Construcția Sistemelor Mecatronice

INTRODUCERE

1. Ce este Mecatronica?

Mecatronica reprezinta o etapa naturala în procesul de evolutie a proiectarii ingineresti

moderne. Dezvoltarea calculatorului si apoi a microcalculatorului, calculatoarele incorporate

si progresele tehnologiilor de informare si software asociate au facut sa se apara mecatronica

în ultima parte a secolului XX. Se asteapta ca în sec. XXI odata cu progresele de integrare a

sistemelor bioelectro-mecanice, calculatoarelor cuantice, a sistemelor nano- si pico- si altor

dezvoltari neprevazute viitorul mecatronicii este plin de potential si noi posibilitati.

Definitii de baza

• Definirea mecatronicii a evoluat de la cea originala data de Yasakawa Electric

Company care suna astfel: cuvântul “mecatronic“ este compus din “meca” de la mecanica

sau mecanism si “tronic” de la “electronic”, cu alte cuvinte tehnologiile si dezvoltarea

produselor vor contine din ce în ce mai multa electronica incorporata în partea mecanica, fiind

imposibil sa se delimiteze unde se termina una si unde începe cealalta.

• O alta definitie, mai evoluata, a fost prezentata în 1996 de Harashima, Tomizuka si

Fukada care înteleg prin mecatronica integrarea sinergetica a ingineriei mecanice cu

electronica si controlul prin calculator în proiectarea si fabricarea produselor si proceselor

industriale.

• În acelasi an, Auslander si Kempf au sugerat o alta definitie prin care mecatronica este

aplicarea unei decizii complexe asupra functionarii sistemelor fizice.

• În 1997 definitia datorata lui Shetty si Kolk arata ca mecatronica este o metodologie

utilizata pentru pentru proiectarea optima a produselor electromecanice.

• Recent, W. Bolton defineste un sistem mecatronic nu ca o simpla alaturare a sistemelor

mecanic, electric si a unuia de control, ci este o integrare a tuturor acestora.

Toate aceste definitii si formulari sunt corecte si informative, fiecare dintre ele nereusind

sa cuprinda totalitatea mecatronicii. În ciuda eforturilor continue de a defini mecatronica, de

clasificare a produselor mecatronice si dezvoltare a continutului standard al mecatronicii nu sa

ajuns la un consens în aceasta privinta, ceea ce este un semn bun ca acest domeniu exista si

este un subiect proaspat (tânar). Chiar fara o descriere definitiva, inginerii înteleg din

definitiile mai sus mentionate si propria experienta esenta filozofiei mecatronicii.

Pentru multi ingineri practicieni din proiectare mecatronica nu este noua, deoarece

majoritatea produselor din ultimii 30 de ani contin sisteme mecanice, electrice si de

programare prin calculator, fara a fi proiectate numaidecât de specialisti în mecatronica.

Se constata ca practica proiectarii ingineresti moderne concurentiale, vazuta acum ca parte

a specializarii de mecatronica, este un process natural de proiectare. Este evident ca studiul

mecatronicii asigura un mecanism, pentru cei interesati în întelegerea si explicarea procesului

de proiectare inginereasca, de definire, clasificare, organizare si integrare a multor aspecte ale

proiectarii produselor într-un ansamblu unitar.

Fata de domeniile clasice de studiu ale ingineriei mecanice, electrice, aerospatiale,

chimice, civile si informatice, se abordeaza mecatronica drept un domeniu de studiu în

facultate, recunoscut pretutindeni în lume.

Astfel, trebuie înteles ca mecatronica nu este numai o structura de studii de investigare

pentru învatamântul superior, ci este un mod de viata în practica inginereasca moderna.

Introducerea microprocesoarelor la începutul anilor 1980 si odata cu cresterea raportului

performante dorite-cost au revolutionat paradigma proiectarii ingineresti. A crescut numarul

de produse noi realizate prin întrepatrunderea disciplinelor traditionale ale ingineriei, stiintei

calculatoarelor si stiintelor naturii, dezvoltarile în aceste discipline fiind absorbite de

proiectarea mecatronica într-un acord deplin.

Revolutia permanenta a tehnologiei informatiei, progresele în comunicarea wireless,

proiectarea senzorilor inteligenti (imposibila prin tehnologie MEMS) si ingineria sistemelor

incorporate asigura ca proiectarea inginereasca va continua sa evolueze în secolul XXI.

2. Elemente cheie ale mecatronicii

Studiul mecatronicii se poate împarti în urmatoarele arii de specialitate, (figura 1):

1. modelarea sistemelor fizice;

2. senzori si actuatori;

3. semnale si sisteme;

4. calculatoare si sisteme logice;

5. software si achizitie de date.

Fig. 1 Elementele componente ale mecatronicii

3. Istoric

Încercarea de a construi sisteme mecanice automate are o istorie interesanta. De fapt

termenul de “automatizare” nu era folosit înainte de anii 1940 când compania Ford Motor

definea un process în care o masina transfera un subansamblu de la o statie la alta si apoi o

pozitiona cu precizie pentru operatii de asamblare suplimentare, dezvoltarea de success a

sistemelor mecanice automate aparând mult mai târziu. De exemplu, aplicatiile timpurii ale

controlului automat au fost inventate în Europa si Rusia între secolele XV si XIX , multe

dintre aceste dispozitive stând la baza mecatronicii.

Cornelis Drebbel (1572–1633) din Olanda a conceput regulatorul de temperatura care

reprezinta unul din primele sisteme feedback la acel timp.

Ulterior, Dennis Papin (1647–1712) a inventat în 1681 regulatorul de siguranta a presiunii

pentru boilerele cu abur, care este similar cu supapa de presiune din zilele noastre.

Prima masina de calcul mecanica a fost conceputa de Pascal în 1642, iar primul sistem

feedback a fost dezvoltat de Polzunov în 1765 (regulatorul plutitor pentru nivelele de apa din

figura 2 compus dintr-un plutitor care se ridica si coboara în functie de nivelul apei, prin

aceasta controlând supapa care obtureaza intrarea apei în boiler).