[ Обновленные темы · Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
  • Страница 1 из 1
  • 1
Форум » Форум » Публикация » МЕХАТРОНИЗАЦИЯ
МЕХАТРОНИЗАЦИЯ
xolod83Дата: Среда, 17.04.2019, 16:07 | Сообщение # 1
Сержант
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 0
Статус: Offline
КАМЛЮК В.С.
преподаватель, МГК электроники, г.Минск


В статье актуализируется понятие мехатронизация, сформулированы задачи мехатронизации, введено понятие
философии мехатронизации, даны общие характеристики направлений мехатронизации.
Ключевые слова: мехатронизация, мехатроника, холизм, эмерджентность, зенит, надир, автоматизация, ки-
бернетика  ,синергетика,  бионика,  бионизация,  редукционизм,  идеальное  пространство,  очувствление,
интеллектуализированное движение, самооптимизирующиеся, семантическая память, машины с параллельной ки-
нематикой, 3D-принтер

Введение
20-ый век был веком кибернетики и автоматизации. Кибернетика, как наука привнесла в общество понятие «об-
ратная связь», общие закономерности получения, хранения, преобразования и передачи информации в сложных
управляющих системах. Рука об руку с ней появилось направление научно-технического прогресса – автоматиза-
ция. Сказать, что это две сестры прогресса видимо нельзя, скорее это мать и дочь. Использование методов
математического моделирования и саморегулирующих технических средств позволило автоматизации максимально
уменьшить степень участия человека в выполняемых операциях и трудоёмкость выполняемых операций. Термин ав-
томатизация начал широко использоваться после того как в1947 году, Форд создал отдел автоматизации.
21-ый век будет веком мехатронизации. Кибернетика и автоматизация ее основа. Наукой развития нового
направления научно – технического прогресса на данном этапе является мехатроника, но ее взаимодействие с други-
ми науками будет сопровождаться взаимным проникновением свойств одних в другие, в результате чего они будут
меняться в рамках мехатронизации. Это наука и техника, основанная на синергетическом объединении узлов точной
механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами.
Электротехнический. Сюда относят механические звенья, передачи, электродвигатели, рабочий орган, дополни-
тельные электротехнические элементы, сенсоры. Все составляющие применяются для того, чтобы обеспечить
необходимые движения. Особую важность для корректного выполнения поставленных задач имеют сенсоры. Они
собирают данные про состояние объекта работ и внешней среды, непосредственно мехатронного устройства и его
составляющих.
Электронный. Сюда относят микроэлектронные устройства, силовые преобразователи и измерительные цепи.
Компьютерной. Сюда относятся микроконтроллеры и электронно-вычислительные машины высшего уровня.
Постановка задачи исследования
Эта статья посвящается новому этапу развития человечества – от автоматизации к мехатронизации.
Задача статьи состоит в том, чтобы показать актуальность вопроса мехатронизации как направления научно –
технического прогресса.
Задача мехатронизации – освобождение человечества от зависимости в отношении его среды обитания и сохра-
нение этой среды обитания – одна из главных задач эволюции.

Описание исследования
Мехатронизация – это интеллектуализированное движение материи во времени и пространстве в бесчисленном
множестве форм, объектов и систем.
Мехатронизация – это инструмент, с помощью которого человечество решает, и будет решать свою основную
задачу.
Первую стадию независимости от среды обитания человек получает с рождением. Теперь перед ним стоит вопрос
перехода ко второй стадии независимости от среды обитания – зависимости от Земли, затем третьей стадии незави-
симости от среды обитания – зависимости от Солнца, затем четвертой стадии независимости от среды обитания –
зависимости от Галактики и последняя стадия независимости от среды обитания – слияние с Вселенной. Уже на вто-
рой стадии независимости мы видим, как количество перерастает в качество и выполняется основной философский
постулат мехатронизации – приоритета целого по отношению к его частям.
Философией мехатронизации является – холизм. Холизм – соотношения части и целого, исходящая из каче-
ственного своеобразия и приоритета целого по отношению к его частям.
Из холистических представлений исходит часто используемое понятие синергии. Практическим воплощением
идеи холизма является возникшее в синергетике понятие эмерджентности, то есть возникновения в системе нового
системного качества, несводимого к сумме качеств элементов системы.
Наглядный пример этому – муравейник, где каждое насекомое по отдельности не является особо интеллектуаль-
ным, но когда одновременно взаимодействует большое количество муравьев, они могут вырабатывать удивительные
решения по поиску пищи и защите от хищников. В сущности, целое всегда больше суммы его частей.
Мехатронизация включает в себя автоматизацию, роботизацию, мехатронику, и на начальном этапе – бионику и
другие науки будущего. На смену мехатронизации придет следующий этап научно – технического прогресса – био-
низация. По своей сущности эти два научно – технических прогресса не могут существовать в своем развитии без
интеллекта.
Наступили век, тысячелетие мехатронизации и бионизации, эра нового промышленного и социального развития
общества.
Что в зените мехатронизации – освоение Вселенной, что в надире мехатронизации – освоение Океана, земной ко-
ры, мантии и земного ядра. Надир мехатронизации не менее сложное направление, чем зенит и во многом с
меньшими затратами поможет развитию освоения Вселенной.
Начну с последней стадии независимости от среды обитания – слияние с Вселенной. Это не означает подойти к
окончательной теории. Сама идея окончательной теории в мире бесконечности пространства, материи, движения и
как следствие этих составляющих − времени противоречива. Мы не знаем ограниченности во времени в прошедшем
и будущем. Раз время беспредельно, то также беспредельно пространство. Ограничение того или иного сразу приво-
дит к вопросу: ”А что там, за ограничением?”
Редукционизм мог бы помочь в разработке окончательной теории, если бы Вселенная не развивалась и не совер-
шенствовала сама себя. Предположение Стивена Вайнберга о том, что наша Вселенная не единственная очень
желаемо, но тогда возникает проблема идеального пространства между Вселенными.
Как можно предположить, в идеальном пространстве нет никакой материи (ни светлой, ни темной), нет движения,
а значит, нет времени. Возможно ли это?!
Понимание законов, которым подчиняется наша Вселенная – стремление человечества во все времена.
Основой Вселенной или Мира, является материя. Универсальными формами существования материи в бесконеч-
ной смене свойств и форм являются движение, пространство и время.
Философия определяет: материя несотворима и неуничтожима, вечна во времени и бесконечна в пространстве,
является субстанциональной основой всевозможных свойств и форм движения.
Последняя стадия мехатронизации не предполагает управление Вселенной человечеством, а независимость чело-
века от среды обитания – Вселенной, умение человека с помощью высоко интеллектуализированных мехатронных
систем сохранить себя в вечно развивающейся и совершенствующейся саму себя Вселенной.
Может возникнуть вопрос: “Почему с последней стадии мехатронизации?” Ответ: “Для того, что бы увидеть ка-
кой пласт технического совершенства необходимо человечеству одолеть.”
В частности, так называемые неопознанные летающие объекты (НЛО), не что иное, как голографическое изобра-
жение в земной атмосфере и именно поэтому так легко перемещаются они и их невозможно догнать. Само НЛО
находиться на достаточно большом расстоянии от Земли. Достаточно источнику волн переместиться на миллиметры
и НЛО переместиться на десятки тысяч километров за секунду, причем сам НЛО величайшее достижение мехатрони-
зации.
Использование в мехатронизации голографии как метода записи, воспроизведения и преобразования, волновых
полей, основанного на интерференции волн, на регистрации интерференционной картины, которая образована вол-
нами, отражёнными предметом, освещаемым источником света (предметной волной) позволит расширить
возможности информационных технологий, как в космосе, так и в океане.
Мелкими шажками человечество идет к своему НЛО: микродроны, напоминающие НЛО, беспилотные авиацион-
ные системы, использование солнечной энергии в летательных аппаратах с большим размахом крыла, следующий
этап макродроны, по форме напоминающие традиционные НЛО, на верхней поверхности которых будут установлены
солнечные преобразователи, и от формы НЛО в виде тарелки, в будущем летательных объектов никуда не уйти. Кро-
ме того эта форма поможет избегать катастроф летательных аппаратов и естественно жертв.
Если посмотреть состав беспилотных авиационных систем, то можно увидеть, что это еще одно достижение ме-
хатронизации и он включает в себя: собственно сам беспилотный летающий аппарат, пункт управления (пульт
оператора, приёмопередающая аппаратура, специализированные вычислители на базе цифровых сигнальных процес-
соров или компьютеры, под управлением операционных систем реального времени), систему связи (это может быть
прямая радиосвязь или спутниковая связь). Программное обеспечение пишется обычно на языках высокого уровня,
таких как Си, Си++, Модула-2.
Именно мехатронизация лежит в основе всех этих новшеств. В специализированных изданиях часто упомина-
ется термин «Индустрия 4.0». Как считают многие специалисты возможность обмена мехатронных систем
между собой данными, возможность изготовителя систем контролировать посредствам Интернета выполнение
правил эксплуатации систем потребителем и упреждать нарушения, коренным образом изменит традиционное
промышленное производство.
Мехатронизация производства в корне изменит традиционную логику производства, поскольку каждый рабочий
объект будет сам определять, какую работу необходимо выполнить для производства.
Мехатронные системы требуют их высокой степени очувствления, то есть создание высокочувствительных мно-
гофункциональных датчиков. Датчики различного типа, как, например, датчики давления и температуры,
электрооптические и инфракрасные датчики, будут функционировать совместно, создавая общую картину происхо-
дящего и определяя то, что происходит в их окружении.
Большое количество датчиков будут регистрировать свое окружение с невероятной точностью, а встроенные про-
цессоры будут сводить воедино различные данные от датчиков для идентификации сложных событий и критических
состояний и их интерпретации на основе сложившейся ситуации и самостоятельно принимать решения, независимо
от центральной системы управления производством, исходя из полученных результатов
В мехатронизации мехатронные модули на основе МЭМС-технологии нашли самое широкое применение. К типичным изме-
ряемым параметрам мехатронными модулями МЭМС-технологии относятся перемещения, скорости и ускорения (линейные или
угловые), действующие силы и моменты. Примерами сенсоров, изготовленных на основе МЭМС - технологий, могут служить
акселерометры - датчики ускорений.
МЭМС – технологии позволили создать интеллектуальные сенсоры, где реализовано объединение функций измерения теку-
щих параметров механического движения, их преобразования и обработки по заданным алгоритмам в едином блоке.
Интеллектуализация сенсоров позволяет добиться более высокой точности измерения, программным путем обеспечив филь-
трацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию гистерезиса, перекрестных связей.
Устройства для трехмерной печати сами по себе являются достижением мехатронизации. Знание общих принци-
пов того, как работает 3D-принтер, позволяет говорить о большом потребительском потенциале этих устройств.
Теоретически с помощью такого оборудования можно наладить безотходное производство. На данном этапе его воз-
можности оценивают в основном специалисты, которые используют печать 3D в решении своих профессиональных
задач.
Программным языком в принтерах на данном этапе является G-код, построенный на командах управления обо-
рудованием для печати. На этой стадии можно перейти к рассмотрению программ-слайсеров, которые обеспечивают
перевод 3D-модели для печати на 3D-принтере в понятный контроллерам код. Основными задачами программ - слай-
серов является установка параметров, в соответствии с которыми будет осуществляться печать. Выбор конкретной
программы определяется типом принтера.
Наличие способности мехатронных систем взаимодействовать со своим окружением, планировать и адаптировать
свое собственное поведение согласно окружающим условиям, учиться новым моделям и линиям поведения, и на ос-
нове активной семантической памяти, соответственно, быть самооптимизирующимися позволит мехатронизации
связывать виртуальное пространство Интернета с реальным миром. Эти способности обеспечат эффективный выпуск
даже минимальных партий при быстром внесении изменений в продукцию и большом количестве вариантов, будут
способствовать будущему созданию экологически безопасного производства.
В целом мехатронизация – это оптимальный выбор принимаемых научных, технических и технологических, орга-
низационно – экономических и информационных решений с интеллектуализацией движений. Обеспечение работы в
средах с препятствиями, в реконфигурируемых системах, когда требуется оптимизировать конфигурацию цепи, в
недетерминированных внешних средах: пожары, наводнения, космическая, подводная, подземная, радиоактивная и
других средах с использованием в основном нелинейных базисов исполнительных движений направление развития
мехатронизации.
Интеллектуализация движения мехатронных систем, функционирующих в изменяющихся и неопределенных
внешних средах, требует автоматического контроля и диагностики собственного состояния, адаптации и оптимизации функций в условиях, изменяющейся внешней среды, при наличии существенных возмущающих воздействий,
значительной автономности и гибкости при планировании и исполнении движений при минимальном участии чело-
века.
Именно мехатронизация в состоянии решить вопросы характерных особенностей нелинейности базовых исполни-
тельных движений (БИД) систем движения. Вопросы анизотропии и неоднородности динамических, упругих и
скоростных свойств, переменности параметров в нелинейных уравнениях, что может приводить к потере управляемости системой в сингулярных положениях, сложности задания движений манипуляторов в обобщенных
координатах, связанных со степенями подвижности, исполнении пространственных по криволинейным траекториям
движений и реализацию сложных законов перемещения во времени.
Мехатронизация позволяет создавать универсальные машины перемещения по многим степеням свободы с па-
раллельной кинематикой (МПК)
Из холистических представлений в мехатронизации исходит современная тенденция построения машин нового поколе-
ния, которая заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным,
компьютерным и информационным) компонентам, которые легко перепрограммируются под новую задачу. Сейчас механические
устройства все чаще становятся узким местом в сложных машинах. Мехатронный подход предполагает не дополнение, а замещение функций, традиционно выполняемых механическими элементами системы на электронные и компьютерные блоки.
К перераспределению функциональной нагрузки, в сторону увеличения интеллектуальной составляющей, служит и метод
электронной редукции, когда исполнительный механизм отслеживает движение задающего устройства.
Учитывая увеличение интеллектуальной составляющей, следует иметь в виду, что целевые функции, задачи верхнего
и нижнего уровней управления обычно гармонизируются слабо. Это вынуждает вводить соответствующие корректи-
вы в целевые функции нижнего уровня, не разрушая упорядоченность распределенной системы.
Следовательно, одна из функций системы верхнего уровня должна состоять в том, чтобы оказывать соответству-
ющее влияние на системы нижнего уровня, которое позволяло бы обеспечить состояние, при котором было бы
желательным взаимодействие между ними.
Задача описания движения многомерной мехатронной системы в мехатронизации разделяется на две взаимосвя-
занные подзадачи: движение в пространстве и во времени.
Законы пространственного перемещения всех звеньев мехатронной системы определяются технологической по-
становкой задачи движения.
Законы движения во времени исполнительных приводов определяется, с одной стороны, желаемым законом пе-
ремещения рабочего органа, а с другой − кинематикой многомерной системы.
Нам не важно, что есть во Вселенной такое физическое явление как “черные дыры”, важно то, какую задачу Все-
ленная поставила перед “черными дырами ”, одним из ее рабочих органов в совершенствовании самой себя.
Нам не важно, что есть НЛО, важно то, что если мы пойдем в обратном направлении философии мехатронизации
– холизма, то мы придем к частному, а именно, к разумному существу и возникает вопрос: ”А откуда он?”
Это отступление сделано для того, чтобы убедить читателей в необходимости изучения основ мехатронизации,
которая объединит множество наук и технических достижений под своим крылом.
Основным  принципом  мехатронизации  является  концепция  аппарата  конфигурируемого  управления
(controlconfiguredvehiсle–CCV) АКУ – конфигурация, у которой маневренность является приоритетной функцией.
Неоднородность характеристик (кинематических, скоростных, динамических, упругих) среды, анизотропия (при-
ложение вектора силы в заданном направлении), в которой работают мехатронные системы, требует решения задачи
управления в пространстве и во времени.
В случае же аппарата конфигурируемого управления существует механическая неустойчивость, которая часто
оказывается необходимой для обеспечения соответствующих динамических характеристик. Устойчивость достигает-
ся благодаря наличию контуров управления.
То, что говорится о «четвертой промышленной революции», в действительности является развитием мехатрони-
зации. Научно-исследовательские организации и промышленный сектор усиленно работают для того, чтобы
воплотить Индустрия 4.0 в реальность.
В немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (DFKI) в Кайзерслаутерне уже несколько лет
эксплуатируется первое в мире умное производство в качестве «живой» лаборатории. Данное производство – эталон-
ная архитектура для Индустрии 4.0. в мехатронизации.
Важным фактором успеха мехатронизации является интеллектуальная интерпретация информации об окружаю-
щей среде. Соответственно, здесь ключевую роль играет программное обеспечение.
Особенность программного обеспечения заключается в его масштабной неэкономичности. С накоплением ин-
формации, которую необходимо обработать, очень сильно возрастают трудности, связанные с созданием
программного обеспечения. При превышении некоторого объема могут даже сложиться неудачные обстоятельства,
для решения которых в большинстве случаев желательно использовать иерархические структуры программных
средств.
Но, тем не менее, выбор децентрализации позволяет повысить интеллектуальную составляющую мехатронных
систем за счет распределения ЭВМ, сократить объем информации, передаваемой в системе, упростить физические
схемы, один канал связи может использоваться многократно.
Это положение нашло воплощение в том, что в качестве языков программирования стали использовать структур-
ные языки, унифицированные описательные языки и Интернет в качестве коммуникационной платформы на
предприятии. Еще одним направлением развития стало распределение программных средств по функциональным
блокам.
По своей сути мехатронизация не может существовать без ителлектуализации движения. Модули движения, ме-
хатронные модули движения – это переходной этап мехатроники, этап, когда новое еще слабо, а старая аппартно –
релейная система управления не хотела сдаваться. Мехатронизацию невозможно представить без интеллектуализа-
ции движения, за ней будущее.

Заключение
В ходе проведенного исследования обосновывается необходимость введения определения мехатронизация в тер-
минологию технического прогресса.
Даже, если однажды подтвердится телепортация, то и она будет легко освоена в мехатронизации как мехатронная
технология интеллектуального движения.
Почему бы ни нам первыми заговорить об учебной дисциплине «Основы мехатронизации» вместо «Основы авто-
матизации» и «Основы мехатроники».
Литература
1.Антошина, И.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы./ И.В. Антошина, Ю.Т. Котов. М.,2005.
2.Волошин, И.Н. Система автоматизации и управления технологическими процессами. Учебное пособие / И.Н.
Волошин.Астана,2009.
3.Джонс М.Электроника – практический курс. Мир электроники, М,2016
4.Демидов, С.В. Мехатронные обрабатывающие центры на базе мехатронных модулей вращения / С.В.Демидов,
Г.А. Зомба, В.П. Конюша. Приводная техника №4, 2003
5.Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М:
Горячая Линия-Телеком, 2009.
6.Егоров, О.Д.Конструирование мехатронных модулей: Учебник./О.Д. Егоров, Ю.В. Подураев М. МГТУ
"СТАНКИН", 2004.
7.Ермолов,И.Л.Математические модели "робот-рабочий орган-инструмент-рабочий процесс" в системе автомати-
зированного программирования промышленных технологических роботов/ И.Л. Ермолов, О.Н. Лысенко , Ю.В
Подураев. Мехатроника. №2,М.,2002.
8.Золотарев, С.В. CoDeSys SP RTE: SoftPLC + возможности реального времени в среде Windows/ С.В. Золотарев,
Д.В. Пастушенков / МКА №3. 2005.
9.Камлюк ,В.С.Технологическое оборудование для микроэлектроники/Камлюк В.С, Камлюк Д.В.Мн,РИПО,2014
10.Камлюк ,В.С.Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектрони-
ки/Камлюк В.С, Камлюк Д.В.Мн,РИПО,2016
11.Кузьмин А. В. Flash-память и другие современные носители информации: Справочное пособие / Кузьмин А. В.
– М.: Горячая линия – телеком, 2005. 80с.
12Минаев, И. Г. Программируемые логические контроллеры. Практическое руководство для начинающего инже-
нера. /И.Г.Минаев, В.В.Самойленко — Ставрополь: АГРУС, 2009.
13.Минаев, И. Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления
/И.Г.Минаев, В.М.Шарапов, В.В.Самойленко, Д.Г.Ушкур. 2-е изд., перераб. и доп. — Ставрополь: АГРУС, 2010.
14.Новиков, Ю.В.Основы микропроцессорной техники: учебное пособие/Ю.В.Новиков,П.К.Скоробагатов.– 4-е
изд.,испр.,М,2012
15.Петров И.В.” Программируемые логические контроллеры”. Стандартные языки и приемы прикладного про-
граммирования. М, 2010
ЭЛЕКТРОННЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ВЕСТНИК  №2 – 2018
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
13
16Петров И.В. Отладка прикладных ПЛК программ в CoDeSys /Промышленные АСУ и контроллеры. Начало в №
2,. 2006.
17.Подураев, Ю.П. Мехатроника: основы, методы применения/ Ю.П.Подураев. М., 2006.
18.Русанов, В.В. Микропроцессорные устройства и системы: Учебное пособие для вузов. / В.В Русанов,
М.Ю.Шевелёв.Томск,2007
19.Шишмарев, В. Ю. Типовые элементы систем автоматического управления/ В. Ю. Шишмарев ,М. Акаде-
мия,2004
20.Техническая коллекция Schneider Electric. Выпуск №16. Системы автоматического управления на основе про-
граммируемых логических контроллеров.
21.http://fb.ru/article/235561/mehatronika---chto-eto-takoe-osnovyi-mehatroniki-mehatronika-i-robototehnika-
spetsialnost-kem-rabotat FB.ru: https://u.to/eu6oEQ
Прикрепления: 2-2018.pdf(1.72 Mb)
 
Форум » Форум » Публикация » МЕХАТРОНИЗАЦИЯ
  • Страница 1 из 1
  • 1
Поиск: