Лекция Основные термины и определения мехатроники

Основные термины и определения. Мехатроника ­ это новое направление современной науки и техники, которое стремительно   развивается   в   последнее   десятилетие   во   всем   мире.   Если наступивший   век   считается   веком   информатизации,   то   для   всех   машин   в самых   различных   сферах   использования   ­   это   век   мехатронизации. Становление мехатроники как новой области науки и техники базируется на фундаментальных   основах   механики   и   ее   неоспоримых   прикладных достижениях. "От   Механики  к   Мехатронике" —  такой   предельно   краткой формулой может быть сформулирована ведущая тенденция в современном машиностроении, которая появилась в 80­х годах 20 века и сегодня является общепризнанным положением. Именно от «Механики» взяла «Мехатроника» первую   половину   своего   имени   и   это   отнюдь   не   случайно.  Обратимся   к одному   из   определений   мехатроники,   которое   утверждено   в Государственном   образовательном   стандарте   РФ   по   направлению "Мехатроника и робототехника" : "Мехатроника ­ это область науки и техники,   основанная   на   синергетическом   объединении   узлов   точной механики   с   электронными,   электротехническими   и   компьютерными компонентами,   обеспечивающая   проектирование   и   производство качественно   новых   модулей,   систем   и   машин   с   интеллектуальным управлением их функциональными движениями".  В данном определении особо   подчеркнута   триединая   сущность   мехатронных   систем,   в   основу построения   которых   заложена   идея   глубокой   взаимосвязи   механических, электронных   и   компьютерных   элементов.   Поэтому   наиболее распространенным   графическим   символом   мехатроники   стали   три пересекающихся круга (см. рисунок 1.1), помещенные во внешнюю оболочку «Производство ­ Менеджмент ­ Требования рынка». Задача мехатроники как науки состоит в интеграции знаний из таких ранее обособленных областей, как   механика   и   компьютерное   управление,   информационные   технологии   и микроэлектроника.   Рисунок   1.1.   –   Графический   символ   мехатроники   На стыках этих наук и возникают новые идеи мехатроники. Научно­техническое решение можно считать "истинно мехатронным", если компоненты не просто взаимодействуют друг с другом, но при этом образованная система обладает новыми   свойствами,   которые   не   были   присущи   составляющим   ее   частям. Мехатроника   стремится  решать   поставленные   задачи   путем   внедрения цифровых электронных блоков и управляющих компьютеров непосредственно в механические узлы и системы. Эффективная реализация данного подхода стала   возможна   в   последние   годы   благодаря   появлению   новейших информационных   и   производственных   технологий.   Мехатронный   подход   в построении машин нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки   от   механических   узлов   к   интеллектуальным   (электронным, компьютерным   и   информационным)   компонентам,   которые   легко перепрограммируются под новую задачу и при этом являются относительно дешевыми. Так функциональный анализ производственных машин показывает, что доля механической части сократилась с 70% в начале 90­х годов до 25­ 30%   в   настоящее   время.   На   рис.1.2   представлен   характерный   график, который отражает динамику этого процесса в производственных машинах за 30 лет, начиная с 70­х годов. Анализ показывает, что еще в начале 90­х годов подавляющее   большинство   функций   машины   (более   70%)   реализовывалось механическим путем. В последующие десятилетия происходило постепенное вытеснение   механических   узлов   ­   сначала   электронными,   а   затем   и компьютерными блоками. В настоящее время в мехатронных системах объем функций   распределен   между   механическими,   электронными   и компьютерными   компонентами   практически   поровну.   При   этом   доля компьютерной   части   возросла   за   последнее   10­летие   вдвое   и   есть   все основания прогнозировать сохранение этой тенденции в технике будущего. Рисунок   1.2   .   –   Изменение   функциональной   нагрузки   компонентов мехатронных систем  Рис.1   Графический   символ   мехатроники Рисунок   1.2   .   –   Изменение   функциональной   нагрузки   компонентов мехатронных систем   Приведем   некоторые   определения   основных   понятий   и   терминов мехатроники.   Предметом   мехатроники   являются  процессы   проектирования   и производства   модулей,   машин   и   систем   для   реализации   заданных функциональных движений. Функциональное движение мехатронной системы предусматривает   ее   целенаправленное   механическое   перемещение,   которое координируется   с   параллельно   управляемыми   технологическими   и информационными   процессами.   Требования   к   показателям   качества исполнения   функциональных   движений   (по   точности,   скорости   и   т.д.) определяются служебным назначением машины. Метод мехатроники основан на  системном  сочетании  таких  ранее   обособленных  естественно­научных  и инженерных   направлений,   как   точная   механика,   микроэлектроника, электротехника, компьютерное управление и информатика. Основой метода мехатроники   является   синергетическая   интеграция   структурных элементов, технологий, энергетических и информационных процессов на всех   этапах   жизненного   цикла   изделия,   начиная   со   стадии   его концептуального   проектирования   и   заканчивая   производством   и эксплуатацией. Синергия (греч.) ­ это совместное действие, направленное на   достижение   общей   цели.   Например,   на   футбольном   поле   игроки объединяются   в   команду   во   имя   общей   цели   ­   забить   максимальное количество   голов   и   победить   соперника.   В   мехатронике   все энергетические и информационные потоки направлены на достижение единой   цели   ­   выполнить   программное   движение   с   заданными показателями   качества.  Важно   подчеркнуть,   что   при   синергетическом объединении   достигается   результат   больший,   чем   арифметическая   сумма вкладов   отдельных   частей   системы.   В   спортивной   команде   функции спортсменов   различаются   (вратарь,   защитник,   нападающий).   Элементы мехатронных   модулей   и   машин   также   различаются   по   своей   физической природе,   что   определяет   междисциплинарную   сущность   предмета мехатроники и ее научно­техническую проблематику. При синергетической интеграции компоненты мехатронной системы должны быть слиты неразрывно и органически ­ именно так трактовалось это понятие в исторически первом определении   мехатроники,   в   буквальном   переводе   с   японского   языка. Мехатронные   технологии   включают   в   себя   маркетинговые,   проектно­ конструкторские,   производственные,   технологические   и   информационные процессы,   которые   обеспечивают   полный   жизненный   цикл   мехатронных изделий.   Раскрытие   связей   и   закономерностей,   характерных   для   этих процессов,   позволяет   создавать   мехатронные   модули,   машины   и   системы, которые   способны   наиболее   эффективно   выполнять   заданные   требования. Метод   мехатроники   и   мехатронные   технологии   являются   весьма универсальными. В этом смысле мехатронику можно поставить в один ряд с такими   фундаментальными   подходами   к   разработке   сложных   технических систем,   как   автоматизированное   проектирование,   кибернетический   и бионический   подходы   к   проектированию,   модульный   принцип   построения машин и CALS­технологии. Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях: станкостроение и оборудование для   автоматизации,   технологических   процессов   в   машиностроении; промышленная и специальная робототехника;     авиационная и космическая техника;      ­   военная   техника,   машины   для   полиции   и   спецслужб;      ­ электронное   машиностроение   и   оборудование   для   быстрого прототипирования;    ­   автомобилестроение   (приводные   модули   "мотор­ колесо", антиблокировочные устройства тормозов, автоматические коробки передач, системы автоматической парковки); ­ нетрадиционные транспортные средства   (электромобили,   электровелосипеды,   инвалидные   коляски);     ­ офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);    ­ периферийные   устройства   компьютеров   (например,   принтеры,   плоттеры, дисководы   CD­ROM);    ­   медицинское   и   спортивное   оборудование (биоэлектрические   и   экзоскелетные   протезы   для   инвалидов,   тонусные тренажеры,   управляемые   диагностические   капсулы,   массажеры   и   т.д.);   ­ бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные машины, автономные пылесосы);   микромашины   (для   медицины,   биотехнологии,   средств   связи   и телекоммуникации)   ;   контрольно­измерительные   устройства   и   машины; лифтовое   и   складское   оборудование,   автоматические   двери   в   отелях   и аэропортах; фото­ и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер); тренажеры для подготовки операторов сложных технических   систем   и   пилотов;   железнодорожный   транспорт   (системы контроля и стабилизации движения поездов); интеллектуальные машины для пищевой   и   мясомолочной   промышленности;   полиграфические   машины; интеллектуальные устройства для шоу­индустрии, аттракционы.   и     компьютерными Мехатроника   ­   это   •   "...   область   науки   и   техники,   основанная   на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими компонентами, обеспечивающая   проектирование   и   производство   качественно   новых модулей,   систем   и   машин   с   интеллектуальным   управлением   их функциональными   движениями"  "...междисциплинарная   инженерная область, связанная с проектированием изделий, функции которых основаны на интеграции   механических   и   электронных   компонентов,   координируемых системой   управления"   .   "...   синергетическое   сочетание   точной   механики, электронных   систем   управления   и   информационных   технологий   для проектирования,   производства   и   эксплуатации   интеллектуальных автоматических   систем".   "...   новая   область   науки   и   техники,   посвященная созданию   и   эксплуатации   машин   и   систем   с   компьютерным   управлением движением, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и   микропроцессорной   техники,  информатики   и   компьютерного   управления движением   машин   и   агрегатов"   "...   область   науки   о   механических, энергетических и информационных процессах и их системном взаимодействии в машинах с компьютерным управлением, обеспечивающим получение новых свойств   самой   машины   и   качества   исполнительных   движений".   "...область техники,   обеспечивающая   реализацию   жизненного   цикла    мехатронных объектов, вплоть до интеллектуальных машин" . "... область науки, которая сочетает   основы   механических,   электронных   и   компьютерных   инженерных наук"   .   "...область   науки,   посвященная   анализу   исполнительных   состояний мехатронных   объектов   и   функционального   взаимодействия   механических, энергетических   и   информационных   процессов   между   ними   и   с   внешней средой, а также синтезу мехатронных объектов" . • "... технология, которая объединяет механику с электронными и информационными технологиями для получения,   как   функционального   объединения,   так   и   пространственной интеграции   в   компонентах,   модулях,   изделиях   и   системах".   "...философия проектирования, которая использует синергетическую интеграцию механики, электроники   и   компьютерных   технологий   для   производства   качественно новых изделий, процессов и систем". "... метод принятия сложных решений для функционирования физических систем". "... идеология пространственного и   временного   интегрирования   функций   в   инженерных   устройствах   и технологических .  процессах"      Мехатронная   система  Приведем формулировку некоторых специальных терминов, которые будут использоваться   в   дальнейшем. ­   множество механических,   процессорных,   электронных   и   электротехнических компонентов,   находящихся   в   связях   друг   с   другом,   образующих  Мехатронный   объект  ­   предмет определенную   целостность,   единство. (изделие), представляющий собой машину с компьютерным управлением как мехатронную   систему   устройств,   самостоятельно   функционирующую   в соответствии с целевым назначением. Мехатронный модуль ­ мехатронный узел   (устройство),  состоящее   из   интегрированного   сочетания   нескольких элементов,   оформленный   конструктивно   как   самостоятельное   изделие   и выполняющий   определенную   функцию   в  различных   мехатронных   объектах. Исполнительный   орган   ­   функциональная   часть   мехатронного устройства,  предназначенная   для   выполнения   действий   по   сигналам   от системы   управления.   Рабочий   орган  ­   устройство,   предназначенное   для реализации технологического назначения объекта. Мехатронный комплекс ­ совокупность   связанных   между   собой   мехатронных   объектов, предназначенная для осуществления действий, определяемых общим целевым назначением. Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=11042