Мехатроника что это такое

Мехатроника и робототехника: что изучают и кем работать

  • Total 12

Последние десятилетия были крайне продуктивными в развитии роботизированных систем и умной техники. Это сказалось не только на самих устройствах, которые стали более совершенными и функциональными, но и на ситуации на рынке труда. Все больше людей стали рассматривать свою специальность и профессию сквозь призму актуальности ее в будущем. Одним из самых перспективных направлений сегодня считается мехатроника. Что изучает и кем работать – дальше в статье.

Направления будущего: мехатроника и робототехника

Неоднократно различные печатные и интернет-издания составляли списки ТОП- перспективных специальностей. Между собой они отличались объемом, критериями подбора и временными рамками. Однако, несмотря на разрозненность критериев, практически в каждом из них будет мехатроника (в том или ином виде). Сфера использования продуктов мехатроники настолько велика, что нередко эту дисциплину называют «наукой обо всем».

Что же такое мехатроника?

Не можешь остановить хаос – возглавь его. В адаптированном под наш случай варианте можно сказать: не можешь остановить роботизацию – изучай мехатронику, и создавай роботов.

Мехатроника — наука, объединившая в себе знания точной механики с электронными, компьютерными и электротехническими элементами, которые позволяют создавать, эксплуатировать и обслуживать новые виды машин, устройств и механизмов.
Сам термин был введен в 1969 году, как объединенный вариант «механики» и «электроники».

Практическое применение мехатроники

Мехатроника звучит как некое абстрактное понятие, результаты работы специалистов которой, также туманны. Но на самом деле, все более чем осязаемо:

  • изготовление оборудования и станков для автоматизации технологических процессов;
  • создание новых роботов;
  • разработка космической, военной, авиационной техники (такой, как тренажеры для пилотов);
  • в автомобилестроении используются мехатронные системы (стабилизации движения, автоматическая парковка и другие).
  • специалисты направления участвуют в разработках микромашин (биотехнологии и медицина);
  • мехатроника используется для создания практически любой современной бытовой техники: от стиральной до швейной машины.

Специалист, а это техник-мехатроник, занимается проектированием и исследованием автоматических машин и автоматизированных систем, которые используются на различных промышленных и производственных предприятиях.

Самыми востребованными профессиями мехатроники являются: инженер-электроник, сервисный инженер, педагог (школы, ВУЗы, курсы), электротехник, программист, робототехник, кибернетик, конструктор.

В связи с популярностью направления получить образование можно как в высших учебных заведениях и техникумах, так и на специализированных курсах. Подготовка специалистов сводится к достижению некоторых основных умений:

  • разработка информационных, электромеханических, электрогидравлических и микропроцессорных макетов модулей систем;
  • написание ПО для осуществления контроля над мехатронными устройствами;
  • создание мехатронных систем, их отладка и модернизация;
  • составление сопутствующей документации (инструкция, лицензионные паспорта и прочее).
    Безусловно, не каждый сможет стать столь универсальным и широкопрофильным специалистом, но овладение даже несколькими из перечисленных навыков, поможет занять свое место в направлении: наладчики ЧПУ станков, механики, проектно-конструкторская деятельность и другие.

Мехатроника и робототехника: почему используется в «связке»?

Часто эти понятия используются вместе. Причина тому проста: робототехника считается самым востребованным направлением мехатроники. Кроме того, такое название специальности дает понимание того, что специалист будет заниматься разработкой роботов и роботизированных систем, станков с ЧПУ и аналогичных устройств.

Какие зарплаты?
В связи с популярностью роботов и прочей умной техники, а также популярностью создателей этих устройств, будущие студенты выбирают мехатронику, не только как перспективную, но и как хорошо оплачиваемую отрасль. Так ли это, и какие зарплаты у мехатроников? В связи с тем, что мехатроника и робототехника – широкое понятие, то и применение навыков специалистов может быть в разных сферах и на различных этапах производственных процессов.

Можно работать над созданием новым никому еще не известных систем и развивать собственные идеи, создав стартап (о стабильной заработной плате на начальных этапах говорить не приходится), или стать частью команды (частного или государственного предприятия).

Так, к примеру, специалист по наладке станков с ЧПУ может рассчитывать на заработную плату от 300 до 500 долларов в странах со слабо развитым направлением роботизированных систем, и от 700 дол. в государствах, где специальность считается престижной. Японские IT-робототехники получают среднюю заработную плату в районе 3,5-4 тысяч долл., опытные южнокорейские инженеры получают от 1000 до 3500 долл., виртуозные американские коллеги могут рассчитывать на оплату до 10 тыс. долл. ежемесячно.

Мехатроника

Мехатроника — это название для частных случаев построения электрических приводов (см. электрический привод), где основной упор делается на обеспечение требуемого движения, прежде всего, высокоточного, а не на его энергетические характеристики. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения.

Содержание

О термине

В СССР, современной России начиная c 30-х годов 20 века и некоторых зарубежных странах (см. департамент Drive Technology фирмы Siemens) для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод).

С развитием электрических приводов и возможностей их применения в станках, в первую очередь с ЧПУ и обрабатывающих центрах, а также в робототехнике, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения.

Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином “электрический привод” как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин “мехатроника”. Непосредственным автором является японец Тецуро Мориа (Tetsuro Moria), старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году.

Термин состоит из двух частей — «меха», от слова механика, и «троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака.

Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин “мехатроника” попал в Россию и стал широкоизвестен.

Сейчас под мехатроникой понимают системы электропривода с исполнительными органами относительно небольшой мощности, обеспечивающие прецизионные движения и имеющие развитую систему управления. Сам термин “мехатроника” используется, прежде всего, для отделения от общепромышленных систем электропривода и подчеркивания особых требований к мехатронным системам. Именно в таком смысле мехатроника как область техники известна в мире.

Связанные понятия

Стандартное определение (1995):

Мехатронный модуль — это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу.

К элементам различной физической природы относят механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты.

Мехатронная система — совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.

Обычно мехатронная система является объединением собственно электромеханических компонентов с силовой электроникой, которые управляются с помощью различных микроконтроллеров, ПК или других вычислительных устройств. При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП, интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это уменьшает массу и размеры системы, повышает ее надёжность и дает некоторые другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов может считаться мехатронной.

Иногда система содержит принципиально новые с конструкторской точки зрения узлы, такие как электромагнитные подвесы, заменяющие обычные подшипниковые узлы. К сожалению, такие подвесы дороги и сложны в управлении и в нашей стране применяются редко (на 2005 г.). Одной из областей применения электромагнитных подвесов являются турбины, перекачивающие газ по трубопроводам. Обычные подшипники здесь плохи тем, что в смазку проникают газы — она теряет свои свойства.

Мехатроника сегодня

Многие современные системы являются мехатронными или используют элементы мехатроники, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Мехатроника применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника.

Примеры мехатронных систем

Типичная мехатронная система — тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой).

Персональный компьютер также является мехатронной системой: ЭВМ содержит много мехатронных составляющих: жёсткие диски, оптические приводы.

См. также

Литература

  • Мехатроника: Пер с япон. / Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. и др. — М.: Мир, 1988. — С. 318. — ISBN 5-03-000059-3
  • Подураев Ю. В. Мехатроника. Основы, методы, применение. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Машиностроение, 2007. — 256 с. — ISBN 978-5-217-03388-1
  • Введение в мехатронику: В 2-х кн. Учебное пособие / А. К. Тугенгольд, И. В. Богуславский, Е. А. Лукьянов и др. Под ред. А. К. Тугенгольда. — Ростов н/Д : Издательский центр ДГТУ, 2004. — ISBN 5-7890-0294-3
  • Карнаухов Н. Ф. Электромеханические и мехатронные системы. — Ростов н/Д : Феникс, 2006. — 320 с. — (Высшее образование). — 3000 экз. — ISBN 5-222-08228-8
  • Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Конструирование мехатронных модулей. — М.: Издательство МГТУ «Станкин», 2004. — 368 с.

Ссылки

  • Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
Робототехника
Основные статьи Робот • Мехатроника
Типы роботов Промышленный робот • Сельскохозяйственный робот • Бытовой робот (робот-пылесос) • Боевой робот • Андроид (гиноид) • Персональный робот • Социальный робот • БПЛА • Планетоход • Наноробот
Известные роботы ASIMO • AIBO • Roomba • Pleo • Aiko • PackBot • BigDog • QRIO • TOPIO • HRP
Связанные термины Групповая робототехника • Устройство телеприсутствия • Киборг • Шагоход • Мех (бронетехника)

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Грозозащита
  • Гесс, Виктор Франц

Смотреть что такое “Мехатроника” в других словарях:

Мехатроника — область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств (ЭВМ и микропроцессоры).… … Официальная терминология

мехатроника — [Интент] Тематики роботы промышленные EN mechatronics … Справочник технического переводчика

мехатроника — mechatronika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. mechatronics vok. Mechatronik, f rus. мехатроника, f pranc. mécatronique, f … Automatikos terminų žodynas

Лукьянов, Евгений Анатольевич — В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Лукьянов. Евгений Анатольевич Лукьянов Дата рождения: 1958 год(1958) Место рождения: Ростов на Дону Страна … Википедия

Тугенгольд, Андрей Кириллович — Андрей Кириллович Тугенгольд Дата рождения: 1937 год(1937) Место рождения: Москва Страна … Википедия

Уральский государственный университет путей сообщения — У этого термина существуют и другие значения, см. Уральский государственный университет (значения). Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) … Википедия

МИРЭА — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Что такое мехатроника и робототехника

Мехатроника и робототехника

Когда говорят о создании роботов и автоматизированных систем, два родственных направления инженерной мысли — мехатроника и робототехника — часто упоминаются вместе. У этих дисциплин общие корни, а цели и методы переплетаются.

мехатроника и робототехника

Поэтому и специальность, в которой будущие инженеры могут найти себя, носит двойное название. Термин «робототехника» зачастую понятен даже тем, кто далек от науки. Попробуем разобраться, что из себя представляет мехатроника и почему она неотделима от роботостроения.

Происхождение термина

Основы мехатроники были заложены гораздо раньше, чем эта отрасль знания обрела имя. Она появилась в результате слияния достижений двух других областей — механики и электроники. В 1930-х годах зарубежные конструкторы ввели термин «электропривод», который использовался для обозначения механических устройств, работающих на электроэнергии. Их использовали в ходе автоматизации промышленных процессов.

Слово «мехатроника» придумано в 1969 году компанией «Yaskawa Electric Corp.» в Японии, в 1972 стало торговой маркой фирмы.

Термин подхватили во всех странах мира, поэтому годы спустя владельцы решили сделать его общественным достоянием. В России новое понятие вошло в научный обиход в 1990-е годы.

Чем занимается мехатроника

Первоначальная задача мехатроники — сконструировать механизм, который приводится в движение с помощью электричества и управляется программно. Со временем перед специалистами вставали новые проблемы, для решения которых приходилось искать ответы в других областях науки. Теперь сложные мехатронные системы должны не просто двигаться, подчиняясь командам компьютера, но и собирать и анализировать внешние данные, делать соответствующие выводы и менять свое поведение, используя встроенные алгоритмы.

системы мехатроники

Обязательно предусматривается возможность взаимодействия с оператором. Все компоненты такой системы связаны воедино, обмениваются информацией и энергией. Но соединить разнородные детали и снабдить их источником питания недостаточно: мехатронная система должна обладать новыми особенностями, не характерными для ее звеньев, чтобы эффективно функционировать.

Автоматы, способные передвигаться и реагировать на внешнюю среду, обладающие зачатками искусственного интеллекта, заставляют вспомнить и о роботах. В самом деле, робототехника — одно из направлений мехатроники. Поэтому современная мехатроника и робототехника изучаются в комплексе, чтобы будущие специалисты реализовали свои таланты в разных отраслях, занимались как сугубо теоретическими задачами, так и решали производственные вопросы.

Эти ветви знания с каждым днем все сильнее влияют на нашу повседневную жизнь. Сферы их применения не ограничиваются промышленностью, военными операциями, космическими исследованиями, работой с опасными веществами и представлениями с участием андроидов и зооморфных роботов.

Компьютеры, стиральные машины и другая бытовая техника, кресла для инвалидов, офисное оборудование, автопилот и система автоматической парковки в машине, тренажеры-симуляторы для медиков, пилотов и водителей — в создании и совершенствовании этих приспособлений проявили себя профессионалы от роботостроения и мехатроники.

Подготовка специалистов

Желающие получить специальность «Мехатроника и робототехника» должны изучить ряд гуманитарных, естественнонаучных, точных и технических дисциплин, поскольку это направление черпает идеи и решения из других разделов человеческого знания. Освоить программирование, электронику, инженерное дело, кибернетику, механику, принципы математического и автоматического управления, электротехнику, детали и схемы мехатронных модулей, гидравлику и другие предметы важно не только в теории.

кем работать по специальности мехатроника и робототехника

Много времени уделяется и ручной работе, сборке моделей разной степени сложности. Развитая фантазия и неистощимое любопытство помогут одолеть нелегкий путь. Владение иностранным языком позволит находить актуальные сведения и сделает будущего конструктора востребованным специалистом на родине и за рубежом, что означает заманчивые перспективы и заработок выше среднего.

Где, как и кем работать

Выпускник сможет проектировать составные части и целые мехатронные системы, разрабатывать для них документацию и оформлять патенты, собирать, испытывать, совершенствовать, корректировать и чинить механизмы. Также можно заняться исследовательской работой или преподаванием, ведь наука не стоит на месте, а передавать знания нужно и новому поколению коллег, и работникам других отраслей, в которых используются автоматы и роботы.

Перспективы и заработок инженеров зависят от опыта и сферы деятельности. Заработная плата варьируется: молодой техник может рассчитывать на 30 тысяч рублей, при наличии опыта доход в два раза больше, а для высококвалифицированного разработчика — до 100 тысяч и выше, особенно на руководящей должности. При наличии деловой хватки возможно открытие собственного дела.

Будь то частное или государственное предприятие, производственное, коммерческое, научное или образовательное учреждение, работа найдется всегда: мехатроников и робототехников не хватает, в дальнейшем спрос на них будет расти, а свежие силы требуются в любой области, где не обойтись без высоких технологий.

Мехатроника и мобильная робототехника

Введение в мехатронику. Общие понятия.

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.

Общей тенденцией развития науки и техники последнего столетия явственно выступает интеграция наук, преодоление принципа декомпозиции, стремление к системному подходу. Свидетельством этому является возникновение новых научно-технических направлений, таких как кибернетика, бионика, системотехника и, наконец, мехатроника.

Современный термин «мехатроника» (Mechatronics) был введен в 1969 г. японской фирмой Yaskava Electric и зарегистрирован в 1972 г. как торговая марка. Название получено комбинацией слов «МЕХАника» и «элекТРОНИКА». В 1984 г. Японское общество инженеров-механиков (Нихон Кикай Гаккай) выпустило в издательстве «Гиходо» семитомное издание, посвященное мехатронике. Это является свидетельством того, что, наконец, термин «мехатроника» утвердился и в научных кругах. Авторитетное большое научное сообщество стало использовать записанное в катакане (одна из азбук японского алфавита) слово, составленное из элементов английских слов. Хотя в начале по отношению к этому термину и возникало некоторое чувство неприязни, в конечном счете, оно стало привычным.

Важно подчеркнуть, что толчком для становления мехатроники стали не общие теоретические идеи (как это было, например, в истории робототехники), а технические достижения инженеров-практиков в различных отраслях. Затем заинтересованные организации в конце 80-х годов прошлого столетия стали объединяться в научно-технические сообщества. В России координацию научно-технических работ в настоящее время осуществляет Ассоциация инновационного машиностроения и мехатроники. Аналогичные организации были созданы и во многих странах Европы.

В эти же годы курсы по мехатронике стали включать в учебные планы технические университеты. В нашей стране специальность «Мехатроника» была введена в классификатор Государственного комитета по высшему образованию в марте 1994 года. Первыми эту специальность открыли МГТУ «СТАНКИН», МГТУ им. Н. Э. Баумана и Балтийский ГТУ (Санкт-Петербург).Мехатроника является научно-технической дисциплиной, которая изучает построение электромеханических систем нового поколения, обладающих принципиально новыми качествами и, часто, рекордными параметрами.

Некоторые исследователи видят главную суть мехатроники в объединении, прежде всего, механики и электроники, в отличие от электромеханики, появившейся в свое время на стыке механики и электротехники.

Мехатронные технические объекты являются сложными системами. Так, определение мехатроники как междисциплинарной специальности, принятое на первом международном конгрессе, посвященном этой новой науке, гласит: «Мехатроника – это синергетическая интеграция точной механики, электроники и интеллектуального управления в проектировании и производстве промышленных изделий, в разработке новых технологических процессов». Суть мехатронного подхода заключается в тесной взаимосвязи указанных компонент на всех этапах жизненного цикла изделий, начиная со стадии его проектирования и маркетинга, продолжая на стадии производства и эксплуатации заказчиком и заканчивая утилизацией (в полном соответствии с международным стандартом ISO 9001-2001).

В приведенном выше определении мехатроники предполагается, что понятие «синергетическая интеграция» распространяется также и на все элементы информационной системы, рабочие среды исполнительных органов, привод и силовые элементы, имеющие разную физическую природу, а также на методы моделирования, способы управления, программное обеспечение и т. д.

Заметим, что термин «синергетика» (synergetics) – совместное действие, сотрудничество – был предложен в начале 70-х гг. ХХ века немецким физиком Г. Хакеном. В более широком смысле синергетику можно также рассматривать как общую теорию самоорганизации в активных средахразличной природы, поскольку главным отличительным свойством активных сред являются протекающие в них процессы самоорганизации.

Обычно мехатронная система является объединением собственно электромеханических компонентов с новейшей силовой электроникой, которые управляются с помощью различных микроконтроллеров, ПК или других вычислительных устройств (рис. 1). При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП, интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это уменьшает массу и размеры системы, повышает ее надёжность и дает некоторые другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов может считаться мехатронной. В частности, если она управляет группой реактивных двигателей космического аппарата.

Рисунок 1. Обобщенная структура мехатронной системы.

Имеется много трактовок сложности системы и ее признаков, на осно­вании которых конкретную систему относят к классу сложных. Эти признаки сложных систем можно найти в работах Л. Растригина, Т. Саати, Дж. Касти, Х. Саймона, Н. Бусленко, А. Цвиркуна, Г. Буча, В. Левина и др.

Л. Растригин формулирует следующие основные признаки сложного объекта управления:

  1. Сложным объектом нельзя управлять без его математической модели. Отсутствие математического описания и необходимость в нем является чертой сложной системы.
  2. Стохастичность поведения. При этом случайными могут быть как внешние воздействия, так и внутренние свойства элементов системы. Любая сложная система имеет большое число случайностей в поведении, что является свидетельством ее сложности.
  3. « Нетерпимость» к управлению. Сложная система имеет свои собственные цели, часто не только не совпадающие с задаваемыми извне, но и противоречащие последним. Поэтому управление является внешним по отно­шению к объекту управления и нарушает его «нормальное» функционирование.
  4. Нестационарность сложной системы – характеристики системы изменяются в течение времени. Элементы стареют, заменяются новыми, появляются новые, ранее отсутствовавшие элементы, система работает с частично отказавшими элементами и т. п.
  5. Невоспроизводимость экспериментов. Эта черта связана с предыдущей и означает, что, если над сложной системой провести несколько экспериментов при одних и тех же исходных условиях, то результаты будут отличаться друг от друга.

Приведенные выше признаки сложной системы нельзя считать исчерпывающими, тем более это не формальные признаки, а лишь характерные черты, отсутствие части которых не означает простоту системы.

Почти каждое из приведенных выше свойств сложной системы делает невозможным ее анализ строгими методами прикладной математики. Сложные проблемы реального мира не могут быть выделены, объяснены по отдельности, а затем интегрированы для объяснения явления в целом. При взаимодействии отдельных частей системы возникают новые свойства, не присущие этим частям в отдельности. Положение усугубляется тем, что среда, в которой возникают сложные проблемы, не является статически целостной. Она динамична, так как подвержена внешним и внутренним возмущениям. Сложная проблема обычно имеет несколько возможных решений, и они могут служить многим назначениям.

В процессе развития системы объекты, которые сначала считаются сложными, начинают рассматриваться как элементы низших уровней абстракции, из которых затем строятся более сложные системы. Сложные системы обычно создаются на основе устойчивых промежуточных форм.

Сложные системы можно анализировать, концентрируя внимание либо на объектах, либо на процессах; выгоднее рассматривать систему как упорядоченную совокупность объектов, которые в процессе взаимодействия друг с другом обеспечивают функционирование системы как единого целого.

Из-за сложности системы требуется при ее анализе или проектировании применять методы имитационного моделирования (ИМ), которое позволяет использовать релевантную информацию различного вида, включая точные данные, количественную информацию, и неточные – полученные интуитивно, из опыта экспертов, с учетом оценок, суждений и различных эвристик.

Рассматривая сложные системы, Дж. Касти в первую очередь выделяет проблемы, связанные с внутренней структурой сложных систем. Он подчеркивает, что не может быть единственной модели данной системы: существует множество моделей, каждая из которых обладает характерными математическими свойствами и пригодна для изучения определенного класса вопросов, связанных со структурой и функционированием системы.

При рассмотрении системы выделяют два принципиально различных типа ограничений:

  • внутренние – ограничения, налагаемые структурой самой системы; они возникают вследствие определенной ограниченности возможностей для измерения характеристик состояния системы и управления течением процесса, т. е. они ограничивают взаимодействие системы с внешним миром;
  • внешние – ограничения, налагаемые на поведение системы внешними факторами. Они определяются управлением, применяемым к системе, и связаны с ограниченностью имеющихся ресурсов и производственных мощностей, наличием заданного спроса и т. д. Они налагаются извне и не имеют никакого отношения к математическим ограничениям, имеющимся в самой модели.

Структурная связность системы является, по-видимому, наиболее сущест­венной качественной характеристикой сложной системы. Она связана с двумя важными свойствами системы:

  • математической структурой неприводимых компонентов (подсистем);
  • способом, которым эти компоненты связаны между собой.

Отсюда следует, что сложность присуща самой системе, а тот факт, что она все же связана с взаимодействием исследователя и системы, отступает на второй план.

Помимо структурной, или статической сложности, включающей связность и структуру подсистем, существует динамическая сложность, обусловленная поведением системы во времени. Эти два вида сложности могут быть относительно независимы, т. е. структурно простая система может быть динамически сложной и наоборот.

Выводом из сказанного служит тот факт, что даже в элементарных системах могут возникать совершенно неожиданные (и неприятные) явления, если сложность взаимосвязей не изучена должным образом. Другой важный вывод состоит в том, что в отличие от обычных представлений такое парадоксальное поведение системы вызывается не наличием нелинейности, стохастичности и другими подобными факторами, а порождается исклю­чительно структурой системы, имеющимися связями и ограничениями, присущими компонентам системы.

Сложные системы стараются спроектировать так, чтобы поведение одной части системы оказывало бы минимальное воздействие на остальную систему. При неблагоприятных условиях некоторое внешнее воздействие может привести к нарушению текущего состояния системы из-за того, что при создании системы не были предусмотрены все возможные варианты взаимодействия между событиями.

Сложные системы могут быть управляемыми и неуправляемыми. Приме­ром неуправляемых сложных систем могут служить атмосфера Земли, совокупность звезд некоторой галактики и т. п. Эти системы могут наблюдать­ся, изучаться, классифицироваться и т. д., роль исследователя здесь пассивна.

Однако большая часть сложных систем, для которых создавался системный анализ, и в частности ИМ, являются управляемыми, например, таковые все системы, созданные человеком. Исследователь играет активную роль в функционировании сложной системы, ибо он имеет возможность генерировать определенные внешние воздействия на систему, пытаясь заставить вести ее необходимым для него (оптимальным) образом.

Кибернетика как наука об управлении (основанного на принципе обратной связи) требует изменения входов системы в зависимости от наблюдаемых выходов.

Помимо внешнего управления сложная система, как правило, имеет в себе одну или несколько подсистем, выполняющих функции управления. Это своя собственная система управления совсем не обязательно функционирует в полном соответствии с внешним управлением.

Поэтому, говоря о сложности мехатронных систем, следует рассмат­ривать кроме структурной и динамической сложности еще и сложность управления.

Почему мехатроника в настоящее время набирает популярность?

Аннотация: Статья включает в себя понятие мехатроники, ее цели и методы, историю возникновения, применение и профессии будущего.

Ключевые слова: мехатроника, робототехника, синергетическая интеграция, электропривод, роботы, станки с ЧПУ.

Что окружает нас вокруг? Автомобили, бытовая техника, производство. А знаем ли мы благодаря чему все это создается? В основе производства лежат знания научно-технической отрасли. В век высоких технологии всё большую популярность набирают мехатронные станции. Развитие мехатроники осуществляется на базе объединения сведений из ряда областей: прецизионной механики, электротехники, микроэлектроники, информационных технологий, силовой электроники и других научно-технических дисциплин. Перспективы развития в этой среде достаточно большие, так как в данное время все стремятся автоматизировать не только производство, но и повседневный быт. А что же такое мехатроника?

Мехатроника– это научно-техническая отрасль, которая работает над созданием и обслуживанием машин с компьютерным управлением движения. Она базируется на знаниях в области электромеханики, электроники, автоматики, микропроцессорной техники, а также ІТ-технологий.

Цель мехатроники состоит в создании интеллектуальных машин и физико-технических систем и процессов различного назначения, обладающих качественно новыми функциями и свойствами.

Предметом мехатроники являются методы и процессы проектирования и производства качественно новых модулей и машин, а на их основе – интеллектуальных исследовательских и промышленных самоорганизующихся и самоуправляемых технических систем.

Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественнонаучных и инженерных направлении, как точная механика, микроэлетроника, электротехника, компьютерное управление и информатика на всех этапах жизненного цикла изделий, начиная с маркетинга и проектирования и продолжая на этапах реализации, эксплуатации и утилизации Основой метода мехатроники является синергетическая интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и информационных потоков для достижения единой цели. Одним из примеров мехатронной системы являются роботы и манипуляторы. Их все больше используют для различных видов работ на производстве и в быту.

Начиная c 1930-х годов в некоторых зарубежных странах и СССР для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод). С развитием электрических приводов и возможностей их применения в индустриально-производственных и транспортных системах, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения. Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника». Непосредственным автором является японец Тецуро Мори, старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году. Термин состоит из двух частей — «меха-», от слова механика, и «-троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака. Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин «мехатроника» попал в Россию и стал широко известен.

Многие современные системы являются мехатронными или используют ее элементы, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Она применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника, экзоскелеты. Мехатроника тесно связана с робототехникой. Почему? Все просто: роботехника – самое популярное направление в мехатронике. А название специальности говорит о том, что специалист будет работать над созданием роботов, станков с ЧПУ и подобных устройств. Популярность роботов и другой умной техники говорит о том, что мехатроника – очень популярная сфера деятельности. Если вы решили посвятит себя этой науке, то работать мехатроником можно, получив образование: инженера-электроника, программиста, электротехника, конструктора, кибернетика, робототехника.

Рассуждать о мехатронике можно долго, это набирающая популярность отрасль, которая является неотъемлемой частью нашего будующего. Сегодня мехатронику можно встретить во всем, начиная от земледелия, заканчивая космосом. Можно смело заявить о том, что за мехатроникой как профессией стоит будущее, и уже не такое далёкое.

1. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А.”Введение в специальность “мехатроника и робототехника” , 2012

2. Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. “Мехатроника”, 1988

3. Камлюк В. С., Камлюк Д. В. “Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие” , 2016

4. Парушев Г.Е.”Уровни интеграции мехатронных систем”, 2015

5. Пелипко Н.Р.”История развития мехатроники”,2015

6. Статья: “Мехатроника – что это такое? Области применения “, 2019

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий