Εισαγωγή στη ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗauto.teipir.gr/sites/default/files/mech01_0.pdf ·...

1ΤΕΙ Πειραιά Γ. Χαμηλοθώρης ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL I nt el l i gent Syst ems Lab

Εισαγωγή στηΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ

ISL

I nt el l i gentSyst emsLabοr at or y


Εισαγωγή στηΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ

Θεωρητικό Μέρος - ΣημειώσειςΜάρτιος 2003

• Περιεχόμενα1. Εισαγωγή, η αναγκαιότητα της Μηχατρονικής

2. Η Μηχατρονική ως σύνθεση τεχνολογιών

3. Η Μηχατρονική ως μεθοδολογία

4. Το μάθημα της Μηχατρονικής στο Τμ. Αυτοματισμού


1η Ενότητα: Εισαγωγή -η αναγκαιότητα της Μηχατρονικής

• τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων βιομηχανικών και τεχνολογικών συστημάτων

• η σύνθεση των τεχνολογιών και η ενσωμάτωση της πληροφορικής

• ο ρόλος και η συμβολή των τεχνολογιών στην οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη

ΤΕΙ Πειραιά Γ. ΧαμηλοθώρηςΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗISL Intelligent Systems Lab

5

Τα σύγχρονα τεχνολογικά συστήματα είναι ευέλικτα και "έξυπνα"Πλεονεκτήματα (απαιτήσεις?):

• πολλαπλές λειτουργίες (κύριες και βοηθητικές π.χ. αυτο-διάγνωση)

• δυνατότητα λειτουργίας σε διαφορετικές συνθήκες• επικοινωνία με το χειριστή, παροχή πληροφοριών

για την κατάσταση και τη λειτουργία• διασύνδεση και συνεργασία μεταξύ συστημάτων

καθώς και με ευρύτερες δομές διαχείρισης και συντονισμού (π.χ. σε τοπικά δίκτυα ή σε δίκτυα μέσω του internet)


6

Τα ευέλικτα και ευφυή συστήματα κυριαρχούν σε όλους τους τομείς Βιομηχανικά και τεχνολογικά συστήματα σε όλους

τους τομείς της οικονομικής και της κοινωνικής ζωής• καθημερινή χρήση: οικιακές και καταναλωτικές συσκευές και

μηχανές κλπ.,

• βιομηχανική παραγωγή: εργαλειομηχανές, ρομπότ, μηχανές και διατάξεις συσκευασίας ή αποθήκευσης

• μεταφορές και δίκτυα: έξυπνα τραίνα και οχήματα, νέες αεροδιαστημικές και ναυτικές εφαρμογές, αποδοτικά δίκτυα παροχής (utilities)

• υπηρεσίες και τομείς δημόσιου ενδιαφέροντος: εθνική άμυνα, υγεία και περίθαλψη, ασφάλεια χώρων και εγκαταστάσεων


7

Σύνθεση κατασκευαστικών τεχνολογιών και ενσωμάτωση της "πληροφορικής"

Χαρακτηριστικά: ενσωματώνουν δύο ή περισσότερες

διαφορετικές τεχνολογίες π.χ. συνδυάζουν ηλεκτρονικά, ηλεκτρικά και υδραυλικά μέρη

περιλαμβάνουν διατάξεις επεξεργασίας πληροφορίας, συνήθως με τη μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος (chip) μικροεπεξεργαστή (μικροελεγκτή)


8

Κοινό συστατικό: η διάταξη επεξεργασίας της πληροφορίας (μικροεπεξεργαστής) προγραμματιζόμενη λογική ("ευελιξία") ταχεία επεξεργασία μεγάλης ποσότητας

πληροφοριών ("ευφυία") ταχύτατη εμπορική και τεχνολογική διάδοση

(δυνατότητες, τιμή)


9

Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη, συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων... ένα σύγχρονο αυτοκίνητο περιέχει 15-20

διαφορετικούς μικροεπεξεργαστές- ενεργή ανάρτηση - ρύθμιση ύψους

- πέδηση αντι-εμπλοκής (ABS) - οδόμετρο

- κλιματισμός - ταχύμετρο

- καύση - μετάδοση

- ηχοσύστημα - τετρακίνηση

- πορεία σταθερής ταχύτητας (cruise)

αύριο... (και όχι μεθαύριο)- drive by wire

- ενεργή απόσβεση θορύβου

- πλοήγηση

- αποφυγή συγκρούσεων

ποσοστό της συνολικής αξίας (15-20%!)


10

Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη, συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων... σχεδόν όλες οι σύγχρονες οικιακές συσκευές

περιλαμβάνουν έναν ή περισσότερους μικροελεγκτές

– ζυγαριά ηχοσυστήματα– πιεσόμετρο ραπτομηχανή– βιντεοκάμερα τηλεόραση

– πλυντήριο ρούχων τηλέφωνο– κλματιστικό φυγείο– φούρνος μικροκυμάτων γραφομηχανή– ψηφιακή φωτ. μηχανή βίντεο– κουζίνα πλυντήριο πιάτων– . . .


11

Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη, συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων... ο μεγαλύτερος όγκος παραγωγής

ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (chip) αφορά στοιχεία που ενσωματώνονται σε συσκευές, διατάξεις κλπ. προϊόντα που παράγονται σε μεγάλους όγκους

• μικροελεγκτές• ηλεκτρικά εγγραφόμενες μνήμες (EPROM, EEPROM,

FLASH κλπ.)• προγραμματιζόμενη λογική, χρονιστές κλπ. κυκλώματα

γιά εφαρμογές "πραγματικού χρόνου"


12

... ώστε να καλύπτονται οι απαιτήσεις της οικονομίας και της κοινωνίας Η τεχνολογία καλείται να ανταποκριθεί σε πάγιες

επιδιώξεις:• υψηλότερες προδιαγραφές (αυξημένη "ποιότητα")

• αυξημένη ασφάλεια για το χρήστη και το περιβάλλον• προσαρμοστικότητα και ευελιξία• αυξημένη αξιοπιστία και ευκολότερη συντήρηση• πλουσιότερη πληροφόρηση που να υποβοηθά αποφάσεις

και επιλογές

• ανταπόκριση σε θεσμικούς περιορισμούς και κανόνες

• αυξημένη οικονομική και παραγωγική απόδοση

• μεγαλύτεροι όγκοι παραγωγής• πλουσιότερο περιεχόμενο υπηρεσιών - κινητοποίηση• περιορισμένο λειτουργικό κόστος και δαπάνη επενδύσεων


13

1960 1980 2000

Οι νέες τεχνολογίες συμβάλλουν στη συνεχή βελτίωση της προστιθέμενης αξίας

μηχανικά

"γενικά" ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά

λογισμικό ειδικά κυκλώματαfirmware

πρ

οστι

θέμ

ενη

αξί

α

[διάγραμμα: Yamazaki, 1990]χρόνος

???

???


14

Καλύτερα συστήματα = συνεχής τεχνολογική ανάπτυξη και βελτίωση

• βελτίωση κάθε (υφιστάμενης ή νέας) τεχνολογίας ξεχωριστά, συνυπολογίζοντας και τη συνεργασία με τις άλλες τεχνολογίες

• ανάπτυξη νέων "διασταυρώσεων" τεχνολογιών, π.χ. υδραυλικών και πιεζοηλεκτρικών στοιχείων

• αποτελεσματική εκμετάλλευση των υφιστάμενων συστημάτων με νέες λύσεις αυτοματισμού και πληροφορικής


15

τεχνολογικές υπηρεσίες (engineering):• σχεδιασμός, η δοκιμή, η βελτίωση και οι άλλες

δραστηριότητες ανάπτυξης νέων συστημάτων, συσκευών και διατάξεων, με βάση και την εμπειρία της πρακτικής εφαρμογής τους

• πλήρης αξιοποίηση των δυνατοτήτων και των επιδόσεων των συστημάτων σε πραγματικές συνθήκες, δηλαδή οι δραστηριότητες παραγωγικής εκμετάλλευσης

• διάγνωση, συντήρηση, αναβάθμιση κλπ. δραστηριότητες επιμέλειας των συστημάτων

Ο ρόλος των τεχνικών


2η Ενότητα: Η Μηχατρονική ως σύνθεση τεχνολογιών

• το τεχνολογικό περιεχόμενο της Μηχατρονικής• η Μηχατρονική ως τέχνη των interfaces• το πρότυπο "μηχατρονικό σύστημα"


17

Τί σημαίνει Μηχατρονική;

MECHATRONICS=MECHAnics+elecTRONICS(ελληνικά: ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ ή ΜΗΧΑΝΟΤΡΟΝΙΚΗ)

• ένα φάσμα από διαφορετικές τεχνολογίες που μπορούν να συνδυασθούν

• οι εφαρμογές των τεχνολογιών αυτών σε συσκευές, σε παραγωγικές διατάξεις, σε μηχανές κλπ. "συστήματα"

• η προσέγγιση της συνδυασμένης αξιοποίησης ("σύνθεσης") αυτών των τεχνολογιών

• οι τεχνικές και οι μέθοδοι engineering που διευκολύνουν ή οργανώνουν αυτή τη σύνθεση


18

Τί είναι η Μηχατρονική;

Ορισμοί (1/2):• οι συσκευές και διατάξεις που συνδυάζουν

μηχανικά και ηλεκτρονικά μέρη [Yasukawa, 1969]

• η τεχνολογία που συνδυάζει μηχανικά και ηλεκτρονικά μέρη με πληροφορική για να επιτύχει λειτουργική και χωροταξική ολοκλήρωση σε διατάξεις, εξαρτήματα, προϊόντα και συστήματα [Buur, 1990]

• η εφαρμογή σύνθετων μεθόδων λήψης αποφάσεων στη λειτουργία φυσικών συστημάτων [Auslander, 1995]


19

Τί είναι η Μηχατρονική;

Ορισμοί (2/2):• Η συνεργιστική ενσωμάτωση της μηχανολογίας με

τα ηλεκτρονικά και τον ευφυή ψηφιακό έλεγχο για το σχεδιασμό και την κατασκευή βιομηχανικών προϊόντων και διεργασιών [IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 1996]

• Η συνεργιστική σύνθεση κατασκευών ακριβείας με τα ηλεκτρονικά και την προσέγγιση των συστημάτων για το σχεδιασμό προϊόντων και βιομηχανικών διεργασιών [IRDAC-EU, 1997]


20

1960 1980 2000

Σύνθεση τεχνολογιών + ευφυής συμπεριφορά = η συνταγή της τεχνολογικής εξέλιξης

μηχανικά

"γενικά" ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά

λογισμικό ειδικά κυκλώματαfirmwareπ

ροσ

τιθέ

μεν

η α

ξία

χρόνος

???

???

1η γενιάμηχατρονικής

τεχνολογίας






21

Η Μηχατρονική συνθέτει τεχνολογίες

"Μηχατρονικές" διαταξεις:• Ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά μέρη

• Μηχανικά, υδραυλικά, θερμικά, οπτικά κλπ. στοιχεία

• Πληροφορική (ψηφιακή επεξεργασία με η/υ)• Αυτοματισμοί (συστήματα ελέγχου)

Ολοκληρωμένα συστήματα:• στοιχεία "Ισχύος" π.χ. για την εκτέλεση κινήσεων• "Λογική" για την επίτευξη ενός σύνθετου

παραγωγικού σκοπού


22

Η "κλασσική" προσέγγιση: η Μηχατρονική στην τομή 4 τεχνολογιών

Σύμφωνα με την πλέον διαδεδομένη θεώρηση, η Μηχατρονική τοποθετείται στην τομή των τεχνολογικών και επιστημονικών πεδίων που συνήθως χρησιμοποιούνται στα σημερινά πολυσύνθετα συστήματα.

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ


23

Τα διαστρώματα (Interfaces) εξασφαλίζουν τη συνεργασία μεταξύ τεχνολογιών Μηχατρονική → σύνθεση τεχνολογιών →

συνεργασία διαφορετικών υπο-συστημάτων → interfaces

Interface: διεπιφάνεια, διάστρωμα, διάταξη προσαρμογής, προσαρμοστικό

interface


24

Το "μηχατρονικό" σύστημα

όργανο δράσηςαισθητήριο

επεξεργασία πληροφορίας

διάστρωμα ( interface )

αναλογικά και ψηφιακά ηλεκτρονικά, μηχανικά και ηλεκτρικά μέρη, επεξεργασία πληροφορίας για τη λήψη αποφάσεων, επικοινωνία με το περιβάλλον, όργανα δράσης, αισθητήρια...

μΕ


3η Ενότητα: Η Μηχατρονική ως μεθοδολογία

• η ανάγκη για μια ολοκληρωμένη προσέγγιση• το αντικείμενο της "μηχατρονικής

μεθοδολογίας"


26

Το περιεχόμενο της "Μηχατρονικής": κοινός στόχος - διαφορετικές οπτικές γωνίες

• Η "ολοκληρωτική" ερμηνεία της Μηχατρονικής: όλες οι τεχνολογίες + όλες οι εφαρμογές = τεράστιο εύρος θεμάτων (το σύνολο σχεδόν της τεχνολογίας!)

• Η πρακτική προσέγγιση: κάθε ειδικότητα αποδίδει διαφορετικό περιεχόμενο. Εστίαση σε επιλεγμένες εφαρμογές ενδιαφέροντος και σε θέματα που συμπληρώνουν τις διαθέσιμες, από τη βασική ειδικότητα, γνώσεις.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: για την ειδικότητα της Μηχανολογίας, η Μηχατρονική επικεντρώνεται στη εισαγωγή των ηλεκτρονικών στοιχείων και των μικροεπεξεργαστών στις μηχανικές διατάξεις και συσκευές (π.χ. ηλεκτρονική ζυγαριά, πέδηση κλπ.)

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ


27

Κοινό ζητούμενο : (1) η ολοκληρωμένη αντίληψη του "κύκλου ζωής"

ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΗ

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ

ΑΠΟΣΥΡΣΗ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΕΡΗ

ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΛΕΓΧΟΥ κ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ


28

Κοινό ζητούμενο : (2) η αξιοποίηση της σύνθεσης των τεχνολογιών συνεργασία μεταξύ των διαφορετικών

τμημάτων συνδυασμένη επιλογή των καταλληλότερων

τεχνικών λύσεων (με κοινό στόχο) αξιοποίηση της συνέργιας μεταξύ

τεχνολογιών

1+1>2


29

Κοινό ζητούμενο : (3) η ενσωμάτωση στο επιχειρησιακό και το ευρύτερο περιβάλλον

κόστος χρονικά περιθώρια ποιότητα συνεργασία με άλλα συστήματα εμπορικότητα νομιμότητα, συμβατότητα με πρότυπα ή

προδιαγραφές

(100%)3<1


30

Μηχατρονική μεθοδολογία = τέχνη συμβιβασμού (engineering)

ΠΟΙΟΤΗΤΑ

ΚΟΣΤΟΣ

συντονισμός ομάδων και υπο-έργωνσυμβιβασμός τεχνο-οικονομικών περιορισμών

διαχείριση των "προσδοκιών"

ΧΡΟΝΟΣ


31

Η μεθοδολογία της Μηχατρονικής πρέπει να συνδυάζει τα τρία κοινά ζητούμενα πλήρης αντικατάσταση όλων των συμβατικών

μερών (ακραίο αντί-παράδειγμα)

ΚΙΝ. 3

1

"ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ"ΣΥΣΤΗΜΑΕΛΕΓΧΟΥ

"ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ"ΣΥΣΤΗΜΑΕΛΕΓΧΟΥ

2

ΚΙΝ. 3

ΚΙΝ. 1

ΚΙΝ. 2"ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΟ"

ΣΥΣΤΗΜΑΕΛΕΓΧΟΥ

"ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΟ"ΣΥΣΤΗΜΑΕΛΕΓΧΟΥ


4η Ενότητα: Το μάθημα της Μηχατρονικής

• η κατεύθυνση σπουδών "Βιομηχανικού Αυτοματισμού και Μηχατρονικής"

• η ένταξη στο πρόγραμμα σπουδών του Τμήματος Αυτοματισμού

• οι διδακτικοί στόχοι τωνμαθημάτων Μηχατρονική Ι και Μηχατρονική ΙΙ


33

Προσανατολισμός

Τομέας ΙΙΙ "Βιομηχανικού Αυτοματισμού και Μηχατρονικής"

Κατεύθυνση Β.Α.Μ.


34

Προσωπικό, χώρος, υποδομές...

Π. Νίνος

Ι. Σιγάλας

Α. Χατζόπουλος

Γ. Χαμηλοθώρης

Α113-Α115


35

Ροή των μαθημάτων (κατεύθυνση Β.Α.Μ.)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΨΗΦΙΑΚΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2


ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΙΣΧΥΟΣ

ΗΛ/Κ και ΗΛ/ΝΜΕΤΡΗΣΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣΜΗΧΑΝΕΣ

• τεχνολογίες και συστήματα "οργάνων"

• 1ο επίπεδο ολοκλήρωσης: διαστρώματα (interfaces)

ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 1


36

506. Μηχατρονική Ι

διαφορετικές τεχνολογίες οργάνων δράσης και αισθητηρίων

όργανο + διάστρωμα = υποσύστημα

μετατροπή σημάτων από/πρός κοινό πρότυπο (ψηφιακή επεξεργασία)

"Τεχνολογία Οργάνων"


37

Ροή των μαθημάτων (κατεύθυνση Β.Α.Μ.)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ



ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑΙΣΧΥΟΣ

ΗΛ/Κ και ΗΛ/ΝΜΕΤΡΗΣΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣΜΗΧΑΝΕΣ

• μεθοδολογία μηχατρονικής

• 2ο επίπεδο ολοκλήρωσης: μηχατρονικό σύστημα

ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 2

ΣΑΕΙΙΙ

ΕΛΕΓΧΟΣΚΙΝΗΣΗΣ

ΔΟΜΗ καιΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ μΥ

ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ1


38

606. Μηχατρονική ΙΙ

σύνθετες και πολλαπλές λειτουργίες

ενιαία προδιαγραφή σχεδιασμού και εκμεταλλευσης (πελάτης)

συμβιβασμός περιορισμών: κόστος, χρόνος, ποιότητα

συνέργια

μΕ


39

Μεσοπρόθεσμοι στόχοι, διδακτικός και ευρύτερος σκοπός του μαθηματος

ολοκληρωμένη αντίληψη εξοικείωση με τις τεχνολογίες πειθαρχία engineering διαγνωστική "λογική" ικανότητα συνεργασίας - λειτουργία ομάδας Ανάπτυξη προβληματισμού – κριτικής σκέψης

+ ευχάριστη απασχόληση !

Εισαγωγή στη ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗauto.teipir.gr/sites/default/files/mech01_0.pdf ·...

Documents

Transcript of Εισαγωγή στη ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗauto.teipir.gr/sites/default/files/mech01_0.pdf ·...