SISTEME MECATRONICE

-articol de specialitate-

Prof. JIANU CAMELIA

COLEGIUL TEHNIC REȘIȚA, CARAȘ-SEVERIN

Conceptul de mecatronică s-a născut în Japonia, la începutul deceniului al optulea al secolului trecut.

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, care se bazează pe disciplinele clasice: ingineria mecanică, ingineria electrică şi ştiinţa calculatoarelor.

Termenul în sine a fost brevetat de către concernul Yaskawa Electric Co. şi a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologică: mecanică – electronică – informatică.

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, care se bazează pe disciplinele clasice: ingineria mecanică, ingineria electrică şi ştiinţa calculatoarelor.

The concept of mechatronics was born in Japan at the beginning of the eighth decade of the last century.

Mechatronics is a transdisciplinary field of engineering, which is based on classical disciplines: mechanical engineering, electrical engineering and computer science.

The term itself was patented by concern Yaskawa Electric Co. and it was used to describe the fusion of technology: mechanical - electronic - computer.

Mechatronics is a transdisciplinary field of engineering, which is based on classical disciplines: mechanical engineering, electrical engineering and computer science.

Cuvinte cheie: mecatronică, sisteme mecatronice, proiectare, inteligență artificială.

Tot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tehnicitate este produs mecatronic. Exemplele de produse mecatronice includ automobilul modern (automobilul mecatronic) la care putem aminti managementul motorului, sistemele de siguranţă active şi pasive, suspensia activă, maşinile-unelte cu comandă numerică, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicaţii, aparatura de cercetare, roboţii, aparatura biomedicală, aparatura electrocasnică.

Mecatronica s-a născut ca tehnologie şi a devenit foarte curând filosofie care s-a răspândit în întreaga lume. În ultimii ani mecatronica este definită simplu: ştiinţa maşinilor inteligente. Apariţia mecatronicii este rezultatul firesc al evoluţiei în dezvoltarea tehnologică. În opinia japonezilor, mecatronica este tehnologia mecanică cerută de societatea informaţională.

Mecatronica se diferenţiază net de tehnologia tradiţională. În tehnologia tradiţională, elementele de bază sunt materialul şi energia. În mecatronică, acestor două elemente li se adaugă informaţia.

Tehnologia mecatronică şi principiile mecatronice în educaţie au condus la definirea filosofiei mecatronice. Pentru practica inginerească această filosofie a marcat saltul de la ingineria tradiţională, secvenţială, la ingineria simultană sau concurentă (paralelă).

Sistemele mecatronice sunt caracterizate de faptul că stochează, procesează, analizează semnalele obţinute şi execută sarcini adecvate. Scopul este de a extinde şi de a completa sistemele mecanice cu senzori şi microprocesoare pentru a crea produse fiabile şi inteligente.

Metodele de a integra aceste componente reies din teoria sistemelor de control şi tehnologia informaţiilor.

Clasificarea sistemelor mecatronice

O imagine asupra diversităţii şi complexităţii domeniilor care sunt incluse în vasta noţiune de “Mecatronică” poate fi furnizată de tematica secţiunilor primei conferinţe IFAC (International Conference of Automatic Control) de “Sisteme Mecatronice”, organizată între 18 şi 20 septembrie 2000 la Darmstadt (Germania):

- Secţiunea A – Sisteme mecatronice, incluzând vehicule mecatronice, motoare şi maşini mecatronice, trenuri mecatronice şi sisteme spaţiale mecatronice;

- Secţiunea B - Componente mecatronice, cu temele actuatori şi dispozitive mecatronice şi lagăre magnetice;

- Secţiunea C – Roboţi şi maşini păşitoare, cuprinzând roboţi mecatronici, sisteme robotice mobile, maşini păşitoare;

- Secţiunea D – Proiectarea sistemelor mecatronice – a avut ca centre de greutate: modelarea şi identificarea; instrumente software; simularea în timp real şi hardware-in-the-loop;

- Secţiunea E – Controlul automat al sistemelor mecatronice, s-a concentrat asupra metodelor de control, a controlului mişcării şi vibraţiilor şi a sistemelor mecatronice pentru detectarea şi diagnosticarea erorilor.

Conceptul de sistem mecatronic

Un sistem mecatronic este un sistem tehnic care integrează, într-o configuraţie flexibilă, componente mecanice, electronice şi de comandă cu sisteme numerice de calcul, pentru generarea unui control inteligent al mişcărilor, în vederea obţinerii unei multitudini de funcţii.

Care sunt cuvintele cheie în mecatronică?

§ Integrare

q Integrare spaţială prin întrepătrunderea constructivă a subsistemelor mecanice, electronice şi de comandă;

q Integrare funcţională, asigurată prin software.

§ Inteligenţă, raportată la funcţiile de control ale sistemului mecatronic şi caracterizată printr-o comportare adaptivă, bazată pe percepţie, raţionament, autoînvăţare, diagnosticarea erorilor şi reconfigurarea sistemului (comutarea pe module intacte în cazul unor defecţiuni) etc.

§ Flexibilitate, caracterizată de uşurinţa cu care sistemul poate fi adaptat, sau se poate adapta singur, la un nou mediu, pe parcursul ciclului său de funcţionare; implică schimbarea adecvată a programelor de control (software) şi nu a structurii sale mecanice sau electrice (hardware).

Consideraţii privind proiectarea sistemelor mecatronice

Este un fapt evident, că produsele mecatronice sunt prea complexe, pentru a fi proiectate de o singură persoană, sau de un număr mare de persoane, de diferite specializări, în măsura în care acestea nu lucrează în echipă. Varianta de proiectare clasică, anterioară filozofiei mecatronice, presupunea proiectarea unui produs, având o funcţie mecanică (de execuţie de mişcări sau transmitere de forţe) şi înzestrat cu componente electrice şi electronice şi un sistem de control, în mai multe etape succesive:

- într-o primă etapă, ingineri mecanici proiectau structura mecanică de bază;

- în a doua fază a proiectării, inginerii de profil electric şi electronic complectau această structură cu senzorii şi actuatorii necesari;

- ultima etapă era realizată de ingineri automatişti, al căror rol consta în implementarea unei structuri de control şi a unui algoritm adecvat funcţionării întregului ansamblu.

Această filozofie, utilizată în proiectarea unor produse complexe, a condus nu numai la soluţii scumpe şi ineficiente, dar a generat şi multe efecte dezastruoase.

Prin contrast, mecatronica are la bază principiile ingineriei concurente, impunând, încă din momentul demarării proiectării unui produs, munca într-o echipă, care include atât ingineri de diferite specializări, cât şi reprezentanţi ai compartimentelor de fabricaţie, marketing, din domeniul financiar etc. Colaborarea permanentă pe parcursul proiectării este esenţială, întrucât sistemul mecanic influenţează sistemul electronic, şi invers, sistemul electronic are un rol important în proiectarea unei structuri mecanice adecvate. Obţinerea efectelor sinergetice poate fi realizată numai prin inginerie simultană.

BIBLIOGRAFIE:

[1] www.SolidWorks.com- Tutorial Solid Works Proiectarea, modelarea, simularea -2010;

[2] Nedelcu, Dorian Aplicaţii 2D/3D de proiectare asistată de calculator, Editura Orizonturi Universitare Timişoara, 2003;

[3] **** SolidWorks® 2009 Bible Published by Wiley Publishing, Inc.10475 Crosspoint Boulevard Indianapolis, 2009.