Bazele Sistemelor Mecatronice

1. INTRODUCERE

1.1 Conceptul de mecatronica: definitie; modele

Termenul mecatronica (MECAnica + elecTRONICA) a fost conceput în 1969 de

un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric si protejat pâna în 1982 ca marca a

acestei firme. Se referea initial la complectarea structurilor mecanice din constructia

aparatelor cu componente electronice. În prezent termenul defineste o stiinta

inginereasca interdisciplinara, care, bazându-se pe îmbinarea armonioasa a elementelor

din constructia de masini, electrotehnica si informatica, îsi propune sa îmbunatateasca

performantele si functionalitatea sistemelor tehnice.

Ca si în cazul multor altor domenii de mare complexitate, în literatura de specialitate

nu exista o definitie unitara a notiunii de mecatronica. În IEEE/ASME Transactions on

Mechatronics (1996) mecatronica a fost definita astfel: Mechatronics is the

synergetic integration of mechanical engineering with electronic and intelligent

computer control in the design and manufacturing products and processes., în

traducere: Mecatronica este integrarea sinergetica a ingineriei mecanice cu

controlul electronic si cel inteligent cu calculatoare în proiectarea si fabricatia

produselor si proceselor.. Termenul sinergetica impune o detaliere. În Mic

Dictionar Enciclopedic (Editura Enciclopedica Româna, 1972) termenul sinergie

este definit astfel:

- gr. Synergia (conlucrare) s.f. (FIZIOL.) Asociatie a mai multor organe sau tesuturi

pentru îndeplinirea aceleiasi functiuni.

Cele mai sugestive reprezentari ale mecatronicii sunt reprezentate prin intersectia a

trei sau mai multor cercuri. Dupa modul în care sunt definite zonele de intersectie,

exista multe modele, unele fiind prezentate în figura 1.1[GIU02].

Modelul din figura 1.2 detaliaza continutul celor 3 cercuri din figura 1.1,a si

sintetizeaza principiile pe baza carora a fost conceput învatamântul de mecatronica la

Universitatea Transilvania din Brasov: Studiul mecatronicii si proiectarea si

realizarea sistemelor mecatronice trebuie cladite pe cei trei piloni principali:

mecanica, electronica, tehnica de calcul, fiecare cu subsistemele si subdomeniile lui

principale, iar intersectia acestora conduce la sisteme si produse cu caracteristici

remarcabile, superioare unei simple reuniuni a componentelor de diferite tipuri. Acest

lucru impune înzestrarea specialistului în mecatronica cu cunostinte temeinice din

domeniul mecanicii, electronicii si tehnicii de calcul, dar si al sistemelor mecatronice,

de cele mai diferite tipuri, si al principiilor si etapelor de proiectare si realizare a

acestora.

1.2 Evolutia sistemelor tehnice: de la sisteme pur mecanice la sisteme mecatronice

Dezvoltarea mecatronicii si a produselor si tehnologiilor mecatronice reprezinta o etapa

logica si concreta în evolutia stiintei si tehnologiei, iar revelatia inginerului de la

Yaskawa era inevitabila, în conditiile în care electronica devenise o componenta care nu

mai putea fi separata de sistemele mecanice.

Evolutia omenirii a fost însotita de o dezvoltare lenta a uneltelor, dispozitivelor si

sistemelor create si realizate de om, începând din paleolitic si pâna în secolul 18, când

odata cu inventarea masinii cu abur (James Watt  1788), care a marcat începutul

revolutiei industriale, sistemele tehnice au cunoscut o evolutie rapida. Masina cu abur s-a

constituit într-una dintre primele borne ale procesului de înlocuire a muncii fizice,

prestate de oameni si animale, cu lucrul mecanic efectuat de masini. Câteva repere

importante de-a lungul acestui drum: 1775 - prima masina orizontala de gaurit si alezat

tevile de tun (englezul John Wilkinson); 1784  ciocanul mecanic cu abur; 1795  presa

cu transmisie hidraulica; 1797  primul strung cu carucior si papusa mobila, actionate de

un ax elicoidal; vaporul cu aburi (începutul secolului 19); locomotiva cu aburi (mijlocul

secolului 19).

Pe parcursul secolului al 19-lea apar si se dezvolta motoarele cu ardere interna, ca

rezultat al preocuparii unor inventatori de geniu de a realiza mijloace de transport rutiere:

1807  brevet pentru un motor cu un cilindru vertical, cu functionare cu gaz si cu

aprindere cu ajutorul unei scântei electrice; 1872  inventia motorului cu benzina si

supape laterale  motorul Otto; 1887  motorul Daimler, cu ardere interna, cu doi cilindri

în V, la care aprinderea combustibilului avea loc la fiecare rotatie a arborelui (capacitatea

cilindrica de 1,5 l; puterea de 7,5 CP);

Caracteristica esentiala a sistemelor tehnice de pâna în jurul anilor 1900 este aceea ca

acestea erau pur mecanice. Mecanica pura a permis realizarea unor adevarate bijuterii

tehnice, cum ar fi precursorul genial al calculatorului electronic, reprezentat de masina

de calcul a lui Charles Babbage, sau masina de scris mecanica; s-au pus însa în evidenta

si limitele acestor sisteme.

Germenii unei ere noi apar odata cu dezvoltarea motoarelor electrice  motorul de

curent continuu în 1870 si cel de curent alternativ în 1889, care au permis, realizarea, la

începutul secolului 20, a unor sisteme mecanice cu actionare electrica (pompe, masiniunelte

etc.). Electrotehnica a permis si saltul la realizarea unor sisteme mecanice cu

control automat, bazate pe relee electrice, regulatoare PI, amplificatoare electrice, având

ca exponenti avioanele, masinile-unelte, turbinele cu aburi, automobilele (fig.1.3).