], dziedzina nauki i technologii oparta na synergicznym połączeniu jednostek mechaniki precyzyjnej z komponentami elektronicznymi, elektrycznymi i komputerowymi, zapewniająca projektowanie i produkcję jakościowo nowych modułów, systemów i maszyn z inteligentnym sterowaniem ich ruchami funkcjonalnymi. Termin „Mechatronika” (angielski „Mechatronika”, niemiecki „Mechatronik”) został wprowadzony przez japońską firmę Yaskawa Electric Corp. » w 1969 r. i zarejestrowany jako znak towarowy w 1972 r. Należy zauważyć, że w krajowej literaturze technicznej z lat pięćdziesiątych XX wieku. używano podobnie wyprowadzonego terminu – „mechanotrony” (lampy elektroniczne z ruchomymi elektrodami, które służyły jako czujniki drgań itp.). Technologie mechatroniczne obejmują procesy projektowe, produkcyjne, informacyjne, organizacyjne i ekonomiczne, które zapewniają pełny cykl życia produktów mechatronicznych.
Przedmiot i metoda mechatroniki
Głównym zadaniem mechatroniki jako kierunku nowoczesna nauka a technologia polega na tworzeniu konkurencyjnych systemów sterowania ruchem dla różnych obiektów mechanicznych i inteligentnych maszyn, które mają jakościowo nowe funkcje i właściwości. Metoda mechatroniczna polega (w konstrukcji układów mechatronicznych) na integracji systemów i wykorzystaniu wiedzy z odrębnych dotychczas dziedzin nauki i inżynierii. Należą do nich mechanika precyzyjna, elektrotechnika, hydraulika, pneumatyka, informatyka, mikroelektronika i sterowanie komputerowe. Systemy mechatroniczne budowane są poprzez synergiczną integrację modułów konstrukcyjnych, technologii, procesów energetycznych i informacyjnych, od etapu projektowania po produkcję i eksploatację.
W latach 70. – 80. trzy podstawowe kierunki - osie mechatroniki (mechaniki precyzyjnej, elektroniki i informatyki) zostały zintegrowane parami, tworząc trzy kierunki hybrydowe (na rys. 1 pokazano je jako boczne ściany piramidy). To jest elektromechanika (stowarzyszenie elementy mechaniczne z produktami elektrycznymi i komponentami elektronicznymi), komputerowe systemy sterowania (integracja sprzętu i oprogramowania urządzeń elektronicznych i sterujących), a także systemy projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) układów mechanicznych. Następnie – już na styku trendów hybrydowych – pojawia się mechatronika, której kształtowanie się jako nowego kierunku naukowo-technicznego rozpoczyna się w latach 90-tych XX wieku.
Elementy modułów i maszyn mechatronicznych mają różną naturę fizyczną (mechaniczne przetworniki ruchu, silniki, zespoły informacyjne i elektroniczne, urządzenia sterujące), co determinuje interdyscyplinarne problemy naukowo-techniczne mechatroniki. Zadania interdyscyplinarne wyznaczają także treść programów kształcenia i doskonalenia zawodowego specjalistów, które skupiają się na systemowej integracji urządzeń i procesów w systemach mechatronicznych.
Zasady budownictwa i kierunki rozwoju
Rozwój mechatroniki jest priorytetowym kierunkiem współczesnej nauki i technologii na całym świecie. W naszym kraju technologie mechatroniczne będące podstawą budowy robotów nowej generacji zaliczają się do technologii krytycznych Federacji Rosyjskiej.
Aktualne wymagania stawiane modułom i systemom mechatronicznym nowej generacji obejmują: realizację jakościowo nowych zadań usługowych i funkcjonalnych; inteligentne zachowanie w zmieniającym się i niepewnym środowisku zewnętrznym w oparciu o nowe metody zarządzania złożonymi systemami; ultrawysokie prędkości w celu osiągnięcia nowego poziomu wydajności kompleksów technologicznych; ruchy o wysokiej precyzji w celu wdrażania nowych technologii precyzyjnych, aż po mikro- i nanotechnologie; zwartość i miniaturyzacja konstrukcji w oparciu o zastosowanie mikromaszyn; zwiększenie wydajności wieloosiowych układów mechatronicznych w oparciu o nowe struktury kinematyczne i układy konstrukcyjne.
Budowa modułów i systemów mechatronicznych opiera się na zasadach projektowania równoległego (ang. concurrent Engineering), wykluczeniu wieloetapowych przemian energii i informacji, konstruktywnym łączeniu elementów mechanicznych z cyfrowymi jednostkami elektronicznymi i sterownikami sterującymi w pojedyncze moduły .
Kluczową zasadą projektowania jest przejście od złożonych urządzeń mechanicznych do rozwiązań kombinowanych, opartych na ścisłej interakcji prostszych elementów mechanicznych z komponentami i technologiami elektronicznymi, komputerowymi, informacyjnymi oraz inteligentnymi. Komputer i inteligentne urządzenia nadają systemom mechatronicznym elastyczność, gdyż łatwo je przeprogramować do nowego zadania oraz są w stanie optymalizować właściwości układu pod wpływem zmiennych i niepewnych czynników działających ze środowiska zewnętrznego. Warto zaznaczyć, że w ostatnich latach cena tego typu urządzeń stale spada, a ich funkcjonalność rośnie.
Tendencje w rozwoju mechatroniki wiążą się z pojawieniem się nowych, fundamentalnych podejść i metody inżynieryjne rozwiązywanie problemów integracji techniczno-technologicznej urządzeń o różnym charakterze fizycznym. Układ nowej generacji złożonych systemów mechatronicznych tworzą inteligentne moduły („kostki mechatroniczne”), łączące w jednej obudowie elementy wykonawcze i inteligentne. Sterowanie ruchem systemów odbywa się za pomocą środowisk informatycznych wspomagających rozwiązywanie problemów mechatronicznych oraz specjalnego oprogramowania realizującego komputerowe i inteligentne metody sterowania.
Klasyfikację modułów mechatronicznych ze względu na cechy konstrukcyjne przedstawiono na rys. 2.
Moduł ruchu jest strukturalnie i funkcjonalnie niezależną jednostką elektromechaniczną, w skład której wchodzą części mechaniczne i elektryczne (elektryczne), która może być używana jako oddzielna jednostka lub w różnych kombinacjach z innymi modułami. Główną różnicą pomiędzy modułem ruchu a powszechnym przemysłowym napędem elektrycznym jest zastosowanie wału silnika jako jednego z elementów mechanicznego przetwornika ruchu. Przykładami modułów ruchu są motoreduktor, silnik kołowy, elektrobęben i wrzeciono maszyny elektrycznej.
Motoreduktory są historycznie pierwszymi modułami mechatronicznymi opartymi na zasadzie ich konstrukcji, które zaczęto produkować masowo i nadal są szeroko stosowane w napędach różne maszyny i mechanizmy. W motoreduktorze wał stanowi konstrukcyjnie pojedynczy element silnika i przetwornika ruchu, co eliminuje tradycyjne sprzęganie, uzyskując w ten sposób zwartość; jednocześnie znacznie zmniejsza się liczba części łączących, a także koszty instalacji, debugowania i uruchamiania. W motoreduktorach najczęściej stosuje się silniki asynchroniczne z wirnikiem klatkowym i regulowanym przemiennikiem prędkości obrotowej wału, silniki jednofazowe i silniki jako silniki elektryczne. prąd stały. Jako przetworniki ruchu stosowane są przekładnie walcowe, stożkowe, ślimakowe, planetarne, falowe i śrubowe. Aby zabezpieczyć się przed nagłymi przeciążeniami, instalowane są ograniczniki momentu obrotowego.
Mechatroniczny moduł ruchu jest produktem samodzielnym konstrukcyjnie i funkcjonalnie, w skład którego wchodzi sterowany silnik, urządzenia mechaniczne i informacyjne (rys. 2). Jak wynika z tę definicję w porównaniu z modułem ruchu, w mechatronicznym module ruchu wbudowane jest dodatkowo urządzenie informacyjne. Urządzenie informacyjne obejmuje czujniki sygnału zwrotnego, a także jednostki elektroniczne do przetwarzania sygnału. Przykładami takich czujników są czujniki fotoimpulsowe (enkodery), linijki optyczne, transformatory obrotowe, czujniki siły i momentu obrotowego itp.
Ważny krok W rozwoju mechatronicznych modułów ruchu zaczęto rozwijać moduły typu „element roboczy silnika”. Takie moduły konstrukcyjne mają szczególne znaczenie w technologicznych układach mechatronicznych, których celem ruchu jest realizacja ukierunkowanego oddziaływania ciała roboczego na przedmiot pracy. Mechatroniczne moduły ruchu typu „silnikowy element roboczy” znajdują szerokie zastosowanie w obrabiarkach zwanych wrzecionami silników.
Inteligentny moduł mechatroniczny (IMM) jest strukturalnie i funkcjonalnie niezależnym produktem, zbudowanym poprzez synergiczną integrację części silnikowych, mechanicznych, informacyjnych, elektronicznych i sterujących.
Tym samym w porównaniu z mechatronicznymi modułami ruchu elementy sterujące i zasilające są dodatkowo wbudowane w konstrukcję IMM urządzenia elektryczne, co nadaje tym modułom inteligentne właściwości (rys. 2). Do grupy takich urządzeń zaliczają się cyfrowe urządzenia obliczeniowe (mikroprocesory, procesory sygnałowe itp.), elektroniczne przetworniki mocy, urządzenia interfejsowe i komunikacyjne.
Zastosowanie inteligentnych modułów mechatronicznych daje systemom i kompleksom mechatronicznym szereg podstawowych zalet: zdolność IMM do samodzielnego wykonywania złożonych ruchów, bez odwoływania się do wyższego poziomu sterowania, co zwiększa autonomię modułów, elastyczność i żywotność mechatroniki systemy działające w zmiennych i niepewnych warunkach środowiskowych; uproszczenie komunikacji pomiędzy modułami a centralnym urządzeniem sterującym (aż do przejścia na komunikację bezprzewodową), co pozwala na osiągnięcie zwiększonej odporności na zakłócenia systemu mechatronicznego i możliwości jego szybkiej rekonfiguracji; zwiększenie niezawodności i bezpieczeństwa układów mechatronicznych dzięki komputerowej diagnostyce usterek i automatycznej ochronie w stanach pracy awaryjnej i anormalnej; tworzenie rozproszonych systemów sterowania w oparciu o IMM z wykorzystaniem metod sieciowych, opartych na platformach sprzętowych i programowych komputery osobiste i powiązane oprogramowanie; zastosowanie nowoczesnych metod teorii sterowania (adaptacyjnych, inteligentnych, optymalnych) bezpośrednio na poziomie wykonawczym, co znacząco poprawia jakość procesów sterowania w konkretnych wdrożeniach; intelektualizacja przekształtników mocy wchodzących w skład IMM do implementacji bezpośrednio w module mechatronicznym inteligentnych funkcji sterowania ruchem, zabezpieczenia modułu w stanach awaryjnych i diagnostyki usterek; Intelektualizacja czujników dla modułów mechatronicznych umożliwia osiągnięcie wyższej dokładności pomiaru poprzez oprogramowanie zapewniające filtrowanie szumów, kalibrację, linearyzację charakterystyk wejścia/wyjścia, kompensację usieciowań, histerezy i dryftu zera w samym module czujnika.
Systemy mechatroniczne
Systemy i moduły mechatroniczne wkroczyły zarówno w działalność zawodową, jak i w życie codzienne współczesnych ludzi. Obecnie są one szeroko stosowane w wielu różnych dziedzinach: motoryzacja ( automatyczne skrzynki przekładnie, hamulce przeciwblokujące, moduły napędu kół silnikowych, systemy automatycznego parkowania); robotyka przemysłowa i usługowa (roboty mobilne, medyczne, domowe i inne); urządzenia peryferyjne komputery i sprzęt biurowy: drukarki, skanery, napędy CD, kopiarki i faksy; urządzenia produkcyjne, technologiczne i pomiarowe; sprzęt AGD: pranie, szycie, zmywarki i odkurzacze autonomiczne; systemy medyczne (np. sprzęt do chirurgii robotycznej, wózki inwalidzkie i protezy dla osób niepełnosprawnych) oraz sprzęt sportowy; lotnictwo, przestrzeń kosmiczna i wyposażenie wojskowe; mikrosystemy dla medycyny i biotechnologii; wyposażenie wind i magazynów, automatyczne drzwi w hotelach, na lotniskach, w metrze i pociągach; urządzenia transportowe(samochody elektryczne, rowery elektryczne, wózki inwalidzkie); sprzęt fotograficzny i wideo (odtwarzacze płyt wideo, urządzenia do ustawiania ostrości kamer wideo); urządzenia ruchome dla przemysłu rozrywkowego.
Wybór konstrukcji kinematycznej jest najważniejszym zadaniem w projektowaniu koncepcyjnym maszyn nowej generacji. Skuteczność jego rozwiązania w dużej mierze determinuje główny specyfikacje systemu, jego parametry dynamiczne, szybkościowe i dokładnościowe.
To właśnie mechatronika dała nowe pomysły i metody projektowania układów ruchomych o nowych jakościowo właściwościach. Efektywnym przykładem takiego rozwiązania było stworzenie maszyn o kinematyce równoległej (MPK) (rys. 3).
Ich konstrukcja opiera się najczęściej na platformie Hugh-Stewarta (rodzaj manipulatora równoległego o 6 stopniach swobody; zastosowano oktaedryczny układ zębatkowy). Maszyna składa się ze stałej podstawy i ruchomej platformy, które są połączone ze sobą kilkoma prętami o kontrolowanej długości. Pręty połączone są z podstawą i platformą parami kinematycznymi, które charakteryzują się odpowiednio dwoma i trzema stopniami ruchomości. Element roboczy (na przykład narzędzie lub głowica pomiarowa) jest instalowany na ruchomej platformie. Programowo dostosowując długości prętów za pomocą napędów ruchu liniowego, możliwe jest kontrolowanie ruchów i orientacji ruchomej platformy i korpusu roboczego w przestrzeni. W przypadku maszyn uniwersalnych, które wymagają ruchu korpusu roboczego jako bryły sztywnej w sześciu stopniach swobody, konieczne jest posiadanie sześciu drążków. W literaturze światowej takie maszyny nazywane są „sześcionogami” (od greckiego ἔ ξ - sześć).
Głównymi zaletami maszyn o kinematyce równoległej są: duża dokładność ruchów; duże prędkości i przyspieszenia ciała roboczego; brak tradycyjnych prowadnic i ramy (mechanizmy napędowe stanowią elementy konstrukcyjne nośne), stąd lepsze parametry wagowe i gabarytowe oraz niskie zużycie materiału; wysoki stopień unifikacji elementów mechatronicznych, zapewniający wykonalność i montaż maszyny oraz elastyczność konstrukcyjną.
Zwiększona dokładność MPC wynika z następujących kluczowych czynników:
w sześcionogach, w przeciwieństwie do schematów kinematycznych z sekwencyjnym łańcuchem ogniw, nie ma superpozycji (nakładania się) błędów pozycjonowania ogniw podczas przemieszczania się od podstawy do elementu roboczego;
mechanizmy prętowe mają wysoką sztywność, ponieważ pręty nie podlegają momentom zginającym i działają jedynie przy rozciąganiu i ściskaniu;
Stosowane są precyzyjne czujniki informacja zwrotna i systemy pomiarowe (na przykład laser) oraz komputerowe metody korygowania ruchów ciała roboczego.
Dzięki zwiększonej dokładności MPC mogą być stosowane nie tylko jako urządzenia przetwarzające, ale także jako maszyny pomiarowe. Wysoka sztywność MPC pozwala na ich zastosowanie w energetycznych operacjach technologicznych. Zatem na ryc. Na rysunku 4 przedstawiono przykładowy sześcionóg wykonujący operacje gięcia w ramach kompleksu technologicznego HexaBend do produkcji skomplikowanych profili i rur.
Komputerowe i inteligentne sterowanie w mechatronice
Zastosowanie komputerów i mikrokontrolerów realizujących komputerowe sterowanie ruchem różnych obiektów cecha charakterystyczna urządzenia i systemy mechatroniczne. Sygnały z różnych czujników, niosące informację o stanie elementów układu mechatronicznego i wpływach wywieranych na ten układ, dostają się do komputera sterującego. Komputer przetwarza informacje zgodnie z wbudowanymi w niego cyfrowymi algorytmami sterującymi i generuje działania sterujące na elementach wykonawczych systemu.
Komputer odgrywa wiodącą rolę w systemie mechatronicznym, ponieważ sterowanie komputerowe pozwala na osiągnięcie dużej dokładności i produktywności, wdrażanie złożonych i skutecznych algorytmów sterowania, które uwzględniają nieliniową charakterystykę obiektów sterujących, zmiany ich parametrów oraz wpływ czynników zewnętrznych czynniki. Dzięki temu systemy mechatroniczne zyskują nowe cechy, zwiększając jednocześnie trwałość oraz zmniejszając wymiary, wagę i koszt takich systemów. Osiągnij nowe, więcej wysoki poziom jakość systemów wynikająca z możliwości implementacji wysoce wydajnych i złożonych praw sterowania komputerowego pozwala mówić o mechatronice jako rodzącym się paradygmacie komputerowym nowoczesny rozwój cybernetyka techniczna.
Typowym przykładem układu mechatronicznego sterowanego komputerowo jest precyzyjny serwonapęd oparty na bezkontaktowej wielofazowej maszynie elektrycznej prądu przemiennego ze sterowaniem wektorowym. Obecność zespołu czujników, w tym bardzo precyzyjnego czujnika położenia wału silnika, cyfrowych metod przetwarzania informacji, komputerowej implementacji praw sterowania, transformacji w oparciu o wykorzystanie modelu matematycznego maszyny elektrycznej i szybkiego sterownika umożliwia zbudowanie precyzyjnego, szybkiego napędu o żywotności do 30–50 tysięcy godzin i więcej.
Sterowanie komputerowe okazuje się bardzo skuteczne w konstruowaniu wielowspółrzędnych nieliniowych układów mechatronicznych. W tym przypadku komputer analizuje dane o stanie wszystkich komponentów i wpływach zewnętrznych, dokonuje obliczeń i generuje działania kontrolne na elementach wykonawczych systemu, biorąc pod uwagę cechy jego modelu matematycznego. Dzięki temu uzyskuje się wysoką jakość kontroli skoordynowanego ruchu wieloosiowego np. korpusu roboczego mechatronicznej maszyny technologicznej czy robota mobilnego.
Szczególną rolę w mechatronice odgrywa sterowanie inteligentne, które stanowi wyższy poziom rozwoju sterowania komputerowego i wykorzystuje różne technologie sztucznej inteligencji. Umożliwiają systemowi mechatronicznemu odtworzenie w mniejszym lub większym stopniu możliwości intelektualnych człowieka i na tej podstawie podejmowanie decyzji o racjonalnych działaniach, aby osiągnąć cel kontrolny. Najbardziej efektywnymi technologiami inteligentnego sterowania w mechatronice są technologie logiki rozmytej, sztuczne sieci neuronowe i systemy ekspertowe.
Zastosowanie inteligentnego sterowania pozwala zapewnić wysoką efektywność funkcjonowania układów mechatronicznych w przypadku braku szczegółowego modelu matematycznego obiektu sterowania, pod wpływem różnych niepewnych czynników oraz w obecności niebezpieczeństwa wystąpienia nieprzewidzianych sytuacji w eksploatacji systemu.
Zaletą inteligentnego sterowania układami mechatronicznym jest to, że często konstrukcja takich układów nie wymaga ich szczegółowego modelu matematycznego i znajomości praw zmiany działających na nie wpływów zewnętrznych, a sterowanie opiera się na doświadczeniu wysoko wykwalifikowanych ekspertów-specjalistów.
Słowo „mechatronika” składa się z dwóch słów – „mechanika” i „elektronika”. Termin ten został zaproponowany w 1969 roku przez starszego programistę w Yaskawa Electric, Japończyka o nazwisku Tetsuro Mori. W XX wieku firma Yaskawa Electric specjalizowała się w rozwoju i udoskonalaniu napędów elektrycznych i silników prądu stałego, dlatego odniosła w tej dziedzinie duży sukces, m.in. opracowano tam pierwszy silnik prądu stałego ze twornikiem tarczowym.
Nastąpił rozwój w zakresie pierwszych sprzętowych systemów CNC. A w 1972 roku zarejestrowano tu markę Mechatronics. Firma wkrótce poczyniła ogromne postępy w rozwoju technologii napędu elektrycznego. Później od słowa „Mechatronika”, jak od znak towarowy, firma zdecydowała się z niego zrezygnować, ponieważ termin ten stał się bardzo powszechny zarówno w Japonii, jak i na całym świecie.
W każdym razie to Japonia jest kolebką najaktywniejszego rozwoju tego podejścia w technologii, kiedy to w celu wdrożenia precyzyjnego sterowania napędem elektrycznym konieczne stało się łączenie elementów mechanicznych, samochody elektryczne, energoelektroniki, mikroprocesorów i oprogramowania.
Powszechnym symbolem graficznym mechatroniki stał się diagram ze strony RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):
Mechatronika to komputerowe sterowanie ruchem.
Celem mechatroniki jest tworzenie jakościowo nowych modułów ruchu, mechtronicznych modułów ruchu, inteligentnych modułów mechatronicznych i na ich bazie poruszających się inteligentnych maszyn i systemów.
Historycznie rzecz biorąc, mechatronika rozwinęła się z elektromechaniki i bazując na swoich osiągnięciach idzie dalej, systematycznie łącząc systemy elektromechaniczne z komputerowymi urządzeniami sterującymi, wbudowanymi czujnikami i interfejsami.
Elementy elektroniczne, cyfrowe, mechaniczne, elektryczne, hydrauliczne, pneumatyczne i informacyjne – mogą być częścią systemu mechatronicznego, początkowo jako elementy o różnym charakterze fizycznym, ale zebrane razem w celu uzyskania nowego jakościowo wyniku z systemu, który byłby niemożliwy do osiągnięcia od każdego elementu jak od pojedynczego wykonawcy.
Oddzielny silnik wrzeciona sam nie będzie w stanie wysunąć szuflady odtwarzacza DVD, ale pod kontrolą układu z oprogramowaniem na mikrokontrolerze i prawidłowo podłączonym do napędu śrubowego wszystko pójdzie łatwo i będzie wyglądać jakby był to prosty, monolityczny system. Jednak pomimo pozornej prostoty, jeden system mechatroniczny z definicji składa się z kilku jednostek i modułów mechatronicznych połączonych ze sobą i współdziałających ze sobą w celu wykonywania określonych czynności funkcjonalnych w celu rozwiązania określonego zadania.
Jeden moduł mechatroniczny jest produktem niezależnym (konstrukcyjnie i funkcjonalnie), przeznaczonym do wykonywania ruchów z wzajemną penetracją i jednoczesną ukierunkowaną integracją sprzętowo-programową jego elementów.
Typowy system mechatroniczny składa się z połączonych ze sobą elementów elektromechanicznych i energoelektronicznych, które z kolei są sterowane przez komputery PC lub mikrokontrolery.
Projektując i budując taki system mechatroniczny, starają się unikać niepotrzebnych komponentów i interfejsów, starają się zrobić wszystko zwięźle i jak najbardziej płynnie, nie tylko w celu poprawy charakterystyki wagowo-wymiarowej urządzenia, ale także zwiększenia niezawodności systemu jako całości.
Czasami inżynierowie mają trudności ze znalezieniem bardzo nietypowych rozwiązań właśnie dlatego, że różne jednostki znajdują się w różnych warunkach pracy i robią zupełnie inne rzeczy. Na przykład w niektórych miejscach zwykłe łożysko nie będzie pasować i zastępuje się je zawieszeniem elektromagnetycznym (odbywa się to w szczególności w turbinach pompujących gaz przez rury, ponieważ zwykłe łożysko szybko by tu uległo awarii z powodu przedostawania się gazu do jego smarowanie).
Tak czy inaczej, dziś mechatronika przeniknęła wszędzie, od sprzętu AGD po robotykę budowlaną, broń i lotnictwo kosmiczne. Wszystkie maszyny CNC, dyski twarde, zamki elektryczne, Układ ABS w samochodzie itp. - wszędzie mechatronika okazuje się nie tylko przydatna, ale i konieczna. Rzadko zdarza się już znaleźć sterowanie ręczne; wszystko sprowadza się do naciśnięcia przycisku bez blokowania lub po prostu dotknięcia czujnika – uzyskanie wyniku – jest to prawdopodobnie najbardziej prymitywny przykład dzisiejszej mechatroniki.
Schemat hierarchii poziomów integracji w mechatronice
Pierwszy poziom integracji tworzą urządzenia mechatroniczne i ich elementy. Drugi poziom integracji tworzą zintegrowane moduły mechatroniczne. Trzeci poziom integracji tworzą integracyjne maszyny mechatroniczne. Czwarty poziom integracji tworzą zespoły maszyn mechatronicznych. Piąty poziom integracji tworzą na jednej platformie integracyjnej zespoły mechatronicznych maszyn i robotów, które polegają na tworzeniu rekonfigurowalnych, elastycznych systemów produkcyjnych.
Obecnie moduły i systemy mechatroniczne są szeroko stosowane w następujących obszarach:
budowa obrabiarek i urządzenia automatyki, procesy technologiczne w inżynierii mechanicznej;
robotyka przemysłowa i specjalna;
technologia lotnicza i kosmiczna;
sprzęt wojskowy, pojazdy dla policji i służb wywiadowczych;
sprzęt do inżynierii elektronicznej i szybkiego prototypowania;
przemysł motoryzacyjny (moduły napędu kół silnikowych, hamulce przeciwblokujące, automatyczne skrzynie biegów, automatyczne systemy parkowania);
nietradycyjne pojazdy(samochody elektryczne, rowery elektryczne, wózki inwalidzkie);
sprzęt biurowy (na przykład kserokopiarki i faksy);
komputerowe urządzenia peryferyjne (na przykład drukarki, plotery, napędy CD-ROM);
sprzęt medyczny i sportowy (protezy bioelektryczne i egzoszkieletowe dla osób niepełnosprawnych, trenażery toniczne, kontrolowane kapsuły diagnostyczne, masażery itp.);
sprzęt AGD (pralki, maszyny do szycia, zmywarki, odkurzacze autonomiczne);
mikromaszyny (dla medycyny, biotechnologii, komunikacji i telekomunikacji);
urządzenia i maszyny kontrolno-pomiarowe;
wyposażenie wind i magazynów, drzwi automatyczne w hotelach i na lotniskach; sprzęt fotograficzny i wideo (odtwarzacze płyt wideo, urządzenia do ustawiania ostrości kamer wideo);
symulatory do szkolenia operatorów kompleksów systemy techniczne i piloci;
transport kolejowy (systemy sterowania i stabilizacji ruchu pociągów);
inteligentne maszyny dla przemysłu spożywczego oraz mięsnego i mleczarskiego;
maszyny drukarskie;
inteligentne urządzenia dla przemysłu show, atrakcje.
W związku z tym wzrasta zapotrzebowanie na personel biegły w technologiach mechatronicznych.
Samochody są już dostarczane różne rodzaje pudła Czasy, kiedy w samochodach montowano wyłącznie „mechaników”, już dawno minęły. Teraz ponad połowa nowoczesne samochody wyposażone w inne typy skrzyń biegów. Nawet producenci krajowi Zaczęli powoli przechodzić na automatyczną skrzynię biegów. Koncern Audi-Volkswagen wprowadzony prawie 10 lat temu nowa transmisja- DSG. Co to za pudełko? Jaka jest jego struktura? Czy są jakieś problemy podczas pracy? O tym wszystkim i nie tylko – w dalszej części naszego artykułu.
Charakterystyka DSG
Co to za pudełko? DSG to skrzynia biegów z bezpośrednią zmianą biegów.
Jest wyposażony w automatyczną skrzynię biegów. Jedną z cech mechatronicznej DSG jest obecność dwóch sprzęgieł.
Projekt
Przekładnia ta połączona jest z silnikiem poprzez dwie współosiowo umieszczone tarcze sprzęgła. Jeden odpowiada za biegi parzyste, drugi za biegi nieparzyste i wsteczne. Dzięki temu urządzeniu samochód jeździ płynniej. Skrzynia płynnie przełącza biegi. Jak działa automat DSG? Weźmy przykład. Samochód jedzie na pierwszym biegu. Kiedy jego koła zębate obracają się i przekazują moment obrotowy, druga prędkość jest już zazębiona. Kręci się na biegu jałowym. Gdy pojazd zmieni bieg na następny, moduł elektroniczny kierownictwo. W tym momencie hydrauliczny napęd przekładni zwalnia pierwszy i ostatecznie zamyka drugi. Moment obrotowy płynnie przechodzi z jednego biegu na drugi. I tak dalej, aż do szóstego lub siódmego biegu. Gdy samochód nabierze wystarczająco dużej prędkości, skrzynia biegów przejdzie na ostatni stopień.
W takim przypadku biegi przedostatniego biegu, czyli szóstego lub piątego biegu, będą włączone „na biegu jałowym”. Gdy prędkość spada, tarcze sprzęgła pudełko z robotem wyłączy ostatni stopień i zetknie się z przedostatnim biegiem. Dzięki temu silnik jest w stałym kontakcie ze skrzynią biegów. Jednocześnie „mechanik” po naciśnięciu pedału cofa tarczę sprzęgła i skrzynia biegów nie ma już kontaktu z silnikiem. Tutaj, dzięki dwóm tarczom, moment obrotowy jest przenoszony płynnie i bez przerw w zasilaniu.
Zalety
W przeciwieństwie do konwencjonalnej automatycznej skrzyni biegów, zautomatyzowana automatyczna skrzynia biegów DSG wymaga mniejszego obciążenia, co zmniejsza zużycie paliwa. Ponadto, w przeciwieństwie do prostej automatycznej skrzyni biegów, czas między wszystkimi zdarzeniami jest skrócony ze względu na obecność dwóch sprzęgieł. Dodatkowo kierowca może samodzielnie przełączyć się w tryb tiptronic i mechanicznie sterować zmianą biegów. Funkcja pedału sprzęgła będzie realizowana elektronicznie. Obecnie samochody Skoda, Audi i Volkswagen wyposażone są w system ECT, który nie tylko steruje zmianą biegów, ale także steruje otwarciem przepustnicy. Dzięki temu podczas jazdy ma się wrażenie, że jedzie się na jednym biegu. Elektronika odczytuje także wiele innych danych, m.in. temperaturę silnika. Producent twierdzi, że zastosowanie systemu ECT pozwala na wydłużenie żywotności automatyczna skrzynia biegów i silnika o 20 procent.
Kolejnym plusem jest możliwość wyboru trybu pracy skrzyni biegów. Są trzy z nich: zimowa, ekonomiczna i sportowa. W tym drugim przypadku elektronika zmienia moment zmiany biegów na późniejszy. To wzrasta, ale wzrasta również zużycie paliwa.
Problemy i awarie w transmisji
Ponieważ zautomatyzowana skrzynia biegów DSG jest złożonym urządzeniem elektromechanicznym, jest podatna na różne awarie. Przyjrzyjmy się im. Zatem pierwszym problemem jest sprzęgło. Warto tutaj zwrócić uwagę na zużycie kosza i tarczy napędzanej, a także zwiększone obciążenie łożyska oporowego. Oznaką nieprawidłowego działania tych mechanizmów jest poślizg sprzęgła. W rezultacie następuje utrata momentu obrotowego i pogorszenie dynamiki przyspieszania pojazdu.
Następuje tryb awaryjny. Co to oznacza? Na desce rozdzielczej zapala się kontrolka, auto zaczyna drgać i ma problemy z ruszaniem z miejsca.
Siłowniki
Problemy z DSG dotyczą również siłowników. Jest to elektromechaniczna zmiana biegów i napęd sprzęgła. Na częste używanie I wysoki przebieg Tak zwane „szczotki” zużywają się. Możliwe jest przerwanie obwodu silnik elektryczny. Oznaką nieprawidłowego działania siłowników jest gwałtowny start i „szarpanie” samochodu. Objaw ten występuje również w przypadku nieprawidłowego ustawienia sprzęgła. Dlatego konieczne jest wytwarzanie diagnostyka komputerowa. Każda marka samochodu ma swoje własne kody usterek.
O 7-biegowej DSG
Wiemy już, co to za pudełko. Nie ma zasadniczych różnic w działaniu sześcio- i siedmiobiegowych „robotów”.
Ale statystyki mówią, że to właśnie te skrzynki są najbardziej podatne na awarie. Jeśli osobno rozważymy siedmiobiegowego „robota”, warto zwrócić uwagę na problem mechatronicznej jednostki sterującej i suchego sprzęgła. To drugie podlega ciężkie zużycie, szczególnie przy przełączaniu na zwiększone lub W rezultacie zużywa się i skrzynka przechodzi w „tryb awaryjny”. Poślizg i problemy pojawiają się podczas ruszania z miejsca i zmiany biegów. Sam producent Volkswagena zapewnia okres gwarancji wynoszący 5 lat. W tym czasie ponad połowa samochodów z taką skrzynią biegów wymaga wymiany sprzęgła. Na tym polega cały problem tej transmisji. Dlatego jeśli samochód ma więcej niż pięć lat, cała odpowiedzialność spada całkowicie na barki właściciela samochodu. I wymieni wszystkie elementy w tym pudełku na własny koszt.
Mechatronika
Problemy istnieją nie tylko mechaniczne, ale także część elektryczna, czyli jednostka sterująca. Ten element jest montowany w samej skrzyni biegów. Ponieważ jest stale narażony na obciążenia, temperatura wewnątrz urządzenia wzrasta.
Z tego powodu styki urządzenia wypalają się, pogarsza się użyteczność zaworów i czujników. Kanały korpusu zaworu również ulegają zatkaniu. Same czujniki dosłownie magnesują produkty zużycia pudełka - małe wióry metalowe. W rezultacie działanie elektrohydraulicznej jednostki sterującej zostaje zakłócone. Samochód zaczyna się ślizgać, jeździ słabo, aż do kropka i zatrzymanie pracy jednostek. Warto również zwrócić uwagę na problem zużycia widełek sprzęgła. W rezultacie skrzynia nie może włączyć jednego z biegów. Podczas jazdy słychać buczenie. Dzieje się tak z powodu zużycia. Ta skrzynia biegów jest instalowana w samochodach różnych segmentów. Ale nawet w drogich samochodach nie można wykluczyć tych usterek, chociaż ich elementy są zaprojektowane z myślą o dłuższej żywotności i obciążeniach.
Jak przedłużyć żywotność?
Ze względu na częste telefony do dealerów sam koncern zaczął doradzać właścicielom samochodów, jak przedłużyć żywotność skrzyni.
Aby elementy przekładni były mniej obciążone podczas postoju na dłużej niż pięć sekund, producent zaleca przesunięcie wybieraka skrzyni biegów w położenie neutralne.
Wniosek
Tak więc dowiedzieliśmy się, co to jest. Jak widać, pomimo wielu zalet, ma wiele problemów. Dlatego rozsądne jest prowadzenie takich samochodów tylko wtedy, gdy są one w środku Okres gwarancji. Kupuj takie samochody w rynek wtórny, jeśli mają więcej niż 5 lat, miłośnicy motoryzacji nie polecają ich. Niezawodność tych skrzynek to duże pytanie.
Nie można sobie wyobrazić współczesnego życia bez samochodów, a jazda po mieście powinna być dla kierowcy jak najbardziej komfortowa. Komfort jazdy zapewniają różne skrzynie biegów (automatyczna, zautomatyzowana skrzynia biegów).
Zrobotyzowane pudełko jest bardzo popularne ze względu na płynność ruchu i ekonomiczne zużycie paliwo, obecność trybu ręcznego, który pozwala dostosować styl jazdy do potrzeb kierowcy.
Zasada działania skrzyni biegów DSG
DSG to ręczna skrzynia biegów, wyposażona w automatyczny napęd zmiany biegów i składająca się z dwóch koszy sprzęgłowych.
Skrzynia DSG połączona jest z silnikiem poprzez dwa sprzęgła umieszczone osiowo. Stopnie nieparzyste i tylne działają przez jedno sprzęgło, a stopnie parzyste przez drugie. Urządzenie to zapewnia płynną zmianę stopni bez zmniejszania lub przerywania mocy, zapewniając ciągłe przenoszenie momentu obrotowego z silnika na oś napędową kół.
Podczas przyspieszania na pierwszym etapie koła zębate drugiego biegu są już zazębione. Kiedy jednostka sterująca wysyła polecenie zmiany stopnia, napędy hydrauliczne Skrzynia biegów zwalnia jedno sprzęgło i zaciska drugie, powodując przeniesienie momentu obrotowego silnika z jednego stopnia na drugi.
W ten sposób proces dochodzi do skrajnego etapu. Gdy prędkość spada i zmieniają się inne warunki, procedurę przeprowadza się w odwrotnej kolejności. Etapy zmieniane są za pomocą synchronizatorów.
Zmiana etapów w skrzynce DSG odbywa się za pomocą wysoka prędkość niedostępne nawet dla zawodowych zawodników.
Czym jest mechatronika w automatycznej skrzyni biegów
Sterowanie zarówno sprzęgłami, jak i zmianą biegów odbywa się za pomocą jednostki sterującej składającej się z elementów hydraulicznych i elektronicznych oraz czujników. Jednostka ta nazywa się Mechatronika i znajduje się w obudowie skrzyni biegów.
Czujniki wbudowane w Mechatronic monitorują stan skrzyni biegów i monitorują działanie głównych części i zespołów.
Parametry monitorowane przez czujniki Mechatroniki:
- liczba obrotów na wejściu i wyjściu skrzynki;
- ciśnienie oleju;
- poziom oleju;
- temperatura płynu roboczego;
- lokalizacja widełek przełączających stopnie.
NA najnowsze modele Skrzynki DSG są zainstalowane ECT ( układ elektroniczny, który kontroluje zmianę etapów).
Oprócz powyższych parametrów ECT kontroluje:
- prędkość pojazdu;
- stopień otwarcia przepustnicy;
- temperatura silnika.
Odczytanie tych parametrów wydłuży żywotność skrzyni biegów i silnika.
Rodzaje przekładni z bezpośrednią zmianą biegów
Obecnie istnieją dwa typy skrzynek DSG:
- sześciobiegowa (DSG-6);
- siedmiobiegowa (DSG-7).
DSG 6
Pierwszą preselektywną (robotyczną) skrzynią biegów była sześciobiegowa skrzynia DSG, która została opracowana w 2003 roku.
Konstrukcja DSG-6:
- dwa sprzęgła;
- dwa rzędy stopni;
- korbowód;
- Mechatronika;
- mechanizm różnicowy skrzyni biegów;
- główne koło zębate.
DSG-6 wykorzystuje dwa mokre sprzęgła, które niezmiennie są włączone płyn przekładniowy, zapewniając smarowanie mechanizmów i chłodzenie tarcz sprzęgła, wydłużając w ten sposób okres eksploatacji skrzyni biegów.
Dwa sprzęgła przenoszą moment obrotowy na rzędy stopni skrzyni biegów. Tarcza napędowa skrzyni biegów jest połączona ze sprzęgłami za pomocą koła zamachowego specjalnej piasty, która łączy stopnie.
Główne podzespoły mechatroniki (modułu elektrohydraulicznego) umieszczone w obudowie skrzyni biegów:
- szpule rozdzielcze skrzyni biegów;
- multiplekser generujący polecenia sterujące;
- zawory elektromagnetyczne i sterujące skrzynią biegów.
Kiedy zmienia się położenie wybieraka, włączają się rozdzielacze skrzyni biegów. Zmiana stopni odbywa się za pomocą zaworów elektromagnetycznych, a położenie sprzęgieł ciernych reguluje się za pomocą zaworów ciśnieniowych. Zawory te są „sercem” skrzyni biegów, a Mechatronic to „mózg”.
Multiplekser skrzyni biegów steruje siłownikami hydraulicznymi, których w takiej skrzyni biegów jest 8, ale jednocześnie nie działają więcej niż 4 zawory skrzyni biegów. W różnych trybach skrzyni biegów działają różne cylindry, w zależności od wymaganego stopnia.
Biegi w DSG-6 zmieniają się cyklicznie. Jednocześnie uruchamiane są dwa rzędy stopni, tylko jeden z nich nie jest używany – znajduje się w trybie czuwania. Kiedy zmienia się moment obrotowy przekładni, drugi rząd jest natychmiast włączany, przełączając się w tryb aktywny. Taki mechanizm działania skrzyni biegów zapewnia zmianę biegów w czasie krótszym niż ułamek sekundy, a ruch pojazdów odbywa się płynnie i równomiernie, bez spowolnień i szarpnięć.
DSG-6 to mocniejsza zautomatyzowana skrzynia biegów. Moment obrotowy silnika samochodu z taką skrzynią biegów wynosi około 350 Nm. To pudełko waży około 100 kilogramów. Olej przekładniowy DSG-6 wymaga więcej niż 6 litrów.
W tej chwili DSG-6 jest instalowany głównie w następujących pojazdach:
- Siedziba (Alhambra, Toledo);
- Skoda (Octavia, SuperB);
- Audi (TT, Q3, A3);
Skrzynie DSG są wyposażone w Tiptronic, który przełącza skrzynkę w tryb sterowania ręcznego.
DSG 7
DSG-7 został opracowany w 2006 roku specjalnie dla samochodów klasy ekonomicznej. Skrzynia DSG waży 70-75 kg. i zawiera objętość oleju mniejszą niż 2 litry. Ta skrzynia biegów jest instalowana w samochodach budżetowych o momencie obrotowym silnika nie większym niż 250 Nm.
W tej chwili DSG-7 jest instalowany głównie w następujących samochodach:
- Audi (TT, Q3, A3);
- Seat (Leon, Ibiza, Altea);
- Skoda (Octavia, Fabia, SuperB);
- Volkswagena (Tiguan, Golf, Jetta, Passat).
Główną różnicą między DSG-7 i DSG-6 jest obecność 2 tarcz sprzęgła suchego, które nie znajdują się w płynie przekładniowym. Takie zmiany pozwoliły zmniejszyć zużycie paliwa i obniżyć koszty obsługi.
Zalety i wady automatycznej skrzyni biegów
Zrobotyzowana skrzynia biegów ma swoje zalety i wady w porównaniu z innymi skrzyniami biegów.
Zalety Skrzynie DSG:
- zmniejszone zużycie mieszanka paliwowa(do 10-20%);
- możliwość sterowania ręcznego, podobnie jak ;
- brak utraty mocy przy zmianie stopni;
- płynny ruch samochodu;
- wysoki charakterystyka dynamiczna samochód wyposażony w skrzynię biegów DSG;
- skrócenie czasu potrzebnego na przyspieszenie;
- możliwość automatycznego i ręcznego wyboru biegów;
- wygodne prowadzenie samochodu wyposażonego w taką skrzynię biegów;
- brak pedału sprzęgła i zwykłej dźwigni zmiany biegów, co nie powoduje trudności przy zmianie z samochodu na klasyczny;
Wady skrzynki DSG:
- wysoki koszt samochodu z DSG w porównaniu do samochodów wyposażonych w inne typy skrzyń biegów;
- czasami robot zwalnia i nie nadąża za dynamicznym przyspieszaniem samochodu, zmieniając etapy z lekkim opóźnieniem;
- mechatronika jest jedną z nich słabe punkty w skrzynce DSG okresowo występują awarie tego urządzenia;
- jeśli wystąpi awaria mechatroniki, należy ją wymienić, ponieważ nie da się jej naprawić;
- zmniejszona żywotność skrzyni biegów;
- Awarie mechatroniki spowodowane są częstymi zmianami temperatury, co jest szczególnie ważne zimą;
- żywotność DSG-7 i jego komponentów jest zauważalnie krótsza niż DSG-6;
- zwiększone nagrzewanie skrzynki w wyniku ciągłej pracy preselektora;
- wzrost kosztów serwisowania zrobotyzowanej skrzyni biegów;
- trudność naprawy zrobotyzowanej skrzynki, której nie potrafi wykonać wiele stacji paliw;
- nie instalowany w SUV-ach i innych mocnych samochodach;
- naprawy są drogie, w niektórych przypadkach konieczna jest całkowita zmiana DSG.
- terminowa konserwacja skrzyni biegów DSG (wymiana płynu przekładniowego zgodnie z przepisami - nie więcej niż 60 000 kilometrów, rozwiązywanie problemów);
- rozgrzewanie automatycznej skrzyni biegów poprzez krótkie utrzymanie samochodu w pozycji stojącej po uruchomieniu;
- płynny ruch po rozgrzewce przez 1-5 kilometrów od momentu rozpoczęcia jazdy;
- unikanie poślizgu kół;
- w przypadku postoju na dłużej niż 1 minutę zaleca się przełączenie wybieraka skrzyni biegów DSG w tryb neutralny;
- podczas jazdy po śniegu i lodzie zaleca się włączenie trybu „płatka śniegu”, jeśli jest dostępny;
- podczas dynamicznej jazdy i szybkiego przyspieszania wskazane jest przesunięcie dźwigni zmiany biegów w pozycję „sport”;
- przy mijaniu każdego Konserwacja konieczne jest zdiagnozowanie skrzynki DSG i wykonanie inicjalizacji;
- pedał przyspieszenia należy wciskać płynnie, nawet w trybie ręcznym;
- Wskazane jest przyspieszanie w trybie ręcznym, a płynna jazda i hamowanie w trybie automatycznym;
- parkowanie samochodu ze skrzyni DSG w „neutralnym” położeniu selektora z obowiązkowym załączeniem hamulca postojowego (hamulca ręcznego).
Zautomatyzowana skrzynia biegów to tak naprawdę udoskonalona manualna skrzynia biegów, w której przełączanie biegów odbywa się za pomocą mechatroniki w oparciu o różne parametry odczytywane przez czujniki. Jeśli zastosujesz się do pewnych zaleceń, możesz znacznie wydłużyć żywotność robota.
Wiek XX był bardzo owocny dla pojawienia się nowych nauk, z których jedną jest mechatronika. Gdzie pracować po opanowaniu tej dyscypliny? Kim ona jest i co robi? Jak ważne jest to we współczesnym życiu? Jakie perspektywy przed nami otwiera? Czym zajmują się osoby studiujące tę dyscyplinę na uczelniach i samodzielnie? Oto częściowa lista pytań, na które znajdziesz odpowiedzi w artykule.
Co to jest mechatronika?
Termin ten powstał z połączenia słów „mechanika” i „elektronika”. Po raz pierwszy zastosowano go w 1969 r. W chwili obecnej mechatronika jest nauką zajmującą się tworzeniem i ukierunkowanym działaniem maszyn i systemów, których ruch jest wyznaczany przez elektroniczną technologię komputerową. Opiera się na wiedzy z zakresu mechaniki, informatyki, elektroniki i komputerowego sterowania ruchem zespołów i maszyn. Jeśli chcesz, możesz studiować podstawy mechatroniki, ponieważ istnieje wystarczająca literatura naukowa i edukacyjna w tej dziedzinie. Aby znaleźć więcej, będziesz musiał podjąć znaczny wysiłek wymagany materiał. Chociaż teoretycznie możesz sam rozgryźć, czym jest mechatronika. Dowiedzieliśmy się już o co chodzi, przejdźmy do poszczególnych aspektów.
Połączenie z robotyką
Bardzo często można je spotkać razem. Dlaczego? Faktem jest, że robotyka jest najbardziej obiecującą dziedziną mechatroniki, która może rozwijać się wyłącznie w jej ramach. W tym miejscu należy dokonać małej dygresji. Faktem jest, że mechatronika zajmuje się obecnie sprzętem motoryzacyjnym, lotniczym, kosmicznym, gospodarstwa domowego, medycznym i sportowym. Ale do tworzenia obiektów tego typu istnieją osobne specjalizacje. A specjalnie, aby podkreślić fakt, że studenci będą zajmować się projektowaniem robotów, maszyn sterowanych numerycznie i podobnych urządzeń, a także ich tworzeniem, kierunek kształcenia nazwano „mechatroniką i robotyką”.
Ogólny opis części praktycznej
Co daje nam mechatronika? Jak to się ma do praktyki tworzenia? Rozważmy ogólny schemat maszyny budowlane sterowane komputerowo i mające na celu automatyzację zadań produkcyjnych i domowych. Środowiskiem zewnętrznym jest dla nich środowisko technologiczne, z którym będzie miała miejsce interakcja. Kiedy układ mechatroniczny spełnia swoje funkcje, dzieje się to dzięki działającym ciałom. Należy zauważyć, że ten kierunek naukowy jest dość młody, istnieje wiele nieścisłości i niejasnych sformułowań nawet w literaturze naukowej, dlatego z biegiem czasu niektóre zasady teoretyczne mogą ulec zmianie. Systemy mechatroniczne składają się z trzech części, które są połączone przepływami informacji i energii:
- Elektromechaniczny. Obejmuje to połączenia mechaniczne, przekładnie, silniki elektryczne, czujniki, części robocze, dodatkowe elementy elektryczne i czujniki. Wszystkie elementy służą do zapewnienia niezbędnych ruchów. Szczególne znaczenie dla prawidłowej realizacji powierzonych zadań mają czujniki. Zbierają dane o stanie obiektu pracy i środowiska zewnętrznego, samego urządzenia mechatronicznego i jego podzespołów.
- Elektroniczny. Obejmuje to urządzenia mikroelektroniczne, przetworniki mocy i obwody pomiarowe.
- Komputer. Dotyczy to mikrokontrolerów i mikrokontrolerów wyższego poziomu.
Główne funkcje układów mechatronicznych
W tej chwili jest ich 4:
- Sterowanie procesem ruchu mechanicznego w czasie rzeczywistym z jednoczesnym przetwarzaniem informacji otrzymywanych z ich czujników.
- Współorganizowanie swoich działań z zewnętrznymi źródłami wpływu.
- Interakcja z osobą poprzez specjalny interfejs w czasie rzeczywistym lub w czasie rzeczywistym.
- Organizacja wymiany danych pomiędzy czujnikami a pozostałymi elementami systemu.
Wyzwanie mechatroniki
Muszą rozwiązać problem przekształcenia informacji wejściowych pochodzących z najwyższego szczebla zarządzania w niezbędne. W tym przypadku z reguły stosowana jest zasada informacji zwrotnej. W projektowaniu zadanie to wyraża się w tym, że kilka elementów o różnym charakterze scalonych jest w jeden moduł funkcjonalny – taka jest specyfika mechatroniki. Specjalizacje osób zaangażowanych w realizację tych celów mogą być bardzo różne. W idealnym przypadku dostarczenie zaplanowanych informacji przyniesie pożądany rezultat. Pomoc z tym komponentem sprzętowym powinna oprogramowanie.
Przewaga podejścia mechatronicznego przy rozwiązywaniu rzeczywistych problemów
Porównanie zostanie dokonane z tradycyjnymi narzędziami automatyzacji:
- Stosunkowo niski koszt systemów, który osiąga się poprzez znaczną integrację, standaryzację i unifikację wszystkich interfejsów i elementów składowych.
- Możliwość realizacji precyzyjnych i skomplikowanych ruchów dzięki inteligentnym metodom sterowania.
- Wysoki poziom niezawodności, trwałości i odporności na zakłócenia.
- Zastosowane moduły są kompaktowe, co pozwala na uzyskanie mniejszej powierzchni. Można je także stosunkowo łatwo łączyć, aby osiągnąć określone zadania.
- Dzięki uproszczeniu łańcuchów kinematycznych maszyny charakteryzują się dobrymi właściwościami dynamicznymi i wagowymi.
Dlatego rozwija się mechatronika i robotyka. Specjalność w tym przypadku pozwala uzyskać dane, które zostały już wyselekcjonowane i gotowe do badania, podczas gdy w przypadku samokształcenia będziesz musiał wszystkiego szukać sam.
Przykłady mechatroniki w życiu codziennym
Gdzie w naszej okolicy można znaleźć podobne systemy? Aby to zrobić, proponuję przyjrzeć się następującym obszarom ludzkiej działalności:
- Budowa obrabiarek i produkcja urządzeń do automatyzacji procesów technologicznych.
- Robotyka.
- Wojskowe, kosmiczne i
- Przemysł motoryzacyjny (na przykład systemy mechatroniczne obejmują stabilizację ruchu, automatyczne parkowanie i podobne rozwiązania).
- Różne niestandardowe środki transportu i transportu (hulajnogi elektryczne, wózki towarowe, rowery elektryczne).
- Maszyny i urządzenia kontrolno-pomiarowe.
- Sprzęt biurowy (faksy i kserokopiarki).
- Sprzęt medyczny (reanimacyjny, rehabilitacyjny, kliniczny).
- Sprzęt AGD (szycie, zmywarki, pralki i inne podobne maszyny).
- Symulatory do szkolenia operatorów, kierowców, pilotów.
- Systemy świetlne i dźwiękowe.
- Mikromaszyny (aktywnie stosowane w medycynie, biotechnologii, telekomunikacji).
Listę tę można kontynuować bardzo długo.
Wykształcenie wyższe: mechatronika i robotyka
Uniwersytety oferują możliwości kształcenia w szerokim zakresie umiejętności zawodowych. Lista ta może być bardzo długa, ale postaramy się ją maksymalnie skrócić:
- Ocenić przydatność, perspektywy i znaczenie projektów.
- Opracowywanie układów informacyjnych, elektromechanicznych, elektrohydraulicznych, elektronicznych i mikroprocesorowych modułów systemu.
- Tworzenie oprogramowania umożliwiającego w razie potrzeby sterowanie urządzeniami mechatronicznymi.
- Sporządź dokumenty projektowe opisujące proces projektowania i produkcji poszczególnych części.
- Monitoruj rozwój pod kątem zgodności ze standardami.
- Produkuj, montuj i testuj zaprojektowany sprzęt.
- Przygotowujemy paszporty patentowe i licencyjne.
- Aktualizuj i debuguj systemy mechatroniczne.
- Przygotuj instrukcję obsługi urządzenia.
To właśnie może zapewnić swoim studentom każdy wydział mechatroniki i robotyki posiadający licencję Ministerstwa Edukacji. Jest ich niewiele, w większości są osobne wydziały, ale nawet na nich można zdobyć niezbędne wykształcenie.
Samorealizacja osoby znającej mechatronikę i robotykę: z kim pracować?
Gdzie mogę znaleźć pracę po ukończeniu edukacji? Specjaliści o tym profilu tworzą i projektują systemy robotyczne do użytku przemysłowego i domowego. Mogą również opracować oprogramowanie zapewniające kontrolę i wygodną obsługę. Po zdobyciu wykształcenia zazwyczaj rozpoczynają pracę jako asystenci projektantów, programiści i technicy, choć perspektywy dalszego zatrudnienia są bardzo szerokie, gdyż ostatecznym celem mechatroniki jest ułatwianie ludzkiej pracy i doskonalenie jej wyników. Sprawdziliśmy już, co to jest. Na koniec pragniemy poinformować, że potencjalnie będzie możliwe podjęcie jednego z następujących rodzajów działalności:
- Badania
- Projektowanie i inżynieria.
- Operacyjny.
- Organizacyjno-menedżerskie.
Osobliwością tej specjalności jest znaczny niedobór personelu. Dlatego nierzadko zdarzają się przypadki zatrudnienia nawet osób samouków, które potrafiły wykazać się znacznym poziomem umiejętności i umiejętności praktycznych.
Wniosek
Wszystkie zawody są ważne, wszystkie są potrzebne. Bez przesady można powiedzieć, że to co opisaliśmy to jedna ze specjalności przyszłości. Zapotrzebowanie na pracowników wiedzy o tym profilu stale rośnie. Ten fakt, a także dobry poziom wsparcie finansowe pozwala nam powiedzieć, że w nadchodzących dziesięcioleciach ten kierunek będzie znacznie bardziej popularny. Możliwe, że specjalizacje prawników, ekonomistów i menedżerów odejdą na dalszy plan, a na pierwszy plan wyjdzie mechatronika. Wiemy już, co to jest, a przy zrozumieniu wagi tej dyscypliny naukowej przyjdzie zgoda z tymi słowami.
