Mechatronika

Mechatronika
Robotic bartender.jpg
Zawód
Nazwy Inżynier Mechatronik
Rodzaj zawodu
 Inżynieria
Sektory działalności
 Przemysł elektryczny i mechaniczny, przemysł maszynowy
Specjalność Inżynieria mechaniczna, inżynieria elektryczna/elektroniczna, inżynieria komputerowa, programowanie oprogramowania, inżynieria systemowa, system sterowania, system inteligentny i inteligentny, automatyka i robotyka
Opis
Kompetencje Multidyscyplinarna wiedza techniczna, projektowanie systemów elektromechanicznych, integracja i konserwacja systemów

Dziedziny zatrudnienia
Nauka, technologia, inżynieria, przemysł, komputer, eksploracja

Inżynieria mechatroniki , zwana także mechatroniką , jest interdyscyplinarną gałęzią inżynierii, która koncentruje się na integracji systemów inżynierii mechanicznej, elektrycznej i elektronicznej, a także obejmuje połączenie robotyki , elektroniki , informatyki , telekomunikacji , systemów , sterowania i inżynierii produktu .

Wraz z postępem technologii w czasie, różne poddziedziny inżynierii odniosły sukces zarówno w adaptacji, jak i pomnażaniu. Zamiarem mechatroniki jest stworzenie rozwiązania projektowego, które jednoczy każdą z tych różnych dziedzin. Pierwotnie dziedzina mechatroniki miała być niczym więcej niż połączeniem mechaniki, elektryki i elektroniki, stąd nazwa będąca kontaminacją słów „mechanika” i „elektronika ” ; jednak w miarę ewolucji złożoności systemów technicznych definicja została rozszerzona, aby objąć więcej obszarów technicznych.

Słowo mechatronika pochodzi z języka japońsko-angielskiego i zostało stworzone przez Tetsuro Mori, inżyniera z Yaskawa Electric Corporation . Słowo mechatronika zostało zarejestrowane jako znak towarowy przez firmę w Japonii pod numerem rejestracyjnym „46-32714” w 1971 roku. Później firma udostępniła publicznie prawo do używania tego słowa i słowo to zaczęło być używane na całym świecie. Obecnie słowo to jest tłumaczone na wiele języków i jest uważane za podstawowy termin dla zaawansowanego przemysłu zautomatyzowanego.

Wiele osób traktuje mechatronikę jako nowoczesne modne hasło, będące synonimem automatyki , robotyki i elektromechaniki .

Francuska norma NF E 01-010 podaje następującą definicję: „podejście mające na celu synergiczną integrację mechaniki, elektroniki, teorii sterowania i informatyki w ramach projektowania i wytwarzania produktu, w celu poprawy i/lub optymalizacji jego funkcjonalności”.

Historia

Słowo mechatronika zostało zarejestrowane jako znak towarowy przez firmę w Japonii pod numerem rejestracyjnym „46-32714” w 1971 roku. Później firma udostępniła publicznie prawo do używania tego słowa i słowo to zaczęło być używane na całym świecie.

Wraz z pojawieniem się technologii informatycznych w latach 80. XX wieku do systemów mechanicznych wprowadzono mikroprocesory , znacznie poprawiając wydajność. W latach 90. postępy w inteligencji obliczeniowej zostały zastosowane w mechatronice w sposób, który zrewolucjonizował tę dziedzinę.

Opis

Schemat Aerial Eulera ze strony internetowej RPI opisuje dziedziny składające się na mechatronikę

Inżynier mechatronik łączy zasady mechaniki, elektryki, elektroniki i informatyki, aby stworzyć prostszy, bardziej ekonomiczny i niezawodny system.

Cybernetyka inżynierska zajmuje się zagadnieniami inżynierii sterowania systemami mechatronicznymi. Służy do sterowania lub regulacji takiego systemu (patrz teoria sterowania ). Dzięki współpracy moduły mechatroniczne realizują cele produkcyjne i dziedziczą elastyczne i zwinne właściwości produkcyjne w schemacie produkcyjnym. Nowoczesne urządzenia produkcyjne składają się z modułów mechatronicznych, które są zintegrowane zgodnie z architekturą sterowania. Najbardziej znane architektury to hierarchia , poliarchia , heterarchia i hybrydowe. Metody uzyskiwania efektu technicznego są opisane przez algorytmy sterujące , które mogą, ale nie muszą, wykorzystywać formalne metody w ich projektowaniu. Systemy hybrydowe ważne dla mechatroniki obejmują systemy produkcyjne , napędy synergiczne, łaziki eksploracyjne , podsystemy samochodowe, takie jak układy przeciwblokujące i wspomaganie obrotu, oraz sprzęt codziennego użytku, taki jak kamery z autofokusem, wideo, dyski twarde , odtwarzacze CD i telefony.

Struktura kursu

Studenci mechatroniki biorą udział w kursach z różnych dziedzin: [ potrzebne źródło ]

Aplikacje

Mechatronika Stosowana

Mechatronika stosowana

Implementacje fizyczne

Układ mechatroniczny

Modelowanie mechaniczne wymaga modelowania i symulowania złożonych zjawisk fizycznych w ramach podejścia wieloskalowego i wielofizycznego. Oznacza to wdrożenie i zarządzanie metodami i narzędziami do modelowania i optymalizacji, które są zintegrowane w podejściu systemowym. Specjalność skierowana jest do studentów mechaniki, którzy chcą otworzyć swój umysł na inżynierię systemów i potrafią integrować różne fizyki lub technologie, a także studentów mechatroniki, którzy chcą poszerzyć swoją wiedzę w zakresie optymalizacji i multidyscyplinarnych technik symulacji. Specjalność kształci studentów w zakresie solidnych i / lub zoptymalizowanych metod koncepcyjnych dla konstrukcji lub wielu systemów technologicznych oraz głównych narzędzi do modelowania i symulacji stosowanych w badaniach i rozwoju. Proponowane są również specjalne kursy dla oryginalnych zastosowań (kompozyty wielomateriałowe, innowacyjne przetworniki i siłowniki , systemy zintegrowane, …), aby przygotować studentów do nadchodzącego przełomu w dziedzinach obejmujących materiały i systemy. W przypadku niektórych systemów mechatronicznych głównym problemem nie jest już to, jak wdrożyć system sterowania, ale jak wdrożyć siłowniki. W dziedzinie mechatroniki do wytwarzania ruchu/ruchu wykorzystywane są głównie dwie technologie.

Temat

  • Automatyzacja i zaprogramowane sterowanie logiczne
  • Elektronika zasilania i jazdy
  • Nowoczesne i cyfrowe systemy sterowania
  • Systemy robotyki
  • Systemy mechatroniczne
  • Zautomatyzowana kontrola
  • Aplikacje komputerowe dla mechatroniki
  • Rachunek różniczkowy
  • Obwody elektryczne
  • Dynamika systemów
  • Dynamika i wibracje
  • Sztuczna inteligencja
  • Matematyka inżynierska
  • Metody inżynierii numerycznej
  • Termostatologia
  • Fizyka ogólna
  • Praktyczna fizyka ogólna
  • Pomiary i przetwarzanie sygnałów
  • Chemia ogólna
  • Praktyczna chemia ogólna / laboratorium
  • Zasady statystyki
  • Czujniki i transformatory mocy
  • Laboratorium Kontroli Automatycznej
  • Laboratorium Obwodów Elektrycznych
  • Dynamiki i Drgań
  • Laboratorium Możliwości i Elektroniki Jazdy
  • Laboratorium elektroniki dla mechatroniki
  • Laboratorium przetwarzania i mikrokontrolery
  • Laboratorium logiki cyfrowej
  • Laboratorium Układów Hydraulicznych i Antenowych
  • Laboratorium inżynierii zdolności płynów
  • Przetwarzanie i mikrokontrolery
  • Logika cyfrowa
  • Materiały inżynierskie i technologia wytwarzania
  • Mechanika maszyn
  • Inżynieria zdolności płynów
  • Matematyka

Subdyscypliny

Mechaniczny

Główny artykuł: Inżynieria mechaniczna
Widok dwusprzęgłowej, bezpośredniej skrzyni biegów Volkswagena .

Inżynieria mechaniczna jest ważną częścią inżynierii mechatronicznej. Obejmuje badanie mechanicznej natury działania obiektu. Elementy mechaniczne odnoszą się do struktury mechanicznej, mechanizmu, płynów termicznych i hydraulicznych aspektów systemu mechatronicznego. Badanie termodynamiki , dynamiki , mechaniki płynów , pneumatyki i hydrauliki . Inżynier mechatronik, który pracuje jako inżynier mechanik, może specjalizować się w układach hydraulicznych i pneumatycznych , gdzie można ich znaleźć pracujących w przemyśle samochodowym. Inżynier mechatronik może również zaprojektować pojazd, ponieważ ma silne zaplecze mechaniczne i elektroniczne. Znajomość aplikacji, takich jak projektowanie wspomagane komputerowo i wytwarzanie wspomagane komputerowo, jest niezbędna do projektowania produktów. Mechatronika obejmuje część programu nauczania mechaniki, która jest szeroko stosowana w przemyśle samochodowym.

Systemy mechatroniczne stanowią dużą część funkcji samochodu. Pętla sterowania utworzona przez czujnik – przetwarzanie informacji – siłownik – mechaniczne (fizyczne) zmiany występuje w wielu systemach. Rozmiar systemu może być bardzo różny. Układ przeciwblokujący (ABS) jest systemem mechatronicznym. Sam hamulec też jest jeden. A pętla sterowania utworzona przez kontrolę jazdy (na przykład tempomat), silnik, prędkość jazdy pojazdu w świecie rzeczywistym i pomiar prędkości to również system mechatroniczny. Ogromne znaczenie mechatroniki dla inżynierii motoryzacyjnej wynika również z faktu, że producenci pojazdów często mają działy rozwoju, które mają w swojej nazwie „Mechatronika”.

Elektronika i Elektryka

Główny artykuł: Elektronika i elektrotechnika

Elektronika i Telekomunikacja specjalizuje się w urządzeniach elektronicznych i urządzeniach telekomunikacyjnych systemu mechatronicznego. Inżynier mechatronik o specjalizacji elektronika i telekomunikacja posiada wiedzę z zakresu sprzętu komputerowego. Transmisja sygnału jest głównym zastosowaniem tej poddziedziny mechatroniki. Gdzie systemy cyfrowe i analogowe również stanowią ważną część systemów mechatronicznych. telekomunikacyjna zajmuje się przesyłaniem informacji przez medium.

Inżynieria elektroniczna jest związana z inżynierią komputerową i elektrotechniką . Technika sterowania ma szeroki zakres zastosowań elektronicznych, od systemów lotu i napędu samolotów komercyjnych po tempomat obecny w wielu nowoczesnych samochodach . VLSI projektowanie jest ważne przy tworzeniu układów scalonych. Inżynierowie mechatroniki mają głęboką wiedzę na temat mikroprocesorów, mikrokontrolerów, mikroczipów i półprzewodników. Zastosowanie mechatroniki w przemyśle elektronicznym może prowadzić badania i rozwój urządzeń elektroniki użytkowej, takich jak telefony komórkowe, komputery, aparaty fotograficzne itp. Dla inżynierów mechatroników konieczna jest nauka obsługi aplikacji komputerowych, takich jak MATLAB i Simulink do projektowania i opracowywania produktów elektronicznych .

Mechatronika jest kierunkiem interdyscyplinarnym, obejmuje zarówno koncepcje układów elektrycznych, jak i mechanicznych. Inżynier mechatronik zajmuje się projektowaniem transformatorów dużej mocy lub nadajników modułów częstotliwości radiowej .

awionika

Główny artykuł: Awionika
Technik awioniki używa oscyloskopu do weryfikacji sygnałów na sprzęcie awioniki samolotu

Awionika jest również uważana za odmianę mechatroniki, ponieważ łączy kilka dziedzin, takich jak elektronika i telekomunikacja, z inżynierią lotniczą . Jest to subdyscyplina inżynierii mechatroniki i inżynierii lotniczej, która jest gałęzią inżynierii skupiającą się na układach elektronicznych statków powietrznych. Słowo awionika to mieszanka lotnictwa i elektroniki. System elektroniki statku powietrznego obejmuje system adresowania i raportowania komunikacji statku powietrznego , nawigację powietrzną , system sterowania lotem statku powietrznego , systemy unikania kolizji statków powietrznych , rejestrator lotu , radar pogodowy i wykrywacz wyładowań atmosferycznych . Mogą być tak proste, jak reflektor do helikoptera policyjnego lub tak skomplikowane, jak system taktyczny dla powietrznej platformy wczesnego ostrzegania .

Zaawansowana Mechatronika

Główny artykuł: Mechatronika

Kolejnym wariantem jest Motion control for Advanced Mechatronics, uznawany obecnie za kluczową technologię w mechatronice. Solidność sterowania ruchem zostanie przedstawiona jako funkcja sztywności i podstawa do praktycznej realizacji. Cel ruchu jest parametryzowany przez sztywność sterowania, która może być zmienna w zależności od odniesienia do zadania. Odporność systemu na ruch wymaga zawsze bardzo dużej sztywności w sterowniku.

Przemysłowy

Główny artykuł: Inżynieria przemysłowa
Inżynierowie przemysłowi na swoich obowiązkach

Gałąź inżyniera przemysłu obejmuje projektowanie maszyn, linii montażowych i technologicznych różnych gałęzi przemysłu wytwórczego. O tej gałęzi można powiedzieć, że jest nieco podobna do automatyki i robotyki. Inżynierowie mechatroniki pracujący jako inżynierowie przemysłowi projektują i rozwijają infrastrukturę zakładu produkcyjnego. Można też powiedzieć, że są architektami maszyn. Można pracować jako projektant przemysłowy, aby zaprojektować układ przemysłowy i zaplanować utworzenie przemysłu wytwórczego lub jako technik przemysłowy, aby przyjrzeć się wymaganiom technicznym i naprawie konkretnej fabryki.

Robotyka

Główny artykuł: Robotyka
Robot przemysłowy wyprodukowany przez firmę ABB

Robotyka to jedna z najnowszych dziedzin mechatroniki. To nauka o robotach, o tym, jak są produkowane i obsługiwane. Od 2000 roku ta gałąź mechatroniki przyciąga wielu aspirantów. Robotyka jest powiązana z automatyką, ponieważ tutaj również nie jest wymagana duża ingerencja człowieka. W wielu fabrykach, zwłaszcza w fabrykach samochodów, roboty znajdują się na liniach montażowych, gdzie wykonują prace związane z wierceniem, instalacją i montażem. Umiejętności programowania są niezbędne do specjalizacji z robotyki. Znajomość języka programowania — ROBOTC jest ważna dla funkcjonowania robotów. Robot przemysłowy jest doskonałym przykładem systemu mechatronicznego; obejmuje aspekty elektroniki, mechaniki i informatyki do wykonywania codziennych zadań.

Komputer

Główne artykuły: Inżynieria komputerowa i Internet rzeczy
System automatycznego sterowania teleskopem i system obserwacji obiektów kosmicznych

Internet rzeczy (IoT) to wzajemne powiązanie urządzeń fizycznych z wbudowaną elektroniką , oprogramowaniem , czujnikami , siłownikami i łącznością sieciową , które umożliwiają tym obiektom gromadzenie i wymianę danych . IoT i mechatronika uzupełniają się. Wiele inteligentnych komponentów związanych z Internetem przedmiotów będzie zasadniczo mechatronicznych. Rozwój IoT zmusza inżynierów mechatroniki, projektantów, praktyków i nauczycieli do badania sposobów postrzegania, projektowania i wytwarzania systemów i komponentów mechatronicznych. Pozwala im to zmierzyć się z nowymi problemami, takimi jak bezpieczeństwo danych, etyka maszyn i interfejs człowiek-maszyna.

Znajomość programowania jest bardzo ważna. Inżynier mechatronik musi programować na różnych poziomach, np. programowanie sterowników PLC , programowanie dronów , programowanie sprzętu , programowanie CNC itp. Ze względu na połączenie inżynierii elektronicznej, ważne są umiejętności miękkie od strony obsługi komputera. Ważnymi językami programowania dla inżyniera mechatroniki są języki programowania Java , Python , C++ i C.

Zobacz też

Źródła

  • Bradley, Dawson i in., Mechatronika, Elektronika w produktach i procesach , Chapman i Hall Verlag, Londyn , 1991.
  •   Karnopp, Dean C., Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems , wydanie 4, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4 Bestsellerowa książka o dynamice systemu wykorzystująca podejście do wykresów wiązań.
  •   Cetinkunt, Sabri, Mechatronika , John Wiley & Sons, Inc, 2007 ISBN 9780471479871
  • James J. Nutaro (2010). Budowanie oprogramowania do symulacji: teoria i algorytmy, z aplikacjami w C++ . Wileya.
  • Zhang, Jianhua. Mechatronika i Automatyka. Materiały z Międzynarodowej Konferencji Mechatroniki i Automatyki (ICMAE2016). Xiamen, Chiny, 2016.

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mechatronics&oldid=1141534146 ”