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夸祖鲁-纳塔尔大学的
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  • 机械工程学院:夸祖鲁-纳塔尔大学(霍华德校区)机械工程学院有9名教职员工,15名非教职员工,431名注册BScEng (Mech)学位的本科生,17名注册MScEng和博士学位的研究生。2008年初,76名学生于2008年4月毕业于机械工程学院,获得机械工程学士学位。
产品组合
  • 大规模定制制造的质量控制–Shaniel Davrajh

  • 质量控制是产品生命周期的关键环节。这个过程确保生产可接受的部件,这有助于通过更大的客户满意度维持客户忠诚度。质量控制也可用于为过程优化和控制提供必要的反馈。投资于质量控制过程的缺点是,在这个过程中,产品没有增加价值,也就是说,制造商不能通过对生产部件进行质量控制来明确增加每件产品的利润。因此,如何在质量控制过程中最大限度地减少资源支出,对生产企业至关重要。

    制造模式已经从以前一次满足一个客户的低生产方法,发展到通过大规模生产技术实现规模经济。随后,制造商通过提高相关专用系统的效率和可靠性来改进大规模生产操作。目前消费市场的趋势是顾客越来越多样化,难以满足。客户现在要求更多地参与到产品设计的各个阶段。因此,产品的质量也将由客户决定。消费者市场的多样化增加了制造商开拓利基市场的难度。由于客户需求的变化,以前用于大规模生产的方法可能不再适用,而大规模生产需要适应强大而不妥协的客户。相反,专注于纯定制的企业需要考虑更高的产量,通过更低成本的产品来增加竞争力。制造系统批量生产定制部件的能力可以为制造商提供保持规模经济的能力,同时提供个别客户所需的灵活性。大量生产的定制零件的质量控制变得更加重要,因为这些零件的独特性质。 The difficulty experienced when considering quality control of mass produced custom parts is that the quality requirements become more complex than standard parts. This increase in complexity of quality requirements is induced by system variations. These system variations can be classified into product and process variations. Product variations are initiated by varying product dimensions, level of customization, raw material, significant quality characteristics, product modules, and quality requirements, which may be determined or confirmed (if suggested by the manufacturer) by the customer. Process variations are caused by varying frequencies of inspection, production rates, process configurations, and sensing capabilities. These variations are decided by the manufacturer, based on varying customer requirements. In addition to system variations, there is an increase in the complexity of the sometimes unique reliability analyses, testing, and re-working of mass produced custom parts.

    考虑批量生产定制产品的生产环境可能会导致单个产品批次不太可能出现。传统的质量控制技术,如统计控制图和Poka-Yoke装置,由于产品和过程中频繁的重新配置,难以应用于这些环境。因此,有必要研究质量控制技术,可以应用于定制产品的大规模生产。这种需求是由于缺乏技术来评估可靠性、产品设计、自动化返工可行性、产品质量和吞吐量的优化、过程配置、所需的检查频率、产品质量跟踪和与这些产品相关的产品测试。到目前为止,针对这些环境所需的检测硬件所做的研究在成本、功能和实用性方面都是有限的。大批量生产定制零件的检测硬件需要进一步研究。还需要一种从产品设计阶段(包括客户输入)到过程配置映射产品质量的方法。这项研究的贡献在于,与其他制造过程相比,很少强调定制产品的大规模生产所需的质量控制技术。目前还没有系统可以映射出大规模生产定制产品所需的检验频率和工艺配置,这些产品来自不同的客户输入。将研发一套能够将在线和离线质量控制相结合的系统,用于批量生产定制产品。 The hardware required for inspection for mass producing custom parts will also be researched and developed.
    • 灵活材料处理的移动平台架构–安东尼沃克

    • 定制产品的大规模生产需要足够灵活的材料处理系统,以适应不同几何形状、质量和体积的材料的运输。这就要求移动平台架构能够在单一环境和不规则几何形状的大载荷协同运输中有效运行。多平台合作需要强大的平台间通信机制和网络化操作。对MR2G柔性材料处理的研究已经产生了一个具有机械结构的移动平台,允许在单平台任务和多平台合作运输期间有效的材料运输。

      该平台架构包括一个差动驱动移动基座,该基座配有一个铰接式输送系统,允许将较少约束的运动学投影到运输的负载上。在有限空间的制造环境中,需要具有不规则几何形状的有效载荷的完整运动。输送机上的每个关节都配有一个正交编码器,以允许感知关节,可以监测在多平台协同材料运输过程中载荷配置的变化。移动平台可通过无线网络访问,并使用机器人服务器(即播放器)作为其硬件抽象层(HAL)。这允许开发通用控制算法和标准化数据融合原语。插件驱动程序将驱动控制系统、铰接输送系统和声纳传感器抽象为播放器服务器中的高级网络接口。该平台具有本体感觉和外部感觉基础设施,以允许姿态估计和局部障碍回避。移动平台使用的是’的板载计算机,Mini-ITX形式的主板,VIA C7处理器,运行Fedora Core 7。

          • 城市搜救机器人–Riaan Stopforth

          • 搜索和救援需要机器人。它们应该能够进入消防人员和救援人员无法进入的隐蔽场所和环境。在2001年9月11日的世贸中心袭击中,有三百四十三名消防员丧生。救援人员经常进入结构不稳定的房间,但是没有人可以救援。其中65名救援人员因搜索被洪水淹没的密闭空间而死亡。

            机器人可以拯救受害者的生命,成为第一反应人员。由于生存条件有限,救援人员只有大约48小时来营救受害者。由于条件不安全,救援人员无法进入建筑物,因此经常会浪费很多时间。这些机器人还可以用于矿山救援,这经常困扰着南非的矿业公司。

            USARs观测到的问题是机器人的牵引系统故障;机器人无法承受恶劣的条件,城市环境中无线通信范围有限,无线视频反馈不可靠的情况频繁发生。我们需要一个能够承受这些恶劣条件的机器人,它将能够克服过去机器人所具有的限制。

            目前正在研究一种机器人的设计和开发,这种机器人将执行城市搜索和救援工作。这将包括适合机器人结构和绝缘的材料。研究了USAR机器人在这些困难环境中对视频传输、通信和机器人控制的不同要求。

            • 可重构制造系统–Jared Padayachee

            • 全球经济竞争、新产品快速进入市场以及大规模定制的需求突出了当今制造模式的不足之处。对能够响应变化的制造系统的需求导致了可重构制造系统(RMS)的发展。RMS范式融合了专用、灵活、蜂窝和精益制造系统的特点;同时克服这些系统的惯性,以适应技术的发展和客户频繁变化的需求。

              本研究的重点是模块化可重构机器(MRM)的开发;这是一种实现rms的技术。mrm在机械和电子控制架构上都是模块化的。正在研究的概念是开发一套机床模块的综合一个完整的机床。当这些模块在不同的配置中组装时,将产生具有不同拓扑结构的机器,因为最适合生产所需的部件家族。模块化‘构建模块’的机床综合方法,促进硬件可重用性;这降低了硬件的投资成本,并允许机器的模块化组件在不同的配置中重新组装,以满足不断变化的生产组合和体积特性。

              全模块化机床的开发需要模块化开放体系结构控制(OAC)系统的实现。OAC克服了传统数控和专用机械的专利自动化中所发现的不灵活的问题。软件和电子控制模块应具有通用‘即插即用’功能,以最大限度地减少机器重新配置和系统启动时间。模块化控制硬件和软件架构将有助于机器硬件的重新配置,同时随着新技术和更有效的控制算法的开发,允许控制器轻松升级。

              • 可重构制造系统的自主材料处理机器人–lourens Butler

              • 在可重构制造系统中需要移动机器人,以减少相关材料处理系统中出现的瓶颈。这些瓶颈可能是定制产品批量生产的结果。该项目致力于研究、设计、组装、测试和验证两轮自主材料搬运机器人,以减少可重构制造系统中的瓶颈。该项目(系统集成)采用机电一体化工程方法。这种方法正在研究和设计一种车辆,将动态和静态稳定,而在操作。图中显示的是完全组装的原型。

                自主性在很大程度上是通过机载计算机提供的,它充当机器人服务器,系统控制器(通常是主机)可以订阅它以传递命令。一种新的导航系统正在研发中,它将允许车辆执行必要的材料处理任务,以减少瓶颈。通信系统也将纳入车辆的基础设施。性能分析和测试也将在可重构的生产环境中完成。这将涉及车辆调度和路线,同时执行物料搬运任务。

                    • 结合可重构制造系统的自动更换工具的多功能工具的校准–
                      詹姆斯•柯林斯

                    • 可重构制造系统涉及多加工,因此需要多种工具来执行不同的加工过程。这需要快速更换工具,以促进高效和成本效益的制造过程。与此同时,制造设备的重新配置带来了过程中校准程序的需要,以确保加工精度和零件的及时生产。本课题将研究一种模块化换刀装置的自动标定方法。

                      使用必要的传感器和控制系统,刀具更换器将很容易集成到模块化制造系统。

                      • 基于可重构计算机集成制造单元的零件优化生产–Nazmier Hassan

                      • 大批量生产定制产品需要一种新型的制造环境。目前的制造环境不具备批量生产定制产品所需的灵活性。可重构制造环境的实现成本仍然很高。提出了计算机集成制造单元在可重构制造环境下运行的解决方案,以促进定制产品的批量生产。

                        CIM单元具有模块化、开放式控制结构等制造条件,由其软硬件同时控制。它将主要通过软件控制在一个集成的智能制造系统中运行。这为集成到控制系统提供了一个标准的软件接口,同时提供了系统的可重构性及其响应频繁变化的产品架构和特性的功能。软件和
                        硬件将协调低级别和高级别活动。这些活动包括生产的计划和调度、硬件的机械化,以及从错误报告中获得的电池组件的同步。制造系统的硬件组件具有彼此物理交互的标准方法。

                        CIM单元的重新配置和制造功能被分为主要和次要级别,这是根据其工艺参数确定的。在主要级别上,重新配置是对物质流路径的重新配置,而在次要级别上,由于硬件的状态而发生重新配置。

                        从经济和生产管理的角度来看,可重构CIM单元将提供快速变化的基本制造需求。它将提供成本效益,最小的产品周期时间,减少生产周期,快速爬升,灵活性,生产高质量的产品,满足客户的需求。

                        • 用于深海救援行动的自主海上艇–Chiemela Onunka

                        • 这项研究的重点是研究一种合适的机械基础设施和推进系统,能够用于深海救援行动。使用不同的数学模型和算法来表达将软件技术和电子架构集成到机械系统中也是一个重点领域。该研究还着重于实现适合于数据融合、运动规划和自主航行器导航的传感器体系结构和技术。
                          • 搜救无人机(UAV)机器人的研制–Yogi Naidoo

                          • 盘旋的机器人,如直升机,可以用于收集数据的环境中,这将是太危险的人类探险。搜索和救援机器人被更频繁地部署,以帮助在危机情况下与受害者建立联系。这些机器人可以探测被辐射污染的城市和工业环境,也可以探测化学或生物物质。无人机可以直接飞到有关地点,而无需对灾难现场进行广泛评估。因此,这些机器人通过克服极其粗糙的碎石、洪水和火灾等障碍,帮助克服搜救行动响应时间的限制。

                            本研究的目标是研制一种具有高度机动性的无人机,可用于搜索和救援应用。机器人应该能够在自主控制和半自主控制之间切换,并能够避开飞行路径中的障碍物。这可以确保充分注意传入的数据和监控录像。

                            • 计算机集成制造环境中群机器人合作的人工智能系统–
                              罗兰·迪克森

                            • 群体智能和群体机器人这两个密切相关的主题是相对较新的和潜在的强大的研究领域,起源于生物群落的研究。这些菌落被观察到由简单的个体组成,它们一起工作以达到一个共同的目标。这些分散的、异步的系统产生了一个紧急的、复杂的、智能的系统,该系统高效地工作,以实现在各自环境中高效生存所需的目标。该项目旨在探索与人工智能、群体智能、群体机器人相关的概念,并设计出适合这些群体机器人的独特应用。