Thành viên:Phattainguyen23/Cơ điện tử

Hệ thống cơ điện tử

Cơ điện tử hay Kỹ thuật cơ điện tử là một nhánh kỹ thuật liên ngành chú trọng vào các ngành kỹ thuật điện tử và kỹ thuật cơ khí, cũng như nghiên cứu các lĩnh vực robot học, điện tử học, kỹ thuật máy tính, viễn thông, kỹ thuật hệ thống, kỹ thuật điều khiển và Product engineering. Với sự phát triển theo thời gian của công nghệ, nhiều phân ngành kỹ thuật đã thành công trong việc thích ứng và nhân rộng. Mục tiêu của ngành kỹ thuật cơ khí nhằm tạo ra giải pháp thiết kế (design solution) nhằm hợp nhất các phân ngành lại với nhau. Ban đầu, lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử được dự định chỉ bao gồm sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, vì thế tên ngành là từ ghép giữa Cơ khí và Điện tử học (hay Mechatronics từ mechanics và electronics); tuy nhiên, với tính phức tạp của các hệ thống công nghệ phát triển không ngừng, định nghĩa của ngành được mở rộng sang nhiều lĩnh vực công nghệ khác.

Từ cơ điện tử (mechatronics) bắt nguồn từ Wasei-eigo là các từ vựng tiếng Nhật được xây dựng từ nguồn gốc là các từ vựng tiếng Anh và được tạo ra bởi Tetsuro Mori, một kỹ sư của Tập đoàn Điện tử Yaskawa. Từ mechatronics được đăng kí thương hiệu bởi một công ty ở Nhật Bản với mã số đăng kí "46-32714" vào năm 1971. Tuy nhiên, công ty sau đó đã công bố quyền sử dụng từ này cho công chúng, từ đó từ này bắt đầu được sử dụng trên toàn thế giới. Ngày nay, từ này được dịch sang nhiều ngôn ngữ và được coi là một thuật ngữ thiết yếu trong ngành công nghiệp.

Tiêu chuẩn NF E 01-010 của Pháp đưa ra định nghĩa: "phương pháp tiếp cận nhằm mục đích tích hợp cùng lúc cơ khí, điện tử, lý thuyết điều khiển tự động và khoa học máy tính trong việc thiết kế và sản xuất sản phẩm, để cải thiện và/hoặc tối ưu hóa chức năng của nó".

Nhiều người xem cơ điện tử là một từ thông dụng hiện đại đồng nghĩa với tự động hóa, robot học và kỹ thuật cơ điện (Electromechanical engineering).

Mô tả

Giản đồ Aerial Euler trên trang web của RPI mô tả các lĩnh vực cấu thành ngành cơ điện tử

Một kỹ sư cơ điện tử hợp nhất các nguyên tắc của cơ học, điện tử và máy tính để tạo ra một hệ thống đơn giản, có hiệu quả kinh tế và đáng tin cậy hơn. Thuật ngữ "cơ điện tử" được tạo ra bởi Tetsuro Mori, là kỹ sư cấp cao của công ty Nhật Bản Yaskawa vào năm 1969. Robot công nghiệp là ví dụ điển hình của hệ thống cơ điện tử; nó bao gồm các khía cạnh của điện tử, cơ khí và máy tính để thực hiện các công việc hàng ngày.

Điều khiển học kỹ thuật (Engineering cybernetics) giải quyết các vấn đề kỹ thuật điều khiển trong các hệ thống cơ điện tử, được sử dụng để kiểm soát hoặc điều chỉnh cả một hệ thống (xem thêm lý thuyết điều khiển tự động). Thông qua sự hợp tác, các mô đun cơ điện tử thực hiện các mục tiêu sản xuất và kế thừa các đặc tính sản xuất linh hoạt và nhanh nhẹn trong sơ đồ sản xuất. Thiết bị sản xuất hiện đại bao gồm các mô đun cơ điện tử được tích hợp theo kiến trúc điều khiển (control architecture). Các kiến trúc phổ biến nhất bao gồm hệ thống cấp bậc (hierarchy), hệ thống đa cực (polyarchy), hệ thống hỗn hợp (heterarchy) và hệ thống lai (hybrid). Các phương pháp để đạt được hiệu quả kỹ thuật được mô tả bằng cách diều khiển các thuật toán, có thể sử dụng hoặc không sử dụng các phương pháp hình thức trong thiết kế. Các hệ thống hybrid quan trọng đối với cơ điện tử bao gồm hệ thống sản xuất, synergy drive, planetary exploration rovers, các hệ thống phụ ô tô như các hệ thống chống bó phanh và hỗ trợ xoay (spin-asist) và các thiết bị hàng ngày như máy ảnh lấy nét tự động, video, đĩa cứng, đầu đĩa CD và điện thoại.

Course structure

Mechatronics students take courses in various fields:

• Mechanical engineering and materials science and engineering
• Electronics engineering
• Electrical engineering
• Computer engineering (software & hardware engineering)
• Computer science
• Systems engineering
• Control engineering
• Optical engineering
• Telecommunications

Applications

• Machine vision
• Automation and robotics
• Servo-mechanics
• Sensing and control systems
• Automotive engineering, automotive equipment in the design of subsystems such as anti-lock braking systems
• Building automation / Home automation
• Computer-machine controls, such as computer driven machines like CNC milling machines, CNC waterjets, and CNC plasma cutters
• Expert systems
• Industrial goods
• Consumer products
• Mechatronics systems
• Medical mechatronics, medical imaging systems
• Structural dynamic systems
• Transportation and vehicular systems
• Mechatronics as the new language of the automobile
• Computer aided and integrated manufacturing systems
• Computer-aided design
• Engineering and manufacturing systems
• Packaging
• Microcontrollers / PLCs
• Microprocessors

Physical implementations

Mechanical modeling calls for modeling and simulating physical complex phenomena in the scope of a multi-scale and multi-physical approach. This implies to implement and to manage modeling and optimization methods and tools, which are integrated in a systemic approach. The specialty is aimed for students in mechanics who want to open their mind to systems engineering, and able to integrate different physics or technologies, as well as students in mechatronics who want to increase their knowledge in optimization and multidisciplinary simulation techniques. The speciality educates students in robust and/or optimized conception methods for structures or many technological systems, and to the main modeling and simulation tools used in R&D. Special courses are also proposed for original applications (multi-materials composites, innovating transducers and actuators, integrated systems, …) to prepare the students to the coming breakthrough in the domains covering the materials and the systems. For some mechatronic systems, the main issue is no longer how to implement a control system, but how to implement actuators. Within the mechatronic field, mainly two technologies are used to produce movement/motion.

Biến thể của ngành

Một biến thể của ngành xuất hiện là Cơ điện tử sinh học với mục đích tích hợp các bộ phận cơ khí với con người, thường ở dạng các chi tiết nhỏ có thể tháo rời như bộ xương ngoài. Đây là phiên bản "đời thực" của phần mềm mạng (Cyberware).

Một biến thể khác mà chúng ta có thể xem xét là Điều khiển chuyển động ở Cơ điện tử nâng cao, hiện được công nhận là công nghệ then chốt trong cơ điện tử. Tính bền vững của điều khiển chuyển động sẽ được thể hiện dưới dạng một hàm của độ cứng và là cơ sở để hiện thực hóa trong thực tế. Mục tiêu của chuyển động được tham số hóa bởi độ cứng điều khiển có thể thay đổi theo công việc được xét đến. Tuy nhiên, tính bền vững trong chuyển động của hệ thống luôn đòi hỏi độ cứng rất cao trong bộ điều khiển.

Avionics ( kỹ thuật của các thiết bị điện tử phải hoạt động trong môi trường Không gian vũ trụ hoặc Hàng không) cũng được coi là một biến thể của cơ điện tử vì nó kết hợp một số lĩnh vực như kỹ thuật điện tử và viễn thông trong kỹ thuật hàng không vũ trụ.

Internet Vạn Vật

Internet Vạn Vật (IoT) là liên mạng gồm các thiết bị vật lý, hệ thống nhúng với điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành và sự kết nối mạng cho phép các bộ phận này thu thập và trao đổi dữ liệu.

IoT và cơ điện tử bổ sung cho nhau. Nhiều thành phần thông minh kết nối với Internet Vạn Vật về cơ bản sẽ là cơ điện tử. Sự phát triển của IoT đang buộc các kỹ sư cơ điện tử, nhà thiết kế, nhà chuyên môn và nhà giáo dục phải nghiên cứu cách thức mà các thành phần và hệ thống cơ điện tử được nhận thức, thiết kế và sản xuất. Điều này cho phép họ đối mặt với các vấn đề mới như bảo mật dữ liệu, đạo đức máy móc (machine ethics) và giao diện người-máy móc.

See also

• Cybernetics
• Control theory
• Ecomechatronics
• Electromechanics
• Materials engineering
• Mechanical engineering technology
• Robotics
• Systems engineering

Sources

• Bradley, Dawson et al., Mechatronics, Electronics in products and processes, Chapman and Hall Verlag, London, 1991.
• Karnopp, Dean C., Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems, 4th Edition, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4 Bestselling system dynamics book using bond graph approach.
• Cetinkunt, Sabri, Mechatronics, John Wiley & Sons, Inc, 2007 ISBN 9780471479871
• James J. Nutaro (2010). Building software for simulation: theory and algorithms, with applications in C++. Wiley.
• Zhang, Jianhua . Mechatronics and Automation Engineering. Proceedings of the International Conference on Mechatronics and Automation Engineering (ICMAE2016). Xiamen, China, 2016.

Further reading

• Robert Munnig Schmidt, Georg Schitter, Adrian Rankers and Jan van Eijk, The Design of High Performance Mechatronics – 2nd revised edition. IOS Press, 2014.
• Bishop, Robert H., Mechatronics: an introduction. CRC Press, 2006.
• De Silva, Clarence W., Mechatronics: an integrated approach. CRC Press, 2005
• Onwubolu, Godfrey C., Mechatronics: principles and applications. Butterworth-Heinemann, 2005.
• Rankers, Adrian M., Machine Dynamics in Mechatronic Systems. University Twente, 1997

External links

• IEEE/ASME Transactions on Mechatronics.
• Mechatronics Journal – Elsevier
• mechatronic applications and realisation List of publications concerning examples
• Institution of Mechanical Engineers - Mechatronics, Informatics and Control Group (MICG)
• NF E 01-010 2008 – AFNOR (French standard NF E 01-010)
• XP E 01-013 2009 – AFNOR (French standard NF E 01-013)