Лекция 1

литературе как название целого класса машин с компьютерным управлением движения.
Согласно

«Oxford Illustrated Encyclopedia»:
Мехатроника – японский термин для описания технологий, возникших на стыке электротехники, машиностроения и программного обеспечения.

1

связи с другими материалами (искусственный интеллект, измерительное оборудование, систем управления).

Машины

с разумным поведением – машины, действующие по заданной программе,

2

образовательном стандарте РФ междисциплинарной специальности 07.18 "Мехатроника" (1995

г.).
"Мехатроника" – это новая область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движением, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов".

3

специалиста 652000 – Мехатроника и робототехника, квалификация – инженер, принятом

в 2000 г.
Мехатроника – это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

4

на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды

и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств (ЭВМ и микропроцессоры).
Мехатронная система (МС) – единый комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта.

5

идея глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных элементов.
Наиболее распространенным

графическим символом мехатроники стали три пересекающихся круга, помещенные во внешнюю оболочку «Производство» – «Менеджмент» – «Требования рынка».

6

вычислительная техника) является необходимым условием построения мехатронной системы.
В отраслевом

определении мехатроники подчеркивается основной критерий соединения указанных составных частей – единство, рождающее новое качество, что является ответом на определенную критику

8

как анализ исполнительных движений мехатронного объекта (МО), что является основой

для синтеза и производства этих объектов, а также анализ функционального взаимодействия механических, энергетических и информационных процессов между собой и с внешней средой.
Во-вторых, в определении не отражен жизненный цикл мехатронного объекта в рамках концепции CАLS (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывная поддержка жизненного цикла изделия или продукта).
В-третьих, в определении искажена иерархическая структура МО.

10

Е.В. Шалобаев.
Мехатроника – область науки, посвященная анализу

исполнительных состояний мехатронных объектов и функционального взаимодействия механических, энергетических и информационных процессов между ними и с внешней средой, а также синтезу мехатронных объектов. С другой стороны, мехатроника – область техники, обеспечивающая полный жизненный цикл мехатронного объекта.

11

с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство

качественно новых модулей, систем, машин с интеллектуальным управлением их функциональными состояниями (в т.ч. движениями).

12

с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и

производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональных движений".

13

в построении машин с качественно новыми характеристиками.
Данный подход является весьма

универсальным и может быть применен в машинах и системах различного назначения.
Однако, обеспечить высокое качество управления мехатронной системой можно только с учетом специфики конкретного управляемого объекта.

14

являются конкретные классы производственных машин и процессов.

15

составляющих элементов в мехатронных объектах.
Синергия (греч.) – это совместное действие,

направленное на достижение единой цели. При этом принципиально важно, что составляющие части не просто дополняют друг друга, но объединяются таким образом, что образованная система обладает качественно новыми свойствами.
«Синергетическое» объединение – это самоорганизующееся, адаптивное по отношению к внешней среде и воздействиям, взаимопроникающее, органическое объединение компонентов

16

информационные потоки направлены на достижение единой цели – реализации заданного

управляемого движения.

17

на стадии проектирования машины, а затем обеспечивается необходимая инженерная и

технологическая поддержка при производстве и эксплуатации машины.
В этом радикальное отличие мехатронных машин от традиционных, когда зачастую пользователь был вынужден самостоятельно объединять в систему разнородные механические, электронные и информационно-управляющие устройства различных изготовителей.

18

гибкие производственные системы в отечественном машиностроении) показали на практике низкую

надежность и невысокую технико-экономическую эффективность.

19

методы параллельного проектирования (concurrent engineering methods).
При традиционном проектировании машин с

компьютерным управлением последовательно проводится разработка механической, электронной, сенсорной и компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков.
Парадигма параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонентов системы.

20

мехатронные модули, которые выполняют движения, как правило, по одной управляемой

координате.

Из таких модулей, как из функциональных кубиков, компонуются сложные системы модульной архитектуры.

21

определения, для реализации заданного движения.
Критерии качества выполнения движения МС являются

проблемно-ориентированными, т.е. определяются постановкой конкретной прикладной задачи.
Специфика задач автоматизированного машиностроения состоит в реализации перемещения выходного звена – рабочего органа технологической машины (например, инструмента для механообработки).
При этом необходимо координировать управление пространственным перемещением МС с управлением различными внешними процессами.

22

органа с объектом работ при механообработке,
- контроль и диагностика текущего

состояния критических элементов МС (инструмента, силового преобразователя),
- управление дополнительными технологическими воздействиями (тепловыми, электрическими, электрохимическими) на объект работ при комбинированных методах обработки,
- управление вспомогательным оборудованием комплекса (конвейерами, загрузочными устройствами и т.п.),
- выдача и прием сигналов от устройств электроавтоматики (клапанов, реле, переключателей).

23

качества реализации сложных и точных движений применяются методы интеллектуального управления

(advanced intelligent control).
Данная группа методов опирается на новые идеи в теории управления, современные аппаратные и программные средства вычислительной техники, перспективные подходы к синтезу управляемых движений МС.

24

устройство, конечным звеном которого является рабочий орган;
- блок приводов, включающий

силовые преобразователи и исполнительные двигатели;
- устройство компьютерного управления, верхним уровнем для которого является человек-оператор, либо другая ЭВМ, входящая в компьютерную сеть;
- сенсоры, предназначенные для передачи в устройство управления информации о фактическом состоянии блоков машины и движении МС.

электронной и компьютерной, связанных энергетическими и информационными потоками, является первичным

признаком, отличающим мехатронные системы.

сенсоры и дополнительные электротехнические элементы (например, тормоза, муфты). Механическое устройство

предназначено для преобразования движений звеньев и требуемое движение рабочего органа.

измерительных цепей. Сенсоры предназначены для сбора данных о фактическом состоянии

внешней среды и объектов работ, механического устройства и блока приводов с последующей первичной обработкой и передачей этой информации в устройство компьютерного управления (УКУ). В состав УКУ мехатронной системы обычно входят компьютер верхнего уровня и контроллеры управления движением.

движения мехатронного модули или многомерной системы в реальном времени с

обработкой сенсорной информации.
II. Организация управления функциональными движениями МС, которая предполагает координацию управления механическим движением МС и сопутствующими внешними процессами. Как правило, для реализации функции управления внешними процессами используются дискретные входы/выходы устройства (на схемах они обычно обозначаются I/O).

программирования и непосредственно в процессе движения МС.
IV. Организация обмена данными

с периферийными устройствами, сенсорами и другими устройствами системы.

с верхнего уровня, в целенаправленное функциональное движение системы с управлением

на основе принципа обратной связи.

зрения основана на гидравлических, пневматических или комбинированных (например, электрогидравлических) процессах,

то очевидно необходимы соответствующие преобразователи и датчики в цепи обратной связи.

интеграцию конкретного класса элементов (механических, электронных, компьютерных, электротехнических, интерфейсных и

др.), которые имеют принципиально различную физическую природу и предназначены для реализации сложного функционального движения.

разработкой интегрированного программного обеспечения. Программные средства МС должны обеспечивать непосредственный

переход от замысла системы через ее математическое моделирование к управлению функциональным движением в реальном времени.

прикладные задачи.

своего становления, ее терминология, границы и классификационные признаки еще строго

не определены.
На нынешнем этапе первостепенное значение имеет выявление сущности новых принципов построения и тенденций развития машин с компьютерным управлением движением.

25