75428

Передумови розвитку мехатроніки і сфери застосування мехатронних систем. Класифікаційні ознаки мехатроніки

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Передумови розвитку мехатроніки і сфери застосування мехатронних систем. Класифікаційні ознаки мехатроніки Останніми роками виникла і бурхливо розвивається у всьому світі нова галузь науки і техніки мехатроніка. Вузли модулі і системи мехатроніки МС стають основою технологічних машин і агрегатів з новими властивостями для різних галузей промисловості а також вони можуть бути використані при розробці периферійних пристроїв устроїв...

Украинкский

2015-01-12

53.5 KB

6 чел.

ЛЕКЦІЯ 1

Вступ. Передумови розвитку мехатроніки| і сфери застосування мехатронних| систем. Класифікаційні  ознаки  мехатроніки

Останніми роками виникла і бурхливо розвивається у всьому світі нова галузь науки і техніки - мехатроніка|.   Мехатроніка базується на  знаннях в області механіки, електроніки, сучасних методах комп'ютерного управління і обробки інформації.  Вузли, модулі і системи мехатроніки (МС) стають основою технологічних машин і агрегатів з  новими властивостями для різних галузей промисловості, а також вони можуть бути використані при розробці периферійних пристроїв|устроїв| для комп'ютерної, офісної і побутової техніки, нетрадиційних транспортних засобів, медичного устаткування|обладнання|, мікромашин і інших сучасних технічних систем.

Конспект лекцій призначений для студентів, магістрів і аспірантів різних технічних напрямів|направлень| і спеціальностей, що вивчають мехатроніку|, а також може бути корисний фахівцям|спеціалістам|, що працюють в області автоматизованого машинобудування.

Матеріал присвячений викладу сучасних принципів побудови|шикування| і застосування|вживання| мехатронних| систем та їх основним модулям і вузлам, зокрема, сенсорам та давачам. Основний акцент зроблений на концептуальних питаннях інтеграції механічних, електронних і комп'ютерних елементів в єдині модулі і системи як ключового|джерельного| принципу мехатроніки|.

Передумови розвитку мехатроніки| і сфери застосування мехатронних| систем

У широкому сенсі|змісті| мехатроніка| вивчає технічні системи, агрегати, машини і комплекси машин різного призначення з|із| комп'ютерним управлінням рухом. Головна методологічна ідея мехатроніки| полягає в системному поєднанні таких раніше відособлених науково-технічних областей як точна механіка, мікроелектроніка, електротехніка, комп'ютерне управління і інформаційні технології.

У мехатронних| системах укрупнено|укрупняти| прийнято виділяти три складові частини - механічну, електронну і комп'ютерну, об'єднання яких і утворює систему в цілому|загалом|. Суть мехатронного| підходу полягає в тісному взаємозв'язку вказаних компонент на всіх етапах життєвого циклу виробу, починаючи|розпочинати| із|із| стадії його проектування і маркетингу і закінчуючи виробництвом і експлуатацією замовником.

Сьогодні мехатронні| модулі і системи знаходять|находять| широке застосування|вживання| в наступних|слідуючих| областях :

Верстатобудування і устаткування|обладнання| для автоматизації технологічних процесів;

Робототехніка (промислова і спеціальна);

Авіаційна, космічна і військова|воєнна| техніка;

- автомобілебудування (наприклад, антиблокувальні системи гальм, системи стабілізації руху автомобіля і автоматичної парковки);

Нетрадиційні транспортні засоби (електровелосипеди, вантажні візки, електроролери, інвалідні візки);

Офісна техніка (наприклад, копіювальні і факсимільні апарати);

- елементи обчислювальної техніки (наприклад, принтери, плоттери, дисководи);

Медичне устаткування|обладнання| (реабілітаційне, клінічне, сервісне);

Побутова техніка (пральні, швейні|швацькі|, посудомийні і інші машини);

Мікромашини (для медицини, біотехнології, засобів|коштів| зв'язку і телекомунікації);

Контрольно-вимірювальні пристрої|устрої| і машини;

Фото- і відеотехніка;

Тренажери для підготовки пілотів і операторів;

Шоу|шоу-бізнес|-індустрія (системи звукового і світлового оформлення).

Безумовно, цей список може бути розширений. В цілому|загалом| за даними ведучого періодичного журналу|часопису| по мехатроніці| вже в 2000 році світовий ринок мехатронних| систем склав більше 100 мільярдів доларів США, з|із| яких приблизно 1/10 припадає на частку робототехніки|.

Стрімкий розвиток мехатроніки| в останнє десятиліття як нового технічного напряму|направлення|  обумовлено  трьома основними чинниками|факторами|:

- нові тенденції світового індустріального розвитку;

- розвиток фундаментальних основ і методології мехатроніки| (базові, принципово| нові технічні і технологічні ідеї і рішення|розв'язання|;

- активність фахівців|спеціалістів| в науково-дослідній і освітній сферах.  

Сучасний етап розвитку автоматизованого машинобудування у відбувається|походить| в нових економічних реаліях, коли йдеться про технологічну спроможність і конкурентоздатність| продукції, що випускається.

Можна виділити наступні|слідуючі| тенденції зміни і ключові|джерельні| вимоги світового ринку в даній області:

Необхідність випуску і сервісу устаткування|обладнання| у відповідності з міжнародною|     системою  стандартів   якості;

Інтернаціоналізація ринку науково-технічної продукції і, як наслідок, необхідність активного впровадження в практику форм і методів міжнародного| інженерінгу і трансферу технологій;

Підвищення ролі малих і середніх виробничих підприємств в економіці| завдяки їх здатності до швидкого і гнучкого реагування на| вимоги ринку, що змінюються;

- бурхливий розвиток комп'ютерних систем і технологій, засобів|коштів| телекомунікації;

Прямим наслідком цієї загальної|спільної| тенденції є|з'являється| інтелектуалізація систем| управління механічним рухом і технологічними функціями сучасних машин.

Аналіз вказаних тенденцій показує, що досягти якісно нового рівня основного технологічного устаткування|обладнання| на основі традиційних підходів вже практично нереально.

За даними деяких прогнозів, підготовленого по матеріалах європейських виставок і конференцій, найближчими роками очікується різке зростання|зріст| відношення|ставлення| якість/ціна для нетрадиційних виробничих машин, виконаних на основі нових механізмів паралельних з'єднань|сполучень|. У останнє десятиліття дуже велика увага приділяється створенню|створінню| мехатронних| модулів для сучасних автомобілів, нового покоління технологічного устаткування|обладнання| (верстатів з|із| паралельною кінематикою, роботів з|із| інтелектуальним управлінням), мікромашин, новітньої|найновішої| комп'ютерної і офісної техніки.

Класифікаційні  ознаки  мехатроніки

Як основну класифікаційну ознаку в мехатроніці| видається доцільним прийняти рівень інтеграції елементів. Відповідно до цієї ознаки можна розділяти мехатронні| системи по рівнях або по поколіннях, якщо розглядати|розглядувати| їх появу на ринку наукоємкої|наукоємної| продукції історично.

Мехатронні модулі першого рівня є об'єднанням тільки|лише| двох початкових|вихідних| елементів. Типовим прикладом|зразком| модуля першого покоління може служити "мотор-редуктор", де механічний редуктор і керований двигун випускаються як єдиний функціональний елемент. Мехатронні системи на основі цих модулів знайшли широке застосування|вживання| при створенні|створінні| різних засобів|коштів| комплексної автоматизації виробництва (конвеєрів, транспортерів, поворотних столів, допоміжних маніпуляторів).

Мехатронні модулі другого рівня з'явилися|появлялися| в 80-х роках у зв'язку з розвитком нових електронних технологій, які дозволили створити мініатюрні датчики і електронні блоки для обробки їх сигналів. Об'єднання приводних модулів з|із| вказаними елементами привела до появи мехатронних| модулів руху, склад яких повністю|цілком| відповідає введеному|запроваджувати| вище визначенню, коли досягнута інтеграція трьох пристроїв|устроїв| різної фізичної природи, механічних, електротехнічних і електронних. На базі мехатронних| вузлів цього класу створені керовані енергетичні машини, верстати і промислові роботи з|із| числовим програмним  управлінням.

Розвиток   третього   покоління   мехатронних|   пристроїв|устроїв| пов'язаний з появою   на   ринку   порівняно   недорогих   контролерів  і інтелектуалізацію на  їх  базі всіх мехатронних|  систем, насамперед|передусім|  - функціональних; управління рухами машин і агрегатів,  розробка нових принципів і  технологій компактних механічних вузлів, а також датчиків зворотного зв'язку і інформації. Створення|створіння| нових прецизійних, інформаційних і вимірювальних наукоємких|наукоємних| технологій дає основу для проектування і виробництва інтелектуальних мехатронних| модулів і систем.

Надалі мехатронні| машини і системи об'єднуватимуться в мехатронні| комплекси на базі єдиних інтеграційних платформ. Мета|ціль| створення|створіння| таких комплексів - добитися поєднання високої продуктивності і одночасно гнучкості техніко-технологічного| середовища|середи| за рахунок можливості|спроможності| реконфігурації, що дозволить забезпечити конкурентоспроможність і високу якість продукції, яка випускається, на ринках XXI століття|віку|.

Важливо|поважно| підкреслити, що поштовхом для становлення мехатроніки| стали не загальні|спільні| теоретичні ідеї (як це було, наприклад, в історії робототехніки|), а технічні досягнення інженерів-практиків в різних галузях. Потім зацікавлені організації в кінці|у кінці| 80-х років почали|стали| об'єднуватися в науково-технічні співтовариства|спілки|. Координацію науково-технічних робіт здійснюють асоціації інноваційного машинобудування і мехатроніки|, створені і в багатьох країнах Европи, де особливо слід виділити діяльність Uk| Mechatronics| Forum| (Великобританія). У ці ж роки курси по мехатроніці| почали|стали| включати в учбові плани технічні університети.  Щорічно|щорік| в світі проводиться декілька спеціалізованих науково-технічних конференцій в області мехатроніки|.

У міру розширення сфери застосування мехатронних| систем і розширення міжнародних науково-технічних зв'язків, стає все більш значущим активний обмін нових виробничими і інформаційними технологіями між їх творцями і користувачами, між різними групами споживачів і розробників (науково-дослідними центрами, підприємствами різних форм власності, університетами). Вказані форми кооперації реалізуються в рамках|у рамках| міжнародного трансферу технологій. Розвиток мехатроніки| як міждисциплінарної науково-технічної області окрім очевидних техніко-технологічних| складнощів ставить і цілий ряд|лаву| нових організаційно-економічних проблем. Сучасні підприємства, що приступають до розробки і випуску мехатронних| виробів, повинні вирішити|рішати| в цьому плані наступні|слідуючі| основні завдання|задачі|:

Структурна інтеграція підрозділів механічного, електронного і інформаційного профілів (які, як правило функціонували автономно і роз'єднано) в єдині проектні і виробничі колективи;

Підготовка "мехатронно орієнтованих|" інженерів і менеджерів, здатних до системної інтеграції і керівництва роботою вузькопрофільних фахівців|спеціалістів| різної кваліфікації;

- інтеграція інформаційних технологій з|із| різних науково-технічних областей (механіка, електроніка, комп'ютерне управління; у єдиний інструментарій для комп'ютерної підтримки мехатронних| завдань|задач|; стандартизація і уніфікація всіх  використовуваних| елементів і процесів при проектуванні і виробництві мехатронних| систем.

Вирішення перерахованих проблем часто|частенько| вимагає подолання|здолання| традицій в управлінні, що склалися на підприємстві, і амбіцій менеджерів середньої ланки, звиклих вирішувати|рішати| тільки|лише| свої вузькопрофільні завдання|задачі|. Саме тому середні і малі підприємства, які можуть легко і гнучко варіювати свою структуру, виявляються|опиняються| більш підготовленими перейти до виробництва мехатронної| продукції.

Приведений аналіз сучасних тенденції об'єктивно і переконливо свідчать|засвідчують| про швидко зростаючий інтерес до мехатроніки| і високої активності фахівців|спеціалістів| в науково-дослідній, освітній і виробничій сферах, що визначає перспективу розвитку мехатроніки| в XXI столітті|віці| як одного з ключових|джерельних| напрямів|направлень| сучасної науки і техніки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40913. Генерування та підсилення НВЧ 107 KB
  Коефіцієнт підсилення підсилювача на тунельному діоді . При цьому тут вхід та вихід не розв’язані, тому, по суті, коефіцієнт підсилення є коефіцієнтом відбиття. Такі підсилювачі нестійкі, нестабільні – параметрично залежать від навантаження
40914. Параметричний підсилювач на НП-діодах 103.5 KB
  Останнім часом роблять малим, отже дуже велика, і її не використовують. Можна використовувати .Розглянемо телевізійний параметричний підсилювач. - позначені частоти відповідних резонаторів.
40915. Транзистори НВЧ 109 KB
  Ці транзистори є видозміненими звичайними транзисторами. Серійно випускають транзистори з . Використовують транзистори.
40916. Підсилювачі на НВЧ транзисторах 59.5 KB
  Аналогічно створюється резонанс та узгодження по опору на виході: Принципова схема підсилювача:Для узгодження з лінією 50 Ом підключають і трансформатор (лампу)підбирається так, щоб узгодити з опорам 50 Ом. Аналогічно створюється резонанс та узгодження по опору на виході:
40917. Невзаємні елементи НВЧ 98.5 KB
  Нехай маємо феромагнітне середовище в , при цьому орієнтація доменів , оскільки це енергетично вигідно. Нехай тепер , тобто додали невелике змінне поле у перпендикулярному напрямку. Звичайно, при цьому зміниться Тепер треба знайти , тобто . Розглядатимемо лінійну задачу, нелінійності не враховуємо.
40919. Плоскі хвилі в гіротропному середовищі 107.5 KB
  Тобто, у взаємодіючій хвилі довжина хвилі буде менша. Зсунемось від початку на період, тоді друга хвиля повернеться в початковий стан, а перша не встигне. Тоді дасть вектор під кутом до нульової площини. - кут Фарадея (кут повороту площини поляризації). , ми розглянули . Цей кут змінюється в залежності від відстані.
40920. Фарадеївський вентиль і циркулятор 66 KB
  Ці прилади працюють на великих потужностях. Вхідна та вихідна щілини повернуті на одна відносно іншої. Всередині – ферит, навколо – електромагнітна котушка. Підбираємо параметри так, щоб хвиля змінювала поляризаційний кут на після проходження
40921. Аналіз та синтез НВЧ елементів 124 KB
  Розглянемо відому матрицю розсіювання . Нехай маємо - полюсник, у нього входів і виходів. Для кожного входу та виходу є падаюча та відбита хвилі.Будемо користуватися нормованими величинами: - для падаючої хвилі, - для відбитої. , - амплітуди падаючої та відбитої хвиль, , - відповідні потужності.Будемо вважати, що відбита хвиля зумовлена всіма хвилями, що увійшли в - полюсник: