К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 226
Текст из файла (страница 226)
И. Верналскош. Технологический уюмд характеризует состояние техносферьк при котором системы машин, оборудования и приборов и применяемых технологий базируются на определенных принципах действия, при использовании определенных материалов, определенных энершносителей и определенном уровне конструктивной сложности компонентов этих систем. Кюппяй технологический уклад складываашя из поочередно сменюощих Лруг друга поколений техники и технологий, развитие каждого из которых определяется своим приоритетным научным технико-технологическим направлением.
Мехатронный технологический уклад характеризует состояние техносферьх при котором ее критериалыюе соотношение (П1.1) приближается к значениям, характеризующим биоорганизмы, а ее голоническая структура (см. Рис. П1.1) аналогична структуре биосферы с точносп ю до размеров компонентов, составляющих доли микрометра. Мехатронный технологический ующд характеризуется применяемыми техн ало пи ми, которые базируются на энер штиле слабых взаимодействий микромира и мехатронных принципах дейоппш устройств, у которых материалы, энергетика и структура компонентов соответствуют траектории мехатронного развития (рис.
П1.4) в условных информационных координатах: Мехатра нные материал ы, Мехатронные намнаненты, Мехатраннан энер- МЕХАТРОНИКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И УРОВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ 717 !н.з. СГРУХТУРА Н ТППЫ МЯХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Рез«ий водниковых интегральных схем в 70-х годах определил поворот развития производственной и бытовой техносреды в направлении создания щюизводстве нных, транспортных и других систем компьютеризированных машин, оборудования и приборов.
Мехатронная система машин, оборудования и приборов состоит из юанмосвязавных обшвм твхнолопеюским циклом комльютериизрованиых компонегпов, которые в совокутшости обеспечивают ее работоспособносп при выполнении функций и параметров, задаваемых произвощпелем или потребигелем продукции. Мехатрон иые поколения техники, например компьютеры, роботы, компьютеризированные транспортные средства, компьютеризированные станки и другие устройства производственного н бытового назначения, существуют иа определенном отрезке развития техносферы и входят в мехатронные системы машин, оборудования и приборов, созданные по однотипным мехатронным технологиям и согласующиеся по параметрам функционирования и конструктивному взаимодействию.
Одним из первых типичных мехатронных устройств был промьшшенный робот, так как конструкция и принцип его функционирования, базировались на использовании ЭВМ. Без информационной системы робот превращается в многозвеннъзй шарнирный механизм. Станки с числовым программным управлением, автомобили и другие транспортные средства и устройства с электронным управлением, снабженные средствами ЭВМ для автоматизации функции управлении, соэдавалнсь таким образом, чтобы они могли функшюнировать и управляться 'оператором без использовании ЭВМ, т.е. вручную.
Мехатронное устройство - это устройство, в конструкции которого объединены минимум три составные части, выполняющие функции взаимодействия с внешней средой; исполнительные органы; чувствительные элементьг, средства обработки информации и управления. Мехатронные устройства по принципу управления делятся на следующие грутглы: антропоморфные мехатронные устройства, например антропоморфные роботы, дейотвия которых контролируются человеком. К таким устройствам можно отнести компьютерные системы управления агрегатами автомобиля, самолета и других транспортных, средств; мехатронные устройства с циклическим управлением, например турникеты нли автомззические двери с многократным выполнением однотипной операции, которая определяется некоторым установленным алгоритмом, находящимся в памяти; мехатронные устройства с модифицируемой программой управления, например робо- ты, алгоритм работы которых можно измеюпь в некоторых пределах и для работы можно выбирать довольно большое число программ; мехатронные устройства, работюощие по принципу воспроизведения программы, работу которых предварительно отлаживает оператор иугем тренировок и обучения, например, показывая траекторию движения манипулятора, которую робот самостоатюп но многократнб повторяет в процессе работы; интеллектуальные мехатронные устройства осушеспшяющие сбор информации об изменениях, происходящих в окружающей среде, и в соответствии с этим вносящие коррективы в свою работу.
Мехатронная технология вюпочает в себя технологии новых материалов и компознгов, микроэлектронику, фотонику, мнкробионику, лазерные и друт2ю технологии. ш.з. мщ2аттонная ткхнодопгя н матввпьвы Мехатронная технолоцгя основана на воэмо:кности интегрирования всех блоков машин, оборудования и аппаратов, включал функциональные блоки энергообеспечения, исполнительные органы, измерительные и контрольно-управляющие системы, комплексную систему, состоящую из электронных приборов, оптических компонентов, энергетических и механических струкзур мулътикомплексированных устройств типа искусственной мышцы с интеллектом.
Мехатрониая технология базируется на гамме технологических процессов изготовления изделий из кремния, пленок оксида алюминия и цинкХ цинк-титан-свинец-керамики, металлоорганики, а тахже структурированных пленочных и волоконных материалов на основе легко плоскостных антиферромагнетиков, редкоземельньш соединений, аморфных соединений, плаиарных и волоконных структур на основе элвспч~ных магнитострикционных композитов с высокотемпературной сверхпроводимостью. Мехатроннал технология базируется также иа следующих процессах: изготовлении гибких токонесущих пьезоэлехтриков на основе керамических волокон; получении преобразователей поверхностных волн на основе пленок оксила цинка; получении ионноплазменным методом пьезоэлектрических пленок; получении монокрисшллических пьезоэлектрических оксидных пленок на неориентирующих подложках триодным методом распыления; получении "толстьш" текстурированных пьезоэлектрических оксидных пленок совершенной структуры при высоких скоро- стих роста магнетронным методом распыления; комбинации локального напыления и размерного травления.
Кроме того, она основана на групповых методах локального удаления и нарюднвания материалов и композиционных структур и групповых методах соединения отдельных микродеталей в законченную 718 МЕХАТРОНИКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И УРЪВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ микроконструкцию при создании микроми- ниатюрных мехатронных компонентов.
ьпл. зцквгвтика мвхьтзоццых устеойств и твхнологцй Энермиоснтели и системы знертообеспечения, характерные лдя различных технологических укладов, взаимосвязаны с применяемыми материалами и используемыми технологиями их переработки в этих технологических ующдах (см. Рис. П1.3). Биознертетнка существующей на Земле биосферы в отличие от современной техносферы базируется на слабых взаимодействиях межмолекуляр ното харакшра и не расходует знермреаурсы в таких ппвнмкнх масппабах и такими темпами, которые характерны для современного состояния техносферы. В результате применения мехатронных технологий и миниэпоризации компонентов мехатронных устройств, сопряженных с нереходом на уровень слабых взаимодействий межмалекулярното характера, характеристики знертетнки мехатронной техносферы имеют тенденцию перехода к характеристикам, свойственным энергетике биосферы, и тем самым, определяют путь выхода из знертетическото кризиса, который может разразиться к середине ХХ1 века после исчерпании в недрах Земли реаурсов таза, нефти и утля.
Энергетика мехатроиной технологии ориентируется на гибридную технологию знерпюбеспечения комбинированными способами и устройствами передачи, накопления и преобразования энерзии, в том числе молекулярного типа, с использованием тонкой керамики и композитов с высокотемпературной сверхпроводимостью.
Основным свойством мехатроииых энертетнчесхнх компонентов является возможность встраивания в констРУкцюо мехатронных устройств любой канфищ>анин и Размеров, а тюаке подзцзядки ат внешних источников энергии бесконтактноиндукционным способом и путем преобразования других видов энергии в зпекзрическую. В качестве преобразующих устройств мазут использоваться солнечные батареи, термопреобразователи, тензопреабразователи, преобразователи энергии молекулярного и ядерного распада и др. Важнейшие направления развития техно- сферы под влиянием мехатронной технологии следующие: развитие информационных технологий, приводящих к формированию глобальной информационной инфраструктуры мировой экономики и мирового сообщества; исследование космическом пространства, дна морей и океанов, сверхптубоких подземных выработок и использование этих пространств в промышленных целях; создание и промыпшенное использование высокотемпературных сверхлровсдннков в аистемах производства н распределения эпек- трознергии, а также во всех мехатронных системах; развитие автоматизированного проектирования и щюнзводства мехатронных компонентов и значительное расширение применения робототехники.
Развитие мехатронной техносферы опирается на развитие машиностроения, дпя которого характерно появление в определенный момент очередной доминирующей технико- технологической волны среди сменявших друг друта с периодичностью приблизительно 50- 70 лет волн доминирующих технологий, которые используют конструкционные материалы и энергоносители: твердое топливо в паровой машине, всидкое топливо в двитзхеле внутреннего сгорания, электричество в электродвигателе, ядерные и термоядерные источники знертии, эпектрохимнческие накопители и электростатические преобразователи в меха- тронных устройствах (см.
Рис. 1Н.З). С той же периодичностью сменялись уровни конструктивно-технологической ело:кностн устройств, характеризующейся холичествам взаимодействующих компонентов (см. Рнс. 1Н.2) и уровни их автоматизации: механические автоматы, электромеханическне автоматы, электронные приборы и вычислительные машины, меха- тронные устройства и мехатронные технологии, характеризующиеся автоматизацией управления интеллектуальным потенциалом на всех стадиях жизненного цикла иэделий; прогнозирование, проектирование, создание, испытания, тиражирование, модернизация, эксплуатация и ремонт, упшизация.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
