Основні поняття та визначення мехатроніки

Основні поняття та визначення мехатроніки

Мехатроніка є міждисциплінарною наукою, яка знаходиться на етапі активного розвитку. Оскільки її термінологія і базові поняття ще остаточно не сформовані, важливо розглянути визначення, що висвітлюють суть цієї науки в різних контекстах.

Загальне визначення мехатроніки

Мехатроніка в широкому розумінні: "Мехатроніка – це галузь науки і техніки, що досліджує створення і експлуатацію машин і систем з комп'ютерним керуванням, що ґрунтується на знаннях у сфері механіки, електроніки, мікропроцесорної техніки, інформатики та комп'ютерного управління рухом машин і агрегатів."

Три основні елементи мехатроніки: механіка, електроніка та комп'ютерні технології є ключовими для побудови мехатронних систем. Найчастіше ці компоненти зображують у вигляді трьох пересічних кіл, що символізують їх взаємозв'язок. Інтеграція цих складових створює фундамент для розробки ефективних мехатронних систем.

Спеціальне визначення мехатроніки

На основі різних визначень і підходів пропонується таке спеціальне формулювання: "Мехатроніка – наука, що досліджує синергетичне об'єднання компонентів точної механіки з електронними, електротехнічними та комп'ютерними елементами для проектування і виробництва нових модулів, систем і машин з інтелектуальним керуванням рухом."

Це визначення підкреслює ключову роль інтеграції різних галузей знань для створення якісно нових машин, які можуть виконувати складні завдання з високим рівнем автоматизації та точністю управління.

Особливості мехатронних систем

1. Мехатроніка як міждисциплінарна наука: Вона використовує концептуальний підхід до створення машин з новими функціональними можливостями. Цей підхід застосовний до різних типів машин і систем, але потребує врахування специфіки керованих об'єктів.
2. Синергетична інтеграція: Синергія означає спільну дію компонентів системи для досягнення спільної мети. В мехатронних системах це досягається шляхом інтеграції механічних, електронних і комп'ютерних компонентів, що створює нові властивості системи.
3. Розробка інтегрованих систем: Мехатронні елементи вибираються вже на стадії проектування, що забезпечує єдність функціональності та надійність системи на етапах виробництва і експлуатації.
4. Паралельне проектування: Мехатроніка використовує методи паралельного проектування (concurrent engineering), що передбачає одночасну розробку всіх компонентів системи для досягнення кращої інтеграції.
5. Модульна архітектура: Основними елементами мехатроніки є модулі, що виконують рухи по одній керованій координаті. Ці модулі об'єднуються у складні системи, які мають модульну архітектуру.
6. Функціональні рухи: Основною задачею мехатронних систем є виконання керованих рухів, критерії якості яких визначаються конкретними завданнями автоматизованих систем.
7. Інтелектуальне управління: В сучасних системах застосовуються методи інтелектуального управління, що використовують новітні досягнення в теорії управління та обчислювальній техніці.

Історія становлення мехатроніки

Термін "Мехатроніка" був запропонований у 1969 році японською фірмою Yaskawa Electric як комбінація слів "механіка" і "електроніка". У 1972 році фірма зареєструвала цей термін як торгову марку.

У радянській літературі подібний термін – "Механотрон" – використовувався ще на початку 50-х років для позначення електронних ламп з рухомими електродами, що застосовувалися як датчики малих переміщень і прискорень. Починаючи з 80-х років, термін "Мехатроніка" став широко використовуватися в світовій науковій і технічній літературі для позначення класу машин з комп'ютерним управлінням рухом.

Датчик (сенсор) — пристрій, що вимірює фізичні величини (температура, тиск, положення тощо) та перетворює їх на електричні сигнали для подальшої обробки.

Розвиток мехатронних систем за поколіннями

Залежно від рівня інтеграції складових елементів, мехатронні системи класифікуються на кілька поколінь:

1. Мехатронні модулі першого покоління: Це прості модулі, що складаються з об'єднання двох елементів. Прикладом є мотор-редуктор, де механічний редуктор і керований двигун створюють єдиний функціональний блок. Такі модулі широко використовуються в автоматизації виробничих процесів.
2. Мехатронні модулі другого покоління: З'явилися в 80-х роках завдяки розвитку електронних технологій, що дозволило створювати мініатюрні датчики і електронні блоки для обробки сигналів. Це дозволило об'єднувати механічні, електронні та електротехнічні елементи в єдиний функціональний модуль.
3. Мехатронні системи третього покоління: Інтелектуалізація процесів управління стала можливою завдяки поширенню мікропроцесорів і контролерів. Системи цього покоління відрізняються високим рівнем автоматизації і точністю функціональних рухів.

Перспективи розвитку мехатроніки

У майбутньому мехатронні системи об'єднуватимуться в складні мехатронні комплекси, що ґрунтуватимуться на інтеграційних платформах. Основна мета таких комплексів – досягнення високої продуктивності та гнучкості виробничих процесів. Завдяки можливості реконфігурації систем ці комплекси дозволять створювати конкурентоспроможну продукцію на світових ринках.

Мехатроніка поступово інтегрується в різні галузі, зокрема в автомобільну промисловість, робототехніку, мікромашини, побутову техніку та технологічне обладнання. Очікується, що з подальшим розвитком технологій інтеграція механічних, електронних і програмних компонентів стане ще більш глибокою, що дозволить створювати нові типи інтелектуальних систем і комплексів.

Див. також

• Робототехніка
• Автоматизація
• Числове програмне керування
• Інтелектуальне управління
• Глосарій по мехатронікі

Джерела

1. . Подураєв, Ю. В. Мехатронні системи. – Київ: Наукова думка, 2000.
2. . Oxford Illustrated Encyclopedia. – Oxford University Press, 1992.
3. . Yaskawa Electric Corporation. Mechatronics: Combining Mechanics and Electronics. – Tokyo: Yaskawa, 1972.