 |
Gliwice 16-12-2025, s. 1-254 |
Mechatronika to interdyscyplinarna dziedzina inżynierii, która synergicznie integruje systemy mechaniczne, elektronikę, inżynierię sterowania i informatykę w jedną funkcjonalną całość. Takie podejście umożliwia tworzenie inteligentnych produktów i systemów, które nie byłyby możliwe przy użyciu konwencjonalnych metod wykorzystujących poszczególne dziedziny oddzielnie.
Zgodnie z oficjalną definicją opublikowaną w IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, wiodącym czasopiśmie naukowym w tej dziedzinie o współczynniku wpływu 6,4, systemy mechatroniczne synergistycznie łączą informatykę, elektrotechnikę i inżynierię mechaniczną. To naukowe podejście do definicji kładzie nacisk na uznanie akademickie i ustanowienie mechatroniki jako odrębnej dyscypliny.
Kluczowe pojęcia definiujące mechatronikę obejmują kilka fundamentalnych aspektów. Synergia oznacza, że powstały system posiada właściwości i możliwości, których poszczególne dyscypliny nie są w stanie zapewnić samodzielnie. Integracja wielu dyscyplin pozwala na kompleksowe rozwiązywanie problemów, w którym rozwiązania mechaniczne, elektryczne i programowe uzupełniają się wzajemnie i kompensują swoje braki. Interdyscyplinarny charakter wymaga od inżynierów umiejętności pracy i komunikacji wykraczającej poza tradycyjne granice dyscyplin. Podejście mechatroniczne oferuje szereg konkretnych zalet w porównaniu z podejściem tradycyjnym. Systemy są bardziej kompaktowe, ponieważ funkcje wcześniej implementowane mechanicznie można zastąpić rozwiązaniami programowymi. Wyższą dokładność uzyskuje się dzięki możliwości kompensacji niedokładności mechanicznych za pomocą precyzyjnych czujników i algorytmów sterowania. Systemy są bardziej elastyczne, ponieważ zmiana zachowania systemu często jest możliwa jedynie poprzez zmianę oprogramowania, bez konieczności modyfikacji fizycznych. Niezawodność wzrasta, ponieważ złożone mechanizmy mechaniczne podatne na zużycie są zastępowane rozwiązaniami elektronicznymi o minimalnym zużyciu. Podstawowym aspektem systemów mechatronicznych jest sprzężenie zwrotne między systemem fizycznym a algorytmem sterowania. System mechaniczny tworzy procesy fizyczne monitorowane przez czujniki. Czujniki dostarczają informacji o aktualnym stanie systemu do jednostki sterującej. Jednostka sterująca analizuje te informacje, porównuje je z pożądanym stanem i oblicza niezbędne interwencje. Interwencje są realizowane przez siłowniki, które oddziałują na system mechaniczny. Ten zamknięty cykl powtarza się z dużą częstotliwością, zazwyczaj od dziesiątek do tysięcy razy na sekundę, pozwalając systemowi dynamicznie reagować na zmiany i osiągać pożądane zachowanie. Kluczem do efektywnego funkcjonowania tego cyklu jest prawidłowa konstrukcja wszystkich jego komponentów i ich wzajemna interakcja. System mechaniczny musi zostać zaprojektowany z uwzględnieniem możliwości i ograniczeń czujników i siłowników. Czujniki muszą dostarczać wystarczająco dokładne i szybkie informacje na potrzeby algorytmu sterowania. Algorytm sterowania musi być zaprojektowany tak, aby optymalnie wykorzystywać dostępne informacje i możliwości siłowników. Siłowniki muszą być w stanie realizować pożądane działania z odpowiednią szybkością i dokładnością.
Badanie bezpieczeństwa wyrobów