sŁawomir wiak - mechatronika2.imsi.pl · "mechatronika jest nową zintegrowaną techniką,...

SŁAWOMIR WIAK (redakcja)

Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT

Recenzenci: Prof. Janusz Turowski Politechnika Łódzka

Prof. Ewa Napieralska Juszczak University Lille Nord de France, LSEE, UA, Francja

Autorzy rozdziałów: Prof. Sławomir Wiak (rozdz. 1, 2, 10) Dr inż. Krzysztof Smółka (rozdz. 1, 2, 10) Mgr inż. Anna Firych-Nowacka (rozdz. 2) Prof. Zbigniew Kołaciński (rozdz. 3, 5, 6, 13) Mgr inż. Andrzej Kubiak (rozdz. 4) Prof. Zbigniew Lisik (rozdz. 4) Dr hab. inż. Jacek Gołębiowski, prof. PŁ (rozdz. 7) Dr inż. Michał Szermer (rozdz. 8, 9) Dr inż. Przemysław Sękalski (rozdz. 8, 9) Prof. Andrzej Napieralski (rozdz. 8, 9) Dr hab. inż. Zbigniew Gmyrek (rozdz. 11) Dr hab. inż. Paweł Witczak, prof. PŁ (rozdz. 12)

Podręcznik akademicki przygotowany w ramach projektu "Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania, także osób niepełnosprawnych", współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach europejskiego Funduszu Społecznego - Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki "Priorytet IV, poddziałanie 4.1.1. Wzmocnienie potencjału dydakty-cznego uczelni". Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. ISBN 978-83-60434-68-0 © Copyright by EXIT, Politechnika Łódzka Łódź 2009

1. PODSTAWY MECHATRONIKI

7

Sławomir Wiak Krzysztof Smółka

1. Podstawy mechatroniki

Mówiąc o mechatronice należy przytoczyć szczególnie ważne stwierdzenia:

• Mechatronika dla laików to magia, wtajemniczeni wiedzą, że właściwie w każdym urządzeniu małym i dużym; od automatycznych drzwi do robotów przemysłowych są urządzenia konstruowane przez mechatronika [1];

• Mechatronika to nie przedmiot; mechatronika to filozofia [2].

1.1. Definicja mechatroniki

Mechatronika jest naturalnym etapem w ewolucji procesu nowoczesnego projektowania. Rozwój komputerów, technik informatycznych i zaawansowanego oprogramowania umożliwił rozwój tej multidyscyplinarnej dziedziny nauki. Na początku dwudziestego pierwszego wieku, stoimy w obliczu oszałamiającego rozwoju techniki, zintegrowanych systemów bioelektromechanicz-nych, komputerów kwantowych, mikro- i nanosystemów, w związku z czym, przyszłość mechatroniki jest pełna potencjalnych możliwości.

Oryginalna definicja mechatroniki podana została przez japońską firmę Yasakawa Electric Company w 1969 roku i jednoznacznie określała mechatronikę jako połączenie słowa mecha od mechaniki i słowa tronika od elektroniki1. Inaczej mówiąc

1 Firma Yasakawa zastrzegła słowo mechatronika jako znak towarowy w 1971 roku, jednakże duża popularność tego określenia, szeroka akceptacja i powszechność jego używania w żargonie technicznym spowodowała, że firma Yasakawa zrzekła się swoich praw w 1982 roku [4]


8

japońska firma chciała podkreślić, że w rozwiniętych technologicznie produktach musi wystąpić bardzo ścisłe połączenie tych dwóch ele-mentów i niemożliwe staje się określenie ich wzajemnych granic [3].

Znaczenie słowa mechatronika przebyło w kolejnych latach znaczącą ewolucję, jednocześnie można zauważyć mnogość stosowanych definicji. Rozwój technik informatycznych spowodował, że do mechaniki i elektroniki, w definicji mechatroniki pojawiła się również informatyka (Rys. 1.1).

Rys. 1.1 Kluczowe elementy

mechatroniki [6]

Jedna z precyzyjnych definicji została podana w roku 1990: „mechatronika jest to techno-logia, która łączy mechanikę z elektroniką i technologiami informatycznymi, by uformo-wać funkcjonalną interakcję i przestrzenną integrację w komponentach, modułach, produktach i systemach” [5].

Ogólną akceptowalną definicją jest definicją sformułowana

przez IRDAC (the Industrial Research and Development Advisory Committee of the European Union):

Termin „mechatronika” określa synergiczną kombinację mechaniki precyzyjnej, elektronicznego sterowania i systemowego myślenia przy projektowaniu produktów i procesów produkcyj-nych [5]. Definicja powyższa została również przyjęta przez International Federation for the Theory of Machines and Mechanism [1].

Esencją tej definicji jest „podejście systemowe”, co określa, że system jest zaprojektowany i zoptymalizowany jako całość, a nie w kolejnych etapach. W związku z tym inżynier mechatronik powinien posiadać bardzo rozległą i specyficzną wiedzę. Mechatronika narzuca wręcz przy projektowaniu pracę zespołową. Specjaliści z różnych dziedzin: mechaniki, elektroniki, sterowania i technik informatycznych powinni ze sobą współpracować na każ-dym etapie tworzenia przyszłego produktu.


9

Główne definicje mechatroniki to: J. Millbank [31]: "Mechatronika to nie przedmiot, nauka lub technika, lecz filozofia podstawowego sposobu patrzenia na wytwarzanie rzeczy..." () Definicja mechaników (K. Yamazaki i S. Miyazawa [22]): "Mechatronika jest nową zintegrowaną techniką, której celem jest doskonalenie układów mechanicznych za pomocą mikroelektroniki i techniki komputerowej". Definicja automatyka (G. Rzevski [23]): "Mechatronika jest nową dyscypliną w zakresie inżynierii związaną z projektowaniem, wytwarzaniem i eksploatacją maszyn zdolnych do inteligentnych zachowań".

Definicja Komitetu Mechatroniki, Międzynarodowej Federacji Teorii Maszyn i Mechanizmów (R. Comerford [24] i Tomkinson [29]): "Mechatronika jest synergiczną kombinacją mechaniki precyzyjnej, sterowania elektronicznego i myślenia systemowego w projektowaniu wyrobów i w technologii wytwarzania".

Definicja M. Acara i in [25]: "Mechatronika jest synergiczną integracją inżynierii mechanicznej z elektroniką i inteligentnym sterowaniem komputerowym w konstruowaniu i wytwarzaniu wyrobów i procesów.

Definicja J. Turowskiego [26]: "Mechatronika jest nową zintegrowaną (synergiczną) techniką o nierozłącznym, organicznym powiązaniu mechaniki, elektroniki, informatyki i elektrodynamiki technicznej, w układach i maszynach elektrycznych, które nie mogą działać samoistnie bez wewnętrznego sprzężenia obwodów elektrycznych i magnetycznych z elementami elektronicznymi i vice-versa".

Ogólnie rzecz przyjmując, trzeba zaznaczyć, że dokładna

definicja nie jest możliwa, ani nie jest ona szczególnie pożądana, ponieważ mechatronika jest wciąż nową, szybko rozrastająca się dziedziną nauki, a zatem zbyt sztywne jej ujęcie w ramy definicji


10

mogłoby zbytnio ją ograniczyć [7]. Coraz to nowsze dziedziny nauki, rozwój techniki i nowe potrzeby powodują, że znany diagram z Rys. 1.1 zostaje obecnie zastąpiony coraz to bardziej rozbudowanymi schematami opisującymi zagadnienia związane z mechatroniką, jak na przykład te przedstawione na Rys. 1.2, Rys. 1.3 i Rys. 1.4.

Metrologia

Optyka Informatyka

Mechanika

Automatyka Elektronika

MECHATRONIKA

Projektowanie Wytwarzanie

Elektrotechnika

1. Mikromechanika 2. Inżynieria sprzętu precyzyjnegoi elektronicznego

9. Automatyka przemysłowa 3. Biocybernetyka i

inżynieria biomedyczna

8. Robotyka

7. Inżynieria jakości 5. Techniki multimedialne

4. Inżynieria fotoniczna

6. Przemysłowe techniki pomiarowe

Zarządzanie Marketing Transfer Edukacja

Rys. 1.2 Jeden z wielu diagramów określający mechatronikę [1]

Rys. 1.3 Schemat mechatroniki jako dziedziny nauki wg. [26]

Materiały

Elektrodynamika techniczna

Energo-elektronika

Silniki elektryczne

Mechanika i Budowa Maszyn

Informatyka i Sterowanie

MECHATRONIKA


11

Rys. 1.4 Części składowe mechatroniki wg. [35]

Olbrzymia ilość produktów z ostatnich lat integruje elementy mechaniczne, elektroniczne i informatyczne, choć były zaprojekto-wane i stworzone przez inżynierów formalnie nigdy niezwiązanych bezpośrednio z mechatroniką. Okazuje się, że nowoczesne metody projektowania, teraz określone, jako element specjalności mecha-troniki, są naturalnymi, istniejącymi procesami projektowania. Oczy-wiste jest, że środowiska akademickie są bardzo zainteresowane zrozumieniem i wyjaśnieniem współczesnego procesu projektowania technicznego w celu zdefiniowania, sklasyfikowania, połączenia wiele aspektów projektowania produktu w koherentną całość. [3]

Kształcenie w zakresie mechatroniki dostarcza, zatem nowej edukacyjnej ścieżki. Mechatronika ogólnie jest rozpoznana na całym świecie, jako żywy obszar badania. Na całym świecie kursy zwią-zane z mechatroniką są już oferowane przez wyższe uczelnie. Powstaje na temat mechatroniki wiele publikacji naukowych, wydawane są książki na ten temat2, organizowane są również prestiżowe konferencje, które cieszą się dużym zainteresowaniem.

2 Rynek polski jest pod tym względem dość ubogi. Obecnie dostępne są pozycje: • Heimann Odo, Gerth Wilfried, Popp Karl, Mechatronika. Komponenty metody

przykłady, PWN 2001, • Mechatronika - podręcznik, szkoła średnia, Rea 2002, • Podstawy mechatroniki. Podręcznik dla uczniów średnich i zawodowych szkół

technicznych Rea 2006, • Urządzenia I Systemy Mechatroniczne, (podręcznik, szkoła śred.), Rea 2009, • J. Turowski, Podstawy Mechatroniki, WSHE, Łódź, 2008. Wśród książek zagranicznych olbrzymim zakresem tematycznym wyróżnia się pozycja: Robert H. Bishop (pod red.),The Mechatronics Handbook, CRC Press LLC 2002


12

1.2. Produkty mechatroniczne

Kluczowymi zagadnieniami mechatroniki są ogólnie rzecz ujmując: modelowanie fizycznych systemów, sensory i aktuatory, komputery i systemy logiczne, obwody i systemy oraz oprogramowanie i zarządzanie danymi [3]. Mechatronika jest przede wszystkim rezultatem zastosowania systemów informatycznych w systemach fizycznych [8]. Kierując się takim podejściem można przedstawić kluczowe elementy mechatroniki tak jak na. System fizyczny składa się zarówno z systemów: mechanicznego, elektrycznego i komputerowego (elektronicznego), jak również z zespołu sensorów, aktuatorów i interfejsu czasu rzeczywistego. Należy zwrócić uwagę, że blok określany tutaj, jako mechaniczny często składa się z innych elementów niż tylko komponenty ściśle mechaniczne, mogą tu być również elementy hydrauliczne, termiczne, akustyczne, chemiczne, optyczne i wiele innych. Aby opisać w pełni podstawowe elementy mechatroniki, należy jeszcze etap projektowania, czyli między innymi modelowanie i symulację komputerową, etap wytwarzania, sterowanie i kontrola poszczególnych etapów, jak również samego bloku fizycznego. Należy jeszcze pamiętać o nieodzownej optymalizacji na każdym etapie projektowania i wytwarzania.

Rys. 1.5 Mechatronika jako system

Do historycznie pierwszych maszyn o strukturze mechatronicznej zalicza się obrabiarki sterowane numerycznie oraz roboty przemysłowe, jako skutek narodzin techniki cyfrowej

+Mechatronika

Modelowanie i Symulacja

Sterowanie Automatyka

Optymalizacja

=

System Komputerowy

System Elektryczny

System Mechaniczny

Sensory Aktuatory

A/C C/A


13

(1950 r.). W 1952 roku firma Cincinati razem z Massachusetts Institute of Technology uruchomiła pierwszą frezarkę ze sterowa-niem numerycznym NC (Numerical Control) służącą do produkcji śmigieł helikoptera [9]. Około roku 1970 opracowano pierwszą obrabiarkę ze sterowaniem CNC (Computer Numerical Control) - wiertarko-frezarka sterowana w 5 osiach. W 1962 r. w USA zbudowano pierwsze dwa roboty do zastosowań produkcyjnych: Unimate 1900 i Versatran Model C [9].

Wielokrotnie opisywany w literaturze przykład czołowego urządzenia mechtronicznego - hamulca z systemem ABS (pierwszy patent na urządzenie przeciwdziałające blokowaniu się hamulców otrzymała firma Bosch w 1936 r., system ABS zastosowano po raz pierwszy w 1978 r. w Mercedesie 350 SE oraz BMW 733i) powstawał przez kilka lat i jest przykładem ewolucyjnego rozwoju produktu, w którym niezmienną pozostała funkcja główna, a doskonalono zakres integracji funkcjonalnej i konstrukcyjnej, wynikający z postępu w dziedzinie sterowań komputerowych oraz sensorów [9].

W latach siedemdziesiątych, JSPMI (the Japan Society for the Promotion of Machine Industry) sklasyfikowało produkty mechatroniczne w cztery kategorie [3]:

• Produkty mechaniczne z włączoną elektroniką w celu zwiększenia funkcjonalności urządzenia. Na przykład numerycznie kontrolowane oprzyrządowanie w maszynach przemysłowych;

• Tradycyjne systemy mechaniczne ze znacząco rozbudowanymi, wewnętrznymi elementami elektronicznymi. Zewnętrzny interfejs pozostaje niezmieniony. Przykładem może być współczesna maszyna do szycia;

• Systemy, które zachowują funkcjonalność tradycyjnego, mechanicznego systemu, ale wewnętrzne dotychczas mechaniczne elementy są zastąpione przez układy elektroniczne. Przykładem może być cyfrowy zegarek;

• Systemy, które już od początku są projektowane poprzez współdziałanie systemów mechanicznych i elektronicznych zintegrowanych w jeden spójny system. Przykładem mogą być fotokopiarki, czy też inteligentne pralki.


14

Z powyższego podziału można wywnioskować, że obecnie urządzenia mechatroniczne spotkać można prawie we wszystkich dziedzinach techniki. Strukturę mechatroniczną mają zarówno złożone systemy technologiczne, maszyny rolnicze i drogowe nowej generacji oraz wielkogabarytowe systemy i linie produkcyjne, jak również skanery, plotery, drukarki, współczesne małe kamery wideo i aparaty fotograficzne. Do produktów mechatronicznych zaliczymy zarówno nowoczesne elektronarzędzia (wiertarka z inteligentnym systemem nastawiania prędkości i momentu obrotowego), obrabiarki sterowane numerycznie, roboty i manipula-tory jak i artykuły powszechnego użytku, takie jak: waga elektroniczna, pralka automatyczna czy też maszyna do szycia. Producenci samochodów prezentują coraz częściej mechatroniczne auta wyposażone w skomplikowane systemy wykonawcze, programowane i sterowane komputerowo [9], [10].

Największym mechatronicznym urządzeniem na świecie jest prawdopodobnie system otwierający i zamykający drogę wodną do portu w Rotterdamie, gdzie elementy układu śluzy mierzą ponad 300 metrów długości [10]. Najmniejszymi produktami mechatronicz-nymi są zapewne urządzenia MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System), których mimo, że wymiary mogą nie przekraczać kilkudziesięciu mikrometrów, mogą zawierać w swojej budowie zarówno elementy mechaniczne, hydrauliczne, optyczne itp., jak i zaawansowane układy elektroniczne związane ze sterowaniem takiego urządzenia [11]. Przykładem takiego mikromechatronicz-nego urządzenia może być akcelerometr MEMS, używany do wyzwalania poduszek powietrznych w samochodach lub głowica współczesnej drukarki atramentowej. Mechatronicznymi systemami są również zawieszone w przestrzeni satelity i stacje kosmiczne [10].

Urządzenia mechatroniczne są zintegrowanymi zespołami elementów składowych i podzespołów spełniających różne funkcje, działających na różnych zasadach fizycznych i wykorzystujących różne zjawiska. Ich głównym zadaniem jest czynność mechaniczna, a istotą jest możliwość reagowania na bodźce zewnętrzne docierające do urządzenia poprzez system czujników. Pomiędzy sensorami (czujnikami) a elementami wykonawczymi, znajdują się układy przetwarzania i analizy sygnałów, jak również element decyzyjny wyposażony w odpowiedni program działania urządze- nia [10].


15

Urządzenia mechatroniczne charakteryzują się następującymi cechami [10]:

• multifunkcjonalnością, oznaczającą łatwość realizacji różnych zadań przez jedno urządzenie, np. przez zmianę oprogramowania,

• inteligencją, oznaczającą możliwością podejmowania decyzji i komunikacji z otoczeniem,

• elastycznością, czyli łatwością modyfikacji konstrukcji na etapie projektowania, produkcji oraz eksploatacji urządzenia, np. przez zastosowanie konstrukcji modułowej,

• możliwością niewidocznego dla operatora sposobu działania, co wymaga zastosowania interfejsu użytkownika dla komunikowania się z operatorem,

• zależnością od wymagań rynkowych i możliwości technologicz-nych wykonania. Ważną cechą urządzeń mechatronicznych jest zdolność

do wiernego przetwarzania i przekazywania informacji przy jedno-czesnym wysokim stopniu automatyzacji tych urządzeń. Systemy takie wyposażone są w czujniki zbierające sygnały ze swojego otoczenia, programowalne układy przetwarzania i interpretacji tych sygnałów oraz zespoły komunikacyjne i urządzenia wykonawcze oddziałujące odpowiednio na otoczenie. Ich inteligencja polega na szybkim reagowaniu na polecenia człowieka i otoczenia oraz przekazywanie informacji zwrotnych i realizowanie tych poleceń.

Do scharakteryzowania systemów mechatronicznych można

wybrać trzy następujące cechy: 1. Typowy system mechatroniczny rejestruje sygnały, przetwa

rza je i wydaje sygnały, które przetwarza na przykład w siły i ruchy [36];

2. Mechatronika może być widziana, jako fuzja dyscyplin mechanicznych i elektrycznych w nowoczesnych procesach inżynierskich. Jest ona względnie nowym pojęciem w konstruowaniu systemów, urządzeń i produktów, ukierunkowanym na osiągnięcie optymalnej równowagi między podstawową strukturą mechaniczną i jej całkowitym sterowaniem [37];


16

3. Synergiczna integracja inżynierii mechanicznej z elektroniką i inteligentnym sterowaniem komputerowym w konstruowaniu i wytwarzaniu produktów i procesów [38].

1.3. Analiza procesowa systemów mechatronicznych

Systemy, ogólnie mówiąc definiowane są, jako część rzeczywistości. Mają charakter względny, ponieważ przedstawiają odgraniczoną konfigurację wzajemnie na siebie oddziałujących tworów. System jest całością systemów częściowych a jego odgraniczenie od otoczenia może być opisane za pomocą powierzchni otaczającej, którą jest granica systemu. Systemy częściowe powiązane są zarówno ze sobą jak i z otoczeniem i można na nie wpływać oraz je obserwować. Przez systemy mechatroniczne rozumie się całość systemów częściowych:

• System podstawowy,

• Aktuatory,

• Sensory,

• Procesy i przetwarzanie danych procesowych. Systemy te nazywane są również systemami aktywnymi. Innym

ważnym pojęciem jest proces, czyli ciąg kolejno następujących po sobie zjawisk w czasie lub stanów w systemie. Stany opisuje się za pomocą wektora stanu z(t). Dla systemu mechatronicznego wymaga się aktywnej zmiany stanów systemu. Dlatego ingeruje się w system za pomocą wielkości wejściowych.

Wzajemne oddziaływania systemu i jego otoczenia traktuje się, jako więzy zewnętrzne w celu odróżnienia od więzów wewnętrznych, które są oddziaływaniami poszczególnych systemów częściowych.

Strzałki ciągłe na poniższym rysunku obrazują powiązania istotne natomiast strzałki przerywane – nieistotne. Które wielkości są istotne jest pojęciem względnym, gdyż zależy od postawionego celu. Jednak powiązania istotne, ogólnie mówiąc, muszą dokładnie przedstawiać rozpatrywany problem oraz muszą być wykrywalne za pomocą dostępnych metod pomiaru i określania, przy zacho-waniu racjonalnego wkładu wysiłku.


17

Rys. 1.6 Zasadnicza budowa systemu (5 systemów częściowych) [35]

Jako więzy systemowe wykorzystuje się sygnały. Często są to wielkości fizyczne jak np. napięcie prąd temperatura, które zawierają informacje o systemie. W jednym systemie często występuje wiele sygnałów wejściowych jak i wyjściowych.

W związku z zastosowaniem techniki pomiarowej, rejestrowania i obróbki sygnały obciążone są pewnym błędem, innymi słowy są zakłócane przez szum. Dlatego do ich opisu stosuje się rachunek prawdopodobieństwa, szczególnie przy padaniu procesów przypadkowych lub nieostrej analizy procesowej.

1.3.1. Tworzenie modeli i pojęcie funkcji w mechatronice

W mechatronice badanie procesów oraz systemów odbywa się za pomocą modeli. Modele są to opisy lub imitacje istotnych zależności rozpatrywanego problemu. Bardzo ważny jest tutaj model matematyczny, który może być przedstawiony za pomocą tabel, równań lub planów przepływu sygnału. Tworzenie modeli może odbywać się na drodze:

• teoretycznej,

• eksperymentalnej. Podczas tworzenia modeli na drodze teoretycznej zakładana

jest znajomość systemu. Metoda ta jest najczęściej stosowana w przypadku systemów, w których jest możliwe założenie bilansów fizycznych czy ekonomicznych. Przykładem tego może być zasada


18

pędu i popędu, lub w elektrotechnice podstawowe równania pól elektromagnetycznych i obwodów prądowych.

Rys. 1.7 Proces projektowania, a) na drodze eksperymentu,

b) z wykorzystaniem oprogramowania wspomagającego projektowanie [39]

Podczas tworzenia modeli na drodze eksperymentalnej podstawową zasadą jest opieranie się na obserwacjach, czyli na po-miarach. Na ich podstawie określa się wartości lub funkcje charakterystyczne opisujące system. Problem jest mniej znaczący, jeśli znane jest wejście – wyjście. Wtedy łączy się zarówno drogę teoretyczną, jak i eksperymentalną, co jednak wymaga stosowania wydajnej techniki obliczeniowej.

Proces projektowania przedstawiony na Rys. 1.7 wskazuje na większe możliwości projektowania z wykorzystaniem współczesnych narzędzi wspomagania projektowania. Ogranicza się tym samym ilość fizycznych prototypów, jednak należy wyraźnie zaznaczyć, że od osoby projektującej wymagana jest dogłębna znajomość rozpatrywanych zjawisk, aby stworzyć poprawny z rzeczywistością model. Dla takiego modelu możliwa jest szeroka analiza wpływu poszczególnych cech projektowanego urządzenia na jego właściwości. Możliwa jest również optymalizacja takiego modelu. Takie podejście znacząco przyśpiesza otrzymanie optymalnych produktów. Należy jednak zauważyć, że często jednym z etapów (często końcowym) modelowania komputerowego powinno

Koncepcja

Zmiana

Projekt

Prototyp/testy

O.K.

TakProdukcja

Koncepcja

Optymalizacja

CAD/FEM

Symulacja

O.K.

TakPrototyp/testy

a) b)

Nie Nie


19

być stworzenie prototypu i weryfikacja poprawności przyjętych założeń modelu.

Można wyróżnić dwa podstawowe nurty modelowania - pól fizycznych i ruchu. Modelowanie i symulacja ruchu wszelkich układów materialnych składa się z: 1) Budowy, opartej na analizie pól fizycznych (elektrycznych,

magnetycznych, elektromagnetycznych, przepływowych, termicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, grawitacyjnych. naprężeń mechanicznych, elektrochemicznych, biochemicznych itd.);

2) Ruchu i sterowania, opartych na wariacyjnej Zasadzie najmniejszego działania Hamiltona. Fundamentalne funkcje występujące w systemie

mechatronicznym można podzielić w następujący sposób [35]: Funkcje kinematyczne. Należy tutaj sporządzić właściwy

aparat ruchowy, który spełni wymaganą funkcję. Zadanie to przypada obszarowi kinematyki i zawiera geometryczny opis problemu.

Funkcje kinetyczne. Należy uwzględnić istnienie sił i momentów, jakie są konieczne do wykonania postawionego problemu.

Funkcje mechatroniczne. W tym przypadku chodzi o powiązanie takich dziedzin jak aktuatoryka, sensoryka czy algo-rytmy regulacji. W ten sposób opis funkcjonalny zostaje dopełniony i skompletowany.

1.3.2. Projektowanie systemów mechatronicznych

Podczas projektowania systemów mechatronicznych istotne jest to, że poszczególne komponenty, które mogą pochodzić z różnych dziedzin techniki, muszą być wzajemnie powiązane. Systemy częściowe muszą wzajemnie na siebie oddziaływać zarówno pod względem mechanicznym jak i cyfrowo – elektronicznym. Jest to podstawowa różnica postępowaniem mechatronicznym przy projektowania a konwencjonalnym, gdzie projekt oraz realizacja komponentów prowadzone są dalece niezależnie od siebie.


20

Przed przystąpieniem do procesu projektowania systemów mechatronicznych należy ocenić i porównać kilka rozwiązań alternatywnych. Podczas wyboru i realizacji danej koncepcji ważną rolę odgrywają zarówno rozważania i modele zorientowane na funkcję oraz zorientowane na postać konstrukcyjną. a)

b)

Rys. 1.8 Projektowanie i realizacja systemów mechatronicznych: a) postępowanie konwencjonalne, b) postępowanie mechatroniczne[35]

Modele zorientowane na funkcję powinny zawierać funkcje podstawowe (kinetyczne czy mechatroniczne). Modele te służą do opisu funkcji systemu mechatronicznego. Do rozwiązywania różnorodnych problemów mechatronicznych bardzo często stosuje się regulowane układy wielociałowe. Za ich pomocą można osiągnąć modelowanie systemu bliskie rzeczywistości. Modele te są stosowane do obliczeń typu off-line i służą do wykazania funkcjonalności, a także do badania parametrów, planowania toru czy projektu regulacji.

Modele zorientowane na postać konstrukcyjną są podstawą do wykazania wytrzymałości i projektu konstrukcyjnego systemów częściowych systemu mechatronicznego. Wykorzystuje się tutaj takie programy jak CAD czy FEM lub powiązanie ich obu, aby osiągnąć możliwie realistyczny opis geometrii i właściwości wytrzymałościowych.

Cały proces projektowania ma charakter powtarzającego się cyklicznie, sukcesywnego stosowania modeli zorientowanych na funkcję oraz na postać konstrukcyjną z odpowiednimi narzędziami (CAD, FEM) do ich badania. Przy rozdzieleniu metod oraz sposobów postępowania można osiągnąć wynik jedynie gorszy od optymalnego.

Projekt konstrukcja

System mechaniczny

System elektryczny

Projekt konstrukcja

System mechaniczny

System elektryczny


21

1.4. Składniki techniczno - ekonomiczne mechatroniki

Należy pamiętać, że do zasad mechatroniki obok podstawowych zadań naukowo-technicznych należą także aspekty ekonomiczne, organizacja i zarządzanie produkcją, jako jedne z najważniejszych. Czasem są one dominujące (Tomkinson, Tab. 1.1).

Głównym motorem pomyślnego rynku są motywacje ekonomiczne, środowiskowe i ergonomiczne tworzenia maszyn inteligentnych, wprowadzanie innowacyjności oraz metody szybkiego projektowania (Rys. 1.9). Między innymi chodzi o zwięk-szenie wydajności pracy inżyniera przy tworzeniu nowoczesnych linii produkcyjnych.

Przyszły inżynier powinien, zatem być przygotowany do rozwiązywania nie tylko złożonych zagadnień projektowo-produkcyjnych, ale także przyszłych, nieznanych może jeszcze, problemów gospodarczych w zakresie zarządzania, marketingu, jakości, kompatybilności, niezawodności, ochrony środowiska, ergonomii, a także do stałego samodzielnego douczania się i przekwalifikowywania.

Rys. 1.9 Wpływ Mechatroniki na: a) Czas do rynku "Time to Market"

b) Sprzedaż małych maszyn katalogowych w Wielkiej Brytanii (W. Wood 1990 [37], opracowane przez J. Turowskiego [42])


22

Tab. 1.1 Problematyka mechatroniki wg Tomkinsona i in. [29], [26], [42]

1. Rozbieżne definicje mechatroniki

2. Związek z innymi dyscyplinami i zadaniami (Robotyka, logika rozmyta, sieci neuronowe, sztuczna inteligencja, systemy ekspertowe, piezomechanika).

3. Inżynieria zbieżna (Concurrent Engineering)

4. Zarządzanie jakością (ISO 9000)

5. Ochrona środowiska (ISO) 6. Normalizacja 7. Rynek światowy 8. Lokalizacja produkcji 9. Demografia 10. Cykl życia i koszty wyrobu

(czas do rynku) 11. Technologia produkcji 12. Systemy logistyki 13. Niezawodność

14. Forma, przystosowanie i funkcjonowanie na rynku

15. Przydatność do produkcji 16. Przydatność do służby 17. Kooperacja i outsourcing 18. Elementy wyrobu:

mechaniczne, elektryczne: informatyczne, sterownicze, czujniki pomiarowe, wykonawcze

19. Proces technologiczny 20. Fazy i składniki procesu

mechatroniki 21. Struktura organizacyjna:

kadra, konflikty, zarząd 22. Proces projektowania i

planowanie 23. Dokształcanie 24. Oprogramowanie, bazy

danych CAE/CAD/CAM 25. Wdrażanie metod i procesów

mechatroniki 26. Prawo patentowe

Wg Nevensa i in. [29], [34], "w latach 1980-tych jakość

i doskonałość produkcyjna były kluczem do konkurencyjności, podczas gdy przy wkraczaniu do wieku XXI. najważniejszą rzeczą będzie interdyscyplinarna umiejętność rozwoju nowych wyrobów..."

Wielu specjalistów (Japonia, USA, UK) podstawowe narzędzie takiego rozwoju widzi właśnie w mechatronice.

1.5. Inżynieria Zbieżna a Inżynieria Mechatroniczna

Inżynieria zbieżna (CE = Concurrent Engineering lub Simul-taneous Engineering), promowana od 1968 r. [29], za swój cel stawia produkcję po najniższym koszcie. W tradycyjnej metodzie CE specjaliści różnych dyscyplin instytutów (JBR) i uczelni spotykają się jak najwcześniej by doradzać projektantowi. Rady te są często z dużym nadmiarem i nie jednakowo potrzebne. Zmniejsza to zdol-


23

ność szybkiego projektowania (Rapid Design) i wydłuża Czas do Rynku (Time to Market). W Mechatronice natomiast różni specjaliści wstawiają swoje przyczynki wprost do wspólnego synergicznego, kompleksowego modelu komputerowego. Pozwala to projektantowi na łatwą analizę i eliminację zbędnych danych.

Rys. 1.10 Zasady projektowania interaktywnego (konwersacyjnego)

i optymalizacji układu metodą prób i błędów [36], [42]

Przy szybkim projektowaniu i optymalizacji konstrukcji maszyn i urządzeń najwygodniej i najprościej jest stosować zasadę projektowania interaktywnego (Rys. 1.10) i systemy ekspertowe (Rys. 1.11).

1.6. Systemy ekspertowe szybkiego projektowania

Systemy ekspertowa to ważny element mechatroniki i jednocześnie rozległa i dość skomplikowana dziedzina informatyki. Dlatego nie należy ich bez potrzeby komplikować. Wygodniej podzielić je na dwie podstawowe grupy: a) Quasi-statyczne - do projektowania i budowy maszyn,

np. optymalizacja konstrukcji maszyn elektrycznych i transformatorów (Rys. 1.11),

b) Dynamiczne - do sterowania i nadzoru układów w ruchu, np. sterowanie samolotem lub diagnostyka lekarska (Rys. 1.12). System typu (a) - projektowanie interaktywne (Rys. 1.10) autor

zastosował przy szybkiej optymalizacji układów ekranowania kadzi wielkich transformatorów

Przy systemie (b) (Rys. 1.8) jako narzędzie J.S. Zieliński [28] wymienia m.in.: zastosowania zasad logiki formalnej, nieformalne sposoby przedstawiania wiedzy, pozyskiwanie wiedzy, strategie


24

rozwiązywania problemów, rozwiązywanie problemów niewyraźnie określonych, tworzenie systemów ekspertowych, zastosowanie SE, przykłady zastosowań. Takie systemy ekspertowe służą do wykonywania różnorodnych zadań i funkcji jak diagnozowanie, prognozowanie prawdopodobnych zdarzeń, interpretowanie danych, planowanie, monitorowanie, programowanie sposobów uniknięcia błędnych operacji, instruowanie, sterowanie, naprawianie zgodnie z zadanym algorytmem i in. wg [28], s. 30, architektura SE składa się z "Bazy wiedzy (Knowledge Base) oraz systemu wnioskującego, które współdziałają z podsystemem gromadzenia wiedzy i podsystemem objaśniającym. Wiedza eksperta wprowadzana jest do bazy wiedzy za pośrednictwem inżyniera wiedzy - IW (Knowledge Engineer - KE)".

Opisany system (Rys. 1.12) ma charakter operacyjny, dynamiczny. Taki układ występuje przy eksploatacji lub działaniach usługowych. Na przykład praca lekarza, sterowanie GPS statkiem na morzu lub samochodem inteligentnym na terenie dużego miasta. Decyzje systemu dynamicznego zmieniają się w trakcie napływania zmiennych danych. Jest dobry do eksploatacji urządzeń w ruchu.

Rys. 1.11 Schemat systemu ekspertowego w projektowaniu [42]


25

Rys. 1.12 Struktura systemu ekspertowego (wg [28])

1.7. Narzędzia informatyczne projektowania maszyn inteligentnych

Niezwykle istotne z punktu widzenia mechatroniki, zarówno na poziomie projektowania, jak również decyzyjnym (sterowania) jest wykorzystanie współczesnych technik związanych ze sztuczną inteligencją.

Sztuczna inteligencja (Artificial Intelligence) jest to w uprosz-czeniu zdolność maszyny do wykonywania czynności, do których normalnie potrzebna jest inteligencja. Jest to również gałąź Informatyki związana z rozwojem maszyn posiadających tę zdolność.

Inne definicje sztucznej inteligencji to na przykład:

• "Dział informatyki, którego przedmiotem jest badanie reguł rządzących tzw. inteligentnymi zachowaniami człowieka, tworzenie modeli formalnych tych zachowań i – w rezultacie -

System Ekspertowy

Podsystem gromadzenia wiedzy

Baza wiedzy

Podsystem objaśniający

Podsystem wnioskujący

Interfejs

UŻYTKOWNIK

Ekspert dziedzinowy

Inżynier wiedzy

Interfejs Baza danych


26

programów komputerowych stymulujących te zachowania. Do zachowań inteligentnych należy: postrzeganie, rozpoznawanie, uczenie się, operowanie symbolami, posługiwanie się językiem, rozwiązywanie problemów, twórczość i in." (N. Encykl. Pow. PWN, 1997);

• "Dziedzina informatyki dotycząca metod i technik wnioskowania symbolicznego przez komputer oraz symbolicznej reprezentacji wiedzy stosowanej podczas takiego wnioskowania" (J. Zieliński [28]). W przyszłości inteligentne maszyny będą projektowane

nie tylko do inteligentnego współdziałania ze swoim środowiskiem w celu osiągnięcia pewnych celów, ale także do podtrzymywania i w miarę możności swoich własnych zdolności za pomocą samodiagnostyki, samoreperacji, uczenia się i samoorganizacji.

Dla osiągnięcia tych celów układy mechatroniki powinny posiadać, tak jak człowiek, następujące trzy podsystemy funkcyjne: percepcję, odbiór (perception), rozpoznawanie (cognition) i wykonanie (execution).

W ramach sztucznej inteligencji, na szczególną uwagę zasługują następujące obszary: logika rozmyta, sztuczne sieci neuronowe i algorytmy genetyczne.

1.7.1. Logika rozmyta (Fuzzy Logic)

Logika rozmyta okazała się bardzo przydatna w zastosowaniach inżynierskich, czyli tam, gdzie klasyczna logika klasyfikująca jedynie według kryterium prawda/fałsz nie potrafi skutecznie poradzić sobie z wieloma niejednoznacznościami i sprzecznościami. Znajduje wiele zastosowań, między innymi w elektronicznych systemach sterowania (maszynami, pojazdami i automatami), zadaniach eksploracji danych czy też w budowie systemów ekspertowych.

Za twórcę Logiki Rozmytej uważa sie Lofti A. ZADEH (1965). "Logika rozmyta (Fuzzy logic) zajmuje się

niedeterministycznym (nieliniowym) przygotowaniem decyzji w deterministycznych problemach, tzn. używa nieostrych (rozmytych) danych do ostro (jednoznacznie) zdefiniowanych problemów" (B. Hoefflinger i in.)


27

Są to tzw. "obliczenia miękkie". Są one oparte na potocznym rozumowaniu, w którym wykorzystuje się ludzka tolerancje dla niedoskonałości, niepewności, nieścisłości i rozmycie w podejmo-waniu decyzji.

Ta terminologia stwarza reguły wystarczające dla podejmowania decyzji. Matematycznie oznacza to zastosowanie funkcji interpolacyjnych.

Logika rozmyta służy do tych samych zadań, co sieci neuronowe, ale nie może być tworzona za pomocą algorytmów uczących się.

1.7.2. Sieci neuronowe (Neural Networks) [40], [41]

Sieć neuronowa (sztuczna sieć neuronowa) – ogólna nazwa struktur matematycznych i ich programowych lub sprzętowych modeli, realizujących obliczenia lub przetwarzanie sygnałów poprzez rzędy elementów, zwanych sztucznymi neuronami, wykonujących pewną podstawową operację na swoim wejściu. Oryginalną inspiracją takiej struktury była budowa naturalnych neuronów oraz układów nerwowych, w szczególności mózgu.

Badania nad sztucznymi sieciami neuronowymi rozpoczęto ok. r. 1940 w poszukiwaniu neurofizjologicznych podstaw działania ludzkiego mózgu. Pierwsze modele sieci neuronowych z możliwością uczenia się powstały jednak dopiero w latach 1950 - 60. Nowoczesne sieci Hopfielda ze sprzężeniem zwrotnym pojawiły się ok. roku 1982.

Współcześnie nie ma wątpliwości, że sztuczne sieci neuronowe nie stanowią dobrego modelu mózgu, choć różne ich postaci wykazują cechy charakterystyczne dla biologicznych układów neuronowych: zdolność do uogólniania wiedzy, uaktualniania kosztem wcześniej poznanych wzorców, dawanie mylnych odpowiedzi po przepełnieniu. Mimo uproszczonej budowy sztuczne sieci neuronowe stosuje się czasem do modelowania schorzeń mózgu.

Sztuczne sieci neuronowe znajdują zastosowanie w rozpoznawaniu i klasyfikacji wzorców (przydzielaniu wzorcom kategorii), predykcji szeregów czasowych, analizie danych statystycznych, odszumianiu i kompresji obrazu i dźwięku oraz w zagadnieniach sterowania i automatyzacji.


28

1.7.3. Algorytmy genetyczne

Algorytmy genetyczne są to algorytmy przeszukujące przestrzeń alternatywnych rozwiązań problemu w celu wyszukania rozwiązań najlepszych. Sposób działania algorytmów genetycznych nieprzypadkowo przypomina zjawisko ewolucji biologicznej, ponieważ ich twórca John Henry Holland właśnie z biologii czerpał inspiracje do swoich prac. Obecnie zalicza się go do grupy algorytmów ewolucyjnych. Główne obszary, w których można zastosować algorytmy genetyczne to:

• Rozwiązywanie problemów NP,

• Projektowanie genetyczne,

• Przeszukiwanie. Algorytmy genetyczne wykorzystywane są również do zarzą-

dzania populacją sieci neuronowych. Projektowanie maszyn bądź obwodów elektrycznych jest doskonałym polem dla wykazania się algorytmów genetycznych.

1.7.4. Metody rozwiązywania modeli matematycznych

Istnieje wiele metod rozwiązywania i środowisk wspomagających rozwiązywanie modeli matematycznych urządzeń mechatronicznych, np.: MAN (Analityczno - numeryczna), MSP (Sieci przepływowych w tym MSR (Sieci reluktancyjnych), MRS (Różnic skończonych), MES (Elementów skończonych, MEB (Elementów Brzegowych), MRC oraz środowiska do rozwiązywania równań macierzowych: MATLAB, SPICE, Solver "MSR-1100".

1.7.4.1. Jaki program wybrać?

Obecnie istnieje co najmniej 15 [33] podstawowych i dużo więcej pośrednich i hybrydowych metod obliczania pól fizycznych. Wszystkie są w pełni równoważne pod względem teoretycznym, ale daleko różne pod względem skuteczności przy zawodowym projektowaniu. Większość z nich wymaga wysokich kwalifikacji użytkownika, drogich komercyjnych pakietów i komputerów, długich


29

czasów obliczeń (wiele dni do miesięcy) i dostarczają nadmiar zbędnych dla użytkownika danych. Różnice mogą być zaskakująco wielkie. W zależności od wkładu wiedzy eksperta ten sam problem można obliczać w sekundach lub miesiącach (Rys. 1.13).

POLA I STRATY ROZPROSZENIOWE

W WIELKICH TRANSFORMATORACH (wg. J. Turowskiego)

METODA SIECI

RELUKTANCYJNYCH

TRÓJWYMIAROWA,

RNM-3D

KRYTERIA OCENY METODA ELEMENTÓW

SKOŃCZONYCH

TRÓJWYMIAROWA,

FEM-3D

Nie wysokie;

poziom szkoły średniej

Kwalifikacje użytkownika

← →

Wysokie; poziom

absolwenta Politechniki

Zwykły, najtańszy PC ←Sprzęt komputerowy→ Wysokiej jakości

Proste prawa Ohma i

Kirchhoffa ← Teoria →

Rachunek wariacyjny,

teoria pola

elektromagnetycznego

Nieznaczna;

metoda całkowa

wygładza

← Generacja błędów → Znaczna; potęgowana

przez różniczkowanie

Niska cena, łatwe

w użyciu← Oprogramowanie →

Drogie, skomplikowane i

pracochłonne

Pół godzinyCzas na opracowanie

← modelu → 5 do 12 miesięcy

Poniżej 1 sekundy

Czas CPU obliczeń

← jednego wariantu →

konstrukcyjnego

30 do 300 godzin

Rys. 1.13 Porównanie szybkiego pakietu RNM-3D opartego na idei systemów ekspertowych ogólnym programem komercyjnym FEM-3D na przykładzie

obliczeń pola i strat rozproszeniowych w wielkim transformatorze (J. Turowski [26], [42])


30

1.8. Podsumowanie

Zasadniczy podział przebiega pomiędzy zrozumieniem Mechatroniki jako metodologii, a uznaniem jako nowej dyscy-pliny w inżynierii i nauce. Według wybranych przykładów mecha-tronika jest:

• Obszarem studiów łączącym zasady inżynierii mechanicznej, elektrycznej i komputerowej,

• Metodyką optymalizującą projektowanie urządzeń elektrome-chanicznych,

• Filozofią w zakresie projektowania, która wykorzystuje synergiczną integrację mechaniki, elektroniki i technik komputerowych dla otrzymywania zaawansowanych technologicznie urządzeń i systemów,

• Interdyscyplinarnym obszarem inżynierii zajmującym się projektowaniem urządzeń, których funkcje związane są z elementami elektroniki, skoordynowanymi w ramach określonego systemu sterowania,

• Technologią, która łączy mechanikę, elektronikę i informatykę dla stworzenia funkcjonalnego współdziałania i przestrzennej integracji komponentów, modułów i systemów w jedną całość,

• Jak również, zgodnie z podaną wcześniej definicją, synergicznym połączeniem mechaniki precyzyjnej, elektronicznych układów sterujących i informatyki w celu projektowania, wytwarzania i eksploatacji inteligentnych systemów automatyki. Nie jest ona tożsama ani z automatyką, ani robotyką czy automatyzacją produkcji, są to terminy istniejące obok siebie, ale i dla siebie. Można przyjąć, że mechatronika jest interdyscyplinarną

dziedzina nauki i techniki zajmującą się problemami mechaniki, elektroniki i informatyki. Zawiera też wiele obszarów para – mechatronicznych, które tworzą podstawy mechatroniki i pokrywają wiele znanych dyscyplin, takich jak: elektrotechnika, energoelektronika, technika cyfrowa, technika mikroprocesorowa czy techniki regulacyjne.


31

Reasumując, z powyższych rozważań jasno wynika, że główne zasady mechatroniki to:

• Podejście systemowe,

• Metody szybkiego projektowanie (tzw. Rapid Design),

• Praca zespołowa,

• Proste, tanie i łatwo zrozumiałe metody oparte na głębokiej teorii.


32

1.9. Literatura

[1] Eugeniusz Ratajczyk, Multiinżynier, http://www.perspektywy.pl [2] Martin Grimheden, International Collaboration in Mechatronics

Education, 5th International Workshop on Research and Educa-tion in Mechatronics, październik 2004. REM.

[3] Robert H. Bishop (pod red.),The Mechatronics Handbook, CRC Press LLC 2002.

[4] Okyay Kaynak, A New Perspective on Engineering Education in Mechatronics Age, Frontiers in Education Conference, 1996. FIE '96. 26th Annual Conference, Salt Lake City, UT, USA.

[5] Job van Amerongen, Wim Jongkind, Mechatronics in the Netherlands, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 1(2), 106-110 (1996).

[6] Victor Giurgiutiu, Abdel-Moez E. Bayoumi, Craig A. Rogers, and Greg Nall, Mechatronics And Smart Structures: Emerging Engineering Disciplines For The Next Millennium, 7th Mechatronics Forum International Conference, September 6-8, 2000, Atlanta, GA.

[7] J. Wikander, M. Törngren, M. Hanson, Mechatronics Engineering - Science and Education, Invited Paper, IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol 8, No. 2, 2001.

[8] Devdas Shetty, Jun Kondo, Claudio Campana, Richard A. Kolk, Real Time Mechatronic Design Process for Research and Education, 2002 ASEE Annual Conference & Exposition: Vive L'ingenieur!; Montreal; Canada; 16-19 June 2002.

[9] Mechatronika Na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej, http://www.cbmd.put.poznan.pl/ pliki/mechatronika.htm (strona Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn).

[10] Mechatronika: nowa generacja maszyn i urządzeń, http://www.festo.com (artykuł ze strony firmy Festo Didactic działającej w zakresie wytwarzania, dystrybucji i użytkowania sprzętu techno-dydaktycznego oraz tworzenia metod i programów nauczania z dziedziny mechatroniki).

[11] Wiak S., Sulima R., Smółka K., Inteligentne Mikrosystemy – elementy mechatroniki, I Ogólnopolska Konferencja Mechatroniki – Edukacja w Mechatronice, grudzień 2004 Łódź (artykuł zaproszony).


33

[12] Memis Acar, Mechatronics Engineering Education In The U.K.¸ artykuł ze strony http://www.synthesis.org/Mechatronics-Workshop/PDF_Files/Acar.pdf.

[13] Ken Sasaki, Getting Started From The Physical World, Proceedings of the Workshop on Mechatronics Education, Stanford University, July 21-22, 1994.

[14] Job van Amerongen, Mechatronics Research And Education At The University Of Twente, Third Triennial International Conference on Applied Automatic Systems, Ohrid, Republic of Macedonia, September 18-20, 2003.

[15] Martin Grimheden, Mats Hanson, Mechatronics – the Evolution of an Academic Discipline in Engineering Education, National Mechatronics Meeting, Stockholm 2001.

[16] Sosnowski Leszek, Mechatronika - nauka przyszłości, http://wosmet.elblag.com.pl/mechatronika.htm .

[17] Mechatronika w programach edukacyjnych, http://www.festo.com (patrz pkt. [10]).

[18] Mohamed A. Seif, Mechatronics: An Interdisciplinary Course for Engineering Students, Frontiers in Education Conference, 1996. FIE '96. 26th Annual Conference., Salt Lake City, UT, USA.

[19] Jawaharlal Mariappan, Timothy Cameron, Joel Berry, Multidisciplinary Undergraduat Mechatronic Experiments, Frontiers in Education, FIE 1996, Salt Lake City, Utah.

[20] Victor Giurgiutiu, Abdel-Moez E. Bayoumi, Craig A. Rogers, Greg Nall, Mechatronics And Smart Structures: Emerging Engineering Disciplines For The Next Millennium, 7th Mechatronics Forum International Conference, 6-8 September 2000, Atlanta, GA.

[21] Millbank J.: "MECHA-WHAT!" Mechatronics Forum Newsletter, no 6, Summer 1993.

[22] Yamazaki K., Miyazawa S.: A development of coursware for mechatronics education. Int. J. Engng. Education. No 1, 1992, s, 61-70.

[23] Rzewski G.: "Mechatronics in the Open University". ISATA'91 Conference. Florence, May 1991 I "Mechatronics Using artificial intelligence to add value to machines". IMechE Conference on Mechatronics, University of Dundee, 1992.


34

[24] Comerford R.: Mecha... what ? IEEE Spectrum. August 1994, str. 46-49.

[25] M. Acar, J. Makra, E. Penney (Editors): Mechatronics. The Basis of New Industrial Development. Computational Mechanics Inc. Ashurst Lodge, Southampton UK, 1994 (e-mail: [email protected]).

[26] Janusz Turowski: Mechatronika a maszyny elektryczne. XXXIX Sympozjum Maszyn Elektrycznych. - SME 2003. 9-11.06.2003 Gdańsk - Jurata.

[27] Wood W. S.: Economic Importance of Small Electric Motors. Proc of "3x3x3" Experts' Seminar on Electrical Machines and Control. University of Strathclyde-Glasgow -Technical University of Lodz -University of Pavia. Lodz, 17-19.09.1990, pp. 5-10.

[28] Zieliński J.S.: Inteligentne systemy w zarządzaniu. Teoria i praktyka. PWN. Warszawa 2000.

[29] Tomkinson D., Horn J.: Mechatronics Engineering. McGrow-Hill. New York, 1995.

[30] Turowski J.: Elektromaszynowe elementy automatyki. Skrypt. Wyd.II. Politechnika Łódzk, 1989.

[31] Turowski J., Komeza K., Pelikant A., Wiak S., Rizzo M., Savini A.: Electromagnetic Field Problems in Small Electronic Controlled Motors. Proc. of Internat. Aegean Conference on Electr. Machines and Power Electronics -ACEMP'92. 27-29 May, 1992. Kusadasi, Turkey. (Invited paper). Plenary Session. Proceedings, Vol.2/2, pp.430-437.

[32] Turowski J., Wiak S.: Electromagnetic Aspects in Mechatronics. Proc. of 2nd East-West Congress on Engineering Education - EWCEE'93. Lodz, Poland. 20-24 September, 1993, pp.356-360.

[33] Turowski J.: Elektrodynamika techniczna. Warszawa, WNT 1993. Wyd. II zmienione.

[34] Nevens, Summe, Uttal: Commercializing Technology: What the Best Companies Do." Harvard Business Review. May-June, 1990, p. 154.

[35] B. Heimann, W. Gerth, K. Popp: „Mechatronika – Komponenty, metody, przykłady“, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.

[36] Schweitzer G.: Mechatronik – Aufgaben und Losungen , VDI-Berichte Nr 78, VDI Verlag, Dusseldorf 1989.


35

[37] Mechatronics, An International Journal, Pergamon Press, 1991. [38] Bradley D.A., Dawson D., Loader J.: Mechatronics – Electronics

in Products and Processes, Chapman and Hall, London 1991. [39] Klatenbacher M., Numerical Simulation of Mechatronic

Sensors and Actuators, Springer 2007. [40] Kacprzak T.: Sieci neuronowe. Elektronika. Prace naukowe

Instytutu Elektroniki PŁ. Łódź 1995/96, str. 123-147. [41] P. Vas: Artificial - intelligent -based electrical machines and

drives. Oxford University press. Oxford, UK, 1999. [42] Turowski J.: Podstawy mechatroniki, WSHE, Łódź, 2008.


36

sŁawomir wiak - mechatronika2.imsi.pl · "mechatronika jest nową zintegrowaną techniką,...

Documents