Struktura dokumentacije mehatroničkog projekta

Dokumentacija kao opis cijelog sustava

Strojarski projekt završava sklopnim crtežom, sastavnicom i radioničkim crtežima dijelova. Elektrotehnički projekt završava shemama, popisom opreme i popisom kabela. Mehatronički sustav ima oba ta dijela i još jedan treći — program koji upravlja gibanjem na temelju signala senzora. Nijedan od ta tri dijela sam za sebe ne opisuje uređaj: iz sklopnog crteža ne vidi se kojim redom os kreće, iz sheme se ne vidi na kojem je mjestu granična sklopka, a iz programa se ne vidi koliki je hod osi.

Dokumentacija mehatroničkog projekta zato se gradi kao cjelina s jednim ishodištem: zajedničkim zahtjevima i zajedničkom blok-shemom sustava. Iz njih se granaju tri stručne grane (mehanika, elektrotehnika, program), a na kraju se sve ponovo spaja u ispitivanja, dokumentaciju za korisnika i dokumentaciju o sukladnosti. Takav slijed — od sustava prema disciplinama pa natrag prema provjerenom sustavu — opisuje se kao V-model razvoja, a za mehatroničke sustave postoje i posebne smjernice razvoja (npr. VDI 2206) koje ga razrađuju.

Za pozicionirnu os PS-1 to znači da uz nacrte dijelova PS1-01-001 do PS1-01-007 i shemu ormarića =PS1+ORM postoje i dokumenti koji govore što os mora postići, kako su dijelovi međusobno povezani, kojim se redom izvode koraci programa i kako se os sigurno koristi i održava.

Zahtjevi, specifikacija i blok-shema sustava

Zahtjevi govore što sustav mora raditi i pod kojim uvjetima, ne ulazeći u rješenje. Za PS-1 to su hod, brzina, teret, ponovljivost, napajanje i uvjeti okoline. Dobar zahtjev je jednoznačan, mjerljiv i provjerljiv: „os mora biti precizna" nije zahtjev, a „ponovljivost dolaska u položaj ±0,05 mm pri teretu do 5 kg" jest, jer se može izmjeriti i potvrditi zapisnikom. Svaki zahtjev dobiva svoju oznaku (npr. Z-01, Z-02) kako bi se kasnije mogao povezati s dijelom rješenja i s ispitivanjem koje ga potvrđuje.

Tehnička specifikacija govori kako će se zahtjevi ispuniti: odabrani pogon (koračni motor s trapeznim vretenom Tr12 × 3), vođenje (dvije brušene vodilice Ø12 h6 s linearnim kugličnim ležajevima), upravljanje (upravljač s 8 ulaza i 6 izlaza 24 V DC i upravljač koračnog motora u mikrokoraku 1/8). Specifikacija je most između naručitelja i projektanata: nakon što je obje strane prihvate, izmjena zahtjeva postaje izmjena projekta i vodi se kao takva.

Blok-shema sustava prikazuje glavne funkcionalne cjeline i tokove među njima: energiju, signale i mehaničko gibanje. Ona nije ni električna shema ni sklopni crtež — nema kota, nema strujnih staza, nema brojeva stezaljki. Njezina je vrijednost u tome što na jednoj slici pokazuje granice disciplina: gdje električni signal postaje mehaničko gibanje (motor), gdje mehaničko stanje postaje električni signal (senzori) i gdje program donosi odluke (upravljač). Oznake blokova uzimaju se odmah iz sustava označavanja elemenata (-A1, -T1, -M1…), pa blok-shema kasnije služi kao kazalo za sve ostale dokumente.

Mehanička i električna dokumentacija

Mehanička dokumentacija mehatroničkog sustava ne razlikuje se po pravilima od one koju ste upoznali u prethodnim modulima: crteži se izrađuju prema ISO 128 i srodnim normama, kotiraju s tolerancijama, a sklop se opisuje sklopnim crtežom s pozicijama i sastavnicom. Razlika je u tome što mora sadržavati i sve podatke koji su potrebni drugim disciplinama. Za PS-1 to su:

• sklopni crtež PS1-00-000 s ucrtanim položajima senzora -B1, -S1 i -S2, jer njihov položaj određuje referentnu točku i krajnje granice hoda;
• radionički crteži dijelova PS1-01-001 do PS1-01-007, uključujući provrte za pričvršćenje senzora i motora te prolaze za kabele;
• sastavnica u kojoj su kupovni dijelovi (koračni motor, ležaj 6001, linearni ležajevi, spojka, senzori) navedeni zajedno s izrađenim dijelovima;
• proračuni potrebnog momenta motora, kritične brzine vretena i nosivosti vođenja, s pretpostavkama na kojima počivaju.

Električna dokumentacija za ormarić =PS1+ORM obuhvaća naslovnu stranicu i sadržaj, shemu napajanja 230 V (priključak -X0, zaštitni prekidač -Q1, napajanje -G1), shemu upravljačkog napona 24 V DC u strujnim stazama (osigurač -F1, sigurnosni krug s -S0 i -K1, ulazi i izlazi upravljača -A1, upravljač motora -T1), raspored opreme u ormariću, plan rednih stezaljki -X1, popis kabela -W1 do -W6 s presjecima i duljinama te popis opreme. Sheme se izrađuju prema pravilima IEC 61082 i sa simbolima IEC 60617, a oznake prema IEC 81346 (primjenjuje se važeće izdanje normi).

Programska dokumentacija

Program upravljača je dio proizvoda jednako kao vreteno ili napajanje. Ako postoji samo kao datoteka na računalu programera, sustav se ne može održavati: nakon kvara upravljača nitko ne zna koja je inačica bila učitana, a nakon izmjene nitko ne zna zašto je neki uvjet dodan. Programska dokumentacija zato ima nekoliko obveznih dijelova.

1. Opis funkcija — tekstom, za svaku funkciju: referenciranje, ručni pomak, automatski ciklus, obrada smetnje, zaustavljanje u nuždi. Opis govori što se događa, a ne kako je napisano u kodu.
2. Slijed rada — GRAFCET (IEC 60848) ili dijagram toka. GRAFCET je pogodniji za slijedna upravljanja jer jasno odvaja korake (stanja) i prijelaze (uvjete).
3. Popis ulaza i izlaza — tablica koja svakoj adresi upravljača pridružuje oznaku elementa, funkciju, vrstu signala i značenje stanja 1 i 0.
4. Komentirani izvorni kod — kod pisan u nekom od jezika za programirljive upravljače (IEC 61131-3), sa zaglavljem i komentarima koji objašnjavaju namjeru.
5. Popis inačica — broj inačice, datum, autor, opis izmjene i sažetak (kontrolni zbroj) učitane datoteke.

Popis ulaza i izlaza (popis I/O) za PS-1 izgleda ovako. Adrese su primjer — svaki proizvođač upravljača ima svoj oblik adresa, ali struktura tablice je ista.

Komentar u kodu treba objasniti zašto, a ne ponoviti što. Komentar „postavi Q2" ne pomaže; komentar „ENA se isključuje odmah pri smetnji -T1 da motor ne drži moment na blokiranoj osi" objašnjava namjeru i sprječava da je netko kasnije „pojednostavni". Zaglavlje svakog programskog dijela nosi oznaku projekta, naziv funkcije, inačicu i kratku povijest izmjena:

(* PS1-SW-01 Referenciranje osi · inačica 1.2
   1.1 dodan nadzor -S1 tijekom referenciranja
   1.2 brzina referenciranja smanjena na 10 mm/s *)

Za praćenje inačica izvornog koda danas se redovito koriste sustavi za upravljanje inačicama (npr. git), jer čuvaju svaku izmjenu s autorom, datumom i opisom. Učitana inačica u upravljaču mora se moći nedvosmisleno povezati s inačicom u tom sustavu — zato zapisnik o puštanju u rad bilježi broj inačice i kontrolni zbroj datoteke.

Dokumentacija za korisnika

Korisnik ne čita sheme ni izvorni kod. Njemu treba dokumentacija koja odgovara na pitanja: kako se uređaj sigurno uključuje i koristi, što znače signalne svjetiljke, što učiniti pri smetnji, što i kada održavati, koji su rezervni dijelovi. Za strojeve propisi traže da upute budu na jeziku zemlje u kojoj se stroj koristi i da prate stroj; o tome više u jedinici 8.4.

Upute za PS-1 sadrže najmanje: opis namjene i nedopuštene uporabe (npr. os nije predviđena za okomitu ugradnju bez kočnice), tehničke podatke iz specifikacije, opis upravljačkih elemenata -S0, -S3, -S4, -H1 i -H2, postupak uključivanja i referenciranja, tablicu smetnji s uzrokom i otklanjanjem, plan održavanja (podmazivanje vodilica i vretena, provjera zazora matice, provjera graničnih sklopki) i popis zamjenjivih dijelova s oznakama iz sastavnice i sheme. U uputama se koriste iste oznake kao u tehničkoj dokumentaciji, kako bi serviser iz uputa mogao izravno otvoriti pravu stranicu sheme.

Struktura mapa i sustav oznaka projekta

Dokumentacija od stotinu datoteka bez reda nije dokumentacija nego hrpa. Red se postiže s dvije odluke donesene na početku projekta: strukturom mapa i sustavom oznaka. Obje se zapisuju u jedan kratki dokument (pravilnik projekta) i ne mijenjaju se usred projekta. Struktura mapa na slici 8.3 je preporuka koja se u praksi dobro pokazala; nije propisana normom.

Sustav oznaka mora svakom dokumentu dati jedinstven identifikator koji se ne ponavlja i ne mijenja kad se dokument mijenja — mijenja se samo indeks izmjene. Za strojarske dijelove PS-1 koristi se oblik PS1-GG-PPP: prefiks projekta, broj grupe (00 za glavni sklop, 01 za mehaniku osi) i redni broj dijela u grupi. Elektrotehnički elementi imaju svoje oznake prema IEC 81346 (=PS1+ORM-A1), a dokumenti drugih disciplina dobivaju oznaku istog projekta i slovo discipline.

Oznake PS1-E-…, PS1-SW-… i PS1-D-… su primjer pravilnika projekta, a ne normirani oblik. Važno je samo da pravilo postoji, da je zapisano i da ga se svi drže.

Računski prikaz: popis I/O i rezerva upravljača

Popis ulaza i izlaza nije samo dokument za programera — iz njega se odabire upravljač. Uobičajena je dobra praksa ostaviti rezervu od 10 do 20 % ulaza i izlaza za izmjene tijekom puštanja u rad i za kasnije dogradnje (npr. drugi senzor, dodatna svjetiljka). Potreban broj priključaka računa se zaokruživanjem prema gore:

N_potr = ⌈ n · (1 + r / 100) ⌉   ·   stvarna rezerva = (N_upr − n) / n · 100 %

gdje je n broj korištenih ulaza (ili izlaza), r zadana rezerva u postocima, a N_upr broj priključaka odabranog upravljača.

Za PS-1 popis I/O ima 7 ulaza i 5 izlaza. Uz rezervu 20 % potrebno je ⌈7 · 1,2⌉ = ⌈8,4⌉ = 9 ulaza i ⌈5 · 1,2⌉ = 6 izlaza. Upravljač -A1 ima 8 ulaza i 6 izlaza: izlazi zadovoljavaju zahtjev točno, a ulazi ne — ostaje samo jedan slobodan ulaz, što je stvarna rezerva od 14,3 %. To je odluka koju treba donijeti i zapisati: prihvatiti manju rezervu (jer je sustav jednostavan i dogradnja nije planirana), dodati modul proširenja ulaza ili odabrati veći upravljač. Nijedna od tih odluka nije pogrešna; pogrešno je ne primijetiti problem dok se ne javi potreba za osmim senzorom.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.