МЕХАТРОНИКА Меха ника + Элек троника + Компьютеры
" Мехатpоника - область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютеpным упpавлением движением, котоpая базиpуется на знаниях в области механики, электpоники и микpопpоцессоpной техники, инфоpматики и компьютеpного упpавления движением машин и агpегатов". Главная идея мехатроники состоит в системной организации тесной взаимосвязи различных областей науки и техники - точной механики, электроники, электротехники, компьютерного управления и информационных технологий, на всех этапах жизненного цикла мехатронной системы –проектирования, маркетинга, производства, эксплуатации Механика Электроника и электромеханика Вычислительная техника Интерфейсы Мехатроника Требования рынка Технология производства Организация проектирования Условия эксплуатации Технология применения
Почему возникла мехатроника ? Повышение производительности Повышение скорости перемещения рабочего органа Снижение ресурсоемкости Повышение точности технологических операций Снижение конструктивного запаса прочности и устойчивости Усложнение технических систем Новая технологии и элементная база Новые принципы и методы управления Микроэлектроника Микропроцессоры Интегральные технологии Информационные технологии Нейросетевые Нечеткие Децентрализованные Сетевые Проблемы производства Новые возможности Сложность быстрой перестройки производства Гибкие перестраиваемы системы
Где используется мехатроника элементы вычислительной техники медицинское оборудование, бытовая техника, фото- и видеотехника микромашины, контрольно-измерительные устройства; тренажеры • станкостроение автоматизация технологических процессов; • робототехника • авиационная, космическая и военная техника; • автомобилестроение и нетрадиционные транспортные средства
Математика Физика Электротехника и электроника Инженерная графика Основы инженерной деятельности Вычислительная и микропроцессорная техника Автоматизация и управление в технических системах Робототехника Метрология и измерительная техника Технические средства автоматизации Теория автоматического управления Моделирование и идентификация Средства локального контроля и управления Интегрированные системы Проектирование систем автоматизации и управления Мехатроника
Рабочий орган Внешняя среда Объект воздействия Сенсоры Устройство компьютерного управления Силовые преобразователи Исполнительные двигатели Механические преобразователи Оператор Промышленная сеть Цель движения Возмущающие воздействия Функциональное движение Человек-машинный интерфейс Детерминированные Стохастические Программное обеспечение Источники энергии Математические модели Структура системы с компьютерным управлением
Информационно-электрический ФП Электро-информационный ФП Механико-информационный ФП Электро-механический ФП Целевая функция (цель движения) Электрические сигналы Механическое движение Возмущающие воздействия Поток информации Поток энергии ФП –функциональный преобразователь Структура мехатронной системы (мехатронный подход)
Задача мехатронной системы - преобразование входной информации, поступающей с верхнего уровня управления, в целенаправленное механическое движение с управлением на основе принципа обратной связи. Суть мехатронного подхода к проектированию -- интеграция в единый функциональный модуль двух или более элементов системы возможно даже различной физической природы. Элемент1 Элемент 4 Элемент 3 Элемент 2 Мехатронный модуль Входная информация Выходная информация Заданное механическое движение Цель движения Модуль 2 Модуль 3 Целевой функционал мехатронной системы
" Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями". Интегрированные мехатронные элементы выбираются разработчиком уже на стадии проектирования машины, а затем обеспечивается необходимая инженерная и технологическая поддержка при производстве и эксплуатации машины. Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования Базовыми объектами изучения мехатроники являются мехатронные модули, которые выполняют движения, как правило, по одной управляемой координате. Мехатронные системы предназначены для реализации заданного движения, причем управление пространственным перемещением МС координируется с управлением различными внешними процессами. Для обеспечения высокого качества реализации сложных и точных движений применяются в современных МС методы интеллектуального управления Синергия - совместное действие, направленное на достижение единой цели, причем составляющие части не просто дополняют друг друга, но объединяются таким образом, что образованная система обладает качественно новыми свойствами Мехатроника изучает особый методологический подход в построении машин с качественно новыми характеристиками, Мехатронный подход является весьма универсальным и может быть применен в машинах и системах самого различного назначения.
Мехатронная система Внешняя среда и объекты работ Программа движения Информационная обратная связь Возмущающие воздействия Целенаправленное управляемое движение Аппаратная интеграция Программная интеграция Алгоритмы работы Моделирование Управление Человек-машинный интерфейс Сбор и обработка данных
Аппаратная интеграция мехатронной системы Интеграция средств управления и программного обеспечения Реализация алгоритмов работы Моделирование принципов функционирования Управление функциональным движением Человек-машинный интерфейс Сбор и обработка данных Связь с внешними устройствами Сетевые возможности Работа в реальном времени Функции компьютерного управления и программного обеспечения
Применение мехатронного подхода при создании машин с компьютерным управлением определяет их основные преимущества по сравнению с традиционными средствами автоматизации : • относительно низкую стоимость благодаря высокой степени интеграции, унификации и стандартизации всех элементов и интерфейсов; • высокое качество реализации сложных и точных движений вследствие применения методов интеллектуального управления ; • высокую надежность, долговечность и помехозащищенность; • конструктивную компактность модулей (вплоть до миниатюризации в микромашинах), • улучшенные массогабаритные и динамические характеристики машин вследствие упрощения кинематических цепей; • возможность комплексирования функциональных модулей в сложные системы и комплексы под конкретные задачи заказчика.
Мехатроника - междисциплинарной научно-технический комплекс современных знаний и технологий, внедрение которого в практику ставит целый ряд новых организационно-технических и организационно-экономических проблем Организация разработки и производства - структурная интеграция подразделений механического, электронного и информационного профилей в единые проектные и производственные коллективы; Образование - подготовка "мехатронно-ориентированных" инженеров и менеджеров, способных к системной интеграции и руководству работой узкопрофильных специалистов различной квалификации; Информационные технологии - интеграция информационных технологий из различных научно-технических областей (механика, электроника, компьютерное управление) в единый инструментарий для компьютерной поддержки мехатронных задач; Стандартизация и унификация - стандартизация и унификация всех используемых элементов и процессов при проектировании и производстве мехатронных систем на основе создания новых стандартов
Обрабатывающий центр, 1 мкм Токарный станок, 20 мкм Фрезерный станок, 20 мкм Шлифовальный станок, 1 мкм Что дает мехатроника
Коробка передач Сцепление Регулировка фар Регулировка кресел Подвеска Трансмиссия Охлаждение Дворники Зажигание Автопарковка Тормоза Мехатроника в автомобиле Климат-контроль Антиблокировочная система Система антипроскальзывания Система антизаноса
Нетрадиционные транспортные средства
Станок лазерной резки СЛТ-1500х1500
3 D -принтер Сварочный робот
Мехатроника и робототехника
Промышленные роботы
Промышленные роботы
Гексаподы
АВИАТРЕНАЖЕР
Мехатронный модуль движения
