zapis_mechatronika_uvod08/2012 MECH Aa 1 z 5 1. Úvod do mechatroniky Mechatronics - název vznikl v Japonsku v 70. letech ze slov "MECHAnical systems" a "electronics" U nás se začal používat v 80. letech (MECHAnické systémy + elektronika) Mechatronika se dá popsat jako automatizace s vyšším stupněm inteligence 1.1. Vývojové stupně mechatroniky 1. #1 použití síly bez nástrojů, později využití zvířecí síly 2. #2 3. #3 1.2. Oblasti mechatroniky používání nástrojů a pomůcek usnadňujících lidem práci vylepšování nástrojů - zavádění strojů řízených lidmi nahrazování člověka při řízení technických zařízení a výroby - vznik #4 4. #5 zvyšuje se stupeň řídících systémů (schopnost #6 samostatně pracovat, rozpoznat a odstranit chyby, naučit se jim vyhnout) Mechatronika kombinuje obory: Strojírenství mechanické části, hydraulika, pneumatika Elektroniku řídící hardware Informatiku řídící software Prolínání oblastí v mechatronice (Vennův diagram) Mechatronika má interdisciplinární ( #7 ) charakter, přičemž jednotlivé obory jsou si rovnocenné Problémem mechatroniky je propojení dosud nezávislých oborů (jiné veličiny, terminologie, symbolika, nedostatek mezioborových odborníků)
zapis_mechatronika_uvod 08/2012 MECH Aa 2 z 5 1.3. Mechatronický systém Schéma mechatronického systému Řídící část: a) uživatelské rozhraní výstupní a vstupní zařízení pro operátory - #8, #9, řídící panely b) řídící systém (ŘS) #20 Zdroje #21 hardware (programovatelný #10, #11 ) + #12 ŘS podle programu zpracovává vstupní informace a vydává přes výstupy příkazy akčním členům, resp. informuje operátora Řízená část: c) akční členy pohony - lineární a rotační #13, hydraulické a pneumatické #14 a motory d) mechanismy #15, brzdy, spojky, mechanismy pro změnu pohybu - #16,, hřebenové, pákové #17 e) snímače zajišťují zpětnou vazbu ( #18 ) pro ŘS - mění fyzikální veličiny (polohu, zvuk, světlo, teplotu) na signály pro ŘS #19 část - mechanické části (např. rám), spoje (šrouby), ložiska a vedení elektrické, čerpadla, kompresory 1.3.1. Vlastnosti mechatronického systému (výrobku): a) #22 samostatnost pracuje samostatně b) #23 c) #24 rozpozná vlastní chyby sám chyby opravuje, pamatuje si je (učí se na základě chyb) a tím zlepší své chování v příští podobné situaci d) adaptivita #25 se změněným podmínkám e) monitorování umožňuje dálkové #26 provozních dat (přes Internet, mobilní síť), možnost servisu f) vizualizace data se #27 v graficky názorné podobě g) #28 slučitelnost - spolupracuje s jinými inteligentními mechatronickými systémy dodržuje standardní rozhraní (interface) a daná pravidla komunikace (protokoly) h) ergonomičnost je snadno #29 (user friendly) - co nejvíce přizpůsobený snadnému používání člověkem
zapis_mechatronika_uvod 08/2012 MECH Aa 3 z 5 i) #30 1.3.2. Životní cyklus mechatronického výrobku a) Sekvenční životní cyklus výrobku ( #32, sériový) neohrožuje obsluhu výrobku ani okolí (důležité např. u robotů), je odolný proti zneužití (napadnutí viry) j) ekologičnost možnost #31 dílů (nového použití) po skončení životnosti výrobku tradiční postup používaný dříve - jednotlivé fáze na sebe postupně navazují b) Mechatronický paralelní návrh výrobku moderní postup, kdy některé fáze probíhají #33 Popis fází: Marketing zhodnocení nového výrobku (průzkum trhu, potřeb zákazníka) #34 CAD Computer Design (Drafting) #35 s pomocí počítače - náhrada rýsovacího prkna grafickým software 3D modelování #36 (solid) skládáním ze základních geometrických obrazců (hranolů, válců, koulí) modely jsou #37 - změna jednoho rozměru vyvolá aktualizaci souvisejících rozměrů 3D modelování #38 (surface) složitější tvary (designéři) - možnost digitalizace fyzického modelu 3D #39 generování ze 3D modelu #40
zapis_mechatronika_uvod 08/2012 MECH Aa 4 z 5 CAE Prototyping CAM Computer Manufacturing specializace podle technických oblastí strojírenství, elektrotechnika, stavebnictví, geografie, inženýrské sítě (potrubí, kabeláž) základní systémy AutoCAD, Autodesk Inventor, SolidWorks vyšší systémy CATIA, Pro/Engineer, NX (Unigraphics) podpora pro knihovny #41, moduly animace, vizualizace ( #42 zobrazení), správy dokumentů Computer Engineering - moduly pro #43 pevnosti, analýzy napětí, teploty, testování - simulace Výroba fyzických 3D #44 z plastu podle CAD modelu (stereolitografie vrstvení materiálu pomocí 3D tiskárny) #45 výroby s pomocí počítače - #46 (dráhy) pro CNC stroje vygenerované na modely z CAD Např. SurfCAM, EdgeCAM, GibsCAM, PowerMill, Delcam, SolidCAM - některé jsou integrovány s CAD součástí je generování dokumentace pro obsluhu CNC - #47 list - seznam programů, nástrojů s technologickými podmínkami, nulový bod #48 obrábění a kolizí, databáze nástrojů překladač CNC programů pro řídící systém stroje - #49 Schéma počítačem řízené výroby (CIM) CIM Computer- Integrated Manufacturing #50 řízená počítači všechny prvky výroby jsou zapojeny do sítě DNC (direct numerical control) a sdílí průběžně vznikající #51 #52 - hlavní počítač sítě, data jsou uložena na diskovém poli (řetězci hard disků), CNC stroje a roboty jsou řízeny řídícími počítači ( #53 PC, programovatelnými automaty) DNC síť umožňuje #54 strojů a procesů, skladové hospodářství, CAQ, CAP, využití naměřených dat např. pro #55 (výrobek se pohybuje na paletě) CAP (Computer Planning) - #56 s pomocí počítače - jaké výrobky v jakém množství se aktuálně vyrobí
zapis_mechatronika_uvod 08/2012 MECH Aa 5 z 5 CAQ #57 řízená počítačem - kontrola parametrů výrobku s pomocí 3D modelů, statistická regulace (vizualizace vývoje chyb) Computer CMM (coordinate measuring machine) - 3D #58 zařízení řízené operátorem nebo automaticky - sonda dotykem měří souřadnice povrchu součásti a Quality porovnává je s 3D modelem Slovník - úvod do mechatroniky 1 samostatnost zařízení 2 rozpoznání vlastních chyb zařízením 3 oprava vlastních chyb 4 zobrazení dat v graficky názorné podobě (cizím slovem) 5 sledování parametrů, veličin 6 slučitelnost, schopnost spolupráce s jinými zařízeními 7 ovladatelnost, snadná použitelnost 8 první fyzický model budoucího výrobku 9 zkratka pro výrobu řízenou počítači 10 zkratka pro konstrukci (kreslení) s pomocí počítače 11 zkratka pro přípravu výroby s pomocí počítače (programování CNC) 12 překladač CNC programů pro řídící systém stroje 13 hlavní počítač sítě Křížovka č.1 Zkratka pro konstrukci (kreslení) s pomocí počítače: Oprava vlastních chyb: O Samostatnost zařízení: Překladač CNC programů pro řídící systém stroje: O H O Křížovka č.2 Hlavní počítač sítě: Rozpoznání vlastních chyb zařízením: Slučitelnost, schopnost spolupráce s jinými zařízeními: Zobrazení dat v graficky názorné podobě (cizím slovem): Ovladatelnost, snadná použitelnost: První fyzický model budoucího výrobku: P R T Z I T