Młody Technik

Mechatronika

Maj 2002   

Mechatronika jest specjalnością łączącą problemy mechaniki, elektroniki, informatyki, optyki, inżynierii biomedycznej oraz inżynierii produkcji.

Właściwie w każdym urządzeniu małym i dużym - od automatycznych drzwi do robotów przemysłowych - są urządzenia konstruowane przez mechatronika.

Mechatronika to świat wokół nas. Mechatronika to interaktywne zabawki, zegarek noszony na ręku, napęd DVD, robot kuchenny, aparat do rezonansu magnetycznego i pojazd, który jeździł po Marsie. Dzisiaj świat nie może istnieć bez mechatroniki.

Czym jest mechatronika?

Najkrótsza i najczęściej używana definicja - przyjęta przez International Federation for the Theory of Machines and Mechanism - określa mechatronikę jako synergiczną kombinację mechaniki precyzyjnej, elektronicznego sterowania i systemowego myślenia przy projektowaniu produktów i procesów produkcyjnych. W Polsce również jest wiele osób interesujących się tą nauką. Świadczą o tym chociażby zawody organizowane w tej dziedzinie.

Finał

Dwudziestego szóstego marca br. odbył się finał Ogólnopolskich Zawodów Mechatronicznych. Zawodnicy mieli po 4 zadania do wykonania - i to nie łatwe. Do finału dostały się cztery bardzo dobre drużyny. Zadania wymagały umiejętności obsługi urządzeń mechanicznych wyposażonych w układ sterujący, umożliwiający programowanie ich działania. Cechą charakterystyczną urządzeń mechatronicznych jest ich modułowa struktura, zawierająca zespoły mechaniczne, elektromechaniczne i elektroniczne, oraz mikroprocesorowy układ sterowania. Systemy mechatroniczne wyposażone są w czujniki (sensory) zbierające sygnały z otoczenia, programowalne układy przetwarzania tych sygnałów oraz zespoły komunikacyjne i urządzenia wykonawcze. Charakter sygnałów (mechaniczne, elektryczne, optyczne, biologiczne, chemiczne itp.) jest bardzo zróżnicowany. Zaprezentuję więc przykładowe zadanie z finału:

Zadanie 1

Symulacja pracy wykrojnika

Należy zmontować, dołączyć do sterownika PLC i po jego oprogramowaniu uruchomić układ działający według algorytmu podanego niżej.

Algorytm

Po wciśnięciu przycisku START siłownik 1 wysuwa się i pozostaje w tej pozycji podając w ten sposób wyimaginowany detal pod ramię wykrojnika. Siłownik 2 wysuwa się z przeciwnej strony i pozostaje w tej pozycji blokując podany detal. Siłownik 3, ramię wykrojnika, wysuwa się i pozostaje w tej pozycji przez 2 sekundy, a następnie wycofuje się. Po jego całkowitym wycofaniu wycofuje się siłownik 2. Po jego całkowitym wycofaniu wycofuje się siłownik 1, co sprowadza układ do stanu początkowego i umożliwia rozpoczęcie kolejnego cyklu wykrawania naciśnięciem przycisku START.

Wszystkie siłowniki powinny być zaopatrzone w czujniki położeń krańcowych oraz w możliwość regulacji szybkości wysuwania i chowania.

Na zdjęciu 1 widoczny jest zmontowany przez jedną z drużyn układ z zaznaczonymi siłownikami. Żeby jednak dojść tak daleko - do rozwiązywania takich zadań, trzeba wiedzieć skąd wywodzi się mechatronika. Historia mechatroniki

Rozwój tej dziedziny rozpoczął się właściwie dopiero w latach siedemdziesiątych, ale początki sięgają lat czterdziestych. Elementy elektroniczne - logiczne i decyzyjne - zaczęto zastępować mikroprocesorami z odpowiednim oprogramowaniem. Ówczesne wyroby mechatroniczne, takie jak np. automatyczne drzwi, aparaty fotograficzne z autofocusem czy automaty sprzedające odznaczały się jeszcze znaczną prostotą, ale był to również początek rozwoju zaawansowanych metod sterowania. W późniejszych latach udoskonalano technikę przekazywania informacji, co wydatnie zwiększało możliwości użytkowe mikroprocesorów. Rozpoczęto także stosowanie układów inteligentnego sterowania.

Informatyka wkroczyła do większości układów mechatronicznych wykorzystujących w większym lub mniejszym stopniu bazy danych. Nawet w pralkach automatycznych i innych urządzeniach powszechnego użytku zaczęto instalować układy sterowane bazą danych. Roboty przemysłowe czy obrabiarki NC, które należą do typowych wyrobów mechatronicznych, stały się bardziej zwarte, a w przemyśle samochodowym pojawiły się m. in. systemy kontroli przyczepności kół w czasie jazdy, sterowania wysokością zawieszenia, stabilizacji jazdy, ABS czy regulacja antypoślizgowa. Systemy nawigacji, które tak niedawno były rzadkością, instaluje się już w pojazdach seryjnych. Wprawdzie jeszcze nie powszechnie, ale to tylko kwestia czasu i ceny. W niedalekiej przyszłości na pewno wprowadzone zostaną jeszcze inteligentniejsze wyroby mechatroniczne, służące zwiększeniu bezpieczeństwa jazdy.

W latach osiemdziesiątych do mechatroniki wkroczyła optyka, w wyniku czego narodziła się optomechatronika. A w latach dziewięćdziesiątych wprowadzono technikę komunikacji, służącą do łączenia oddzielnych, konwencjonalnych układów. Każda maszyna czy urządzenie stały się zdalnie sterowalne, podobnie jak ma to miejsce w zdalnym operowaniu systemami zrobotyzowanymi. Rozpowszechnia się mechatronika z sieciowym sterowaniem komputerowym, często ściśle spokrewniona z rzeczywistością wirtualną i technikami multimedialnymi.

Jeśli zainteresowałam kogoś mechatroniką, to powinien wiedzieć, jak zdobyć taki zawód.

Jak zostać mechatronikiem

Najbardziej zaawansowanym w naszym kraju ośrodkiem kształcenia w tym zakresie jest Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej, który powstał z przemianowania w 1996 roku istniejącego od roku 1962 Wydziału Mechaniki Precyzyjnej. Spełnia on rolę prekursora, szczególnie ważną dla interdyscyplinarnego systemu kształcenia technicznego na poziomie wyższym.

Mechatroników kształci się także w Wojskowej Akademii Technicznej i Politechnice Świętokrzyskiej, a w kilku innych uczelniach technicznych, m. in. w Poznaniu, Łodzi, Krakowie, Rzeszowie uruchomiono taką specjalność.

W krajach europejskich i Ameryki Północnej przeważa przekonanie o potrzebie nowego pokolenia inżynierów, mających szersze podstawy ogólne, ale również dysponujących specjalistyczną wiedzą w jakiejś dyscyplinie oraz wykazujących zdolności do pracy w zespołach multidyscyplinarnych. W Polsce planuje się uruchomienie szkół średnich o profilu mechatronicznym, niestety wyposażenie pracowni mechatronicznej wymaga dużych nakładów i specjalnych zestawów edukacyjnych - takich jak np. produkuje firma Festo.

Monika Witan
Zdjęcia wykonano w czasie finałów konkursu mechatronicznego w siedzibie firmy FESTO.

 

II EDYCJA KONKURSU MECHATRONICZNEGO

26 marzec 2002

miejsce: siedziba FESTO, Janki k/Warszawy

Organizatorzy: Festo Sp. z.o.o. Łódzkie Centrum Doskonalenia Nauczycieli i Kształcenia Praktycznego Laureaci I miejsce ex aequo: Centrum Kształcenia Praktycznego Poznań - Marcin Małecki - Piotr Trybuś Opiekun: Jan Nowicki Centrum Kształcenia Praktycznego Siedlce - Paweł Adamiak - Mirosław Turski Opiekun: Sławomir Siewruk II miejsce Zespół Szkół Technicznych Mikołów - Paweł Kustry - Tomasz Iluk Opiekun: Janusz Wójtkiewicz III miejsce Centrum Kształcenia Praktycznego Kraków - Maciej Miarka - Bartosz Kuźnik Opiekun: Paweł Mazur

---