Search

A model for a double pendulum Wave Energy Converter (WEC) for drifter applications has been developed and validated. The WEC is composed by an articulated arm, a gear train, a flywheel, a one-way bearing and a DC generator. Due to the one-way bearing, the system may have 3 or 4 DoF. The corresponding equations of motion have been obtained through the Lagrange formulation. The model has been experimentally validated on a long-stroke shaker by emulating part of a drifter’s motion under wave’s excitation. This motion is in good agreement with the simulation results prior conducted with OrcaFlex package. This work was supported by the project MELOA from the European Commission’s Horizon 2020 research and Innovation program under Grant Agreement No. 776280. The first author has a grant from the Secretariat of Universities and Research of the Ministry of Business and Knowledge of the Government of Catalonia on the FI program (ref. BDNS 362582).

Energy harvesting is an emerging technological field, aiming, among others, to harvest kinetic energy from mechanical oscillations and converting the same to useful electrical energy. Usually, the reclaimed energy is quite small, acquired by lightweight devices which can be positioned in confined spaces and do not significantly add to the system mass and inertia. This potential use is in line with the vehicular powertrain development principle of high output power- to-light weight ratio as this concept has progressively led to increasing vibratory energy. These devices would potentially supply a few mW of power, which can typically power automotive sensors, potentially reducing the ever-increasing vehicle wiring network. A multitude of such devices positioned strategically can recover some of the vibratory energy of a plethora of vibration phenomena. The paper outlines some of these phenomena and proposes the use of a magnetic translational harvester. A preliminary study based on an experimental set up and a devised non-linear model show good potential across a range of frequencies, typical of engine order vibration at engine idling condition. However, the potential exists for both the optimisation of the demonstrated observer and increased energy recovery for suitable location(s) in the powertrain system.

Περίληψη: Η παρούσα πτυχιακή εργασία αφορά τον σχεδιασμό ποικίλων εξαρτημάτων, σε τρισδιάστατα λογισμικά. Σκοπός, είναι η συμβολή στην εκπαιδευτική κατανόηση της διαδικασίας του σχεδιασμού μηχανολογικών διατάξεων μέσω συστημάτων CAD. Στο πρώτο κεφάλαιο εξετάζεται η χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών στην τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Αφού παρουσιαστούν το θεωρητικό και το ιστορικό πλαίσιο, θα διερευνηθούν τα ζητήματα του σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή, αλλά και των ηλεκτρονικών μηχανολογικών εφαρμογών στο πλαίσιο μιας σύγχρονης ψηφιακής μονάδας παραγωγής. Στο επόμενο κεφάλαιο, εξετάζονται ορισμένα από τα βασικά λογισμικά δισδιάστατης και τρισδιάστατης σχεδίασης και παρουσιάζονται τα τρέχοντα στατιστικά δεδομένα αγοράς προγραμμάτων CAD. Στο τελευταίο κεφάλαιο περιλαμβάνονται τα σχέδια που δημιουργήθηκαν στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής συνεργασίας με το εργαστήριο Μικροκοπής και Κατασκευαστικής Προσομοίωσης, του Τμήματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης του Πολυτεχνείου Κρήτης. Τα σχέδια βρίσκονται στο βιβλίο «Μηχανολογικό Σχέδιο: νέοι Κανονισμοί, Τυποποίηση, 3D παραδείγματα, Ασκήσεις» του κ. Α.Θ. Αντωνιάδη και σχεδιάστηκαν με το λογισμικό INVENTOR της Autodesκ.

Περίληψη: Η παρούσα εργασία αφορά τη μελέτη και κατασκευή μίας ψηφιακά καθοδηγούμενης εργαλειομηχανής (CNC) για φραιζάρισμα (milling/routing). Η κατασκευή θα συνοδεύεται και από αντίστοιχο control καθοδήγησης για τον προγραμματισμό των κινήσεων. Συγκεκριμένα: Το πρώτο στάδιο της εργασίας θα αφορά τον σχεδιασμό και την κατασκευή της εργαλειομηχανής, όπου θα παρουσιαστεί αναλυτικά το κάθε βήμα της κατασκευής. Στο δεύτερο στάδιο της εργασίας θα υλοποιηθεί ο προγραμματισμός και η χρήση της εργαλειομηχανής, όπου θα εκπονηθεί και αντίστοιχος οδηγός χρήσης (manual) για τον χειρισμό της. Τέλος, στο τρίτο στάδιο της εργασίας, θα διεξαχθούν πειράματα για να καθοριστούν οι κοπτικές ικανότητες της εργαλειομηχανής, σε σχέση με διαφορετικά κατεργαζόμενα υλικά.

The present doctoral dissertation focuses on the simulation of spiral bevel gear manufacturing processes. The ultimate goal of the study is to build the necessary simulation models for the optimization of the spiral bevel gear machining methods so that costly machining experiments can be avoided. The kinematics of the two most important spiral bevel gear machining processes, face milling and face hobbing, are simulated using BevelSim3D, an algorithm developed as part of this thesis. The algorithm models the blank gear, either pinion or crown, and cutting tool geometries, and creates the tool trajectory achieving the simulation of the process kinematics. As a result, the tooth flank generation and chip formation processes are revealed and the solid work gear and undeformed chip geometries are generated. The generated tooth flank topography can be used for further analysis to determine the effect of process parameters on tooth surface quality. To validate the simulation results, the BevelCurve3D algorithm is developed to compare the simulated tooth surface to the theoretical one. The validation process is carried out using a simple geometric approach by comparing the simulated with the theoretical 3D tooth surface coordinates and calculating the deviation between them. In addition to evaluating the surface topography, kinematic simulation can also be used to calculate the cutting forces that occur during the process. Utilizing the simulation results, the BevelForce3D algorithm calculates the cutting forces by analyzing the undeformed chip geometry. This is realized by dividing the solid chip geometry into elementary chips. Local cutting forces calculated on the revolving tip of the cutting blade can be used to predict tool wear, whereas global forces calculated at a fixed point on the work gear can be used to predict work gear deformation and specify the fixture type and clamping force that must be applied prior to machining. Finally, after the simulation and cutting forces algorithms are developed, several simulations are executed to investigate the effect of crucial cutting parameters on the quality of the simulated surface and the developed cutting forces. More specifically, the study revealed that generation feedrate has a major effect on the quality of both tooth flanks and finishing stock allowance, plunge feedrate and generation feedrate greatly impact the developed cutting forces., H παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην προσομοίωση της κατασκευής ελικοειδών κωνικών οδοντώσεων. Στα πλαίσια της διατριβής αναπτύχθηκε το προσομοιωτικό μοντέλο BevelSim3D το οποίο βασίζεται σε ένα αναγνωρισμένο σύστημα CAD. To προσομοιωτικό μοντέλο επιτυγχάνει την κινηματική προσομοίωση των δύο σημαντικότερων κατεργασιών κοπής ελικοειδών κωνικών οδοντώσεων, του μετωπικού φραιζαρίσματος (face milling) και του μετωπικού φραιζαρίσματος με κύλιση (face hobbing). Ο αλγόριθμος μοντελοποιεί τον ακατέργαστο τροχό, πινιόν ή κορώνα, τη γεωμετρία του κοπτικού εργαλείου, και δημιουργεί την τροχιά του κοπτικού εργαλείου επιτυγχάνοντας την προσομοίωση της κινηματικής της κατεργασίας. Αποτέλεσμα της κινηματικής προσομοίωσης των κατεργασιών είναι η μοντελοποίηση της προσομοιωμένης γεωμετρίας του εκάστοτε κωνικού οδοντωτού τροχού και η παραγωγή των απαραμόρφωτων στερεών αποβλίττων που προκύπτουν ως αποτέλεσμα της κατεργασίας. Οι γεωμετρίες που προκύπτουν από την προσομοίωση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την περαιτέρω ανάλυση και διερεύνηση της κατεργασίας. Πιο συγκεκριμένα, η τρισδιάστατη γεωμετρία του οδοντωτού τροχού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων κοπής στην ποιότητα της κατεργασμένης επιφάνειας. Αντίστοιχα, τα τρισδιάστατα απαραμόρφωτα απόβλιττα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση της διαδικασίας δημιουργίας του αποβλίττου της κατεργασίας καθώς και τον υπολογισμό των δυνάμεων κοπής. Για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων του μοντέλου προσομοίωσης BevelSim3D, αναπτύχθηκε ο αλγόριθμος επαλήθευσης BevelCurve3D. O αλγόριθμος επαλήθευσης συγκρίνει την τελική προσομοιωμένη επιφάνεια της οδόντωσης με τη θεωρητική επιφάνεια η οποία εξάγεται από ένα καθιερωμένο πρόγραμμα υπολογισμού και σχεδιασμού οδοντωτών τροχών. Η διαδικασία επαλήθευσης πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια απλή γεωμετρική προσέγγιση, συγκρίνοντας τις προσομοιωμένες με τις θεωρητικές συντεταγμένες των τρισδιάστατων παρειών των δοντιών του τροχού και υπολογίζοντας την απόκλιση μεταξύ τους. Εκτός από την αξιολόγηση της ποιότητας της επιφάνειας, η κινηματική προσομοίωση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των δυνάμεων κοπής που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια της κατεργασίας. Ένας από τους βασικούς στόχους της προσομοίωσης των κατεργασιών με αφαίρεση υλικού είναι η μείωση της φθοράς των εργαλείων κοπής η οποία συνεπάγεται μείωση του κόστους παραγωγής. Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα του μοντέλου BevelSim3D, το μοντέλο BevelForce3D υπολογίζει τις δυνάμεις κοπής που αναπτύσσονται κατά την κατεργασία, μέσω της ανάλυσης της τρισδιάστατης γεωμετρίας του παραγόμενου αποβλίττου σε στοιχειώδη απόβλιττα. Οι τοπικές δυνάμεις κοπής στις ακμές του περιστρεφόμενου κοπτικού εργαλείου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση των παραμέτρων κοπής με στόχο τη μείωση της φθοράς του κοπτικού εργαλείου. Οι καθολικές δυνάμεις κοπής που υπολογίζονται σε ένα σταθερό σημείο του κατεργαζόμενου τροχού μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην εκτίμηση της απαραίτητης δύναμης συγκράτησης και της κατάλληλης διάταξης συγκράτησης του ακατέργαστου τροχού πριν ξεκινήσει η κατεργασία καθώς και στην εκτίμηση της παραμόρφωσης του οδοντωτού τροχού και των παραμένουσων τάσεων μετά το πέρας της κατεργασίας. Τέλος, τα δύο μοντέλα προσομοίωσης της κατεργασίας και υπολογισμού των δυνάμεων κοπής χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση της επίδρασης σημαντικών παραμέτρων κοπής αφενός μεν στην ποιότητα της προσομοιωμένης επιφάνειας και αφετέρου στις δυνάμεις κοπής. Η μελέτη έδειξε ότι η πρόωση κύλισης έχει σημαντική επίδραση στην ποιότητα και των δύο παρειών της οδόντωσης και επίσης το εναπομείναν προς αποπεράτωση υλικό, η πρόωση ξεχονδρίσματος και η πρόωση κύλισης επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις δυνάμεις κοπής.

Έρευνα για τις πράσινες κατασκευαστικές τεχνολογίες στη βιομηχανία. Περίληψη: Στην παρούσα εργασία έγινε βιβλιογραφική έρευνα πράσινων τεχνολογιών και μεθόδων που εστιάζουν τόσο στο κομμάτι της παραγωγής όσο και στην οργάνωση αυτής. Το πρώτο μεγάλο κομμάτι της έρευνας έχει να κάνει με τεχνολογίες παραγωγής οι οποίες δεν έχουν να κάνουν μόνο με σύγχρονα μηχανήματα / εργαλειομηχανές αλλά βρίσκουν εφαρμογή και σε συμβατικό εξοπλισμό. Σε αυτό το κομμάτι εξετάζεται η μείωση της σπατάλης πρώτων υλών, ενέργειας και χρόνου κατά την παραγωγική διαδικασία. Στο δεύτερο μεγάλο κομμάτι αναλύονται μέθοδοι που έχουν να κάνουν με την οργάνωση μίας παραγωγικής διαδικασίας ώστε να θεωρηθεί πράσινη. Εδώ γίνεται αναφορά και ανάλυση μεθόδων που είτε χρησιμοποιούνται χρόνια στη βιομηχανία είτε πρόκειται για νέες προσεγγίσεις. Σε αυτό το κομμάτι βλέπουμε πως ο τρόπος που λειτουργεί το ανθρώπινο δυναμικό, η συνεχής βελτίωση των διαδικασιών παραγωγής, η τροφοδοσία από και προς την επιχείρηση, η άμεση και αποτελεσματική λύση προβλημάτων αποτελούν παράγοντες που είναι σε θέση να μειώσουν αισθητά το περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Άλλα κομμάτια στα οποία γίνεται αναφορά μέσα σε αυτή την έρευνα είναι η ανακύκλωση, τα νέα υλικά παραγωγής, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), τα πλαίσια και οι νομοθεσίες για την προστασία του περιβάλλοντος αλλά και η 4η βιομηχανική επανάσταση που ζούμε σήμερα (Industry 4.0).

Περίληψη: Η πλάνιση και η αποφλοίωση με κύλιση είναι από τις πιο γνωστές κατεργασίες για την κατασκευή οδοντώσεων που λειτουργούν σε υψηλό αριθμό στροφών και με υψηλές προδιαγραφές. Στην παρούσα εργασία θα εκτελεστεί πληθώρα προσομοιώσεων για τις δύο κατεργασίες. Οι προσομοιώσεις θα εκτελεστούν στο πρόγραμμα Inventor με την χρήση ενός λογισμικού προσομοίωσης των κατεργασιών κοπής οδοντώσεων που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Μικροκοπής και Κατασκευαστικής Προσομοίωσης. Στόχος της εργασίας είναι η παρουσίαση ενός αναλυτικού οδηγού για τη χρήση του λογισμικού και η επεξήγηση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων. Πιο συγκεκριμένα τα αποτελέσματα των κατεργασιών αφού αναλυθούν, θα δημιουργηθούν διαγράμματα στα οποία θα παρουσιάζεται η επίδραση των συνθηκών κατεργασίας, όπως η γωνία αποβλίττου, το βάθος κοπής και η πρόωση των κατεργασιών στις δυνάμεις κοπής για ευθείες και πλάγιες οδοντώσεις, εσωτερικών και εξωτερικών οδοντωτών τροχών. Τέλος θα γίνει σχολιασμός των αποτελεσμάτων και θα παρουσιαστούν τα συμπεράσματα της εργασίας.

Περίληψη: Στην παρούσα εργασία ολοκληρώθηκε η μελέτη τριών διαφορετικών τύπων μειωτήρων, οι οποίοι αποσυναρμολογήθηκαν και έπειτα σχεδιάστηκαν σε τρισδιάστατη μορφή τα εσωτερικά τους εξαρτήματα. Αποτέλεσμα της σχεδίασης αυτής είναι η δισδιάστατη αποτύπωση των εσωτερικών τμημάτων των μειωτήρων και η προσομοίωση λειτουργίας τους. Οι μειωτήρες που σχεδιάστηκαν είναι: i. Μειωτήρας ατέρμονα κοχλία – κορώνας ii. Διβάθμιος μειωτήρας με μετωπικούς οδοντωτούς τροχούς iii. Μειωτήρας με κωνικά γρανάζια Σε αυτούς τους τρεις μειωτήρες με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, όπως ήδη αναφέρθηκε, πραγματοποιήθηκε η αποσυναρμολόγηση τους και ολοκληρώθηκε η τρισδιάστατη απεικόνισή με ρεαλιστικές διαστάσεις και χαρακτηριστικά των εσωτερικά τμημάτων που τους απαρτίζουν. Μέσα από την τρισδιάστατη σχεδίαση αυτή δημιουργήθηκαν τα μηχανολογικά σχέδια του καθενός μειωτήρα, δηλαδή τα κατασκευαστικά για τις ατράκτους και τους οδοντωτούς τροχούς, καθώς και το συνοπτικό σχέδιο για ολόκληρη τη συναρμολόγηση. Τέλος, παρουσιάζεται η κινηματική αλυσίδα των μειωτήρων με κατάλληλη προσομοίωση σε τρισδιάστατη απεικόνιση για την κατανόηση της μετάδοσης της κίνησης της μία ατράκτου στην άλλη, αλλά και η κινηματική αλυσίδα διασκόρπισης της συναρμολόγησης.

Περίληψη: Στη παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφεται η τοποθέτηση πιεζοηλεκτρικών επιθεμάτων σε δομικές κατασκευές (π.χ. δοκό) και έπειτα η σύνδεση τους με κυκλώματα παραδιακλάδωσης, έτσι ώστε να επιτευχθεί η καταστολή των ταλαντώσεων καθώς και η μείωση των κραδασμών όπου έχουν προκληθεί από εξωτερικές αιτίες όπως δονήσεις, θόρυβοι, παλμοί κλπ. Στη συνέχεια με τη χρήση προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων για πολλά συνδυασμένα πεδία πραγματοποιείται η μοντελοποίηση της κατασκευής καθώς και η προσομοίωση της σε επίπεδο ιδιομορφικής ανάλυσης. Πρόκειται για πρόβλημα συνδυασμένων πεδίων και στη δική μας περίπτωση γίνεται μελέτη στο πεδίο συχνοτήτων για την εύρεση μιας ή περισσότερων ιδιοσυχνοτήτων του συστήματος. Συνεπώς ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη διαφορετικών περιπτώσεων και η διερεύνηση των τιμών των παραμέτρων ώστε να αξιολογηθεί η επίδραση των κυκλωμάτων πάνω στο σύστημα. Ακολούθως τα αποτελέσματα, που προέκυψαν, συγκρίνονται με δημοσιευμένα αποτελέσματα. Δοκιμάστηκαν παραδιακλαδωμένα κυκλώματα, τα οποία μειώνουν τη ταλάντωση σε μια ή περισσότερες ιδιομορφές. Όσον αφορά τις πρακτικές εφαρμογές η συγκεκριμένη έρευνα στοχεύει στην εκμετάλλευση των δυνατοτήτων των προαναφερόμενων τεχνικών (ηλεκτρονικά κυκλώματα, πιεζοηλεκτρικά υλικά κλπ.) για την ανάπτυξη συστημάτων απόσβεσης ταλαντώσεων ή εξαγωγής ενέργειας από το σύνθετο σύστημα και εφαρμογή σε κατασκευές.

Περίληψη: Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται αρχικά αναφορά στις μαθηματικές μεθοδολογίες που δημιουργήθηκαν, ακόμα και από τα αρχαία χρόνια, που βοήθησαν στην αντίληψη της γεωμετρίας και των συντεταγμένων. Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι λόγοι που οδήγησαν στον σχεδιασμό των υπολογιστών που είναι και αναπόσπαστο κομμάτι της δημιουργίας, του αρχικά δισδιάστου και στην συνέχεια τρισδιάστατου σχεδιασμού καθώς και από ποιές πλευρές της κοινωνίας έγινε η έρευνα της δημιουργίας αυτών των λογισμικών. Επίσης γίνεται αναφορά στην εξέλιξη των συστημάτων αυτών, με τους τρόπους που απεικονίζονται τα σχεδιαζόμενα αντικείμενα καθώς παρουσιάζονται και αλγόριθμοι που βοήθησαν να ξεπεράσουν προβλήματα που προέκυψαν στην απεικόνιση τους. Για την καλύτερη κατανόηση των δυνατοτήτων της τρισδιάστατης μοντελοποίησης και των συστημάτων CAD παρουσιάζεται η κατασκευή ποικίλων τρισδιάστατων τεμαχίων καθώς και τα μηχανολογικά τους σχέδια. Παρουσίαζεται, εκτός από την τρισδιάστατη σχεδίαση και η τρισδιάστατη εκτύπωση. Επιπρόσθετα γίνεται παρουσίαση κάποιων από τα βασικά σύγχρονα συστήματα τρισδιάστατης μοντελοποίησης με τις δυνατότητες τους. Τέλος γίνεται αναφορά της εκπαιδευτικής εφαρμογής “agmAR” του Άγγελου Μαρινάκη που σε συνδιασμό με το εκπαιδευτικό σύγγραμα του Κ. Αριστομένη Αντωνιάδη εισάγει τους σπουδαστές του σε μία καινοτόμα διαδραστική εκπαιδευτική διαδικασία.

Engineers focus on the design of new added-value products, which satisfy the human needs. The product-design process follows a base line. It starts from an idea and through 2D and 3D design, models are created for creating prototypes, which are then evaluated. During this process many design parameters and other specifications have to be taken into account. Topology optimization is a well-known design decision tool for designers/engineers. Generative design based on topology optimization and artificial-intelligent algorithms is also a helpful design tool, especially in the early design stage of conceptual design. Topology optimization and generative design outcomes are characterized by a complex-structure shape. Often these structures are difficult, or impossible to be produced with traditional fabrication techniques. Additive manufacturing, due to its ability to fabricate any complex shape, is the appropriate method to overcome this limitation. In this thesis topology optimization and generative design are utilized for the design of a consumer product and also for the redesign of mechanical components, taking into account the limitations of the selected additive manufacturing technique. The developments of additive manufacturing in recent years and its close relevance with the results of TO and GD process are very encouraging. Auxetic materials have enhanced dynamical properties and damping behavior, and thus they can be used in certain applications. This property is usually explained from the microstructure, although other models have been used as well, such as chiral, or mechanism-based models. Auxetic materials are used in several fields, however, optimal design towards dynamical properties is still under investigation. In this study the efficiency of auxetic materials on a dynamic loading caused by bullet penetration has been compared with non-auxetic materials. A key factor of additive manufacturing for the fabrication of light weight structures is the selected infill structures. In the current thesis by utilizing topology optimization, new infill structures are designed with the use of the SIMP topology optimization method. The selected method predicts the material distribution in a specific and predefined domain in an accurate way, but it does not check other material properties, such us structure isotropy. In the current thesis a hybrid approach has been adopted, which combines topology optimization and the classic homogenization method to evaluate the topological optimized microstructures. Using an RVE (Representative Volume Element) the results are evaluated numerically. Then, using additive manufacturing, specimens of both microstructures are fabricated and evaluated with compression and tensile strength tests. The results agree with the numerical findings that the microstructures have anisotropic behavior., Οι μηχανικοί σχεδίασης προϊόντων αποσκοπούν στη σχεδίαση νέων, καινοτόμων προϊόντων τα οποία θα ανταποκρίνονται ισάξια τόσο στις ανάγκες των χρηστών όσο και των κατασκευαστών. Η διαδικασία σχεδίασης ενός νέου προϊόντος ακολουθεί μια διαδικασία αρκετά τυποποιημένη, που ξεκινά από τη σύλληψη της ιδέας, συνεχίζεται με τη δημιουργία δισδιάστατων και τρισδιάστατων σχεδίων και ολοκληρώνεται με τη δημιουργία πρωτοτύπων, από την αξιολόγηση των οποίων θα κριθεί η απόφαση για συνέχιση στο στάδιο της παράγωγής ή για αναθεώρηση των δεδομένων της σχεδιομελέτης. Είναι σημαντικό, να ληφθούν υπόψη όλοι οι παράγοντες που θα διαμορφώσουν τις προδιαγραφές του νέου προϊόντος και να συνεκτιμηθούν. Η διαδικασία αυτή μόνο εύκολη δεν είναι και απαιτεί χρόνο και πόρους. Σε αυτή την προσπάθεια, σύγχρονα εργαλεία που ανήκουν στο φάσμα της υπολογιστικής μηχανικής όπως η τοπολογική βελτιστοποίηση και ο γενετικός σχεδιασμός μπορούν να συμβάλλουν με κρίσιμο τρόπο στη λήψη των αποφάσεων. Παράλληλα, η αξιοποίηση της προσθετικής κατασκευής μπορεί συμβάλει αποφασιστικά όχι μόνο για τη δημιουργία πρωτοτύπων για αξιολόγηση αλλά και τελικών, έτοιμων προς χρήση, προϊόντων. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η αξιοποίηση της τοπολογικής βελτιστοποίησης και του γενετικού σχεδιασμού σε μελέτες περίπτωσης προϊόντων ή εξαρτημάτων. Συγκεκριμένα, μελετάται η σχεδίαση ενός σχεδίου τραπεζιού από το στάδιο της ανάπτυξης των αρχικών ιδεών. Στη συνέχεια, μελετάται η βέλτιστη σχεδίαση υφιστάμενων μηχανολογικών εξαρτημάτων. Οι σημαντικές δυνατότητες που προσφέρει η προσθετική κατασκευή, για την παραγωγή δομών υψηλής πολυπλοκότητας από μεγάλο εύρος υλικών, οδηγεί στην αξιοποίηση δομών που σε αντίθετη περίπτωση δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε εύρος παραγωγής. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα των αυξητικών υλικών οι ιδιότητες των οποίων είναι ασυνήθιστες. Ορίζονται ως αυξητικά καθώς έχουν αρνητικό λόγο Poisson. Η αυξητική συμπεριφορά προκύπτει από την ειδική δομή τους και τον τρόπου με τον οποίο παραμορφώνονται όταν φορτιστούν. Σημαντικά χαρακτηριστικά των αυξητικών υλικών είναι η αντοχή σε θραύση αλλά και σε κρούση. Στην παρούσα διατριβή ερευνάται η αξιοποίηση αυξητικών υλικών σε δυναμικό πρόβλημα κρούσης από σφαίρα. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ευνοϊκότερη συμπεριφορά σε σύγκριση με μη αυξητική δομή. Η ικανότητα της προσθετικής κατασκευής να χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομών στιβαρών χαμηλού βάρους οφείλεται σε σημαντικό βαθμό στη χρήση δομών πλήρωσης. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιείται μια υβριδική προσέγγιση για το σχεδιασμό νέων δομών πλήρωσης. Οι δομές προκύπτουν από την αξιοποίηση της τοπολογικής βελτιστοποίησης. Εξαιτίας όμως, της αδυναμίας ελέγχου άλλων ιδιοτήτων της προκύπτουσας δομής πέρα από την εύρεση της βέλτιστης λύσης για την κατανομή του υλικού χρησιμοποιείται συνδυαστικά και η κλασική μέθοδος της ομογενοποίησης. Σκοπός είναι να ελεγχθεί πρώτα αριθμητικά η ισοτροπία της δομής με τον υπολογισμό του λόγου zener και του μέτρου ελαστικότητας Young. Από τα αποτελέσματα της αριθμητικής μεθόδου προκύπτει η ανισοτροπία των δομών. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα των μικροδομών και ελέγχονται ως υλικό πλήρωσης σε μοντέλο δοκού. Έπειτα, εκτυπώνονται τρισδιάστατες πλεγματικές δομές πλήρωσης με σκοπό την αξιολόγηση τους πειραματικά με τη διενέργεια ελέγχου σε κάμψη αλλά και εφελκυσμό. Από τα αποτελέσματα προκύπτει η επαλήθευση των αποτελεσμάτων της αριθμητικής ομογενοποίησης.

Διπλωματική εργασία που υποβλήθηκε στη σχολή ΜΠΔ του Πολ. Κρήτης για την πλήρωση προϋποθέσεων λήψης του Διπλώματος. Περίληψη: Σκοπός της παρούσας διπλωματική εργασίας, είναι η ανάλυση της διαδικασίας σχεδιασμού σωληνώσεων σε τρισδιάστατο περιβάλλον. Παρουσιάζονται τα σημαντικότερα μέρη των δικτύων σωληνώσεων ενώ στη συνέχεια αναλύονται οι αρχές που ακολουθεί ένας μηχανικός πριν το σχεδιασμό. Ο σχεδιασμός των δικτύων σωληνώσεων γίνεται με τη χρήση της εφαρμογής Tube and Pipe του προγράμματος Inventor της Autodesk και η εργασία εξερευνά τις δυνατότητες της εφαρμογής μέσω παραδειγμάτων και καταλήγει στο σχεδιασμό και στην κατασκευή μιας βιομηχανικής εγκατάστασης.

Περίληψη: Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό τη παρουσίαση της στρατηγικής μηδενικού σφάλματος, η οποία βρίσκει εφαρμογή σε έξυπνα εργοστάσια. Η κύρια πρόκληση της βιομηχανίας είναι η γρήγορη ανταπόκριση στις διαρκώς μεταβαλλόμενες ανάγκες των καταναλωτών, ωθώντας τις στη παραγωγή μικρότερων παρτίδων, από διαφοροποιημένα προϊόντα. Επομένως η διαχείριση ποιότητας είναι σημαντική για την εξασφάλιση υψηλών ποιοτικών προτύπων για τα προϊόντα που εξέρχονται της παραγωγικής διαδικασίας. Πλέον η ψηφιοποίηση των συστημάτων παραγωγής αυξάνεται με εκθετικό ρυθμό που συνεπάγεται με αύξηση του όγκου των δεδομένων που δημιουργούνται. Η τέταρτη βιομηχανική επανάσταση (Βιομηχανία 4.0) προσφέρει τεχνολογίες οδηγούμενες από τα δεδομένα, όπου η σωστή αξιοποίηση τους, οδηγεί στην εξόρυξη χρήσιμης γνώσης από τη συλλογή της πληθώρας δεδομένων που βρίσκεται διαθέσιμη στο χώρο παραγωγής. Με βάση τις νέες τεχνολογικές έννοιες υλοποιείται το έξυπνο εργοστάσιο. Η προσέγγιση για την επίτευξη μηδενικού σφάλματος στο τέλος της παραγωγικής διαδικασίας στο έξυπνο εργοστάσιο αποτελεί τη παραγωγή μηδενικών σφαλμάτων. Υπό αυτό το πλαίσιο, στη διπλωματική εργασία αρχικά θα παρουσιασθεί το θεωρητικό πλαίσιο στη διαχείριση ποιότητας. Στη συνέχεια ακολουθεί η εξέλιξη των παραγωγικών συστημάτων, η παρουσίαση της λιτής παραγωγής και των εργαλείων αυτής καθώς και η πορεία προς τη μαζική εξατομίκευση. Έπειτα θα παρουσιασθεί η παραγωγή μηδενικών σφαλμάτων με τις στρατηγικές αυτής καθώς και του τρόπου ενίσχυσης των παραδοσιακών μεθόδων βελτίωσης ποιότητας. Τέλος θα αναλυθούν οι τεχνολογίες που συνθέτουν το έξυπνο εργοστάσιο για να βρει εφαρμογή η στρατηγική μηδενικού σφάλματος για να ακολουθήσει το συμπέρασμα της ανάγκης εφαρμογής της μεθόδου για υψηλότερη ποιότητα και παραγωγική βιωσιμότητα.

Ένα ψηφιακό δίδυμο είναι ένα ψηφιακό αντίγραφο ενός φυσικού αντικειμένου ή συστήματος. Το εικονικό μοντέλο ενός συστήματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του στον πραγματικό κόσμο, τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας του και την δημιουργία νέων δυνατοτήτων. Τα ψηφιακά δίδυμα βρίσκουν εφαρμογή σε ποικιλία βιομηχανιών για τη δημιουργία εξυπνότερων, πιο αποδοτικών συστημάτων. Στη βιομηχανία παροχής νερού, για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται ψηφιακά δίδυμα για την ανάλυση των συστημάτων διανομής και τον εντοπισμό πιθανών προβλημάτων πριν αυτά εμφανιστούν. Αυτό βοηθά τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να αποφεύγουν δαπανηρές επισκευές και να βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα των λειτουργιών τους. Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας των ψηφιακών διδύμων σε τέτοιους κλάδους μπορεί να οδηγήσει σε ένα πιο βιώσιμο μέλλον και βελτιωμένη διαχείριση των πόρων. Στην παρούσα εργασία δημιουργείται το ψηφιακό δίδυμο για το δίκτυο υδροδότησης από το φράγμα Αποσελέμη προς το Ηράκλειο. Συγκεκριμένα, για την ψηφιακή απεικόνιση χρησιμοποιείται το EPANET, ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα ελεύθερα διαθέσιμο. Στο πρόγραμμα αυτό γίνεται και η ανάλυση με την βοήθεια μετρήσεων που έχουν αντληθεί από το πραγματικό δίκτυο. Στόχος της μελέτης είναι να αποτυπωθεί το δίκτυο στο EPANET και το εικονικό δίκτυο να λειτουργεί όπως το πραγματικό. Πραγματοποιούνται, επίσης, ορισμένα παραδείγματα αναλύσεων για να γίνει κατανοητή η αποτύπωση των αποτελεσμάτων. Μέσα από τα παραδείγματα διερευνάται εάν είναι εφικτό να εντοπιστούν σημεία με μεγάλη πίεση ή έντονες μεταβολές της πίεσης στο δίκτυο. Κατ’ επέκταση σκοπός είναι να γίνεται πρόβλεψη των πιέσεων σε μη προσβάσιμα σημεία, της κόπωσης του υλικού και να υποστηρίζεται η προληπτική συντήρηση., A digital twin is a digital replica of a physical object or system. The virtual model of a system can be used to simulate its real-world behavior, optimize performance and enable new capabilities. Digital twins apply in a variety of industries to create smarter, more efficient systems. In the water supply industry, for example, digital twins are being utilized in order to analyze distribution systems and identify potential problems before they occur. This helps utilities avoid costly repairs and improve the efficiency of their operations. The inclusion of digital twins technology in these fields may result in a more sustainable future and improved management of resources. In this thesis, the digital twin for the water distribution network from the Aposelemi dam to Heraklion is created. In particular, EPANET, a freely available open source software, is used for digital modeling. The analysis is also conducted in this program using data taken from the actual network. The goal of the study is to model the network on EPANET and make the virtual network function like the original. Analysis examples are also conducted to make the results clear. Through the examples, it is investigated whether it is possible to identify parts with high pressure or intense pressure changes in the network. By extension, the purpose is to predict the pressures in inaccessible places, the fatigue of the material and to support preventive maintenance.

Περίληψη: Η παρούσα διπλωαμτική εργασία, που πραγματοποιείται ως προαπαιτούμενο του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών του Τμήματος Συστημάτων Παραγωγής του Πολυτεχνείου Κρήτης, πραγματεύεται την σχεδίαση και την τρισδιάστατη απεικόνιση ενός διόροφου κτιρίου κατοικίας καθώς και την εφαρμογή κτιριακών αυτοματισμών με το σύστημα ΚΝΧ στο συγκεκριμένο κτίριο. Πιο συγκεκριμένα, η εργασία οργανώνεται με τέσσερα βασικά κεφάλαια, εκ των οποίων στο πρώτο παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά το πρόγραμμα σχεδίασης ArchiCAD και τα χαρακτηριστικά του. Στην συνέχεια, το δεύτερο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην αναλυτική σχεδίαση του κριτικού κελύφους και των εξωτερικών χώρων, όπου περιλαμβάνονται στοιχεία σχετικά με τις κατόψεις, τις όψεις και τις τομές του κτιρίου. Έπειτα, στο τρίτο κεφάλαιο παρατηρείται η πραγμάτωση της τρισδιάστατης απεικόνισης του κτιρίου όπως και εικόνες σχετικές με τις φωτορεαλιστικές απεικονίσεις. Τέλος, το τέταρτο κεφάλαιο απαρτίζεται αφενός από το ηλεκτρολογικό σχέδιο του κτιρίου (τοποθέτηση πριζών και διακοπτών), σύμφωνα με το πρότυπο κτιριακού αυτοματισμού ΚΝΧ, και αφετέρου με το μονογραμμικό σχέδιο, καθώς και με στοιχεία που αφορούν τα συστήματα αυτοματισμών για το προαναφερόμενο κτίριο.

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει ως κύριο σκοπό της την ανάπτυξη αλγορίθμου προσομοίωσης και βελτιστοποίησης, με στόχο τον σχεδιασμό ενός αιολικού πάρκου παραγωγής ενέργειας ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες. Αρχικά, παρουσιάζονται διάφορες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και αναλύεται η λειτουργεία των ανεμογεννητριών για την λύση των περιβαλλοντολογικών προβλημάτων αλλά και για την καλύτερη κατανόηση της παρούσας εργασίας. Αρχικά, θα πραγματοποιηθεί μία ανασκόπηση σε παρόμοιες εργασίες της βιβλιογραφίας, στην οποία αναλύεται και σχολιάζεται η μοντελοποίηση, η μεθοδολογία και τα χαρακτηριστηκα αποτελέσματα σε διάφορα προβλήματα διαστασιολόγησης αιολικών πάρκων, φωτοβολταικών σταθμών καθώς και υβριδικών συστημάτων ανεμογεννητριών-φωτοβολταικών. Στη συνέχεια για την υλοποίηση του υπολογιστικού τμήματος της εργασίας, παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο υπολογισμού παραγωγής ενέργειας των ανεμογεννητριών το οποίο συγκρίνεται με τις εργοστασιακές προδιαγραφές της κάθε ανεμογεννήτριας ώστε να ελεγχθει η εγκυρότητα του (εξακρίβωση μοντέλου). Επιπρόσθετα, αναπτύσσεται και ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης για τον προσδιορισμό του μεγέθους του αιολικού πάρκου ανάλογα με την ενεργειακή ζήτηση που έχει επιλεχθεί (σενάριο λειτουργίας/βελτιστοποίησης). Με βάση το παραπάνω μοντέλο, πραγματοποιείται η ανάπτυξη κώδικα στο περιβάλλον matlab αξιοποιώντας το πακέτο βελτιστοποίησης γενετικών αλγορίθμων που στοχεύει στην βέλτιστη διαστασιολόγηση του αιολικού πάρκου. Στα βασικά τμήματα της εργασίας, πραγματοποείται η βελτιστοποίηση για τρία διαφορετικά ενεργειακά προφίλ: ενα σπίτι, ενα σούπερ μάρκετ και ένα νοσοκομείο. Οι ανεμογεννήτριες που θα χρησιμοποιηθούν για την μελέτη είναι της τάξης των 600W, 800W, 1000W, 1500W και 2000W. Παρατηρήθηκε όμως οτι αυτές χρειάζεται ενας πολύ μεγάλος αριθμος ανεμογεννητριών για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών στο σούπερ μάρκετ και στο νοσοκομείο, οπότε χρησιμοποιήθηκαν και ανεμογεννήτριες των 0.5 ΜW, 1 ΜW και 2.3 ΜW (καθώς και ο συνδυασμός τους). Περίληψη: Η παρούσα διπλωματική Εργασία έχει ως κύριο σκοπό της, την ανάπτυξη αλγορίθμου προσομοίωσης και βελτιστοποίησης με στόχο τον σχεδιασμό ενός αιολικού πάρκου που να καλύπτει προκαθορισμένες ενεργειακές ανάγκες. Αρχικά, παρουσιάζονται διάφορες πηγές ΑΠΕ και αναλύεται η λειτουργία των ανεμογεννητριών για την λύση των περιβαλλοντικών και ενεργειακών προβλημάτων. Στην συνέχεια, θα πραγματοποιηθεί μία ανασκόπηση σε παρόμοιες εργασίες της βιβλιογραφίας στις οποίες αναλύεται και σχολιάζεται η ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων, η μεθοδολογία διαστασιολόγησης, καθώς και τα χαρακτηριστικά αποτελέσματα τους (διαστασιολόγηση αιολικών πάρκων, φωτοβολταικών σταθμών καθώς και υβριδικών συστημάτων ανεμογεννητριών-φωτοβολταικών). Στη συνέχεια για την υλοποίηση του υπολογιστικού τμήματος της εργασίας παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο προσδιορισμού ισχύος των ανεμογεννητριών, που συγκρίνεται με τις εργοστασιακές τιμές της κάθε ανεμογεννήτριας (εξακρίβωση μοντέλου). Ακόμα, αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος βελτιστοποίησης με στόχο τον προσδιορισμό του μεγέθους του αιολικού πάρκου ανάλογως με την ενεργειακή ζήτηση. Στο κύριο μέρος της εργασίας πραγματοποιείται η βελτιστοποίηση για τρία διαφορετικά ενεργειακά προφίλ: ένα σπίτι, ένα σούπερ μάρκετ και ένα νοσοκομείο. Οι ανεμογεννήτριες που θα χρησιμοποιηθούν για την μελέτη είναι της τάξης των 600W, 800W, 1000W, 1500W και 2000W. Παρατηρήθηκε όμως, ότι αυτές οι ανεμογεννήτριες απαιτούν υψηλό αριθμό για να παρέχουν τα κατάλληλα ποσά ενέργειας στο σούπερ μάρκετ και στο νοσοκομείο οπότε αξιολογήθηκαν και ανεμογεννήτριες 0.5 ΜW,1 ΜW και 2.3 ΜW.