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 (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, nguyên lí điều khiển 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 trang tran 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 hơn, có hiệu quả kinh tế hơn 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.

Engineering cybernetics deals with the question of control engineering of mechatronic systems. It is used to control or regulate such a system (see control theory). Through collaboration, the mechatronic modules perform the production goals and inherit flexible and agile manufacturing properties in the production scheme. Modern production equipment consists of mechatronic modules that are integrated according to a control architecture. The most known architectures involve hierarchy, polyarchy, heterarchy, and hybrid. The methods for achieving a technical effect are described by control algorithms, which might or might not utilize formal methods in their design. Hybrid systems important to mechatronics include production systems, synergy drives, planetary exploration rovers, automotive subsystems such as anti-lock braking systems and spin-assist, and everyday equipment such as autofocus cameras, video, hard disks, CD players and phones.

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.

Variant of the field

An emerging variant of this field is biomechatronics, whose purpose is to integrate mechanical parts with a human being, usually in the form of removable gadgets such as an exoskeleton. This is the "real-life" version of cyberware.

Another variant that we can consider is Motion control for Advanced Mechatronics, which presently is recognized as a key technology in mechatronics. The robustness of motion control will be represented as a function of stiffness and a basis for practical realization. Target of motion is parameterized by control stiffness which could be variable according to the task reference. However, the system robustness of motion always requires very high stiffness in the controller.

Avionics is also considered a variant of mechatronics as it combines several fields such as electronics and telecom with Aerospace engineering.

Internet of things

The Internet of things (IoT) is the inter-networking of physical devices, embedded with electronics, software, sensors, actuators, and network connectivity which enable these objects to collect and exchange data.

IoT and mechatronics are complementary. Many of the smart components associated with the Internet of Things will be essentially mechatronic. The development of the IoT is forcing mechatronics engineers, designers, practitioners and educators to research the ways in which mechatronic systems and components are perceived, designed and manufactured. This allows them to face up to new issues such as data security, machine ethics and the human-machine interface.

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)