cơ điện tử là gì, các yếu tố cơ điện tử, mô-đun, máy móc và hệ thống

Từ "cơ điện tử" được hình thành từ hai từ - "cơ khí" và "điện tử". Thuật ngữ này được đề xuất vào năm 1969 bởi một nhà phát triển cấp cao tại Yaskawa Electric, một người Nhật tên là Tetsuro Mori. Vào thế kỷ 20, Yaskawa Electric chuyên phát triển và cải tiến các bộ truyền động điện và động cơ DC, do đó đã đạt được thành công lớn theo hướng này, ví dụ, động cơ DC phần ứng đĩa đầu tiên đã được phát triển ở đó.

Tiếp theo đó là sự phát triển liên quan đến các hệ thống CNC phần cứng đầu tiên. Và đến năm 1972, thương hiệu Cơ điện tử đã được đăng ký tại đây. Công ty đã sớm đạt được những bước tiến lớn trong việc phát triển các công nghệ truyền động điện. Công ty sau đó đã quyết định bỏ từ "Mechatronics" làm nhãn hiệu vì thuật ngữ này được sử dụng rộng rãi ở cả Nhật Bản và trên toàn thế giới.

Trong mọi trường hợp, Nhật Bản là nơi phát triển tích cực nhất phương pháp tiếp cận công nghệ như vậy, khi cần kết hợp các yếu tố cơ khí, máy điện, điện tử công suất, bộ vi xử lý và phần mềm để thực hiện điều khiển truyền động điện có độ chính xác cao.

Một biểu tượng đồ họa phổ biến cho cơ điện tử là sơ đồ từ trang web RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Cơ điện tử là một trong những lĩnh vực kỹ thuật mới nhất trên thế giới, mà theo UNESCO, là một trong mười lĩnh vực hứa hẹn nhất và được săn lùng nhiều nhất.

Nói chung, thuật ngữ "cơ điện tử" có thể được định nghĩa như sau — đó là một lĩnh vực khoa học và công nghệ dựa trên sự kết hợp có hệ thống của các đơn vị cho cơ khí chính xác, kỹ thuật điện, điện tử, công nghệ vi xử lý, các nguồn năng lượng khác nhau, điện, thủy lực và truyền động khí nén, cũng như điều khiển thông minh của chúng, tập trung vào việc tạo và vận hành các khối của hệ thống sản xuất tự động hiện đại.

Cơ điện tử là điều khiển chuyển động được vi tính hóa.

Mục tiêu của cơ điện tử là tạo ra các mô-đun chuyển động mới về chất lượng, các mô-đun chuyển động cơ điện tử, các mô-đun cơ điện tử thông minh và trên cơ sở của chúng, chuyển động các máy và hệ thống thông minh.

Về mặt lịch sử, cơ điện tử phát triển từ cơ điện và dựa trên những thành tựu của nó, đã tiến xa hơn bằng cách kết hợp một cách có hệ thống các hệ thống cơ điện với các thiết bị điều khiển máy tính, cảm biến nhúng và giao diện.

Sơ đồ hệ thống cơ điện tử

Cấu trúc tổng quát của hệ thống cơ điện tử

Các phần tử điện tử, kỹ thuật số, cơ khí, điện, thủy lực, khí nén và thông tin — có thể là một phần của hệ thống cơ điện tử, vì ban đầu các phần tử có bản chất vật lý khác nhau, tuy nhiên, được tập hợp lại để thu được kết quả mới về chất lượng của hệ thống, điều không thể đạt được bởi mỗi yếu tố như bởi một người biểu diễn riêng biệt.

Một động cơ trục chính riêng biệt sẽ không thể tự đẩy khay đầu đĩa DVD ra, nhưng dưới sự điều khiển của mạch bằng phần mềm vi điều khiển và được kết nối đúng cách với bánh răng sâu, mọi thứ sẽ hoạt động dễ dàng và trông giống như một hệ thống nguyên khối đơn giản. Tuy nhiên, bất chấp sự đơn giản bên ngoài, một hệ thống cơ điện tử theo định nghĩa bao gồm một số đơn vị và mô-đun cơ điện tử được kết nối với nhau và tương tác với nhau để thực hiện các hành động chức năng cụ thể nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể.

Mô-đun cơ điện tử là một sản phẩm độc lập (về mặt cấu trúc và chức năng) được thiết kế để thực hiện các chuyển động với sự thâm nhập lẫn nhau và tích hợp phần cứng và phần mềm có mục đích đồng thời của các thành phần của nó.

Một hệ thống cơ điện tử điển hình bao gồm các thành phần cơ điện và năng lượng được kết nối với nhau, lần lượt được điều khiển bởi máy tính hoặc bộ vi điều khiển.

Khi thiết kế và xây dựng một hệ thống cơ điện tử như vậy, họ cố gắng tránh các nút và giao diện không cần thiết, cố gắng làm cho mọi thứ ngắn gọn và liền mạch nhất có thể, không chỉ để cải thiện các đặc tính kích thước khối lượng của thiết bị mà còn để tăng độ tin cậy. của hệ thống nói chung.

Đôi khi điều đó không dễ dàng đối với các kỹ sư, họ buộc phải tìm ra những giải pháp rất khác thường do thực tế là các đơn vị khác nhau ở trong những điều kiện làm việc khác nhau, làm những công việc hoàn toàn khác nhau. Ví dụ, ở một số nơi, ổ trục thông thường sẽ không hoạt động và nó được thay thế bằng hệ thống treo điện từ (đặc biệt, điều này được thực hiện trong các tuabin bơm khí qua đường ống, vì ổ trục thông thường sẽ nhanh chóng bị hỏng do khí xâm nhập vào chất bôi trơn của nó).

Bằng cách này hay cách khác, cơ điện tử ngày nay đã thâm nhập vào mọi thứ, từ thiết bị gia dụng đến người máy xây dựng, vũ khí và hàng không vũ trụ. Tất cả máy CNC, ổ cứng, khóa điện, hệ thống ABS trên xe của bạn, v.v. — ở khắp mọi nơi, cơ điện tử không chỉ hữu ích mà còn cần thiết. Hiện nay, rất hiếm nơi bạn có thể tìm thấy điều khiển thủ công, tất cả chỉ tóm lại là bạn đã nhấn nút mà không cần cố định hoặc chỉ cần chạm vào cảm biến - bạn đã nhận được kết quả - đây có lẽ là ví dụ sơ khai nhất về cơ điện tử ngày nay.

Sơ đồ phân cấp các mức tích hợp trong cơ điện tử

Mức độ tích hợp đầu tiên được hình thành bởi các thiết bị cơ điện tử và các phần tử của chúng. Mức độ tích hợp thứ hai được hình thành bởi các mô-đun cơ điện tử tích hợp. Mức độ tích hợp thứ ba được hình thành bởi các máy cơ điện tử tích hợp. Mức độ tích hợp thứ tư được hình thành bởi các tổ hợp máy cơ điện tử. Cấp độ tích hợp thứ năm được hình thành trên một nền tảng tích hợp duy nhất gồm các tổ hợp máy cơ điện tử và rô-bốt, ngụ ý hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt có thể cấu hình lại.

Ngày nay, các mô-đun và hệ thống cơ điện tử được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau:

• thiết bị cơ khí chế tạo và tự động hóa, quy trình công nghệ trong ngành cơ khí chế tạo;

• robot công nghiệp và đặc biệt;

• công nghệ hàng không và vũ trụ;

• thiết bị quân sự, phương tiện cho cảnh sát và các dịch vụ đặc biệt;

• kỹ thuật điện tử và thiết bị tạo mẫu nhanh;

• công nghiệp ô tô (mô-đun truyền động bánh xe, phanh chống bó cứng, hộp số tự động, hệ thống đỗ xe tự động);

• phương tiện phi truyền thống (ô tô điện, xe đạp điện, xe lăn);

• thiết bị văn phòng (ví dụ: máy photocopy và máy fax);

• thiết bị ngoại vi máy tính (ví dụ: máy in, máy vẽ, ổ đĩa CD-ROM);

• thiết bị y tế và thể thao (điện sinh học và bộ phận giả cho người khuyết tật, huấn luyện viên săn chắc, viên nang chẩn đoán có kiểm soát, máy mát xa, v.v.);

• thiết bị gia dụng (giặt, may, máy rửa chén, máy hút bụi độc lập);

• máy siêu nhỏ (dành cho y học, công nghệ sinh học, thông tin liên lạc và viễn thông);

• thiết bị, máy móc điều khiển và đo lường;

• thiết bị thang máy, nhà kho, cửa tự động trong khách sạn, sân bay; thiết bị ảnh và video (đầu đĩa video, thiết bị lấy nét máy quay video);

• thiết bị mô phỏng để đào tạo người vận hành các hệ thống kỹ thuật phức tạp và phi công;

• vận tải đường sắt (hệ thống điều khiển và ổn định tàu);

• máy móc thông minh cho ngành thực phẩm, thịt và sữa;

• máy in;

• các thiết bị thông minh phục vụ ngành biểu diễn, điểm tham quan.

Theo đó, nhu cầu nhân sự có kỹ thuật cơ điện tử ngày càng cao.