Мехатроника , также называемая мехатроникой , представляет собой междисциплинарную отрасль техники, которая фокусируется на интеграции машиностроения , электротехники , электронной инженерии и разработки программного обеспечения , [1] и включает также сочетание робототехники , информатики , телекоммуникаций , систем , управления. и проектирование продукта . [2] [3]
По мере развития технологий с течением времени различные области техники преуспели как в адаптации, так и в умножении. Целью мехатроники является создание проектного решения, которое объединяет каждую из этих различных подобластей. Первоначально область мехатроники задумывалась как не что иное, как сочетание механики, электрики и электроники, отсюда и название, состоящее из слов « механика » и «электроника » ; однако по мере того, как сложность технических систем продолжала развиваться, определение было расширено и теперь включает больше технических областей.
Слово мехатроника возникло на японско-английском языке и было создано Тетсуро Мори, инженером Yaskawa Electric Corporation . Слово « мехатроника» было зарегистрировано компанией в Японии в качестве товарного знака под регистрационным номером «46-32714» в 1971 году. Позже компания предоставила право на использование этого слова публике, и это слово стало использоваться во всем мире. В настоящее время это слово переведено на многие языки и считается важным термином для современной автоматизированной промышленности. [4]
Многие люди воспринимают мехатронику как современное модное слово, синоним автоматизации , робототехники и электромеханики . [5]
Французский стандарт NF E 01-010 дает следующее определение: «подход, направленный на синергетическую интеграцию механики, электроники, теории управления и информатики в рамках проектирования и производства продукции с целью улучшения и/или оптимизации ее функциональности». [6]
Слово « мехатроника» было зарегистрировано компанией в Японии в качестве товарного знака под регистрационным номером «46-32714» в 1971 году. Позже компания предоставила право на использование этого слова публике, и это слово стало использоваться во всем мире.
С появлением информационных технологий в 1980-х годах в механические системы были внедрены микропроцессоры , что значительно повысило производительность. К 1990-м годам достижения в области вычислительного интеллекта были применены к мехатронике способами, которые произвели революцию в этой области.
Инженер-мехатроник объединяет принципы механики, электрики, электроники и вычислений для создания более простой, более экономичной и надежной системы. [7]
Инженерная кибернетика занимается вопросами техники управления мехатронными системами. Он используется для контроля или регулирования такой системы (см. теорию управления ). Благодаря сотрудничеству мехатронные модули достигают производственных целей и наследуют гибкие и динамичные производственные свойства в производственной схеме. Современное производственное оборудование состоит из мехатронных модулей, интегрированных по архитектуре управления. Наиболее известные архитектуры включают иерархию , полиархию , гетерархию и гибрид. Методы достижения технического эффекта описываются алгоритмами управления, которые при своей разработке могут использовать или не использовать формальные методы . Гибридные системы, важные для мехатроники, включают производственные системы , синергетические приводы, исследовательские вездеходы , автомобильные подсистемы, такие как антиблокировочная система тормозов и система помощи при вращении, а также повседневное оборудование, такое как камеры с автофокусировкой, видео, жесткие диски , проигрыватели компакт-дисков и телефоны.
Машиностроение является важной частью мехатроники. Он включает в себя изучение механической природы работы объекта. Механические элементы относятся к механической структуре, механизму, терможидкостным и гидравлическим аспектам мехатронной системы. Изучение термодинамики , динамики , механики жидкости , пневматики и гидравлики . Инженер-мехатроник, работающий инженером-механиком, может специализироваться на гидравлических и пневматических системах , где их можно найти работающими в автомобильной промышленности. Инженер-мехатроник также может спроектировать автомобиль, поскольку у него есть сильный опыт в области механики и электроники. Знание программных приложений, таких как автоматизированное проектирование и автоматизированное производство, имеет важное значение для проектирования продуктов. Мехатроника охватывает часть учебной программы по механике, которая широко применяется в автомобильной промышленности.
Мехатронные системы выполняют большую часть функций автомобиля. Контур управления, образованный датчиком — обработкой информации — исполнительным механизмом — механическим (физическим) изменением, встречается во многих системах. Размер системы может быть самым разным. Антиблокировочная система тормозов (ABS) является мехатронной системой. Сам тормоз тоже один. И контур управления, образованный управлением движением (например, круиз-контролем), двигателем, скоростью движения автомобиля в реальном мире и измерением скорости, также является мехатронной системой. [8] Большое значение мехатроники для автомобилестроения также очевидно из того факта, что производители автомобилей часто имеют отделы разработки со словом «мехатроника» в названии.
Электроника и телекоммуникационная техника специализируется на электронных устройствах и телекоммуникационных устройствах мехатронной системы. Инженер-мехатроник, специализирующийся на электронике и телекоммуникациях, обладает знаниями в области компьютерного оборудования. Передача сигнала является основным применением этого раздела мехатроники. Где цифровые и аналоговые системы также составляют важную часть систем мехатроники. Телекоммуникационная инженерия занимается передачей информации через среду.
Электроника связана с вычислительной техникой и электротехникой . Техника управления имеет широкий спектр электронных приложений: от пилотажных и двигательных систем коммерческих самолетов до круиз-контроля, присутствующего во многих современных автомобилях . Проектирование СБИС важно для создания интегральных схем. Инженеры-мехатроники обладают глубокими знаниями в области микропроцессоров, микроконтроллеров, микрочипов и полупроводников. Применение мехатроники в производстве электроники позволяет проводить исследования и разработки потребительских электронных устройств, таких как мобильные телефоны, компьютеры, камеры и т. д. Инженерам-мехатроникам необходимо изучить работу компьютерных приложений, таких как MATLAB и Simulink , для проектирования и разработки электронных продуктов.
Мехатроника — это междисциплинарный курс, который включает в себя понятия как электрических, так и механических систем. Инженер-мехатроник занимается проектированием трансформаторов большой мощности или передатчиков радиочастотных модулей .
Авионика также считается вариантом мехатроники, поскольку она сочетает в себе несколько областей, таких как электроника и телекоммуникации, с аэрокосмической техникой . Это раздел мехатроники и аэрокосмической техники, который является инженерной отраслью, специализирующейся на электронных системах самолетов. Слово «авионика» представляет собой смесь авиации и электроники. В систему электроники самолета входят система адресации и оповещения самолета , аэронавигация , система управления полетом самолета , системы предотвращения столкновений самолетов , бортовой самописец , метеорадиолокатор и детектор молний . Они могут быть такими простыми, как прожектор для полицейского вертолета , или такими сложными, как тактическая система для бортовой платформы раннего предупреждения .
Другим вариантом является управление движением для усовершенствованной 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 параметрируется жесткостью управления, которая может изменяться в зависимости от задания задачи. Устойчивость системы движения всегда требует очень высокой жесткости контроллера. [9]
Отрасль промышленного инженера включает в себя проектирование машин, сборочных и технологических линий различных отраслей обрабатывающей промышленности. Эта отрасль, можно сказать, чем-то похожа на автоматизацию и робототехнику. Инженеры-мехатроники, работающие промышленными инженерами, проектируют и разрабатывают инфраструктуру производственного предприятия. Также можно сказать, что они — архитекторы машин. Можно работать промышленным дизайнером для разработки промышленной планировки и плана организации обрабатывающего производства или промышленным техником для изучения технических требований и ремонта конкретного завода.
Робототехника — одна из новейших развивающихся областей мехатроники. Это изучение роботов, их производства и эксплуатации. С 2000 года эта отрасль мехатроники привлекает множество претендентов. Робототехника взаимосвязана с автоматизацией, поскольку здесь также не требуется большого вмешательства человека. На большом количестве заводов, особенно автомобильных, роботы используются на сборочных линиях, где они выполняют работу по сверлению, установке и подгонке. Навыки программирования необходимы для специализации в робототехнике. Знание языка программирования — ROBOTC важно для функционирования роботов. Промышленный робот — яркий пример мехатронной системы; он включает в себя аспекты электроники, механики и вычислений для выполнения своей повседневной работы.
Интернет вещей ( IoT) — это объединение физических устройств в сеть, оснащенное электроникой , программным обеспечением , датчиками , исполнительными механизмами и сетевыми подключениями , которые позволяют этим объектам собирать данные и обмениваться ими . Интернет вещей и мехатроника дополняют друг друга. Многие из интеллектуальных компонентов, связанных с Интернетом вещей, будут по существу мехатронными. Развитие Интернета вещей вынуждает 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. [10]
Знание программирования очень важно. Инженер-мехатроник должен заниматься программированием на разных уровнях. Пример: программирование ПЛК , программирование дронов , программирование аппаратного обеспечения , программирование ЧПУ и т. д. Из-за сочетания электроники важны мягкие навыки со стороны компьютера. Важными языками программирования, которые должен изучить инженер-мехатроник, являются языки программирования Java , Python , C++ и C.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )