Основные термины и определения рис. Графические символы мехатроники

1.

Управление промышленными
мехатронными системами
Объем занятий:
18 часов лекций,
54 часов практических занятия,
экзамен.
Храмшин Вадим Рифхатович
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.

Лекция 2, слайд 1
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Рис. 2.1. Графические символы
мехатроники

3.

P.S.
Аббревиатура CAD (англ. computer-aided design), подразумевает использование компьютерных
технологий в проектировании.
CAM (англ. Computer-aided manufacturing) — автоматизированная система, либо
модуль автоматизированной системы, предназначенный для подготовки управляющих
программ для станков с ЧПУ, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином
понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и
программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.
CAE (англ. Computer-aided engineering) — общее название для программ и программных
пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа
и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана
на численных методах решения дифференциальных уравнений (см.: метод конечных
элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).
Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных
расчётов) (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в
этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).
CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи
расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных
объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях
эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших
затрат времени и средств.
В русском языке есть термин САПР, который подразумевает CAD/CAM/CAE/PDM.

4.

Лекция 2, слайд 2
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Определение мехатроники, которое утверждено в Государственном
образовательном стандарте РФ по направлению "Мехатроника и
робототехника":
Мехатроника - это область науки и техники, основанная на
синергетическом объединении узлов точной механики с электронными,
электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая
проектирование и производство качественно новых модулей, систем и
машин с интеллектуальным управлением их функциональными
движениями.
В данном определении особо подчеркнута триединая сущность
мехатронных систем, в основу построения которых заложена идея
глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных
элементов. Поэтому наиболее распространенным графическим символом
мехатроники стали три пересекающихся круга «Производство Менеджмент - Требования рынка».

5.

Лекция 2, слайд 3
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Мехатронный подход в построении машин нового поколения
заключается в переносе функциональной нагрузки от механических
узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и
информационным) компонентам, которые легко перепрограммируются
под новую задачу и при этом являются относительно дешевыми. Так
функциональный анализ производственных машин показывает, что
доля механической части сократилась с 70% в начале 90-х годов до 2530% в настоящее время.
Рис. 2.2 . Изменение
функциональной нагрузки
компонентов мехатронных
систем

6.

Лекция 2, слайд 4
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Мехатронная структура
Традиционная структура
Рис. 3. Конструктивные схемы
металлорежущих станков

7.

Лекция 2, слайд 5
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Предметом мехатроники являются процессы проектирования и
производства модулей, машин и систем для реализации заданных
функциональных движений.
Функциональное движение мехатронной системы предусматривает ее
целенаправленное механическое перемещение, которое координируется с
параллельно управляемыми технологическими и информационными
процессами.
Требования
к
показателям
качества
исполнения
функциональных движений (по точности, скорости и т.д.) определяются
служебным назначением машины.
Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее
обособленных естественно-научных и инженерных направлений, как точная
механика, микроэлектроника, электротехника, компьютерное управление и
информатика. Основой метода мехатроники является синергетическая
интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и
информационных процессов на всех этапах жизненного цикла изделия,
начиная со стадии его концептуального проектирования и заканчивая
производством и эксплуатацией.

8.

Лекция 2, слайд 6
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Синергия (греч.) - это совместное действие, направленное на
достижение общей цели. Например, на футбольном поле игроки
объединяются в команду во имя общей цели - забить максимальное
количество голов и победить соперника. В мехатронике все
энергетические и информационные потоки направлены на достижение
единой цели - выполнить программное движение с заданными
показателями качества.
Мехатронные технологии включают в себя маркетинговые,
проектно-конструкторские, производственные, технологические и
информационные процессы, которые обеспечивают полный жизненный
цикл мехатронных изделий. Раскрытие связей и закономерностей,
характерных для этих процессов, позволяет создавать мехатронные
модули, машины и системы, которые способны наиболее эффективно
выполнять заданные требования.

9.

Лекция 2, слайд 7
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Современный термин "мехатроника" был введен японской фирмой
Yaskawa Electric в 1969 году и зарегистрирован как торговая марка в 1972
году. Это название получено комбинацией слов
"МЕХАТРОНИКА" = "МЕХА ника" + "элек ТРОНИКА"
Обе части термина "мехатроника" имеют греческие лингвистические
корни (по-гречески: "mechane" - машина и "electron" - янтарь).
Смысловое значение этих составляющих следующее:
• механика - наука о механическом движении материальных тел и
происходящих при этом взаимодействиях между телами;
• электроника
наука
о
взаимодействии
электронов
с
электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов
и устройств, в которых это взаимодействие используется для
преобразования электромагнитной энергии, в основном, для передачи,
обработки и хранения информации.

10.

Лекция 2, слайд 8
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Интерпретаций понятия "мехатроника", предложенных ведущими
университетами и специалистами в данной области.
Мехатроника - это
• "... область науки и техники, основанная на синергетическом
объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими
и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и
производство качественно новых модулей, систем и машин с
интеллектуальным управлением их функциональными движениями" ;
• "...междисциплинарная инженерная область, связанная с
проектированием изделий, функции которых основаны на интеграции
механических и электронных компонентов, координируемых системой
управления" ;
• "... синергетическое сочетание точной механики, электронных
систем управления и информационных технологий для проектирования,
производства и эксплуатации интеллектуальных автоматических
систем";

11.

Лекция 2, слайд 9
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• "... 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" ;
• "... область науки о механических, энергетических и информационных
процессах и их системном взаимодействии в машинах с компьютерным
управлением, обеспечивающим получение новых свойств самой машины и
качества исполнительных движений«;
• "...область техники, обеспечивающая реализацию жизненного цикла
мехатронных объектов, вплоть до интеллектуальных машин" ;
• "... область науки, которая сочетает основы механических,
электронных и компьютерных инженерных наук" ;
• "...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" ;

12.

Лекция 2, слайд 10
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• "... технология, которая объединяет механику с электронными и
информационными технологиями для получения, как функционального
объединения, так и пространственной интеграции в компонентах,
модулях, изделиях и системах«;
• "...философия проектирования, которая использует синергетическую
интеграцию механики, электроники и компьютерных технологий для
производства качественно новых изделий, процессов и систем";
• "... метод принятия сложных решений для функционирования
физических систем« ;
• "... идеология пространственного и временного интегрирования
функций в инженерных устройствах и технологических процессах" .
Обобщая приведенные определения можно сказать:
Мехатроника - область науки о механических, энергетических и
информационных процессах и их системном взаимодействии в машинах с
компьютерным управлением, обеспечивающим получение новых свойств
самой машины и качества исполнительных движений.

13.

Лекция 2, слайд 11
2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Мехатронная система - множество механических, процессорных,
электронных и электротехнических компонентов, находящихся в связях
друг с другом, образующих определенную целостность, единство.
Мехатронный объект - предмет (изделие), представляющий собой
машину с компьютерным управлением как мехатронную систему
устройств, самостоятельно функционирующую в соответствии с целевым
назначением.
Мехатронный модуль - мехатронный узел (устройство), состоящее из
интегрированного сочетания нескольких элементов, оформленный
конструктивно
как
самостоятельное
изделие
и
выполняющий
определенную функцию в различных мехатронных объектах.
Исполнительный орган - функциональная часть мехатронного
устройства, предназначенная для выполнения действий по сигналам от
системы управления.
Рабочий орган - устройство, предназначенное для реализации
технологического назначения объекта.
Мехатронный комплекс - совокупность связанных между собой
мехатронных объектов, предназначенная для осуществления действий,
определяемых общим целевым назначением.