Застосування методологій QFD та FMEA для розробки та вдосконалення конструкції робота зі знешкодження боєприпасів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306986

Ключові слова:

розгортання функції якості, аналіз режимів та наслідків відмов, вибухова речовина, робот

Анотація

У цій роботі вивчається методологія розгортання функції якості (QFD) і аналізу режиму та наслідків відмови (FMEA), заснована на концепції «Проектування для X», щоб визначити критерії проектування механічних характеристик робота зі знешкодження боєприпасів (РЗБ) і перевіряється за допомогою віртуального прототип РЗБ. Метою є застосування цієї методології для отримання продукту, який відповідає специфікаціям якості та надійності, враховуючи потреби користувача як вихідні дані. Щоб підтвердити цю методологію, техніки UDEX (підрозділу знешкодження вибухонебезпечних предметів), механічні характеристики попередньої версії JVC 0.2, розробленої дослідницькою групою Національного університету Сан-Агустіна (UNSA), мінімальні характеристики роботів, які беруть участь у Лізі роботів-рятувальників і застосування для роботи в реальному середовищі були взяті як приклад. Результати свідчать про те, що застосування запропонованої методики значно підвищило якість і надійність конструкції. Щоб підтвердити ефективність цієї методології, за допомогою програмного забезпечення для моделювання SolidWorks було створено віртуальний прототип під назвою JVC 0.3 та було досягнуто значного зменшення ваги на 27,13 %, а робочу швидкість було збільшено до 1 км/год за оптимальних умов. Технічний аналіз JVC 0.3 показав значні покращення в кількох ключових областях, таких як збільшення модульності для полегшення складання та обслуговування, зменшення загальної ваги, збільшення крутного моменту та швидкості, а також підвищення стабільності під час роботи. Ці фактори є важливими для практичного застосування РЗБ у реальних польових операціях, які виконуються спеціалізованими підрозділами, такими як UDEX

Спонсор дослідження

  • With the support of the Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa with the following contract N◦. IBA-IB-27-2020-UNSA and UDEX-AQP

Біографії авторів

Brayan Alex Apfata Limachi, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Bachelor in Mechanical Engineering

School of Mechanical Engineering

Frank Alexander Cari Mora, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Bachelor in Mechanical Engineering

School of Mechanical Engineering

Mechanical Engineering Professional School

Yuri Saúl Sivincha Quispe, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Bachelor in Mechanical Engineering

School of Mechanical Engineering

Erick Valdeiglesias Flores, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Bachelor in Mechanical Engineering

School of Mechanical Engineering

Yuri Lester Silva Vidal, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Doctor of Science with a Mention in Mechatronic Engineering

School of Mechanical Engineering

Academic Department of Mechanical-Electrical Engineering

Erasmo Sulla Espinoza, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Doctor of Science in Mechatronic Engineering

School of Electronic Engineering

Lizardo Pari, Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa

Doctor of Automatic and Robotics

Department of Electronic Engineering

Посилання

  1. Guevara Mamani, J., Pinto, P. P., Vilcapaza Goyzueta, D., Supo Colquehuanca, E., Sulla Espinoza, E., Silva Vidal, Y. (2021). Compilation and Analysis of Requirements for the Design of an Explosive Ordnance Disposal Robot Prototype Applied in UDEX-Arequipa. HCI International 2021 - Posters, 131–138. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78642-7_18
  2. Czop, A., Hacker, K., Murphy, J., Zimmerman, T. (2005). Low-cost explosive ordnance disposal robot using off-the-shelf parts. Unmanned Ground Vehicle Technology VII, 5804, 130. https://doi.org/10.1117/12.602526
  3. Czop, A., Hacker, K., Murphy, J., Zimmerman, T. (2006). Low-cost EOD robot using off-the-shelf parts: revisions and performance testing results. Unmanned Systems Technology VIII, 6230, 62301Z. https://doi.org/10.1117/12.666531
  4. Szynkarczyk, P. (2005). Neutralising and assisting robot smr-100 expert – design problematics. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 53 (1), 87–92. Available at: https://journals.pan.pl/Content/111756/PDF/(53-1)87.pdf
  5. Grigore, L. Ștefăniță, Oncioiu, I., Priescu, I., Joița, D. (2021). Development and Evaluation of the Traction Characteristics of a Crawler EOD Robot. Applied Sciences, 11 (9), 3757. https://doi.org/10.3390/app11093757
  6. de Cubber, G., Balta, H., Lietart, C. (2014). Teodor: A Semi-Autonomous Search and Rescue and Demining Robot. Applied Mechanics and Materials, 658, 599–605. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.658.599
  7. Ștefan, A., Grigore, L. Ștefăniță, Oncioiu, I., Constantin, D., Mustață et al. (2022). Influence of the Stiffness of the Robotic Arm on the Position of the Effector of an EOD Robot. Electronics, 11 (15), 2355. https://doi.org/10.3390/electronics11152355
  8. Silva Vidal, Y., Elvis Supo, C., Milton Ccallata, C., Jesus Mamani, G., Betancur P., M., Brunno Pino, C. et al. (2022). Analysis and Evaluation of a EOD Robot Prototype. 2022 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), 1–6. https://doi.org/10.1109/iemtronics55184.2022.9795740
  9. Fargnoli, M., Sakao, T. (2016). Uncovering differences and similarities among quality function deployment-based methods in Design for X: Benchmarking in different domains. Quality Engineering, 29 (4), 690–712. https://doi.org/10.1080/08982112.2016.1253849
  10. Atilano, L., Martinho, A., Silva, M. A., Baptista, A. J. (2019). Lean Design-for-X: Case study of a new design framework applied to an adaptive robot gripper development process. Procedia CIRP, 84, 667–672. https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.04.190
  11. Furtado, L. F. F., Villani, E., Trabasso, L. G., Silva, C. E. O. (2013). DTW: a design method for designing robot end-effectors. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 36 (4), 871–885. https://doi.org/10.1007/s40430-013-0109-8
  12. Gonçalves-Coelho, A. M., Mourão, A. J. F. (2007). Axiomatic design as support for decision-making in a design for manufacturing context: A case study. International Journal of Production Economics, 109 (1-2), 81–89. https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2006.11.002
  13. Würtenberger, J., Kloberdanz, H., Lotz, J., von Ahsen, A. (2014). Application of the FMEA during the product development process – Dependencies between level of information and quality of result. Design Methods, 417–426.
  14. Yang, Z., Kou, M. (2021). Innovation fusion design of mechanical system robust design. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 124 (11-12), 3795–3811. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07843-4
  15. Munoz, V. F., Garcia-Morales, L., Fernandez-Lozano, J., Gomez-De-Gabriel, J. M., Garcia-Cerezo, A., Vara, C. (2004). Risk analysis for fail-safe motion control implementation in surgical robotics. Proceedings World Automation Congress, 235–240.
  16. Backar, S. (2019). Integrative Framework of Kansei Engineering (KE) and Kano Model (KM) applied to Light Bulb Changer. The Academic Research Community Publication, 2 (4), 430–439. https://doi.org/10.21625/archive.v2i4.392
  17. Korayem, M. H., Iravani, A. (2008). Improvement of 3P and 6R mechanical robots reliability and quality applying FMEA and QFD approaches. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 24 (3), 472–487. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2007.05.003
  18. Shvetsova, O. A., Park, S. C., Lee, J. H. (2021). Application of Quality Function Deployment for Product Design Concept Selection. Applied Sciences, 11 (6), 2681. https://doi.org/10.3390/app11062681
  19. Büyüközkan, G., Ilıcak, Ö., Feyzioğlu, O. (2021). An Integrated QFD Approach for Industrial Robot Selection. Advances in Production Management Systems. Artificial Intelligence for Sustainable and Resilient Production Systems, 561–570. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85906-0_61
  20. Sørensen, C. G., Jørgensen, R. N., Maagaard, J., Bertelsen, K. K., Dalgaard, L., Nørremark, M. (2010). Conceptual and user-centric design guidelines for a plant nursing robot. Biosystems Engineering, 105 (1), 119–129. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2009.10.002
  21. Li, M., Zhang, A. (2022). Innovative design of intelligent medical delivery robot based on FAHP and QFD. ICETIS 2022; 7th International Conference on Electronic Technology and Information Science.
  22. Pasawang, T., Chatchanayuenyong, T., Sa-Ngiamvibool, W. (2015). QFD-based conceptual design of an autonomous underwater robot. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 37 (6), 659–668. Available at: https://www.thaiscience.info/journals/Article/SONG/10977690.pdf
  23. Jiménez, G. E. C., Cárdenas, D. J. M., Aponte, J. A., Sánchez, O. F. A., Monroy, M. F. M. (2017). QFD design methology and construction of a type rover mobile robotic platform. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (4), 1098–1104. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0217_5731.pdf
  24. Kobayashi, H., Shimizu, R., Takeuchi, K., Sugai, R., Hasegawa, H. (2022). RoboCup Rescue 2022 Team Description Paper Nexis-R. RoboCup Rescue 2022. Available at: https://tdp.robocup.org/wp-content/uploads/tdp/robocup/2022/robocuprescue-robot/nexis-r-355/robocup-2022-robocuprescue-robot-nexis-riU2awoV6f5.pdf
  25. Morimoto, Y., Tomiyama, T., Michikawa, R. (2022). RoboCup Rescue 2022 Team Description Paper SHINOBI. ROBOCUP RESCUE 2022. Available at: https://tdp.robocup.org/wp-content/uploads/tdp/robocup/2022/robocuprescue-robot/shinobi-356/robocup-2022-robocuprescue-robot-shinobiAw37ofmjWF.pdf
  26. Karmaker, C. L., Halder, P., Ahmed, S. M. T. (2019). Customer driven quality improvement of a specific product through AHP and entropy based QFD: a case study. International Journal of the Analytic Hierarchy Process, 11 (3), 389–414. https://doi.org/10.13033/ijahp.v11i3.606
  27. Mamani G., J., Ccallata C., M., Flores, E. V., Meneses, D., Betancur, M. A., Silva, Y. L., Apaza, J. L. (2024). Development of an EOD Robot for the Arequipa Explosive Disposal Unit. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 13 (4), 414–427. https://doi.org/10.18178/ijmerr.13.4.414-427
  28. Vilcapaza Goyzueta, D., Guevara Mamani, J., Sulla Espinoza, E., Supo Colquehuanca, E., Silva Vidal, Y., Pinto, P. P. (2021). Evaluation of a NUI Interface for an Explosives Deactivator Robotic Arm to Improve the User Experience. HCI International 2021 - Late Breaking Posters, 288–293. https://doi.org/10.1007/978-3-030-90176-9_37
  29. Montoya Angulo, A., Pari Pinto, L., Sulla Espinoza, E., Silva Vidal, Y., Supo Colquehuanca, E. (2022). Assisted Operation of a Robotic Arm Based on Stereo Vision for Positioning near an Explosive Device. Robotics, 11 (5), 100. https://doi.org/10.3390/robotics11050100
  30. Andres, M. A., Pari, L., Elvis, S. C. (2021). Design of a User Interface to Estimate Distance of Moving Explosive Devices with Stereo Cameras. 2021 6th International Conference on Image, Vision and Computing (ICIVC), 362–366. https://doi.org/10.1109/icivc52351.2021.9526934
Застосування методологій QFD та FMEA для розробки та вдосконалення конструкції робота зі знешкодження боєприпасів

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-25

Як цитувати

Apfata Limachi, B. A., Cari Mora, F. A., Sivincha Quispe, Y. S., Valdeiglesias Flores, E., Silva Vidal, Y. L., Sulla Espinoza, E., & Pari, L. (2024). Застосування методологій QFD та FMEA для розробки та вдосконалення конструкції робота зі знешкодження боєприпасів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1 (131), 30–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306986

Номер

Том 5 № 1 (131) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Brayan Alex Apfata Limachi, Frank Alexander Cari Mora, Yuri Saúl Sivincha Quispe, Erick Valdeiglesias Flores, Yuri Lester Silva Vidal, Erasmo Sulla Espinoza, Lizardo Pari

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.