Мехатроника , также называемая мехатронной инженерией , является междисциплинарной отраслью инженерии, которая фокусируется на разработке электронных, электрических и машиностроительных систем, а также включает сочетание робототехники , электроники , компьютеров , телекоммуникаций , систем , управления и разработки продуктов . [1] [2] Как технологияс течением времени различные области инженерии преуспели как в адаптации, так и в умножении. Цель мехатроники - создать проектное решение, объединяющее каждую из этих различных подполей. Первоначально поле мехатроники было предназначено не быть ничего более , чем сочетание механики и электроники, отсюда и название будучи портманто ме троники и элек троники ; однако по мере того, как сложность технических систем продолжала развиваться, определение было расширено и теперь включает больше технических областей.
Слово мехатроника произошло из японско-английского языка и было придумано Тетсуро Мори, инженером Yaskawa Electric Corporation . Слово « мехатроника» было зарегистрировано компанией в Японии в качестве товарного знака с регистрационным номером «46-32714» в 1971 году. Однако позже компания предоставила право на использование этого слова широкой публике, после чего слово стало использоваться во всем мире. . В настоящее время это слово переводится на многие языки и считается важным термином для передовой автоматизированной индустрии. [3]
Многие люди считают мехатронику современным модным словом, синонимом автоматизации , робототехники и электромеханики . [4]
Французский стандарт NF E 01-010 дает следующее определение: «подход, направленный на синергетическую интеграцию механики, электроники, теории управления и информатики в процессе проектирования и производства продукта с целью улучшения и / или оптимизации его функциональности». [ необходима цитата ]
Описание
Инженер-мехатроник объединяет принципы механики, электроники и вычислений для создания более простой, экономичной и надежной системы. Термин «мехатроника» был придуман Тетсуро Мори, старшим инженером японской компании Yaskawa в 1969 году. Промышленный робот является ярким примером системы мехатроники; он включает в себя аспекты электроники, механики и вычислений для повседневной работы.
Инженерная кибернетика имеет дело с вопросом о контрольных техниках мехатронных систем. Он используется для управления или регулирования такой системы (см. Теорию управления ). Благодаря совместной работе мехатронные модули достигают производственных целей и наследуют гибкие и маневренные производственные свойства производственной схемы. Современное производственное оборудование состоит из мехатронных модулей, интегрированных в соответствии с архитектурой управления. Наиболее известные архитектуры включают иерархию , полиархию , гетерархию и гибрид. Методы достижения технического эффекта описываются алгоритмами управления , которые могут использовать или не использовать формальные методы в своей разработке. Гибридные системы, важные для мехатроники, включают производственные системы , синергетические приводы, марсоходы для исследования планет , автомобильные подсистемы, такие как антиблокировочные тормозные системы и ассистент вращения, а также повседневное оборудование, такое как камеры с автофокусировкой, видео, жесткие диски , проигрыватели компакт-дисков и телефоны.
Структура курса
Студенты мехатроники проходят курсы по различным направлениям:
- Инженерная математика
- Машиностроение и материаловедение и инженерия
- Электронная инженерия
- Электротехника
- Компьютерная инженерия (программная и аппаратная инженерия)
- Информатика
- Системная инженерия
- Техника управления
- Оптическая инженерия
- Телекоммуникации
- Информационные технологии
- Робототехника
- Управление проектом
Приложения
- Машинное зрение
- Автоматизация и робототехника
- Сервомеханика
- Чувствительная и система управления
- Автомобильная техника , автомобильная техника в конструкции таких подсистем, как антиблокировочная тормозная система.
- Автоматизация зданий / Домашняя автоматизация
- Компьютерное управление станком, например, станки с компьютерным управлением, такие как фрезерные станки с ЧПУ, гидроабразивные станки с ЧПУ и станки плазменной резки с ЧПУ
- Экспертные системы
- Индустриальные товары
- Потребительские товары
- Системы мехатроники
- Медицинская мехатроника, медицинские системы визуализации
- Структурные динамические системы
- Транспортные и автомобильные системы
- Мехатроника как новый язык автомобилей
- Компьютерные и интегрированные производственные системы
- Системы автоматизированного проектирования
- Инженерные и производственные системы
- Упаковка
- Микроконтроллеры / ПЛК
- Микропроцессоры
Физические реализации
Механическое моделирование требует моделирования и моделирования сложных физических явлений в рамках многомасштабного и мультифизического подхода. Это подразумевает внедрение и управление методами и инструментами моделирования и оптимизации, которые интегрированы в системный подход. Специальность предназначена для студентов-механиков, которые хотят открыть свой разум для системной инженерии и могут интегрировать различные физики или технологии, а также для студентов-мехатроников, которые хотят повысить свои знания в области оптимизации и междисциплинарных методов моделирования. Специальность обучает студентов надежным и / или оптимизированным методам концепции для конструкций или многих технологических систем, а также основным инструментам моделирования и симуляции, используемым в исследованиях и разработках. Также предлагаются специальные курсы для оригинальных приложений (композиты из нескольких материалов, инновационные преобразователи и приводы , интегрированные системы,…), чтобы подготовить студентов к грядущему прорыву в областях, охватывающих материалы и системы. Для некоторых мехатронных систем главный вопрос уже не в том, как реализовать систему управления, а в том, как реализовать исполнительные механизмы. В области мехатроники в основном используются две технологии для создания движения / движения.
Вариант поля
Возникающим вариантом этой области является биомехатроника , цель которой - объединить механические части с человеком, обычно в виде съемных устройств, таких как экзоскелет . Это «реальная» версия киберпрограммы .
Другой вариант, который мы можем рассмотреть, - это управление движением для продвинутой мехатроники, которое в настоящее время признано ключевой технологией в мехатронике. Надежность управления движением будет представлена как функция жесткости и станет основой для практической реализации. Цель движения параметризуется жесткостью управления, которая может изменяться в соответствии с заданием. Однако устойчивость системы к движению всегда требует очень высокой жесткости контроллера. [5]
Авионика также считается вариантом мехатроники, поскольку она сочетает в себе несколько областей, таких как электроника и телекоммуникации, с аэрокосмической техникой .
Интернет вещей
Интернет вещей (IoT) является между сети физических устройств, внедренных с электроникой , программным обеспечением , датчики , исполнительные механизмы и подключения к сети , которые позволяют эти объекты для сбора и обмена данными .
Интернет вещей и мехатроника дополняют друг друга. Многие интеллектуальные компоненты, связанные с Интернетом вещей, будут по сути мехатронными. Развитие Интернета вещей заставляет инженеров, проектировщиков, практиков и преподавателей мехатроники исследовать способы восприятия, проектирования и производства мехатронных систем и компонентов. Это позволяет им решать новые проблемы, такие как безопасность данных, машинная этика и человеко-машинный интерфейс. [6]
Смотрите также
- Кибернетика
- Теория управления
- Экомехатроника
- Электромеханика
- Материаловедение
- Технология машиностроения
- Робототехника
- Системная инженерия
Рекомендации
- ^ Машиностроение и мехатроника. «Мехатроника» . Будущие студенты бакалавриата . Университет Ватерлоо . Проверено 21 ноября 2019 года .
- ^ Факультет мехатроники, информатики и междисциплинарных исследований ТУЛ. «Мехатроника (Bc., Ing., PhD.)» . Проверено 15 апреля 2011 года .
- ^ Msc. Мехатроника и автоматизация, Стратклайдский университет в Глазго, Институт инженерии и технологий, Соединенное Королевство. Проверено 29 ноября 2020 года.
- ^ Лоуренс Дж. Камм (1996). Понимание электромеханической инженерии: введение в мехатронику. Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-7803-1031-5.
- ^ ″ Управление движением и продвинутая мехатроника ″ .
- ^ Брэдли, Дэвид; Рассел, Дэвид; Фергюсон, Ян (март 2015). «Интернет вещей - будущее или конец мехатроники». Мехатроника . 27 : 57–74. DOI : 10.1016 / j.mechatronics.2015.02.005 . ЛВП : 10059/1355 .
Источники
- Брэдли, Доусон и др., Мехатроника, Электроника в продуктах и процессах , Chapman and Hall Verlag, Лондон , 1991.
- Карнопп, Дин К., Дональд Л. Марголис, Рональд К. Розенберг, Системная динамика: моделирование и имитация мехатронных систем , 4-е издание, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4 Книга по динамике бестселлеров с использованием графа облигаций.
- Cetinkunt, Sabri, Mechatronics , John Wiley & Sons, Inc, 2007 г. ISBN 9780471479871
- Джеймс Дж. Нутаро (2010). Создание программного обеспечения для моделирования: теория и алгоритмы, с приложениями на C ++ . Вайли.
- Чжан, Цзяньхуа. Мехатроника и автоматизация. Материалы Международной конференции по мехатронике и автоматизации (ICMAE2016). Сямэнь, Китай, 2016 г.
дальнейшее чтение
- Бишоп, Роберт Х., Мехатроника: введение . CRC Press , 2006.
- Де Сильва, Кларенс В., Мехатроника: комплексный подход . CRC Press, 2005 г.
- Онвуболу, Годфри К., Мехатроника: принципы и приложения . Баттерворт-Хайнеманн, 2005.
- Ранкерс, Адриан М., Динамика машин в мехатронных системах . Университет Твенте, 1997 г.
Внешние ссылки
- Транзакции IEEE / ASME по мехатронике.
- Журнал мехатроники - Elsevier
- мехатронные приложения и реализация Список публикаций с примерами
- Институт инженеров-механиков - Группа мехатроники, информатики и управления (MICG)
- NF E 01-010 2008 - AFNOR ( французский стандарт NF E 01-010 )
- XP E 01-013 2009 - AFNOR (французский стандарт NF E 01-013)