PDA

View Full Version : مکاترونيک، نياز امروز صنعت ايران1



booleck
18 December 2004, 12:57 AM
قبل از هرچيز بايد بگم که من اينا مطلب رو ازسايت khodroblog.persianblog.com بدون هيچگونه دخل و تصرف در اينجا ميذارم اميدوارم که مفيد واقع بشه

http://www.itee.uq.edu.au/degree_programs/BE/Mechatronic/metr.gif
«خيلي علاقه داشتم كه در رشته كامپيوتر تحصيلات دانشگاهي ام را ادامه دهم، اما در رشته مكانيك و دومين گرايشي كه به آن علاقه داشتم پذيرفته شدم. در سال اول با عشق و ذوق و شوقي كه به رشته كامپيوتر داشتم تلاش كردم كه يك زبان برنامه نويسي را بصورت كامل دنبال كرده و ياد بگيرم. چندي بعد كه به سازوكارهاي مكانيكي آشنايي پيدا كردم متوجه شدم كه در صنعت روز دنيا، در كنار ماشينهاي مكانيكي، ادوات الكترونيكي جايگاه خاصي دارند؛ اما من بعنوان يك دانشجوي مكانيك که علاقمند به الكترونيك و کامپيوتر نيز هست، چگونه مي توانم تنها با 6 واحد درسي مربوط به الکترونيک که در دانشگاه خوانديم ارتباط مناسبي بين اين علوم ايجاد نمايم؟»

مطلب بالا را يكي از همكارانم هنگامي كه به اتفاق هم نهار مي خورديم، برايم مي گفت. البته مطمئنم كه اين كلام، حرف دل بسياري از دانشجويان مكانيك است. و باز هم مطمئنم كه مشابه همين گفته ها را دانشجويان الكترونيك و كامپيوتر در مورد رشته مكانيك دارند. مدت بسيار زيادي است كه اين موضوع، ذهن مرا بخود مشغول كرده است و بوضوح آن را در صنعت كشور، بخصوص صنعت خودرو مي بينم؛ خلاء بزرگي كه تا بزرگتر نشده بايد هر چه سريعتر آن را پر كرد و آن مشكل اينست كه مهندسان مكانيك كشور چندان الكترونيك نمي دانند و مهندسان الكترونيك چندان مكانيك. البته آنها خيلي تقصير ندارند چرا كه آموخته هاي دانشگاهي شان چنين حكم مي كند؛ مگر تعداد اندكي كه بنابر علايق شخصي و خارج از مباحث دانشگاهي رشته دوم را دنبال كرده اند.

اشكال اينجاست رشته مكاترونيك كه تلفيق اين دو شاخه از علوم مهندسي است در رشته هاي دانشگاهي ما وجود ندارد و فقط سال 75 بود كه اين رشته در دانشگاه كاشان داير گرديده و شروع به پذيرش دانشجو نمود. اين در حالي است كه رشته مكاترونيك حدود 25 سال است در دانشگاههاي معتبر جهان، تدريس مي شود.

امروزه با پيشرفت دانش مكاترونيك، اكثر دستگاههاي خانگي و صنعتي به نوعي از اين تكنولوژي بهره مي برند و اغراق نيست اگر بگوييم كه سيستمهاي مكاترونيك كاملاً جايگزين سيستمهاي ساده مكانيكي شده اند و جاي تعجب دارد كه چرا چنين رشته مهمی در دانشگاههاي ما تدريس نمي شود. قصد داشتم كه اين مقاله را زودتر از اينها در وبلاگ قرار دهم؛ حتي برنامه ريزي كرده بودم كه طرح آن همزمان با اعلام نتايج كنكور سراسري باشد تا بلكه مورد توجه دانشجويان عزيز، اساتيد دانشگاه و مسئولان تصميم گير آموزش عالي قرار گيرد اما نشد. بهرحال در اين مقاله با تاريخچه مختصري از مكاترونيك، جايگاه و آينده اين علم مهندسي در صنعت روز دنيا آشنا خواهيد شد. به اين اميد كه اين دانش بزودي زود در ايران توسعه يابد.
واژه مكاترونيك براي اولين بار در اواخر دهه 60 توسط يك شرکت ژاپني به نام ياسكاوا الكتريك مورد استفاده قرار گرفت آن هم براي كنترل الكترونيكي موتورهاي الكتريكي ساخت اين شركت. اين واژه با آميخته شدن قطعات مكانيكي و حجم وسيعي از قطعات الكترونيكي نظير سنسورها، كنترل کنندها و وسايل الكترونيكي نوري به واژه اي فراگير تبديل شد.

بزودي ژاپني ها به عنوان بزرگترين توليد كننده روباتهاي صنعتي از انواع سيستمهاي مكاترونيك پيشرفته در كاربردهاي توليد صنعتي استفاده نمودند. همچنين ژاپن بزرگترين حجم توليد انواع اجزاء مكاترونيك نظير موتورهاي با عملكرد بالا و سنسورهاي تصويري CCD را در اختيار داشته و جزء اولين توسعه دهندگان و توليد كنندگان ميكروكنترلرها و پردازشگرهاي ديجيتال براي كاربردهاي مكاترونيك مي باشد.

واژه مكاترونيك در اروپا نيز بصورت وسيع مورد استفاده قرار گرفت. هر چند در ابتدا پذيرش اين موضوع بعنوان يك فيلد مطالعاتي جداگانه بكندي پيشرفت، اما رشد روز افزون كاربردهاي اين شاخه علمي، گواهي پذيرش جهاني اين موضوع بود.

تا اوايل دهه 1980 مكاترونيك تنها به مكانيزمهاي الكتريكي اطلاق ميشد. در اواسط دهه 1980 اين موضوع به علم مهندسي در مرز مشترك الكترونيك و مكانيك گفته مي شد. اما امروزه اين واژه، محدوده عظيمي از تكنولوژيهاي مرتبط با مكانيك، الكترونيك و نرم افزارهاي كامپيوتري يا تكنولوژي اطلاعات را در بر مي گيرد. به عبارت بهتر مکاترونيک شاخه ای از علوم مهندسی است که در ارتباط با ترکيب علوم مکانيک، الکترونيک، کنترل و کامپيوتر بحث می کند. اجزاء يک سيستم مکاترونيکی شامل سنسورها (Sensor)، عملگرها (Actuator)، ميکروکنترلرها (Microcontroller) و نرم افزارهای کنترلی بلادرنگ (Real-Time) می باشد.

عملگرها عموماً موتورها يا سلونوئيدهای با دقت بسيار بالا هستند و سنسورها بسته به کاربردشان می توانند يکی از سنسورهای نور، شتاب، وزن، رنگ، دما، تصوير و ....باشند. ميکروکنترلرها نيز به عنوان مغز يک سيستم مکاترونيک وظيفه هدايت سيستم را با استفاده از نرم افزار نوشته شده در حافظه آن بعهده دارد.

مهمترين ويژگي سيستمهای مکاترونيکی عبارتند از:

1- قابليت انعطاف پذيری اين سيستمها هم در طراحی و هم در عملکرد

2- افزايش سرعت و دقت سيستم

3- قابليت اتوماسيون نمودن، جمع آوری اطلاعات و تهيه گزارش

4- امکان پياده سازی الگوريتمهای پيچيده کنترلی

در حقيقت رشته های الکترونيک و مکانيک امروزه چنان درهم آميخته اند که تفکيک آنها کاری غير ممکن می نمايد. در بعضی سيستمها، مکانيک در خدمت الکترونيک قرار می گيرد؛ مانند ماشينهای الکتريکی، دوربينها، ديسک درايورها و ...و در برخی ديگر الکترونيک در خدمت مکانيک؛ مانند ماشينهای CNC، روباتهای صنعتی، موتورهای انژکتوری و ....

در قسمت بعد با ذکر چند مثال از کاربردهای مکاترونيک در صنعت خودرو اين بحث بازتر می شود.

booleck
18 December 2004, 03:00 PM
مکاترونيک نياز امروز صنعت ايران (۲)
http://www.st.com/stonline/press/news/year2001/p1022d.jpg

در واقع بسياری از جلوه های مكاترونيك را مي توان در صنعت خودرو مشاهده كرد؛ مثلاَ موتورهاي انژكتوري كه كنترلر آن بخشي بنام ECU است؛ يا TCU بعنوان كنترلر يك سيستم CVT يا «سيستم انتقال قدرت متغير پيوسته»؛ همينطور در سيستمهای ABS و GPS

http://www.aft-werdohl.de/English/MCT/Mechatronic_Piston150.jpg
نمونه ديگر سيستم «تعليق قابل تنظيم» است. اين سيستم که نخستين بار در سال 1933 روی خودروی کاديلاک مورد استفاده قرار گرفت، Ride Regulator نام داشت. راننده می توانست پنج وضعيت بين نرم و سخت را با کمک يک کليد روی پانل کليدها انتخاب کند. البته اين سيستم موفقيتی به همراه نداشت. اما پس از آن سيستم «تعليق دايماً متغير MR » استفاده شد که بر اساس تکنولوژی Electro-Rheology (علم تغییر جریان و شکل ماده به کمک الکتریسیته ) عمل می کرد. منظور از MR مايع هوشمند مغناطيسی است که درون کمک فنرهای خودرو پر می شود. چسبندگی و غلظت اين مايع در مجاورت ميدان مغناطيسی به نحو چشمگيری تغيير می کند. در نتيجه، خودرويی که از اين مايع استفاده می کند، می تواند در ظرف يک ميليونيم ثانيه نسبت به تغيير شرايط يا نحوه رانندگی راننده واکنش نشان دهد. تصميم در مورد واکنش مناسب به عهده الگوريتمی است که در مغز يک ريزپردازنده ويژه برنامه ريزی شده است. اين الگوريتم به علايم ارسال شده از فرمان و ترمز خودرو توجه می کند و سرعت و شرايط جاده را با کمک حسگرهايی که در چرخ ها تعبيه شده است، مورد ارزيابی قرار می دهد. داده های به دست آمده وضعيت هر يک از کمک فنرها را تعيين می کند. به عبارت ديگر سفتی واقعی هر کمک فنر با جريان های ارسال شده به الکترومغناطيس آنها کنترل می شود.
http://popularmechanics.com/automotive/auto_technology/2000/5/cadillac_magnetic_shocks/images/tb
نمونه ديگر تکنولوژی «جا به جايی بر اساس نياز» یا Cylinder Cut off است* و يا به عبارت ديگر استفاده از آن تعداد از سيلندرهای موتور که واقعاً برای حرکت خودرو در شرايط مختلف ضروری است. نخستين حرکت در اين مورد توسط شرکت جنرال موتورز در اواسط دهه 1980 انجام شد. اين بار هم خودروی کاديلاک اين شرکت، موش آزمايشگاهی شد. بدين معنی که موتورهای به اصطلاح V-8-6-4 روی آنها نصب شد. از لحاظ تئوری، هنگام گاز دادن هر 8 سيلندر موتور کار می کردند، ولی وقتی سرعت خودرو به حد مطلوب و مطمئنه می رسيد، موتور با 6 يا 4 سيلندر حرکت می کرد. در نتيجه، در مصرف سوخت صرفه جويی می شد. ولی در عمل، اين نوع خودرو برای مدت بسيار کوتاهی روی خط توليد رفت و سپس به دست فراموشی سپرده شد. اما بعدها دوباره این تکنولوژی زنده شد و شرکت مرسدس بنز آن را در خودروهای کلاس S و SL خود استفاده کرد. در این خودروها از يک ميکروکنترلر صنعتی استفاده می شود که قادر است هزاران پالس موتور را در ثانيه ثبت و سپس بقدری سريع و دقيق سيلندرهای موتور را از مدار خارج کند که راننده اصلاً متوجه نشود که در يک لحظه بخصوص، چند سيلندر در حال کار است. اينکه کدام سيلندرها بايد کار کنند، به عواملی چند بستگی دارد، از جمله دور موتور در دقيقه، سرعت و وزن خودرو و حرکت در سراشيبی يا سر بالايی
http://www.mercedes-benz.co.il/Projects/wi/channel/images/79346.jpg
بهرحال فناوری مکاترونيک همچنان به پيشرفت سريع خود ادامه می دهد تا به اهداف خود شامل دقت، سرعت، دوام، کوچک سازی، انعطاف پذِری، ايمنی، مصرف بهينه انرژی، هوشمندی و هزينه مناسب جامعه عمل بپوشاند