jest kompromis między osiągami silnika a oszczędnością paliwa . Podczas gdy niektórzy klienci szukają maksymalnej mocy ze swojego silnika , samochód nadal musi zapewniać akceptowalny poziom oszczędności paliwa. Z punktu widzenia silnika są to przeciwstawne wymagania. Osiągi silnika wymagają maksymalnej pojemności skokowej (większa, większa moc), podczas gdy oszczędność paliwa wymaga silnika o mniejszej pojemności skokowej (np. 1,4 l vs. 5,4 l). Wielkość silnika nie jest jednak jedynym czynnikiem wpływającym na oszczędność paliwa i osiągi samochodu. W grę wchodzą różne wartości.

Inne atrybuty, które wymagają kompromisów, obejmują: masę samochodu, opór aerodynamiczny , przełożenie skrzyni biegów , urządzenia kontrolujące emisję , prowadzenie / trzymanie się drogi , jakość jazdy i opony .

Inżynier rozwoju jest również odpowiedzialny za organizację testów, walidacji i certyfikacji na poziomie samochodów. Komponenty i systemy są projektowane i testowane indywidualnie przez Inżyniera Produktu. Ostateczna ocena ma zostać przeprowadzona na poziomie samochodu, aby ocenić interakcje między systemami. Na przykład system audio (radio) należy ocenić na poziomie samochodu. Interakcja z innymi elementami elektronicznymi może powodować zakłócenia . Należy ocenić rozpraszanie ciepła przez system i ergonomiczne rozmieszczenie elementów sterujących. Jakość dźwięku na wszystkich miejscach siedzących musi być zapewniona na akceptowalnym poziomie.

Inżynier Produkcji

Inżynierowie produkcji są odpowiedzialni za zapewnienie prawidłowej produkcji części samochodowych lub kompletnych pojazdów. Podczas gdy inżynierowie rozwoju są odpowiedzialni za działanie pojazdu, inżynierowie produkcji są odpowiedzialni za bezpieczną i efektywną produkcję pojazdu. Ta grupa inżynierów składa się z inżynierów procesu , koordynatorów logistyki , inżynierów narzędzi , inżynierów robotyki i planistów montażu.

W przemyśle motoryzacyjnym producenci odgrywają większą rolę na etapach opracowywania komponentów samochodowych, aby zapewnić łatwość wytwarzania produktów. Projektowanie pod kątem możliwości produkcyjnych w świecie motoryzacyjnym ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że ​​jakikolwiek projekt zostanie opracowany na etapie badań i rozwoju projektowania motoryzacyjnego . Po ustaleniu projektu inżynierowie produkcji przejmują kontrolę. Projektują maszyny i oprzyrządowanie niezbędne do budowy części samochodowych lub pojazdów oraz ustalają metody masowej produkcji produktu. Zadaniem inżynierów produkcji jest zwiększenie wydajności zakładu motoryzacyjnego i wdrożenie technik produkcji odchudzonej , takich jak Six Sigma i Kaizen .

Inne stanowiska w inżynierii samochodowej

Inni inżynierowie motoryzacyjni to wymienieni poniżej:

• Inżynierowie aerodynamiki często udzielają wskazówek studiom stylizacji, aby projektowane przez nich kształty były zarówno aerodynamiczne, jak i atrakcyjne.
• Inżynierowie nadwozia poinformują również studio, czy wykonalne jest wykonanie paneli do ich projektów.
• Inżynierowie ds. kontroli zmian zapewniają, że wszystkie zachodzące zmiany projektowe i produkcyjne są zorganizowane, zarządzane i wdrażane...
• NVH przeprowadzają testy dźwięku i wibracji, aby zapobiec głośnym hałasom w kabinie, wykrywalnym wibracjom i/lub poprawić jakość dźwięku, gdy pojazd jest w ruchu.

Nowoczesny proces inżynierii produktów motoryzacyjnych

Badania wskazują, że znaczna część wartości nowoczesnych pojazdów pochodzi z inteligentnych systemów i że stanowią one większość obecnych innowacji motoryzacyjnych. Aby to ułatwić, nowoczesny proces inżynierii samochodowej musi radzić sobie ze zwiększonym wykorzystaniem mechatroniki . Optymalizacja konfiguracji i wydajności, integracja systemów, kontrola, walidacja komponentów, podsystemów i systemów na poziomie inteligentnych systemów musi stać się nieodłączną częścią standardowego procesu inżynierii pojazdu, podobnie jak ma to miejsce w przypadku projektowania strukturalnego, wibroakustycznego i kinematycznego . Wymaga to procesu opracowywania pojazdu, który jest zazwyczaj w dużym stopniu oparty na symulacji.

Podejście V

Jednym ze sposobów skutecznego radzenia sobie z nieodłączną wielofizyką i rozwojem systemów sterowania , który jest związany z inteligentnymi systemami, jest przyjęcie podejścia V-Model do rozwoju systemów, które jest szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym od dwudziestu lub więcej lat . W tym podejściu V wymagania na poziomie systemu są propagowane w dół V przez podsystemy do projektu komponentu, a wydajność systemu jest weryfikowana na rosnących poziomach integracji. Inżynieria systemów mechatronicznych wymaga zastosowania dwóch połączonych ze sobą „cykli V”: jeden koncentruje się na inżynierii systemów wielofizycznych (takich jak mechaniczne i elektryczne elementy elektrycznie napędzanego układu kierowniczego, w tym czujniki i siłowniki); a drugi koncentruje się na inżynierii sterowania, logice sterowania, oprogramowaniu i realizacji sprzętu sterującego i oprogramowania wbudowanego.