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.

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.