מהי מכטרוניקה, אלמנטים מכטרוניים, מודולים, מכונות ומערכות

המילה "מכטרוניקה" נוצרת משתי מילים - "מכניקה" ו"אלקטרוניקה". מונח זה הוצע בשנת 1969 על ידי מפתח בכיר בחברת Yaskawa Electric, יפני בשם Tetsuro Mori. במאה ה-20, Yaskawa Electric התמחתה בפיתוח ושיפור של כוננים חשמליים ומנועי DC ולכן זכתה להצלחה רבה בכיוון זה, למשל פותח שם מנוע DC אבזור דיסק ראשון.

לאחר מכן התפתחו התפתחויות לגבי מערכות CNC החומרה הראשונות. ובשנת 1972 נרשם כאן המותג Mechatronics. החברה עשתה במהרה צעדים גדולים בפיתוח טכנולוגיות הנעה חשמלית. מאוחר יותר החליטה החברה להוריד את המילה "מכטרוניקה" כסימן מסחרי, מכיוון שהמונח היה בשימוש נרחב הן ביפן והן ברחבי העולם.

בכל מקרה, יפן היא ביתם של הפיתוח האקטיבי ביותר של גישה כזו בטכנולוגיה, כאשר היה צורך לשלב אלמנטים מכניים, מכונות חשמליות, אלקטרוניקה הספק, מיקרו-מעבדים ותוכנה כדי ליישם בקרת כונן חשמלי ברמת דיוק גבוהה.

סמל גרפי נפוץ עבור מכטרוניקה הוא דיאגרמה מאתר RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, ארה"ב):

מכטרוניקה הוא אחד מתחומי ההנדסה החדשים בעולם, שלפי אונסק"ו הוא אחד מעשרת המבטיחים והמבוקשים ביותר.

באופן כללי ניתן לתת למונח "מכטרוניקה" את ההגדרה הבאה - זהו תחום מדע וטכנולוגיה המבוסס על שילוב שיטתי של יחידות למכניקה מדויקת, הנדסת חשמל, אלקטרוניקה, טכנולוגיית מיקרו-מעבדים, מקורות כוח שונים, חשמל, הידראולי ו כוננים פנאומטיים, כמו גם השליטה החכמה שלהם, התמקדו ביצירה ותפעול של בלוקים של מערכות ייצור אוטומטיות מודרניות.

מכטרוניקה היא בקרת תנועה ממוחשבת.

מטרת המכטרוניקה היא ליצור מודולי תנועה חדשים מבחינה איכותית, מודולי תנועה מכטרוניים, מודולים מכטרוניים חכמים, ועל בסיסם, הנעת מכונות ומערכות אינטליגנטיות.

מבחינה היסטורית, המכטרוניקה התפתחה מאלקטרומכניקה, ובהסתמך על הישגיה, הרחיקה לכת על ידי שילוב שיטתי של מערכות אלקטרו-מכאניות עם התקני בקרה ממוחשבת, חיישנים משובצים וממשקים.

תרשים של המערכת המכטרונית

מבנה כללי של מערכות מכטרוניות

אלמנטים אלקטרוניים, דיגיטליים, מכניים, חשמליים, הידראוליים, פנאומטיים ומידע - יכולים להיות חלק מהמערכת המכטרוניקה, כיוון שבתחילה אלמנטים בעלי אופי פיזי שונה, עם זאת, מוכנסים יחד כדי להשיג תוצאה איכותית חדשה של המערכת, שלא ניתן להשיגה. על ידי כל אלמנט כמו על ידי מבצע נפרד.

מנוע ציר נפרד לא יוכל להוציא את מגש נגן ה-DVD בעצמו, אבל בשליטה של ​​מעגל עם תוכנת מיקרו-בקר ומחובר כראוי לגיר תולעת, הכל יסתדר בקלות ויראה כמו מערכת מונוליטית פשוטה. עם זאת, למרות הפשטות החיצונית, מערכת מכטרונית בהגדרה כוללת מספר יחידות ומודולים מכטרוניים המחוברים זה לזה ומקיימים אינטראקציה יחד כדי לבצע פעולות פונקציונליות ספציפיות לפתרון משימה ספציפית.

מודול מכטרוניק הוא מוצר עצמאי (מבני ופונקציונלי) המיועד לבצע תנועות עם חדירה הדדית ושילוב חומרה ותוכנה תכליתי בו-זמנית של מרכיביו.

מערכת מכטרונית טיפוסית מורכבת מרכיבים אלקטרו-מכאניים ורכיבי כוח המחוברים זה לזה, אשר בתורם נשלטים על ידי מחשב או מיקרו-בקרים.

כאשר מתכננים ובונים מערכת מכטרונית כזו, הם מנסים להימנע מצמתים וממשקים מיותרים, מנסים לעשות הכל תמציתי וחלק ככל האפשר, לא רק כדי לשפר את מאפייני הגודל של המכשיר, אלא גם כדי להגביר את האמינות של המערכת באופן כללי.

לפעמים זה לא קל למהנדסים, הם נאלצים למצוא פתרונות מאוד חריגים דווקא בשל העובדה שיחידות שונות נמצאות בתנאי עבודה שונים, ועושות דברים שונים לגמרי. לדוגמה, במקומות מסוימים מיסב קונבנציונלי לא יעבוד, והוא מוחלף במתלה אלקטרומגנטית (זה נעשה, במיוחד, בטורבינות השואבות גז דרך צינורות, שכן מיסב קונבנציונלי ייכשל במהירות עקב חדירת גז לתוך חומר הסיכה שלו).

בדרך זו או אחרת, היום המכטרוניקה חלחלה לכל דבר, החל ממכשירי חשמל ביתיים ועד רובוטיקה לבנייה, נשק ותעופה וחלל. כל מכונות CNC, כוננים קשיחים, מנעולים חשמליים, מערכת ה-ABS ברכב שלך וכו'. - בכל מקום, מכטרוניקה היא לא רק שימושית, אלא גם הכרחית. זה נדיר כיום שבו אתה יכול למצוא שליטה ידנית, הכל מסתכם בעובדה שלחצת על הכפתור ללא קיבוע או פשוט נגעת בחיישן - קיבלת את התוצאה - זו אולי הדוגמה הכי פרימיטיבית למה היא מכטרוניקה היום.

דיאגרמת היררכיה של רמות אינטגרציה במכטרוניקה

הרמה הראשונה של האינטגרציה נוצרת על ידי מכשירים מכטרוניים והאלמנטים שלהם. הרמה השנייה של האינטגרציה נוצרת על ידי המודולים המכטרוניים המשולבים. הרמה השלישית של האינטגרציה נוצרת על ידי מכונות האינטגרציה המכטרוניות. הרמה הרביעית של האינטגרציה נוצרת על ידי קומפלקסים של מכונות מכטרוניות. הרמה החמישית של האינטגרציה נוצרת על פלטפורמת אינטגרציה אחת של קומפלקסים של מכונות מכטרוניות ורובוטים, אשר מרמזים על היווצרות של מערכות ייצור גמישות הניתנות להגדרה מחדש.

כיום, מודולים ומערכות מכטרוניים נמצאים בשימוש נרחב בתחומים הבאים:

• הנדסה מכנית וציוד אוטומציה, תהליכים טכנולוגיים בהנדסת מכונות;

• רובוטיקה תעשייתית ומיוחדת;

• טכנולוגיית תעופה וחלל;

• ציוד צבאי, כלי רכב למשטרה ושירותים מיוחדים;

• הנדסה אלקטרונית וציוד מהיר ליצירת אב טיפוס;

• תעשיית הרכב (מודולי הנעה של גלגל מנוע, בלמים נגד נעילה, הילוכים אוטומטיים, מערכות חניה אוטומטיות);

• כלי רכב לא מסורתיים (מכוניות חשמליות, אופניים חשמליים, כסאות גלגלים);

• ציוד משרדי (כגון מכונות צילום ומכונות פקס);

• ציוד היקפי למחשב (למשל מדפסות, פלוטרים, כונני CD-ROM);

• ציוד רפואי וספורט (תותבות ביו-חשמליות ושלד חיצוני לנכים, מאמני חיטוב, קפסולות אבחון מבוקרות, עיסויים וכו');

• מכשירי חשמל ביתיים (כביסה, תפירה, מדיחי כלים, שואבי אבק עצמאיים);

• מכונות מיקרו (לרפואה, ביוטכנולוגיה, תקשורת וטלקומוניקציה);

• מכשירים ומכונות בקרה ומדידה;

• ציוד למעליות ומחסנים, דלתות אוטומטיות בבתי מלון ושדות תעופה; ציוד צילום ווידאו (נגני וידאו דיסקים, התקני מיקוד של מצלמת וידאו);

• סימולטורים להכשרת מפעילי מערכות טכניות מורכבות וטייסים;

• תחבורה רכבת (מערכות בקרת רכבות וייצוב);

• מכונות חכמות לתעשיית המזון, הבשר והחלב;

• מכונות דפוס;

• מכשירים חכמים לתעשיית המופעים, אטרקציות.

בהתאם לכך, עולה הצורך בכוח אדם בטכנולוגיות מכטרוניקות.