Integracja elementów mechanicznych, elektrycznych, elektronicznych,

układów sterowania i oprogramowania

w projektowaniu mechatronicznym (1)

Interdyscyplinarność – stwierdzenie obecności pierwiastków struktury w

produkcie mechatronicznym

Cecha jakościowa

Integracja

– zespół działań zmierzających do włączenia

do produktu mechatronicznego pierwiastków
struktury, wraz z przyporządkowaniem
współczynników wagowych właściwych tym
pierwiastkom

Cecha jakościowa

i ilościowa (??)

Problem: jak zidentyfikować (zmierzyć) stopień zintegrowania pierwiastków

struktury

Należy zdefiniować miarę stopnia zintegrowania

wspólną

dla wszystkich

komponentów

Identyfikacja rozpatrywanej struktury mechatronicznej (system +
realizowany proces technologiczny)
Uwaga: system stanowiący strukturę mechatroniczną może stanowić

jedynie część całego układu

Zdefiniowanie

miary zintegrowania

– wielkość fizyczna (wspólna dla wszystkich komponentów), np.

zmagazynowana energia potencjalna i kinetyczna

– wielkość abstrakcyjna, która nie ma jednoznacznej interpretacji

fizycznej

Przykład

x

2

=x

1

Uwaga: siłę P

*

na razie pomijamy

Do opisu wprowadzamy współrzędne:

ϕ

,

ϕ

1,

x, x

1

, x

2

.

Obliczamy:

z

WY

t

P

WE

≡

≡

)

(

2

2

1

1

2

1

2

1

Q

D

x

k

U

&

α

⋅

=

⋅

=

Równania więzów:

W rezultacie:

Problem: jak uwzględniać elementy rozpraszające energię

funkcja rozproszenia energii jest

strumieniem energii

(

)

2

2

2

2

2

1

2

1

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

ϕ

ϕ

&

&

&













+

+

+

+

⋅













⋅

=

mr

MR

z

m

M

r

m

T

z

R

r

R

A

x

A

Q

z

R

r

R

r

R

x

R

z

⋅

−

⋅

=

⋅

=

⋅

−

=

−

=

=

ϕ

ϕ

)

(

z

r

r

x

x

x

z

R

x

⋅

=

=

=

=

⋅

=

1

1

1

1

1

2

1

2

2

2

ϕ

ϕ

2

2

2

*

2

1

4

2

1

4

2

1

z

k

z

k

z

k

V

⋅

=

⋅

=

⋅

=

z

R

r

R

A

Q

&

&

⋅

−

⋅

=

2

2

2

2

1

z

R

r

R

A

D

&

⋅













−

⋅

=

α

Podstawowe komponenty
mechatroniki

Mechanika
konstrukcja maszyn
dynamika maszyn

technologia maszyn

Elektronika

system pomiaru i analizy
drgań

system sterowania pracą

obrabiarki

Informatyka

symulacje

przetwarzanie sygnałów

algorytm sterowania

Sterowanie
program

zmiennej

prędkości obrotowej
sterowanie w układzie
otwartym

Problem: jest integracja wszystkich komponentów, jak ocenić ich

udziały energetyczne

Przykłady integracji komponentów w projektowaniu mechatronicznym

Podstawowe komponenty
mechatroniki

Mechanika
konstrukcja maszyn
dynamika maszyn

technologia maszyn

Elektronika

system pomiaru i analizy
drgań

system sterowania pracą

obrabiarki

Informatyka

symulacje

przetwarzanie sygnałów

algorytm sterowania
identyfikacja modelu
obliczeniowego

Sterowanie
program

zmiennej

prędkości obrotowej
sterowanie w układzie
otwartym
optymalizacja prędkości
obrotowej wrzeciona

Ocena stopnia zintegrowania

na bazie szacowania udziałów pierwiastków

wiedzy

i

umiejętności

ui

wj

ij

p

p

S

⋅

=

Idealne rozwiązanie: równe
współczynniki wagowe

Problem: jest integracja wszystkich komponentów, jak ocenić jej stopień

Ocena stopnia zintegrowania komponentów mechatroniki nie ma

jednoznacznie zdefiniowanej uniwersalnej miary. Jest to ocena
szacunkowa, dokonana na bazie założeń przyjętych arbitralnie

Integracja komponentów mechatroniki w produkcie pozostanie

cechą jakościową projektowania mechatronicznego

Integracja komponentów mechatroniki w produkcie jest niezbędna

dla zaistnienia projektu (produktu) mechatronicznego