ما هي الميكاترونيك والعناصر الميكاترونية والوحدات والآلات والأنظمة

تتكون كلمة "ميكاترونكس" من كلمتين - "ميكانيكا" و "إلكترونيات". تم اقتراح هذا المصطلح في عام 1969 من قبل أحد كبار المطورين في Yaskawa Electric ، وهو ياباني يدعى Tetsuro Mori. في القرن العشرين ، تخصصت شركة Yaskawa Electric في تطوير المحركات الكهربائية ومحركات التيار المستمر وتحسينها ، وبالتالي حققت نجاحًا كبيرًا في هذا الاتجاه ، على سبيل المثال ، تم تطوير أول محرك أقراص يعمل بالتيار المستمر هناك.

تبع ذلك تطورات تتعلق بأول أنظمة CNC للأجهزة. وفي عام 1972 ، تم تسجيل العلامة التجارية ميكاترونكس هنا. سرعان ما قطعت الشركة خطوات كبيرة في تطوير تقنيات القيادة الكهربائية. قررت الشركة لاحقًا إسقاط كلمة "Mechatronics" كعلامة تجارية ، حيث كان المصطلح مستخدمًا على نطاق واسع في كل من اليابان وحول العالم.

على أي حال ، تعد اليابان موطنًا لأنشط تطوير لمثل هذا النهج في التكنولوجيا ، عندما أصبح من الضروري الجمع بين العناصر الميكانيكية والآلات الكهربائية وإلكترونيات الطاقة والمعالجات الدقيقة والبرامج لتنفيذ التحكم في محرك كهربائي عالي الدقة.

رمز رسومي شائع للميكاترونكس هو رسم تخطيطي من موقع RPI (معهد Rensselaer Polytechnic ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية):

الميكاترونكس هي واحدة من أحدث المجالات الهندسية في العالم ، والتي ، وفقًا لليونسكو ، هي واحدة من أكثر المجالات الواعدة والمطلوبة.

بشكل عام ، يمكن إعطاء مصطلح "الميكاترونكس" التعريف التالي - إنه مجال من مجالات العلوم والتكنولوجيا يعتمد على مجموعة منهجية من وحدات الميكانيكا الدقيقة ، والهندسة الكهربائية ، والإلكترونيات ، وتكنولوجيا المعالجات الدقيقة ، ومصادر الطاقة المختلفة ، والكهربائية ، والهيدروليكية ، و ركزت المحركات الهوائية ، بالإضافة إلى التحكم الذكي فيها ، على إنشاء وتشغيل كتل أنظمة الإنتاج المؤتمتة الحديثة.

الميكاترونيك هو التحكم بالحركة المحوسب.

الهدف من الميكاترونيك هو إنشاء وحدات حركة جديدة نوعيًا ، ووحدات حركة ميكاترونيك ، ووحدات ميكاترونيك ذكية ، وعلى أساسها ، تتحرك الآلات والأنظمة الذكية.

تاريخياً ، تطورت الميكاترونكس من الميكانيكا الكهروميكانيكية واعتمادًا على إنجازاتها ، وذهبت إلى أبعد من ذلك من خلال الجمع المنهجي للأنظمة الكهروميكانيكية مع أجهزة التحكم في الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار والواجهات المدمجة.

رسم تخطيطي لنظام الميكاترونيك

الهيكل المعمم لأنظمة الميكاترونيك

العناصر الإلكترونية والرقمية والميكانيكية والكهربائية والهيدروليكية والهوائية والمعلوماتية - يمكن أن تكون جزءًا من النظام الميكاتروني ، كعناصر أولية ذات طبيعة فيزيائية مختلفة ، ومع ذلك ، يتم تجميعها معًا للحصول على نتيجة جديدة نوعياً للنظام ، والتي لا يمكن تحقيقها بواسطة كل عنصر من قبل مؤدي منفصل.

لن يتمكن محرك المغزل المنفصل من إخراج درج مشغل DVD بمفرده ، ولكن تحت سيطرة دائرة بها برنامج متحكم دقيق ومتصل بشكل صحيح بمعدات دودة ، سيعمل كل شيء بسهولة ويبدو وكأنه نظام أحادي بسيط. ومع ذلك ، على الرغم من البساطة الخارجية ، يشتمل نظام الميكاترونيك بحكم التعريف على عدة وحدات ووحدات ميكاترونيك مترابطة وتتفاعل معًا لأداء إجراءات وظيفية محددة لحل مهمة محددة.

وحدة الميكاترونيك هي منتج مستقل (هيكليًا ووظيفيًا) مصممًا لأداء الحركات مع التداخل والتكامل الهادف للأجهزة والبرامج في وقت واحد لمكوناته.

يتكون النظام الميكانيكي النموذجي من مكونات كهروميكانيكية وطاقة مترابطة يتم التحكم فيها بدورها بواسطة كمبيوتر أو متحكمات دقيقة.

عند تصميم وبناء مثل هذا النظام الميكاتروني ، يحاولون تجنب العقد والواجهات غير الضرورية ، ويحاولون جعل كل شيء موجزًا ​​وسلسًا قدر الإمكان ، ليس فقط من أجل تحسين خصائص الحجم الشامل للجهاز ، ولكن أيضًا لزيادة الموثوقية من النظام بشكل عام.

في بعض الأحيان ، لا يكون الأمر سهلاً على المهندسين ، فهم مجبرون على إيجاد حلول غير عادية على وجه التحديد بسبب حقيقة أن الوحدات المختلفة في ظروف عمل مختلفة ، وتقوم بأشياء مختلفة تمامًا. على سبيل المثال ، في بعض الأماكن ، لن يعمل المحمل التقليدي ، ويتم استبداله بتعليق كهرومغناطيسي (يتم ذلك ، على وجه الخصوص ، في التوربينات التي تضخ الغاز عبر الأنابيب ، نظرًا لأن المحمل التقليدي سيفشل بسرعة بسبب تغلغل الغاز في زيوت التشحيم الخاصة به).

بطريقة أو بأخرى ، تغلغلت اليوم الميكاترونيك في كل شيء من الأجهزة المنزلية إلى روبوتات البناء والأسلحة والفضاء. جميع ماكينات CNC ومحركات الأقراص الصلبة والأقفال الكهربائية ونظام ABS في سيارتك وما إلى ذلك. - في كل مكان ، الميكاترونيك ليست مفيدة فقط ، ولكنها ضرورية أيضًا. من النادر الآن أن تجد التحكم اليدوي ، كل ذلك يتلخص في حقيقة أنك ضغطت على الزر دون تثبيت أو لمست المستشعر ببساطة - لقد حصلت على النتيجة - ربما يكون هذا هو المثال الأكثر بدائية لما هو الميكاترونيكس اليوم.

مخطط هرمي لمستويات التكامل في الميكاترونيك

يتكون المستوى الأول من التكامل بواسطة أجهزة الميكاترونيك وعناصرها. يتكون المستوى الثاني من التكامل من وحدات ميكاترونيك متكاملة. يتكون المستوى الثالث من التكامل بواسطة آلات ميكاترونيك التكامل. يتكون المستوى الرابع من التكامل من مجمعات آلات الميكاترونيك. يتكون المستوى الخامس من التكامل على منصة تكامل واحدة من مجمعات من الآلات الميكاترونيك والروبوتات ، مما يعني تشكيل أنظمة إنتاج مرنة قابلة لإعادة التشكيل.

اليوم ، تُستخدم الوحدات والأنظمة الميكاترونية على نطاق واسع في المجالات التالية:

• معدات الهندسة الميكانيكية والأتمتة ، والعمليات التكنولوجية في الهندسة الميكانيكية ؛

• الروبوتات الصناعية والخاصة ؛

• تكنولوجيا الطيران والفضاء؛

• المعدات العسكرية والمركبات للشرطة والخدمات الخاصة ؛

• معدات الهندسة الإلكترونية والنماذج الأولية السريعة ؛

• صناعة السيارات (وحدات القيادة ذات العجلات ، الفرامل المانعة للانغلاق ، ناقل الحركة الأوتوماتيكي ، أنظمة وقوف السيارات الأوتوماتيكية) ؛

• المركبات غير التقليدية (السيارات الكهربائية والدراجات الكهربائية والكراسي المتحركة) ؛

• المعدات المكتبية (مثل آلات التصوير والفاكس) ؛

• ملحقات الكمبيوتر (مثل الطابعات والراسمات ومحركات الأقراص المضغوطة) ؛

• المعدات الطبية والرياضية (الأطراف الاصطناعية الكهروضوئية والهيكل الخارجي للمعاقين ، مدربين التنغيم ، كبسولات التشخيص الخاضعة للرقابة ، أجهزة التدليك ، إلخ) ؛

• الأجهزة المنزلية (الغسيل ، الخياطة ، غسالات الصحون ، المكانس الكهربائية المستقلة) ؛

• الآلات الدقيقة (للطب والتكنولوجيا الحيوية والاتصالات والاتصالات) ؛

• أجهزة وآلات التحكم والقياس ؛

• معدات المصاعد والمستودعات والأبواب الأوتوماتيكية في الفنادق والمطارات ؛ معدات الصور والفيديو (مشغلات أقراص الفيديو ، أجهزة تركيز كاميرات الفيديو) ؛

• أجهزة محاكاة لتدريب مشغلي الأنظمة التقنية المعقدة والطيارين ؛

• النقل بالسكك الحديدية (أنظمة التحكم في القطارات وتثبيتها) ؛

• آلات ذكية للصناعات الغذائية واللحوم والألبان ؛

• آلات الطباعة

• أجهزة ذكية لصناعة العروض والمعالم السياحية.

وفقًا لذلك ، تتزايد الحاجة إلى موظفين لديهم تقنيات ميكاترونيك.