Управление промышленными мехатронными системами Объем занятий: 18 лекций, 54

18 лекций,

54 практических занятия,
экзамен.

Храмшин Вадим Рифхатович

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

применения
Лекция 1, слайд 1
Мехатроника изучает технические системы, агрегаты, машины

и комплексы машин различного назначения с компьютерным управлением движением.
Главная методологическая идея мехатроники состоит в системном сочетании таких ранее обособленных научно-технических областей как точная механика, микроэлектроника, электротехника, компьютерное управление и информационные технологии.

Рис. 1.1. Компоненты мехатронных систем

управления и области их применения
Основные преимущества мехатронных устройств:
- относительно

низкую стоимость благодаря высокой степени интеграции, унификации и стандартизации всех элементов и интерфейсов;
- высокое качество реализации сложных и точных движений вследствие применения методов интеллектуального управления;
- высокую надежность, долговечность и помехозащищенность;
- конструктивную компактность модулей (вплоть до миниатюризации в микромашинах);
- улучшенные массогабаритные и динамические характеристики машин вследствие упрощения кинематических цепей;
- возможность комплексирования функциональных модулей в сложные мехатронные системы и комплексы под конкретные задачи заказчика.

управления и области их применения
Современные мехатронные модули и системы находят

широкое применение в следующих областях:
- станкостроение и оборудование для автоматизации технологических процессов;
- робототехника (промышленная и специальная);
- авиационная, космическая и военная техника;
- автомобилестроение (например, антиблокировочные системы тормозов, системы стабилизации движения автомобиля и автоматической парковки);
- нетрадиционные транспортные средства (электровелосипеды, грузовые тележки, электророллеры, инвалидные коляски);
офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);
элементы вычислительной техники (например, принтеры, плоттеры, дисководы);

бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные и другие машины);
- микромашины (для

медицины, биотехнологии, средств связи и телекоммуникации);
- контрольно-измерительные устройства и машины;
- фото- и видеотехника;
- лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях и аэропортах;
- железнодорожный транспорт (системы контроля и стабилизации движения поездов);
- тренажеры для подготовки пилотов и операторов;
- шоу-индустрия (системы звукового и светового оформления).

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

нового научно-технического направления обусловлено тремя основными факторами:

- новые тенденции мирового

индустриального развития;
- развитие фундаментальных основ и методологии мехатроники (базовые научные идеи, принципиально новые технические и технологические решения);
- активность специалистов в научно-исследовательской и образовательной сферах.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

мирового рынка в области мехатроники:
- необходимость выпуска и сервиса оборудования

в соответствии с международной системой стандартов качества, сформулированных в стандарте ISO 9001;
- интернационализация рынка научно-технической продукции и, как следствие, необходимость активного внедрения в практику форм и методов международного инжиниринга и трансфера технологий;
- повышение роли малых и средних производственных предприятий в экономике благодаря их способности к быстрому и гибкому реагированию на изменяющиеся требования рынка;
- бурное развитие компьютерных систем и технологий, средств телекоммуникации (в странах ЕЭС к 2020 году до 60% роста Совокупного Национального Продукта ожидается именно за счет этих отраслей); прямым следствием этой общей тенденции является интеллектуализация систем управления механическим движением и технологическими функциями современных машин.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

уровень интеграции составляющих элементов.
В соответствии с этим признаком можно

разделять мехатронные системы по уровням или по поколениям, если рассматривать их появление на рынке наукоемкой продукции исторически.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

Лекция 1, слайд 7

управления и области их применения
Мехатронные модули первого уровня представляют собой

объединение только двух исходных элементов. Типичным примером модуля первого поколения может служить "мотор-редуктор", где механический редуктор и управляемый двигатель выпускаются как единый функциональный элемент. Мехатронные системы на основе этих модулей нашли широкое применение при создании различных средств комплексной автоматизации производства (конвейеров, транспортеров, поворотных столов, вспомогательных манипуляторов).

80-х годах в связи с развитием новых электронных технологий, которые

позволили создать миниатюрные датчики и электронные блоки для обработки их сигналов. Объединение приводных модулей с указанными элементами привела к появлению мехатронных модулей движения, состав которых полностью соответствует введенному выше определению, когда достигнута интеграция трех устройств различной физической природы: механических, электротехнических и электронных.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

На базе мехатронных модулей данного класса созданы управляемые энергетические машины (турбины и генераторы), станки и промышленные роботы с числовым программным управлением.

появлением на рынке сравнительно недорогих микропроцессоров и контроллеров на их

базе и направлено на интеллектуализацию всех процессов, протекающих в мехатронной системе, в первую очередь -процесса управления функциональными движениями машин и агрегатов. Одновременно идет разработка новых принципов и технологий изготовления высокоточных и компактных механических узлов, а также новых типов электродвигателей (в первую очередь высокомоментных, бесколлекторных и линейных), датчиков обратной связи и информации.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

Синтез новых прецизионных, информационных и измерительных наукоемких технологий дает основу для проектирования и производства интеллектуальных мехатронных модулей и систем.

микросистемы и микророботы (например, проникающие по сосудам внутрь организма для

борьбы с раком, атеросклерозом, оперирования повреждённых органов и тканей), роботы для обнаружения и ремонта дефектов внутри трубопроводов, ядерных реакторов, космических летательных аппаратов и т.п.

В мехатронных устройствах пятого поколения произойдёт замещение традиционных компьютерных и программных средств числового программного управления на нейрочипы и нейрокомпьютеры, основанные на принципах работы мозга и способных к целесообразной деятельности в изменяющейся внешней среде.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

Лекция 1, слайд 11

применения
Лекция 1, слайд 12
Объекты применения мехатронных систем

применения
Лекция 1, слайд 13
Концепция интеллектуального здания

решить в этом плане следующие основные задачи:
- структурная интеграция подразделений

механического, электронного и информационного профилей (которые, как правило функционировали автономно и разобщено) в единые проектные и производственные коллективы;
- подготовка "мехатронно-ориентированных" инженеров и менеджеров, способных к системной интеграции и руководству работой узко профильных специалистов различной квалификации;
- интеграция информационных технологий из различных научно-технических областей (механика, электроника, компьютерное управление) в единый инструментарий для компьютерной поддержки мехатронных задач;
- стандартизация и унификация всех используемых элементов и процессов при проектировании и производстве мехатронных систем.

1. Введение. Предпосылки развития мехатронных систем управления и области их применения

Лекция 1, слайд 14