Sistem Mecatronic Pentru Automatizarea Mobilierului Destinat Unei Camere de Student

Introducere

Interesul la nivel global în domeniul sistemelor mecatronice au sporit activitățile de cercetare și dezvoltare a structurilor automate, cu răsfrângere în numeroase domenii importante: medicină, agricultură, industria de mobilier, ș.a.m.d. Progresul acestora este în interdependență cu evoluția societății din zilele noastre, și vizează tehnologiile ce pot fi întrebuințate în societate, dar și dorința de a folosi laconic sistemele, atât pentru dobândirea unui randament ridicat obținut prin folosirea unui număr limitat de resurse materiale dar și umane, cât și pentru înlesnirea activităților și a sarcinilor umane.

Utilizarea din ce în ce mai ridicată a surselor pentru automatizarea sistemelor, reprezintă contribuții materiale și intelectuale remarcabile necesare evoluției către trăinicie, în toate sectoarele de activitate. Acestea contribuie la asigurarea prosperității și a unor atribute fine ale vieții pentru generațiile viitoare. După o perioadă de creștere însemnată a mecatronicii în branșa industriei, la început cu precădere în industria automobilelor, în prezent, sunt aplicații în toate domeniile;construcție, medicină, agricultură, turism, sisteme de siguranță, comerț și agreement.

Fig. 1.1. Puterea și capacitatea de conexiune a minții umane [79].

Din punctul de vedere al acestei lucrări de diplomă, dacă exitindem resursele la un alt nivel, în care gestionăm cu atenție și responsabilitate sensul de mers al industriei prin automatizăre,vom obține performanțe deosebite în orice domeniu am dorii. Ținând cont de istoria mobilierului, pornind de la sisteme clasice, prea rudimentare sau prea opulente, ce amenajau spațiile, și ajungând la sistemele moderne, complexe și variate în care nu se întâlnește suficientă atutomatizare în raport cu dezvoltarea și evoluția altor specialități, am conceput un sistem distinct de cele deja existente în care subliniez automatizarea pieselor de mobilier.

Industria de mobilier este încă un domeniu mai puțin exploatat din punctul de vedere al automatizării, dar un domeniu actualmente indispensabil din viața omului, fără de care ne-am simți stingheri. Din propria experiență, mobilierul ce amenajează o camera de student este prea simplu, prea fără culoare, și puțin practic, dacă luăm în considerare spațiul pe care îl ocupă, în comparație cu mobilierul automatizat. Din punctul meu de vedere, un sistem automatizat, multifuncțional și practic, creează un mediu prielnic și echilibrat pentru studiu, acesta fiind scopul real al unui mobilier pentru o cameră de student: asigurarea condițiilor propice învățării, dar și crearea spațiului potrivit odihnei, alegerea funcțiilor făcându-se simplu, prin acționare.

Motivația alegerii temei

Alegerea acestei lucrări de diplomă a rezultat din dorința proiectării și realizării unei piese de mobilier automatizată, deci modernă, în spiritul evoluției tehnologiei din ultimii ani. Începând a percepe tainele cunoașterii sistemelor mecatronice, am fost absorbită de dezvoltarea rapidă a tehnologiei, obținându-se astfel produse inteligente, dar și de modul creativ de soluționare a inconveniențelor. Astfel, totalitatea acțiunilor proprii au ca rezultat focalizarea pe ajutorul oferit semenilor, prin urmare consider că soluția pentru a le asigura un mediu favorabil studenților în desfășuarea activităților pe parcursul anilor de studenție este un sistem complex dar logic și ușor de manevrat, care să le ofere simplitatea manipulării unui sistem ce pare complicat, pe perioada studiului și a odihnei, părți capitale în această etapă a vieții.

Argumentul secund s-a bazat pe necesitatea existenței unei posibilități de mobilare a unor spații restrânse (cameră de student) cu sisteme ce ajută la economisirea eficientă și la crearea unei atmosfere plăcute și atractive în căminele studențești. În urma propriei experiențe, consider că este esențial să revii în noul tău loc familial, după o zi încărcată de muncă sau cursuri, într-un spațiu individual confortabil și ușor manevrabil datorită automatizării acestuia.

O piesă de mobiler automatizată este concepută să fie folosită în două ipostaze:

Primul scop este acela de a integra automatizarea în sisteme care ajută studenții ce dețin spații mici, uneori insuficiente pentru a-și desfășura activitatea, să beneficieze de sisteme moderne, automatizate care să le înlesnească activitățile zilnice. Așadar, în timpul studiului să poată beneficia de un birou, iar când doresc a se odihni, să acționeze coborârea patului printr-o simplă apăsare de buton, în condiții de siguranță.

A doua situație ar fi aceea în care sistemul mecatronic pentru automatizarea mobilierului să fie accesibil tuturor, astfel încât să poată beneficia și persoanele bătrane, persoanele cărora nu le este permis să depună efort fizic (mămici sau femeile însărcinate). Acestea vor avea posibilitatea să acționeze butonul ce corespunde opțiunii dorite (pat sau birou) fără a presta un efort deosebit și totodată a fi în siguranță.

Obiectivele stabilite și structura lucrării

Actualmente, nevoile oamenilor în materie de mobilier sunt crescânde și diversificate, așadar este necesară satisfacerea pe cât posibil a acestor dorințe și nevoi. Tot mai multe persoane, de toate vârstele, caută soluții pentru a folosi avantajos spațiul mic pe care îl oferă adesea un apartament sau o casă, dar și modalități prin care să economisească din punct de vedere financiar, totodată dorind să beneficieze de siguranță, calitate, aspecte moderne și posibilități de personalizare.

OBIECTIVE

Analizând cerințele existente pe piață în ceea ce privește tipul de mobilier funcțional, modern, și dorința de a deține sisteme automatizate “cool”, sigure și totodată ieftine, am stabilit atingerea următoarelor obiective:

Realizarea unei piese de mobilier personalizată;

Automatizarea piesei și comandarea acesteia simplu, cu ajutorul butoanelor;

Aspect atractiv pentru utilizatori (studenți);

Costuri cât mai reduse ale automatizării;

Posibilitatea ca studenții și nu numai, să beneficieze de o singură piesă în locul a trei piese de mobilier, economisind astfel spațiu din cameră, rezultând și o mai bună organizare din punct de vedere vizual (pe parcursul zilei => birou, pe parcursul nopții => pat, spațiu de depozitare a lucrurilor necesare => rafturi);

Posibilitatea de a avea toate lucrurilor proprii într-un singur loc, fără a fi împrăștiate în tot spațiul camerei;

Siguranță în utilizare;

Oferirea celui mai bun design care se adapteză nevoilor oamenilor și posibilității de a înlătura efectul de limitare a acestora, în locul constrângerii populației să se adapteze la un anumit produs sau situație;

Promovarea produselor automatizate, pentru a fi cât mai mulți oameni interesați de această ramură aparte și de actualitate, ca apoi să se orienteze în pregătirea profesională spre ingineria mecatronică.

Prin urmare, această lucrare este realizată prin parcurgerea următoarelor etape în redactarea lucrării de diplomă:

Capitolul 2: "Noțiuni generale despre mecatronică"

Conține: prezentarea principalelor noțiuni referitoare la definiția mecatronicii, explicații cu privire la fiecare componentă a mecatronicii în parte,avantaje și dezavantajele sistemelor mecatronice, o scurtă prezentare cronologică a evoluției sistemelor și imagini de ansamblu ale sistemelor mecatronice în diferite domenii.

Capitolul 3: "Noțiuni generale despre mobilier"

Conține: descrierea generală a istoriei mobilierul, descrierea cauzelor ce au dus la schimbări în acest domeniu, cerințe ce trebuiesc respectate pentru o amplasare eficientă a mobilierului, ce reprezintă automatizarea pentru acest domeniu și cum a fost introdusă, produse similare proiectului meu, ce se găsesc pe piață în momentul actual.

Capitolul 4: "Sistem mecatronic pentru automatizarea mobilierului destinat unei camere de student"

Are următorul conținut: reprezentarea componentelor și a materialelor folosite în realizarea proiectului, proiectarea părților sistemului folosind progame de realizare virtuală, prezentarea softului de realizare a simulării mișcării sistemului, realizarea practică, modul în care am gândit soluționarea sistemului și modul de progamare.

Capitolul 5: "Aspecte privind eficiența economică a soluției propuse. Analiza SWOT"

Conține: Analiza SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats) asupra sistemului mecatronic pentru automatizarea mobilierului destinat unei camere de student analizat, subliniindu-se astfel avantajele, dezavantajele, punctele tari și punctele slabe pe care acest tip de mobilier le prezintă.

Capitolul 6: "Concluzii și contribuții originale"

Conține: Elaborarea unor concluzii exacte cu privire la posibilitatea utilizării unui astfel de sistem în realitate, precum și posibilitatea beneficierii produsului de către studenți.

Noțiuni generale despre mecatronică

Gândindu-ne la tehnologia din zilele noastre și la modul în care au evoluat toate produsele tehnologice vom observa că predomină automatizarea în masă a sistemelor din toate domeniile. Un accent deosebit este dat de ingineria mecatronică ce a ajutat la îmbunătățirea sistemelor existente și creearea de noi invenții pentru a ajuta societatea, și implicit oamenii. Tehnologia mecatronică a pornit de la ingineria clasică, tradițională, și a ajuns să fie numită stiința ce se ocupă cu dezoltarea tehnologiei pentru mașini inteligente. Acest termen a fost făcut cunoscut lumii de către japonezi în anul 1972, iar în prezent, se dorește dezvoltarea cât mai desăvârșită a tehnologiei, dorind acapararea cât mai multor segmente economice.

În conceptul de “mecatronică” s-au integrat trei categorii principale, separarea acestora nu poate defini termenul de mecatronică. Pilonul de bază al mecatronicii este reprezentat de partea mecanică ce a fuzionat cu partea de electronică la care a fost adaugată și informatica, astfel luând naștere un singur cuvant: mecatronica. Fiecare dintre acestea studiază elemente diferite [1].

Mecanica studiază modul în care se deplasează corpurile, momentele și forțele pe care le folosesc pentru ca un corp să își modifice poziția sau pentru a fi în stare de echilibru [2]. Dacă urmărim definițiile electronicii observăm că toate au la bază cercetarea mișcării în diferite sisteme electrice sau magnetice a ionilor și electronilor [3]. Informatica ajută la procesarea informațiilor într-o manieră cât mai clar împărțită și clasificată.

Fig. 2.1. Reprezentare ilustrată a conceptului de mecatronică [6].

Evoluția s-a datorat elementelor electronice ce au devenit circuite integrate cu dimensiuni mici, având prețuri accesibile și sigure în exploatare. Circuitele integrate reprezintă atașarea pe o plăcuță construită din material semiconducător a unor participanți electrici și electronici ce realizează legături între ele [4]. Componentele electronice și electrice ce se întâlnesc în circuitele integrate sunt [5]:

tranzistori;

bobine (inductor);

diode;

rezistențe;

condensatoare.

Prima etapă în această direcție este făcută atunci când este înclusă partea electronică în partea mecanică. O altă etapă în dezvoltare a fost nașterea microprocesoarelor, supranumite și creierul unui calculator. Acesta realizează controlul asupra tuturor elementelor componente de aceea este și un tip superior de circuit integrat cu ajutorul căruia se pot prelucra datele primite de la persoana ce folosește sistemul, dar se pot lua și decizii utile pentru sistem [6].

Scara evolutivă a sistemelor.Generalități.

În următorul tabel se prezintă informații cronologice legate de apariția sistemelor mecanice, care în timp, au dus la evoluția sistemelor mecatronice:

Tabelul 2.1. Evoluția sistemelor mecatronice [7].

Clasificarea diferitelor categorii ale domeniilor industriale în care sunt incluse sistemele mecatronice

Cum sistemele mecatronice s-au integrat în domenii diverse, în continuare se aduc la cunoștință câteva exemple care au la bază sistemele mecatronice:

Sisteme din transporturi (automobile, nave, avioane, trenuri, etc.);

Fig. 2.2. Sisteme mecatronice la autoturisme [8]

Sisteme mecatronice din telecomunicații;

Fig. 2.3. Evoluția telefoanelor [9]

Sisteme mecatronice prezente într-un mobile modern;

Fig. 2.4. Mobilier de bucătarie cu sensor [10]

Sisteme mecatronice pentru reabilitare și recuperare medicală;

Fig. 2.5. Sistemul "Walking Assist Device" [11]

Sisteme mecatronice în robotică (roboți, roboți chirurgicali, roboți de bucătărie, etc);

Fig. 2.6. Robot chirurgical "Da Vinci" [12] Fig. 2.7. Robot pentru companie [12]

Sisteme mecatronice în agricultură

Fig. 2.8. Motocultor, pentru săpat pământul [13]

Sisteme mecatronice întâlnite în cercetare și dezvoltare.

Fig. 2.9. Sistem mecatronic de cercetare [14]

Avantajele sistemelor automate și ale tehnologiei

Sistemele mecatronice prezintă următoarele avantaje:

Rol important în dezvoltarea tehnologică, mai ales domeniul medical (figura 2.10.);

Oferă comoditate și ușurință în realizarea anumitor funcții sau sarcini; Dozarea cantității nu mai reprezintă o problemă;

Condițiile igienco-sanitare sunt îmbunătățite;

Fig. 2.10 RMN funcțional [30]

Înlocuiește o parte din munca care în mod normal o efectueză operatorii/ factorul uman, acesta putând doar supraveghea liniile de producție prin acționarea unor comenzi specific. Sistemele automate pot așadar înlocui parțial sau total prestarea de servicii oferite. Spre exemplu: în cazul automatelor la care poți solicita încărcarea telefonului cu credit în funcție de valoarea dorită și de rețeaua selectată, sau în cazul cumpărării de băuturi calde de la automat, etc.);

Riscul de primire a serviciilor nepoliticoase pentru client este redus;

Se asigură o funcționare îndelungată chiar non-stop (mai puțin atunci când alimentarea cu energie electrică este întreruptă sau deficitară);

Costuri reduse pentru întreținere;

Rapiditatea rezolvării problemelor.

Dezavantajele sistemelor automate și ale tehnologiei

Sistemele mecatronice pot prezenta însă și dezavantaje, cum ar fi următoarele:

Pot fi distruse de către rău făcători, dacă sunt situate în locații predispose pentru acesta sau zone în care sistemul de alarmă este greu sesizabil;

Trebuie alimentate la o anumită perioadă de timp;

Fig. 2.11. Reprezentarea unei forme de dependent [31]

Un mare dezavantaj este acela că pe măsură ce vom lăsa tehnologia să ne invadeze, capacitățile oamenilor vor fi suprimate deoarece nu ne vom mai folosi creierul la capacitate mare.

Folosirea necorespunzătoare a tehnologiei;

Dependența de sistemele tehnologice și automate (figura 2.11);

Limitarea comunicării cu natura, limitarea comunicării cu semenii noștri (apar adesea probleme sociale).

3. Noțiuni generale despre mobilier

Nevoile oamenilor din toate timpurile au condus la această evoluție tehnologică din prezent. Nevoile fundamentale ale factorului uman: de a respira, de alimentație (apă și mâncare), nevoia de a socializa, de a dormi, de a procrea etc., au progresat, descoperind noi soluții pentru a trăi mai confortabil și mai accesibil. Așadar, oamenii au căutat să învețe cât mai multe lucruri despre mediul înconjurător și relațiile stabilite între om și mediul în care trăiesc, astfel încât să poată aduce îmbunătățiri, ușurându-și astfel existența.

Înlesnirea existenței a condus treptat la crearea pieselor de mobilier, inițial cât mai simpliste, actualmente din ce în ce mai complexe și care îndeplinesc mai multe funcții. În viața oamenilor a fost, este și va fi necesară existența mobilierului, acest lucru se datorează funcționalității acestuia pentru a ne desfășura activitățile; fie că este vorba despre un scaun, o masă, un dulap și lista poate continua, toate acestea sunt nelipsite din fiecare locuință.

Noțiunea de „mobilier” face referire la acele piese care se pot muta, de aici vine și termenul de “mobil”. Piesele de mobilier au rol de susținere pentru obiecte cât și pentru oameni, animale, plante. Principalul material pentru confecționarea mobilei a fost și este lemnul (figura 3.1 a, b), apoi au fost introduse piatra (figura 3.2 c, d) și fierul (metalul – figura 3.3). Odată cu evoluția uneltelor de prelucrare s-au folosit și materiale auxiliare sau materiale reciclabile [18].

b.

Fig. 3.1. Lemnul masiv utilizat în construcția de mobilier (a. – materie primă [19], b. – produs finit [20] )

c. (stânga sus) și d. ( dreapta jos)

Fig. 3.2. Piatra ca material de mobilier (c. – structură, d. – produs finit) [21]

e. (stânga sus) și f. (dreapta jos)

Fig. 3.3. Fierul forjat pentru mobilier (e. – masă și scaun de fier, f. – șezlong) [22].

Evaluarea impactului mobilierului asupra umanității

Pentru a urmării impactul mobilierului asupra umanității s-a conceput un chestionar simplu astfel încât să fie înțeles de toți subiecții. Cercetarea a pornit de la definirea temei de cercetat și anume „ Evaluarea importanței mobilierului pentru oameni ”. Odată definită tema, au fost formulate întrebarile folosind SurveyMonkey. Chestionarul obținut conține 10 întrebări de diferite categorii: întrebări de caracterizare, întrebări folosind scalele: Stepel, Likert, interval, ordinală și proporțional și întrebări deschise.

Întrebările formulate și structura acestui chestionar pot fi urmărite în continuare:

Intrebări de caracterizare

Intrebări scala ordinală

Intrebări scala numerică

Intrebări scara proportional

Scala lui Stapel

Scala lui Likert

Rezultatele generate, reprezentate grafic în urma completării chestionarelor:

a.

b.

c.

d.

Fig. 3.4. Răspunsuri chestionar realizat în SurveyMonkey (a.- previziuni ale achiziționării de mobilier pe viitor, b.- preferințe ale clasei de mobilier, c.- împortanța de alegere și achiziționare unui mobilier nou, d.- importanța siguranței diferitelor ramuri)

CONCLUZII

În urma realizării cercetării de marketing, prin care am dorit să observ care sunt tendințele populației în alegerea mobilierului, au rezultat următoarele concluzii:

În prezent comoditatea și confortul omului în raport cu piesa de mobilier, de multe ori au fost umbrite în avantajul factorilor estetici (factori de formă, aspect plăcut, culoare, complexitate geometrică, opulență, etc);

Se preferă, mai degrabă, achiziționarea de mobilier făcut la comandă sau personalizat, datorită spațiilor mici ale locuințelor, și totodată se dorește a fi prezent un echilibru între stilul și personalitatea cumpărătorului;

Oamenii nu sunt hotărâți ca pe viitor să achiziționeze mobilă.

Se dorește ca produsul să fie automatizat și cât mai modern, corespunzător funcționalității și practicului;

Camera copilului se doresște a beneficia de cele mai sigure sisteme automate, urmată de sistemele sigure din bucătărie și baie.

Calitatea unui produs fiind o caracteristică esențială a acestuia, aceasta primează în alegerea oricărui tip de mobilier;

Deși trăim într-o societate cu venituri mici, oamenii doresc a investi în achiziționarea de mobilier, de asemenea în siguranța sistemelor;

Ca spații de mobilat, dormitorul și bucătaria sunt locurile cele mai predispuse pentru investiție.

Cauzele schimbărărilor apărute în industria constructoare de mobilier

Pe parcursul trecerii timpului au existat diverse motive care au influențat direcția luată în construcția unei piese de mobilier, printe acestea amintim următoarele [23]:

Siguranța sistemelor;

Situația financiară existentă;

Cunoștințele privind caracteristicile, proprietățile și modul de prelucrare al materialelor (lemn, piatră sau fier);

Ustensile și echipamente (la început puțin cunoscute, iar oamenii lucrau mai mult cu șurubelnița, fierăstrăul, ciocanul, etc);

Materialele nu erau în cantități suficiente, se puteau procura doar la nivel local (defrișările locale, atât de distrugătoare mediului); un punct forte în această perioadă este cel al relațiilor internaționale, astfel se realizează ușor importuri și exporturi dacă ne referim la durata lor de realizare în raport cu perioada din trecut;

În timpul războaielor producătorii dezvoltau o economie specifică situațiilor financiare existente la momentul respectiv;

Preferințele clientului, persoanelor cu funcții înalte (regi, regine, prințese) influențau piața și stilurile (figurile 3.5., 3.6. și 3.7.), există o influență venită din partea aspectelor culturale și din partea religiei, ca și în societatea actuală care este modelată de persoane publice, curente culturale și religioase, etc.

Fig. 3.5. Stilul Queen Anne [24]

Fig. 3.6. Stilul Cromwellian [24]

Fig. 3.7. Stilul minimalist, motto: “Less is more”, arhitectul Ludwig Mies van der Rohe [24]

Principii ce înfluențează amplasarea mobilierului în locuință

Modul în care se poziționează mobilierul într-o încăpere se realizează cu un scop bine definit dinaintea amplasării/organizării tuturor componentelor. Se țin cont de următoarele criterii [25]: 

Organizarea clasică, (figura 3.8.), se realizează atunci când proiectarea mobilierului și a spațiului este simultană [25] ;

Fig. 3.8. Oganizarea clasică [26]

Organizarea funcțională, (figura 3.9.), va ține cont de respectarea funcțiilor locuinței sau camerei (mobilier de bucătărie pentru bucătărie, mobilier de baie pentru baie, etc.) [25];

Fig. 3.9. Organizarea funcțională [27]

Organizarea psihologică, (figura 3.10.), presupune ca mobilierul să fie așezat astfel încât să corespundă nevoilor (odihnă, învățare, socializare, etc.) [25];

Fig. 3.10. Organizare psihologică [28]

Organizarea ambientală, (figura 3.11.), va ține cont de potrivirea mobilierului cu nuanțele existente în locuință culoarea pereților, culoarea podelei, perdele, materiale și modul în care se combină [25].

Fig. 3.11. Organizare ambientală [29]

Din punctul meu de vedere, oamenii societății actuale se pot considera norocoși deoarece trăim într-un timp cu foarte multe posibilități de dezvoltare a propriului nostru eu, dar și de punere mai ușoară în practică a ideilor și soluțiilor privind automatizarea unui sistem complex funcțional. De generații întregi suntem părtașii unor schimbări pe care strămoșii noștri cu sigurață nu le-au prevăzut. Pornind de la simplitatea sistemelor incipiente, care nu se bazau pe comenzi vocale, acționări bazate pe simple atingeri, progame bazate pe algoritmi inteligenți care să ne ușureze viața, și ajungând la idei și viziuni care par iposibil de realizat, suntem sau devenim tot mai dependenți de tehnologie, încât este dificil să vedem direcția pe care omenirea ar lua-o în cazul în care aceasta nu ar exista.

Automatizarea în industrie presupune folosirea unor sisteme complexe pentru a ridica nivelul productivității și eficienței, prin înlocuirea factorului uman pentru a preveni oboseala acestuia prin îndeplinirea la locul de muncă a sarcinilor mecanizate. Astfel se obține o calitate mai bună și o rată de rebuturi mai mică, factorul uman putând ajuta la supervizarea proceselor și controlul producției și al parametrilor în care trebuie să se încadreze mașinăriile.

Evoluția de la mobilierul clasic la cel automatizat

Atenția pe care o acordăm schimbărilor din jurul este crescândă, mai ales în cazul amenajărilor de mobilier, iar automatizarea a cucerit o bună parte din dorința noastră de schimbare. Mobilierul este partea ce nu poate fi ignorată, și a suferit și el astfel modificări tehnologice.

Mobilier clasic, (figura 3.12.), este specific mijlocului secolului al VIII – lea și este alcătuit din lemn masiv, de obicei finisajele erau realizate manual.

Fig. 3.12. Ansamblu mobilier de birou [32]

Mobilierul modern, (figura 3.13.), este confecționat cu accesorii diferite pentru fiecare piesă, folosindu-se sisteme de prindere eficiente și având un design spectaculos sau minimalist.

Fig. 3.13. Mobilier modern pentru living [33]

Mobilierul reciclat, (figura 3.14.), capătă pe zi ce trece întâietate datorită diminuării resurselor și acumularea unei cantități prea mari de obiecte ce ulterior ar devein deșeuri, dar și pentru a stimula creativitatea. Funcționale sau utilizate ca obiecte de decor aceste piese reciclate surprind de cele mai multe ori, și totodată aduc bucurie și liniște deoarece în majoritatea cazurilor sunt obiecte cu valoare sentimentală ce se transformă în ceva și plăcut și funcțional.

Fig. 3.14. Mobilier confecționat ca rezultat al reciclării [34]

Mobilier pentru spații mici – Asemeni mobilierului reciclat, idea de a încorpora obiecte de mobilier pentru a utiliza eficient spațiul dar și mobilierul în sine reprezintă soluții practice pentru multe din locuințele cu spații restrânse (figura 3.15.).

Fig. 3.15. Masă folosită pentru spații înguste [35]

Mobilierul automatizat – Încorporarea între partea statică, reprezentată de mobilierul modern, unei părți active, reprezentată de sistemul mecatronic cu ajutorul căruia a fost realizată deschiderea ușilor de la dulapurile superioare prin o simplă atingere, a dus la apariția mobilierului automatizat, ce depășește funcționalitatea mobilierului traditional (figura 3.16).

Fig. 3.16. Mobilier de bucătărie acționat pe baza unor senzori [36]

Produse automatizate existente pe piață

O analiză a sistemelor similare existente pe piață la momentul actual ne conduce la idea că sistemele deja cunoscute în domeniul automat nu sunt de o diversitate mare pe piață, în schimb există o cerere mare de producere a pieselor care să se adapteze spațiului deja existent al camerelor.

Dacă ne-am închipuit că visele nu pot fi transformate în realitate, vom descoperii că ne înșelăm, sunt șanse să dăm viață fiecărei idei. Prin folosirea accesoriilor din ce în ce mai atractive și indispensabile pentru lucrul în industrie constructoare de mobilier, s-a încercat găsirea unor soluții care să avantajeze o gamă largă de utilizatori. Dar probema apare în momentul în care spațile sunt însuficiente pentru a amenaja locul așa cum ne-am dorit. Ne confruntăm cu probleme de structură și formă, ne dorim soluții cât mai elegante și sofisticate dar care să ofere un randament crescut.

În continuare vă oferim modele ce au caracteristici superioare ce reprezintă soluții ideale pentru spații mici:

Mese care își modifică dimensiunea inițială;

Dulapuri care se transformă în paturi;

Paturi ce se transformă în birouri;

Dulapuri care se transformă în paturi suprapuse;

Mese ce sunt parte din dulap;

Biblioteci sau dulapuri care prin rotire întrun anumit unghi sunt transformate în paturi;

Paturi ce pot fi ridicate și ascunse în dulap pentru a avea mai mult spațiu ș.a.

Modele de mobilier întâlnite frecvent pe piață pentru amenajarea spațiilor mici

În continuare se prezintă enumerarea modelor dezvoltate de constructori ce existent pe piață pentru amenajarea spațiilor insuficiente:

Model pat 06

Scurtă descriere a sistemului: Acest model are o structură confecționată din lemn, design foarte simplu, patul este pentru două persoane (figura 3.17. și figura 3.18). Se observă dispariția dulapurilor iar în locul biroului se afla acum un mic raft ce ajută la sprijin atunci când se utilizează patul.

Fig. 3.17. Model pat 06 poziție deschisă [37]

Fig. 3.18. Model pat 06 poziție închisă [37]

Matrix

Scurtă descriere a sistemului: Este un pat simplu, pliabil (figura 3.19.), de o singură persoană, pentru familii ce doresc să mărească spațiul în locuință pe perioada zilei, spațiu ce poate fi utilizat ca loc de joacă pentru copii, de exemplu. În partea orizontală a patului, atunci când patul este ascuns, se află biroul (figura 3.20.). Cadrul este realizat din metal, iar restul structurii este compusă din lemn. Sunt prezente și rafturi pentru depozitare, întreaga structură este realizată în China [38].

Fig. 3.19. Patul Matrix în dulap [38]

Fig. 3.20. Patul Matrix pregătit pentru utilizare [38]

Mobilier cu pat și birou fix

Scurtă descriere a sistemului: Această piesă este diferită deoarece părțile folosite sunt fixe iar materialul folosit în prelucrare este fierul. Patul este situat deasupra biroului, iar acesta din urmă este încadrat de rama patului (figura 3.21.). Accesul la pat se face pe scară.

Fig. 3.21. Pat și birou cu structură de fier [39]

Matrix Space

Scurtă descriere a sistemului: Este un pat cu design simplu, sufficient de mare pentru două persoane, care nu prezintă automatizare. Este special conceput pentru familii ce doresc să aibă mai mult spațiu pe perioada zilei în propria locuință, spațiu ce poate fi utilizat ca loc de joacă pentru copii, de exemplu. În partea orizontală a patului, atunci când patul este ascuns se află biroul și un suport pe care putem aranja cărți sau obiecte decorative. Pe margine prezintă spații pentru depozitare, fiind ideal pentru sufragerie (figura 3.22.).

Fig. 3.22. Matrix Space [40]

Piese de mobilier aranjate separate dar cu posibilitatea aranjării acestora și pentru spații mici (figura 3.23.)

Scurtă descriere a sistemului: Această așezare este concepută fără a se folosi opțiunea de a rabata patul sau a se ascunde una din piese. Funcționalitatea este reprezentată de faptul că piesele se situează în apropiere una de cealaltă, fiind astfel confortabil și ocupând un spațiu mai restrains (figura 3.23.).

Fig. 3.23. Matrix space pat [41]

Nitro (figura 3.24. și figura 3.25.)

Scurtă descriere a sistemului: Este un sistem acționat manual ce are în componență următoarele piese: pat pentru o singură persoană, alături de birou și de dulap. Materialul metalic a fost folosit pentru confecționarea cadrului; pentru fixarea saltelei s-au folosit tije din oțel iar piesele au fost realizate din PAL nelaminat de 18 mm [42]. Acest sistem spre deosebire de toate cele menționate anterior are biroul în partea de sus fără a mai fi nevoie ascunderea acestuia. Atunci când avem nevoie de birou (figura 3.24.) tragem masa spre noi și o lăsăm în jos, pentru a folosi patul (figura 3.25.), ridicăm ușor masa și tragem patul.

Fig. 3.24. Nitro-Birou [42]

Fig. 3.25. Nitro-Pat [42]

TEKNOX – Pat și birou (figura 3.26.)

Scurtă descriere a sistemului: Este un sistem acționat manual ce are în componență următoarele piese: pat pentru o singură persoană, alături de birou, dulap pentru depozitare în partea stângă, respectiv în partea dreaptă. Materialul metalic a fost folosit pentru confecționarea cadrului, pentru fixarea saltelei s-au folosit tije din oțel iar piesele au fost realizate din PAL nelaminat de 18 mm [43].

Dimensiunile sunt următoarele [43]:

Lățime – 200 cm;

Înălțime – 221 cm;

Adâncime în poziția închis – 45 cm;

Adâncime în poziția deschis – 110 cm [43].

Fig. 3.26. Mobilier Teknok [43]

Sistem mecatronic pentru automatizarea mobilierului destinat unei camere de student

Unei părți însemnate din masa de studenții ce s-au decis să urmeze studii superioare (universitare și de masterat), li se oferă de către universitatea de care aparțin, posibilitatea cazării în campusurile studențești. În situația în care vor opta pentru a fi cazați în camerele de cămin puse la dispoziție sau în situația în care din diferite motive optează pentru a închiria camera/apartamente din sectorul privat, aceștia vor avea nevoie de un spațiu îndicat pentru a se desfășura și simți " ca acasă " [53].

Spațiile de cazare sunt renovate, costurile sunt specifice bugeturilor studențești și nu depind de serviciile oferite (internet, electricitate, apă caldă și rece, căldură etc.)[53]. O simplă cameră de cămin poate găzdui, două/ patru persoane și poate deveni un cămin primitor pentru toți studenții, mai ales cei proaspăt veniții să studieze în universității, dacă se apelează la o amenajare adecvată cu mobilier potrivit.

(stânga sus )

b.( dreapta jos)

Fig. 4.1. Cameră de cămin a Universității Transilvania Brașov (a.- partea stânga a camerei și b. – partea dreaptă a camerei) [58].

Încă de la intrare, holul oferă acces la baie, cabină mică pentru duș, două chiuvete și două uși ce corespund a doua camere, fiecăreia dintre acestea revindu-i patru locuitori. Camera are o înălțime de 2.5 m., lungimea de 5 m. și lățimea de 4 m. și oferă astfel posibilități pentru încorporarea unor sisteme moderne.

Descrierea componentelor și materialelor folosite pentru execuția ansamblului de mobilier

Unele din recomandările importante în construcția unei structuri de mobilier este legată de durabilitatea produsului creat, stabilitatea acestuia cu privire la situațiile în care se întâlnesc rezonanță, vibrații, deformații și încovoierea suportată de corp. Cu toate acestea, alte intrucțiunii ce ajuta la constructive fac referire la ergonomie, estetică, siguranță constructive și în exploarare, fabrcație, asablare sau dezasamblare, mentenață și reciclare [55].

Profilul materialului ales pentru construirea ansamblului de mobilier

Alegerea materialului corespunzător are un rol important în toate stadiile procesului de proiectare. Reprezintă o decizie de o importanță capitală, deoarece există o legatură “cauză – efect” între calculele dintr-un proiect ingineresc și realizarea propriu-zisă a unui produs.

Pentru realizarea structurii mecanice a proiectului am decis ca principalul material folosit să fie placajul. Acesta este un material compozit laminat a cărei grosime și rezistență îi este dată de straturile individuale lipite între ele, numărul straturilor folosite poate varia și se tine cont ca acestea să fie în număr impar. Compoziția structurii este formată din următoarele substanțe: celuloză, lignin, hemiceluloză, adeziv și H2O – 12%. Pe piață este folosit frecvent în construirea mobilei, autoturisme, ambalaje, instrumente muzicale și alte produse [60].

Pentru a păstra rezistența și puterea potențială a materialului, este foarte important ca aspectul granulos al fiecărui strat trebuie să fie perpendicular față de stratul anterior sau următor. După ce au fost așezate corespunzător, straturile sunt lipite impreună folosind rășină sintetică. Este realizat de om într-o gamă largă datorită solicitării acestuia pentru utilizarea în diferite proiecte constructive [60].

a. b.

Fig. 4.2. Structura placajului (a.- modul de așezare a straturilor și b. – placajul rezultat în urma lipirii starurilor) [60].

Din pricina faptului că se utilizează atât pentru spații interioare cât și pentru spații exterioare, se identifică trei tipuri de structuri [60]:

Straturile moi de placaj sunt folosite în industria constructoare de pereți, pardoseli și acoperișuri;

Straturile dure de placaj sunt utilizate pentru parchetul laminat de calitate, piese ce alcătuiesc bucătaria și unele articole de mobilier;

Placajul marin este solicitat și tratat astfel încât să fie rezistent la apă atunci când se construiesc bărcilor [60].

Oportunitățile îmbunătățirii mediului sunt disponibile datorită utilizării benefice a materialului, păstrat la sfârșitul ciclului de viață a acestuia.Tehnologiile care se ocupă de reutilizare sunt insuficiente în prezent. Alegerea cărei categorie de reciclare este corespunzătoare unui produs la sfârșitul perioadei de viață corespunde speciei de lemn, formulărilor de păstrare a lemnului și starea acestora când ajung la scoaterea din funcțiune.

Metode în care se utilizează materialele în scopuri benefice:

Reutilizare sau reciclare – după ce un produs a fost utilizat cu scopul lui inițial conceput acesta poate fi utilizat și în alte scopuri decât cele primare. Construirea unei piese se poate face cu refolosirea unei bucăți de material folosit inițial pentru alte structuri.

Aruncare de deșeuri în depozite – toate produsele de placaj WISA ,mai puțin cee impregnate, pot fi aruncate într-un depozit de deșeuri [62].

Incinerare – poate fi utilizat drept combustibil și ca sursă de energie. Panourile din placaj neacoperite și cele acoperite cu filme fenolice pot fi arse în centralele electrice cu condiții speciale [63].

Placajul are proprietăți variate și se prezintă în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1 Proprietățile generale ale placajului [61]

Arduino UNO

Soluția aleasă pentru progamarea sistemului mecatronica automat destinat unei camere de student a fost Arduino Uno. Arduino este un microcontroller board, conceput să facă întrebuințarea la îndemâna oricui, atunci când dorim să îl utilizăm pentru lucruri sau situații interactive.

Fig. 4.3. Arduino UNO

Elemente componete ale plăcii, Arduino UNO [70]:

14 pini de ieșiri/intrări digitale (6 dintre aceștia pot fi folosiți ca ieșiri PWM);

6 intrări analogice;

Un rezonator ceramic de 16 MHz;

Conexiune USB;

Mufă Power –Jack;

Buton reset [70].

Pentru a putea fi folosit, se conectează la calculator prin cablul USB, un adaptor AC – DC sau o baterie.

Senzorii

Senzorul Ultrasonic HC- SR04

Acest tip de senzor ajută la măsurarea distanței dintre poziția acestuia și un obiect anume, distanța de măsurare se încadrează între valorile de 2 cm și poate ajunge pâna la 4 m. Din punct de vedere construstiv acesta prezintă patru pini, fiecare dintre aceștia având funcții diferite. Primul pin este pentru alimentare(+5V) iar notația acestuia este "Vcc", al doilea pin se ocupă cu declanșarea semnalului de intrare și este notat pe modul "Trig" de la "TRIGGER". Pentru pinul trei denumirea înscripționată este "Echo" și are rol în răspundere a semnalului de ieșire, ultimul pin este notat cu "GND" și se leagă la masă.

b.

c.

Fig. 4.4. Senzorul Ultrasonic (a.- vedere din față, b.- vedere din spate și c.- vedere din lateral) [71].

Parametrii electrici ai senzorului ultrasonic:

Tensiunea de lucru – Curent continuu de + 5V;

Curentul de lucru – 15 Ma;

Frecvența de lucru – 40 Hz;

Limita maximă de sesizare – 4 m;

Limita de început de sesizare – 2cm;

Unghiul de măsurare – 15 grade;

Dimensiune – 45*20*15mm [72].

Modul de conectare al senzorului cu Arduino UNO

În imaginea prezentată figura 4.5 se detaliază modul de legare al pinilor pe placa Arduino UNO, această exemplificare ajută pentru toate tipurile de microcontroller ce au ieșiri digitale.

Fig. 4.5. Senzorul Ultrasonic conectare cu Arduino Uno [71].

Senzor de distanță digital Sharp GP2Y0D810Z0F

Senzor de distanță digital, poate să detecteze prezența unui obiect sau nu în raza lui de acțiune. Folosesc lumina infraroșie pentru detecție atunci când acestea se află în intervalul 2cm -10 cm.

Caracteristicile senzorului de prezență [73]:

Tensiunea de operare: 2.7V -> 6.2 V;

Media de consum a curentului: 5 mA;

Ieșirea digitală;

Mărimea acestuia fără pini:  21.6 mm × 8.9 mm × 10.4 mm;

Greutate fără pini: 1.5 g [73].

Fig. 4.6. Senzor de distanță

Motor electric micro metal 75:1 HP

Motorul electric aparține firmei Pololu, este conceput special pentru a nu fi necesar să se efectueze modificări ale structurii de design mari ale pieselor, atunci când est necesară schimbarea capacității motorului. Aceste mici motoare se folosesc de obicei la 6V, dar pot să își mărească sau micșoreze valoarea tensiunii între 3- 9 V [74].

Specificațiile tehnice ale motorului electric folosit, sunt urmatoarele:

Greutatea: 9.5 g;

Mărimea:10 × 12 × 26 mm;

Diametru arbore: 3 mm;

Curent Stall la 6V: 1600 mA;

Curentul consumat la 6V: 70mA;

Viteza de rotație la 6V: 400 rpm [74].

Fig. 4.7. Motor electric

Driver de motor – L298N

Rolul driverului de motor este acela de a ajuta la comanda vitezei și direcția motorului. O altă modalitate de a folosi driverul este pentru a conduce intensitatea luminoasă a unor componente pentu iluminat[75].

Fig. 4.8. Driver L298N

Pinii driver-ului de motor, au diferite roluri și anume:

4 pini IEȘIRE, numerotați: Out 1, Out 2, Out 3 și Out 4;

Intrare 5 volți;

GND- Masa;

EnA – permitere a semnalului Pulse width Modulation în cazul motorului A;

ln1- Activare Motorului A;

ln2- Activare Motorului A;

ln3- Activare Motorului B;

ln4- Activare Motorului B;

EnB – permitere a semnalului Pulse with Modulation în cazul motorului B [75].

Sursa Corsair VS650W

Sursele de alimentare ajută la modificarea tensiunii alternative,tensiune furnizată de priză, în current continuu necesar funcționării calculatoarelor, laptop-urilor. Acestea au o serie de parametrii care trebuie luați în considerare atunci când dorim să alimentăm diverse sisteme tehnologice atât pentru o perioadă scurtă,cât si pentru o perioadă lungă de timp. Calitatea sursei va ajuta la protejarea componentelor alimentate,ofeindu-le cantitatea de current necesară, fără a pune în pericol funcționarea componentelor[77].

Parametrii de care trebuie ținut cont în cazul surselor de alimentare [77]:

Puterea sursei;

Ventilatorul;

Protejare în cazul supratensiunii;

Canalele de livrare a tensiunilor;

Conectori și adaptoare;

Filtre de rețea;

Controlul activ sau pasiv;

Eficiența sursei de alimentare;

Sursa modulară/nemodulară [77].

Fig. 4.9. Sursa COROSAIR VS650 [15]

Specificații sursă Corosair VS650 [78]:

ATX – 12 V;

Putere – 650 W;

Număr ventilatoare – 1 x 120mm silențios;

PFC – activ;

Timp de funcționare – 100.000 ore;

Modulară – nu;

Dimensiuni -15 x 14 x 8.6 cm ( Lungime x lățime x înălțime)[78].

Dezvoltarea modelului 3D

În lucrarea prezentă se dorește tratarea într-o manieră modernă prin lucrul cu softul CAD a elaborării unui proiect și obținerea rapidă a produselor sau pieselor pentru introducerea de noi schimbări și administrarea structurilor în mod eficient și imediat. Cu ajutorul proiectării în CAD se obține un produs conceput exact pe cerințele consumatorului fără a pierde mult timp pe testarea produsului fizic și fără a consuma multe resurse material[69].

4.2.1 Scurtă introducere a suprafețelor CAD ( Computer Aided Design) utilizând CATIA

CATIA Softwere (Computer Aided Three – dimensional Interactive Application) este soluția liderilor mondiali pentru proiectarea și dezvoltarea a diferitelor design-uri de produse. Este folosit de organizațiile de conducere în mai multe industrii pentru a dezvolta produsele pe care le vedem și le folosim în viața noastră de zi cu zi. CATIA este un soft de protectare asistată de calculator în 3D, program care rulează pe Microsoft Windows și este dezvoltat de Dassault Systèmes [56].

Fig. 4.10. Logo CATIA [17]

Progamul realizează modelare 3D pentru piese mecanice prin CATIA și acoperă procesul de asamblare virtuală pentru piese și componente. Beneficiarii au parte de îmbunătățirea proiectării, sporirea eficienței de proiectare și scurtarea proiectarării / ciclului de producție. Pentru utilizatorii acesta are un sens practic[57].

Ergonomia sistemului

Un alt domeniu care se ocupă cu strangerea de informații sțiințifice face referire la ergonimie. Aceasta înseamna că trebuie să ținem cont de lucrul cu clienții atunci când proiectăm un produs de design,deoarece aceștia sunt cei care vor intra in contact cu produsul și trebuie să existe o pliere perfectă. Informațiile studiate legate de mișcarea corpului uman, poziția cât și studierea obiectelor și produselor ce sunt deja folosite, sunt de folos atât în cadrul firmelor ce trebuie să asigure condiții propice pentru angajați, personalizate în funcție de limitele lor.

În construirea unui nou produs este obligatoriu să luăm în considerare diferentele existente între semenii noștrii, atât ca formă cât și ca dimensiune. Construcția piesa de mobilier va sine cont de analiza următoarelor aspecte:

poziția biroului să fie la o înălțime corespunzătoare atunci beneficiarul stă la birou

patul să fie asezat la o înălțime în care să permit studenților să se poată așeza.

Pe langă aspectele menționate, nu excludem categoria de beneficiari rămasă, ce pot utiliza produsul fără apariția situaților incomode. Simțul vizual este cel care pe care ne bazăm și tot acesta este cel care ne atrage spre anumite obiecte pentru acesta imaginea următoare (figura 4.11.), ne indică raportul distanței vizuale și înălțimea corpului.

Fig. 4.11. Distanța vizuală raportată la înălțimea corpului [16]

Piesa de mobilier astfel realizată, respectă dimensiunile ergonomice astfel încât să se poată atinge cele mai bune rezultate în satisfacerea activităților om – produs, indiferent de unicitatea trăsaturilor fizice a persoanelor.

Proiectarea în CATIA a elementelor component pentru produsul finit

Sistemul a fost realizat în programul de proiectare CATIA. Relizarea unei piese începe prin deschiderea progamului apoi selectarea din meniul START => MECHANICAL DESIGN => PART DESIGN.

Fig. 4.12. Deschiderea unei ferestre pentru realizarea pieselor

Etapele logice pentru proiectarea pieselor sunt:

Alegerea planului de schițare se face selectând din arborele poziționat în partea stângă opțiune SKETCKER (figura 4.13.);

Fig. 4.13. Alegerea planului pentru proiectare

Instrumentele de lucru pentru alegerea formei și dimensiunii piesei ce urmează a fi proiectată se găsesc în bara de instrumente. Pentru schițele 2D este necesară folosirea pictogramelor ce au linii, puncte, arcuri de cerc, cercuri și axe. După realizarea schiței se cotează desenul prin folosirea constrângerilor => CONSTRAINT.

Fig. 4.14. Folosirea constrângerilor

Cu ajutorul barei de instrumente SKECKER =>BASED FEATURES, schițele realizate în variante 2D sunt folosite pentru crearea corpurilor solide 3D.

Fig. 4.15. Utilizarea din bara BASED FEATURES a opțiunii PAD

Următoarea etapă logică pentru proiectării pieselor este crearea unei schițelor 2D ( scara 1:1) a ceea ce dorim să realizăm, apoi folosindu-ne de aceasta, începerea modelării 3D a părții dezvoltate.

Dulapul – corpul fix

Structura corpului fix este compusă dintr-un cadru de lemn care este fixat pe pământ. Acestuia îi sunt atașate rafturile poziționate la diferite dimensiuni între ele. Scopul rafturilor este acela de a putea depozita diferite obiecte necesare, cum ar fi cărți, reviste, cd-uri etc.) sau pentru a expune piese pentru decor (diverse obiecte decorative, pahare, icoane, fotografii, instrumente de scris, etc.). Principalul scop al acestuia este acela de susținere a patului și biroului.

Fig. 4.16. Piesa fixă – dulapul

Patul – corpul mobil

Pentru funcțiile: odihnă sau relaxare, studenții apelează la acționarea acestuia printr-o comandă simplă. Dacă pe parcursul zilei vom avea acces la birou, la lăsarea serii sau atunci când este necesar, se acționează patul. Acesta vine poziționat în interiorul dulapului.

Fig. 4.17. Patul reprezentare în CATIA

Biroul – corpul mobil

Biroul împreună cu patul formează sistemul mobil. Utilizat în timpul zilei sau atunci când dorim să avem un spațiu de lucru, acesta are un design unicat: prezintă rafturi de dimensiuni mici pe care se pot depozita lucruri mărunte.

Fig. 4.18. Biroul – reprezentare în CATIA

Rezultatul structurii finale este alcătuit din 3 componente, asamblate ele corespund figurii 4.18.

(Stânga sus)

(Dreapta jos )

Fig. 4.19. Piesa finală cu toate componentele (a.- vedere din profil și b. – vederea din față)

Soluțiile de fixare

Influența culorilor asupra stării de spirit a omului

Culorile prezintă un rol important în viața noastră deoarece starea noastră de spirit este direct influențată de modul în care percepem culorile. Pentru fiecare persoană în parte există un spectru individualizat al nuanțelor pentru care avem o afinitate și tonurile ce sunt greu de suportat. Prin urmare, totalitatea culorilor existente în mediul înconjurător conduc la schimbarea modului în care ne simțim fizic și psihic [66].

Culoarea roșie  [66]:

Roșul este nuanța specifică oamenilor activi, legată forța de a întâmpina primejdiile și jertfă, dragoste, emoții puternice și activități pasionante. Percepția roșului mărește tonusul muscular, tensiunea, accelerează bătăile inimii și fluxul circulației sângelui, mărește secreția adrenalinei și modul de funcționare ficatului. Expunerea exagerată cauzează dureri de cap, nu se recomandă persoanelor impulsive [66].

Culoarea portocalie  [66]:

Portocaliul este cald reprezentând semnele de foc, fructele și soarele. Ajută pentru diminuarea stării depresive, crește pofta de mâncare, funcționarea accelerate a sisteului digestive. Expunerea exagerată cauzează plictiseală deoarece liniștește și echilibrează intensitatea sentimentelor [66].

Culoarea galbenă  [66]:

Galbenul este culoarea soarelui, strălucirii și culoare ce ne face să ne gândim la lucrurile bune ale vieții, încurajează creativitatea. Expunerea exagerată atunci când pereții sunt colorați în galben are un efect pozitiv mai ales asupra organelor sistemului respirator și ajută la întremarea sistemului musculator [66].

Culoarea verde  [66]:

Verdele este supranumit culoarea sănătății sau a naturii. Efectul calmant atunci când ochii percep culoarea verde au dus la încercări de a o folosi pe aceasta ca o formă de terapie a persoanelor ce doresc o stare de echilibru prin liniște, calm, odihnă și meditație. Specialiștii sugerează ca vopsirea dormitoarelor și băilor să se realizeze cu această culoare deoarece are un efect invers celei roșii [66].

Culoarea albastră [66]:

Albastrul face parte din categoria culorilor primare iar alături de galben, culoarea opusă, dă naștere verdelui. Folosirea albastrului este întâlnită în natură pe cer și conduce la stări de meditație, introspective, spiritualitate inteligență și superioritate [66].

Culoarea violet   [66]:

Culoarea violet este un ameste misterios intre doua culori de bază,roșu și albastru.În funcție de cantitatea de albastru sau de roșu folosită vom obține mai multe nuanțe de violet. Nuanțele cu o cantitate mai mare de roșu vom avea tonuri ce conduc la pasiune și mobilizare, dacă cantitatea de albastru e mai mare rezultatul va conduce la stări de meditație, introspective și spiritualitate [66].

Culoarea albă și neagră

Reprezintă două extreme, nașterea și moartea, speranța și deznădejdea.Negrul este culoarea puterii, stabilității dar si a tristeții. Albul e culoarea inocenței, purității, divinității și perfecțiunii [66] [67].

Imediat ce proiectăm un produs, trebuie să ținem cont că există o importanță deosebită și stabilirea culorii acestuia influențează oamenii. Alegerea culorii este legată de locul și modul de folosire, destinație, vârsta viitorilor beneficiari, tradițiile locale, personalitate etc.[65].

Metoda analizei elementului finit

Metoda analizei elementului finit este o medodă numerică, des întâlnită în domeniul elementelor mecanice solide, ce poate fi aplicată în ramuri precum analiza structurii, mecanica solidului, elementelor dinamice, analizei termice, analizei electrice și așa mai departe. Scopul este acela de a afla care este cea mai bună soluție în rezolvarea problemelor de valori pentru diferite ecuații.

VON MISES STRESSES

Criteriul Von Mises Stresses este o formulă ce ajută la calcularea cărui nivel al combinațiilor de stress structurile vor ceda. Materialul astfel este supus unor serii de forte care vor cauza îngălbenirea atunci când acest criteriu ajunge la valoarea critică, și îl folosim pentru a preveni această îngălbenire a materialelor supusă diferitelor forțe.

DEPLASARE (DISPLACEMENT)

Criteriul deplasării este cea mai mică distanță de la poziția inițială la poziția finalăa unui punct stabilit P. Un vector de deplasare reprezintă lungimea și direcția imaginară a traseului ce trebuie urmat. Cu alte cuvinte deplasarea poate fi descrisă ca poziția relativă față de poziția inițială, iar matematic, vectorul deplasării este diferența dintre poziția finală rezultată și cea de la care s-a pornit.

Von Mises Stresses și Deplasarea (Displacement) pentru structura dulapului

"Generative Structural Analyses"- permite tinerilor designer să înteleagă modul de comportare și acuratețea calculelor ce fac referire la rezistența pieselor sub acțiunea unor vaste condiții.

Primul pas al metodei analizei elementului finit este acela de aplicare a materialului piesei create => placaj. Apoi pentru a urmării datele tehnice selectam din bara de meniu MEASURE INERTIA și vom avea următoarele proprietății( tabelul 4.2):

Tabelul 4.2 Proprietăți dulap

Următorul pas al analizei este acela în care aplicăm o încastrare la baza corpului reprezentând fixarea acestuia pe podea. Forța distribuită pe fiecare raft al dulapului va fi de 200N. În continuare se calculează toate caracteristicile pentru a afla rezultatul analizei metodei.

Conform diagramei Von Mises Stress forța aplicată corpului nu deformeaza critic produsul. Valorile deformației sunt cuprinse între 2.28e+003 N/m2 și 4.69e+006 N/m2, cel mai mare grad de deformație se află la prinderea raftului inferior de structură.

Fig. 4.20. Dulap – Von Mises Stress

În ceea ce privește deplasarea, maximul se află la suprafața rafturilor mari și are valorile de 0.124 mm, de asemenea structura nu prezintă risc (figura 4.21).

Fig. 4.21. Dulap – Deplasare

Von Mises Stresses și Deplasarea (Displacement) pentru structura patului

Materialul folosit la asamblare este același pentru toate componentele. Singurele forțe care apar la acest corp sunt cele distribuite, structura patului este supusă la o forță de 1500N. Pentru a afla proprietățile generale (tabelul 4.3), s-au parcurs aceleași etape ca în cazul dulapului.

Tabelul 4.3 Proprietăți pat

Diagrama Von Mises Stress, (figura 4.22.), arată că forța aplicată corpului nu deformează grav patul, deși forța acestuia este de 1500N. Cel mai mare grad de deformație se află la prinderea laterală și are valoarea de 7.28e+007 N/m2.

Fig. 4.22. Pat – Von Mises Stress

Diferit de criteriul Von Mises Stress,(figura 4.22), criteriul Displacement (figura 4.23), prezintă maximul de deformație având valori de 0.666 mm, în special în zona marginii, pe centru. Rezultatele valorilor sunt inofensive pentru structură.

Fig. 4.23. Pat – Deplasare

Von Mises Stresses și Deplasarea (Displacement) pentru structura biroului

În acest caz, valoarea maximă a forțelor distribuite aplicată biroului este de 200 N. Materialul folosit, placaj, este același atât pentru structura dulapului, cât și pentru pat și birou. În continuare se calculează toate proprietățile structurii și se aplică analiza Von Mises Stresses, urmată de analiza deplasării, pentru a afla care sunt punctele de maxim atunci când se aplică forțe pe suprafața corpului.

Tabelul 4.4 Proprietăți birou

Din primiul criteriu, (figura 4.24.), rezultă punctul de maxim pe suprafață la valoarea de 3.15e+007 N/m2, nu afectează buna funcționare a sistemului. În cazul criteriului de deplasare, (figura 4.25.), valoarea de maxim este situată în partea de centru, exterioară, a utilizării componentei și are valoarea de 0.906 mm.

Fig. 4.24. Birou – Von Mises Stress

Fig. 4.25. Pat – Deplasare

Simularea sistemului

La realizarea simulării am folosit elementele componentele proiectate în programul CATIA ce au fost folosite în progamul LMS Virtual Lab pentru a genera simularea viruală.

Primul pas în crearea unei simulării se realizează prin parcurgerea etapelor următoare:

Deschiderea progamului LMS Virtual Lab cu selectarea din meniul START => MOTION => MECHANISM DESIGN. Odata parcurse aceste etape, fereastra tocmai dechisă va permite asamblarea pieselor create separat și simularea mișării lor.

Fig. 4.26. Deschidere fereastră de lucru

Importarea componentelor realizate din CATIA, în LMS se realizează printr-o serie de dublu click pe ANALYSIS MANAGER => LINK MANAGER => PRODUCT ROOT,apoi din meniul INSERT => comanda EXISTING COMPONENT (figura 4.27.).

Fig. 4.27. Importare piese

Momentul următor presupunea transformarea part-urilor în corpuri, pentru fiecare piesă în parte.

Fig. 4.28. Realizarea din part -> corpuri

Constrângerile de mișcare a pieselor între ele se realizează de două ori după aceeași lege de mișcare: CYLINDRICAL JOINT (figura 4.29)

Fig. 4.29. Constrângerea mișcării de rotație

O altă etapă ce se realizează după constrângerile de mișcare a pieselor între ele, este introducerea driver-ului de mișcare prin JOINT POSITION DRIVER. Acesta controlează numărul de pașii în care se realizează deplasarea precum și locul în care sunt efectuate acestea.

Fig. 4.30. Fereastra de control al mișcării

După realizarea pașilor prezentați anterior pentru tot ansamblul, s-a realizat o simulare virtuală de verificare a funcționării mișcării. Astfel poziția initială a sistemului, este cea de birou. În momentul începerii simulării după o perioadă de câteva secunde, se observă cum este acționată lăsarea patului ce determină și lăsarea biroului. Ciclul de funcționare prezintă și ridicarea biroului ce implică ridicarea patului în poziția de la început.

a.

b.

c.

Fig. 4.31. Mișcarea sistemului (a.- coborârea patului pentru odihnă; b. patul coborât;

c.- ridicarea patului pentru folosirea biroului)

Realizarea practică sistem

Stadiul de lucru al piesei practice, presupune parcurgerea mai multor etape de fabricație:

Stabilirea scalei;

Alegerea matrialului;

Alegerea sculelor potrivite pentru operațiile necesare;

Alegerea materialelor de lipit și prins;

Alegerea metodei de vopsire;

Stabilirea sistemului de fixare și prindere;

Realizarea sistemului electric;

Progamarea sistemului;

Pornirea sistemului;

Construirea structurii pieselor ce alcătuiesc sistemul final

Primul pas a fost cel al stabilirii scalei de lucru ce pastrează acuratețea reprezentării și va fi folosită pentru reprezentarea prototipului. Cu ajutorul datelor am trasat dimensiunile corespunzătoare pe materialul de lucru, urmând ca apoi acestea să fie tăiate și eliminat materialul în exces fapt ce a dus la obținerea formei finale a obiectelor, ce a fost slefuită pentru a căpăta un aspect fin și moale a suprafețelor. Următorul pas a reprezentat asamblarea acestora și lipirea părților împreună.

Imaginile următoare înfățișează punctul de start al proiectului dulapului, structura pe care sunt prinse patul si biroul și evoluția componentelor la structura asamblată.

a.( stânga sus)

b.(mijloc)

c.(dreapta jos)

d.(stânga) e.(dreapta)

Fig. 4.32. Etapele realizării dulapului (a.- măsurare dimensiuni b.- măsurarea dimensiunilor pe materialul de lucru, c.- tăiere material, d. șlefuire material, e.masa de lucru și ustensilele folosite)

După ce au fost parcurse toate etapele de necesare, produsul final are urmatoarea structură:

Fig. 4.33. Dulapul

Patul și biroul au fost confecționate din material de machetare datorită imposibității acestora de a fi executate în detaliu la scară atât de mică, pe când dulapul este confecționat din placaj.

Sistemul ce asigură lipirea atât a patului, cât și a biroului, este format din adeziv transparent.

În continuare, sunt prezentate în imagini etapele realizării patului și a biroului și obținerea structurii finale a mobilierului pentru o camera de student:

a.

b.

d.

f.

g.

Fig. 4.34. Etapele realizării patului și biroului (a.- stabilirea dimensiunilor b.- tăierea materialului conform dimensiunii stabilite, c.- componetele material ale patului; d.- patul asamblat, d.- biroul asamblat, e.- birou final; f.- modul de așezare pat cu birou, g.- așezare finală a pieselor)

Realizarea părții electronice

Progamarea folosind Arduino

Aspecte privind eficiența economică a soluției propuse. Analiza S.W.O.T.

Această metodă este folosită cu precădere în mediul afacerilor, prin folosirea acestui tip de cercetare vom putea stabilii o comparație eficientă a însușirilor specifice, punctelor limită și o perspectivă asupra rezultatelor obținute prin utilizarea unui sistem mecatronic automat pentru mobilierul destinat unei camere de student, în locul soluțiilor vechi de amenajare a spațiului studențesc.

Dorim astfel să evidențiem avantajele (Strengths), dezavantajele (Weaknesses), oportunitățile (Opportunities), precum și amenințările (Threats) pe care le implică automatizarea sistemelor.

Posibilitatea urmăririi informațiilor extrase, tipice analizei SWOT sunt ilustrate în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1 Analiza SWOT

În urma examinării amănunțite a analizei SWOT, indiferent de natura obiectivelor stabilite, hotărârile luate ar trebui să vizeze rezolvarea următoarele elemente de întâietate :

Clădește pe Punctele Tari;

Înlătură Punctele Slabe;

Pune în valoare Oportunitățile;

Ține la distanță Amenințările [68].

Capitolul: Concluzii și contribuții originale

Automatizarea pe lângă dezvoltarea pe scară largă, în aproape toate domeniile, are ca aplicabilitate necesitatea de ajutorare a populației. Fie sub formă fizică, în firme, unde majoritatea producătorilor au introdus linii de producție ce diminuează efortul fizic, rolul factorului uman fiind rezumat doar la control și verificarea mașinilor tehnologice, fie sub formă întelectuală, unde sunt aplicații variate pentru calcul, notițe, calendare, progame de lucru (proiectare, scris, compunere muzică etc.)

Centralizând toate datele, sistemul conceput ține seama de oferirea celui mai bun design, care se adapteză nevoilor oamenilor și oferă posibilitatea de a înlătura efectul de limitare a acestora. Pe lângă utilizarea ca piesă de mobilier, ce permite folosirea mai multor obiecte cu funcții diferite într-o singură piesă, aceasta oferă beneficiarilor posibilitatea de a comanda simplu și fără complicații funcțiile ei. Sunt necesare eforturi în privința capacității financiare a oamenilor pentru achiziționarea de sisteme automate, în dorința de a promova cât mai mult tehnologia automatizării în acest domeniu.

Pornind de la analiza conceptelor existente pe piață, crearea, modelarea și simularea funcționări sistemului de mobilier în softul CATIA și LMS, apoi transpunerea cunoștintelor teoretice, cercetărilor și determinărilor efectuate în vederea realiării acestuia, din punct de vedere fizic (structură, partea electrică și progamarea modului de funcționare), obiectivul acestei lucrării de diplomă este atins, prin soluționarea tuturor scopurilor stabilite la începutul proiectului.

În urma înterpretării aspectelor sistemului mecatronic automatizat pentru mobilierul destinat unei camere de student ce a înclus analiza componenței ansamblurilor de elemente gândite întru domeniu teoretic pentru unul practic, obținerea posibilității de comandă automată și analizei aspectelor ce privesc eficiența economică a solușei propuse, avantajelor și dezavantajelor, oportunităților și amenințărilor, pe care le prezintă conceptul creat, rezultă următoarele concluzii:

Implementarea acestui sistem în mediul special conceput este posibilă, așa cum este posibil, și integrarea acestuia în alte spații, datorită posibilității de a modifica dimensiunile acestuia.

Acest prototip respectă cerințele ergonomice pentru dimensionarea acestuia, astfel încât să fie satisfăcute toate cerințele utilizatorilor, fiind luate în considerare dimensiunile variate ale formei și dimensiunilor oamenilor.

Sistemul utilizează parte electrică și informațională (progamarea funcționării), pe lângă cea mecanică (structura fizică a componentelor folosite), ce ajută la promovarea acestor sisteme automatizate în locul celor ce folosesc sisteme clasice.

În legătură cu eficiențele obținute de utilizarea acestui tip de mobilier în spațiile locuibile, acestea ating valori importante în cazul folosirii pentru spațiile mici de locuit,deoarece piesa de susținere și depozitare, dulapul, are încorporat patul (adesea folosit pentru odihnă și relaxare) și biroul (utilizat pe timpul zilei în activități didactice), mai ales în cazurile studenților ce au nevoie de lucruri practice ce îi ajută să economisească spațiul ce trebuie împărțit cu alți colegi. O altă utilizare a acestuia este propice persoanelor ce nu pot depune un efort fizic considerabil, bătrânii, copii și mămicile.

Principalele contribuții originale în dezvoltarea lucrării de diplomă sunt:

Studiul literaturii sțiințifice de specialitate, privitor la momentul de început și apariția progresului sistemelor tehnice și tehnologice, în special a celor mecatronice.

Conceperea și proiectarea unui design propriu și unic al structurii mobilierului, atât a formei cât și a dimensiunilor și culorilor folosite.

Dezvoltarea unui sistem electric și informațional pe langa cel mecanic, ce ajută la stabilirea obiectivului principal, acela de a îmbunătății sisteme clasice prin automatizare.

Analiza sistemelor similare de mobilier pe piață.

Realizarea unei activități de prototipare a sistemului conceput în vederea analizării modului de comportare a elementelor folosite (senzori, alimentare, progamarea cu Arduino).

Verificarea funcționării sistemului fizic în circumstanțe reale.