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Tesis de Graduación en Mecatrónica

Introducción

El desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología modernas ha promovido en gran medida la intersección y penetración de diferentes disciplinas, lo que ha llevado al desarrollo de la ingeniería. Campos Revolución y transformación tecnológica. En el campo de la ingeniería mecánica, debido al rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática y su penetración en la industria mecánica, la mecatrónica ha dado lugar a cambios en la estructura técnica, la estructura del producto, las funciones y la composición, los métodos de producción y los sistemas de gestión de la industria. Industria mecánica. Grandes cambios han llevado la producción industrial de la "electrificación mecánica" a una etapa de desarrollo caracterizada por la "mecatrónica".

1. Descripción general de la mecatrónica

La mecatrónica se refiere a la introducción de la tecnología electrónica en las funciones mecánicas, funciones de potencia, funciones de procesamiento de información y funciones de control, y combina dispositivos mecánicos con electrónica. término para un sistema compuesto por una combinación de diseño y software.

Con el desarrollo de la mecatrónica, se ha convertido en una nueva disciplina con su propio sistema. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, también se le darán nuevos contenidos. Pero sus características básicas se pueden resumir de la siguiente manera: la mecatrónica es una aplicación integral de tecnología mecánica, tecnología microelectrónica, tecnología de control automático, tecnología informática, tecnología de la información, tecnología de control y medición de sensores, tecnología electrónica de potencia, tecnología de interfaz y tecnología de la información desde un Desde la perspectiva del sistema, las tecnologías de grupo, como la tecnología de transformación y la tecnología de programación de software, configuran y diseñan racionalmente cada unidad funcional de acuerdo con los objetivos funcionales del sistema y los objetivos organizacionales de optimización para lograr un valor funcional específico en el sentido de multifuncionalidad, alta calidad, alta confiabilidad y Bajo consumo de energía y tecnología de ingeniería del sistema para optimizar todo el sistema. El sistema funcional resultante se convierte en un sistema mecatrónico o producto mecatrónico.

Por tanto, "mecatrónica" abarca tanto el aspecto de "tecnología" como el de "producto". Sin embargo, la tecnología mecatrónica es una tecnología integral basada en la integración orgánica de las tecnologías del grupo antes mencionadas, en lugar de una simple combinación y mosaico de tecnología mecánica, tecnología microelectrónica y otras nuevas tecnologías. Ésta es la diferencia conceptual fundamental entre la mecatrónica y la electrificación mecánica formada por mecánica más eléctrica. La tecnología de la ingeniería mecánica se ha desarrollado desde la tecnología pura hasta la electrificación mecánica, pero sigue siendo una maquinaria tradicional y su función principal sigue siendo reemplazar y amplificar la fuerza física. Sin embargo, con el desarrollo de la mecatrónica, los dispositivos microelectrónicos no sólo pueden reemplazar las funciones originales de algunos componentes mecánicos, sino que también se les pueden otorgar muchas funciones nuevas, como detección automática, procesamiento automático de información, visualización y registro automáticos, ajuste y control automáticos. Diagnóstico y protección automáticos, etc. Es decir, los productos mecatrónicos no son sólo una extensión de las manos y extremidades humanas, sino también los ojos de los sentidos y la mente humanos. La característica de ser inteligente es la diferencia funcional esencial entre la mecatrónica y la electrificación mecánica.

2. Estado de desarrollo de la mecatrónica

El desarrollo de la mecatrónica se puede dividir a grandes rasgos en tres etapas. La primera etapa fue antes de la década de 1960, y esta etapa se llama etapa primaria. Durante este período, la gente utilizó consciente o inconscientemente los resultados preliminares de la tecnología electrónica para mejorar el rendimiento de los productos mecánicos. Especialmente durante la Segunda Guerra Mundial, la guerra estimuló la combinación de productos mecánicos y tecnología electrónica. Estas tecnologías militares mecánicas y eléctricas se convirtieron al uso civil después de la guerra y desempeñaron un papel positivo en la recuperación de la economía de la posguerra. En aquella época, la investigación y el desarrollo se encontraban todavía en general en un estado de espontaneidad. Dado que el desarrollo de la tecnología electrónica en ese momento aún no había alcanzado un cierto nivel, la combinación de tecnología mecánica y tecnología electrónica no podía desarrollarse amplia y profundamente, y los productos que se habían desarrollado no podían promoverse ampliamente.

Las décadas de 1970 y 1980 fueron la segunda etapa, que se puede llamar la etapa de desarrollo vigoroso. Durante este período, el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología de control y la tecnología de la comunicación sentó las bases técnicas para el desarrollo de la mecatrónica. El rápido desarrollo de circuitos integrados y microcomputadoras de gran escala y ultra gran escala ha proporcionado una base material suficiente para el desarrollo de la mecatrónica. Las características de este período son: ① El término mecatrónica fue generalmente aceptado por primera vez en Japón y fue relativamente ampliamente reconocido en todo el mundo a fines de la década de 1980. ② La tecnología y los productos mecatrónicos se han desarrollado enormemente. ③ Los países han comenzado a dar grandes resultados; atención y soporte a la tecnología y productos mecatrónicos.

A finales de los años 90 se inició una nueva etapa en la que la tecnología mecatrónica avanzó hacia la inteligencia, y la mecatrónica entró en un periodo de profundo desarrollo. Por un lado, la óptica, las tecnologías de la comunicación, etc. han entrado en la mecatrónica, y en la mecatrónica también ha surgido la tecnología de micromecanizado, surgiendo nuevas ramas como la optomecatrónica y la micromecatrónica, por otro lado, para los sistemas mecatrónicos. Se han estudiado en profundidad el diseño de modelado, los métodos de análisis e integración, el sistema temático y las tendencias de desarrollo de la mecatrónica. Al mismo tiempo, debido a los enormes avances realizados en los campos de la tecnología de inteligencia artificial, la tecnología de redes neuronales y la tecnología de fibra óptica, se ha abierto un vasto mundo para el desarrollo de la tecnología mecatrónica. Estos estudios establecerán aún más una base completa para la mecatrónica y formarán gradualmente un sistema científico completo.

Mi país recién comenzó a investigar y aplicar en esta área a principios de los años 1980. El Consejo de Estado estableció un grupo líder en mecatrónica e incluyó la tecnología como parte del "Plan 863". Al formular el "Noveno Plan Quinquenal" y el Esquema de Desarrollo de 2010, se tuvieron plenamente en cuenta las tendencias de desarrollo internacional de la tecnología mecatrónica 3. La tendencia de desarrollo de la mecatrónica

La mecatrónica es una combinación de maquinaria y. electrónica Es una integración cruzada de múltiples disciplinas como la óptica, el control, la informática y la información. Su desarrollo y progreso dependen y promueven el desarrollo y progreso de las tecnologías relacionadas. Por lo tanto, las principales direcciones de desarrollo de la mecatrónica son las siguientes:

3.1 Inteligencia

La inteligencia es una dirección de desarrollo importante para el desarrollo de la tecnología mecatrónica en el siglo XXI. La inteligencia artificial está ganando cada vez más atención en la investigación de los constructores de mecatrónica, y la inteligencia de los robots y las máquinas herramienta CNC es una aplicación importante. Lo "inteligente" mencionado aquí se refiere a la descripción del comportamiento de la máquina. Se basa en la teoría del control y absorbe nuevas ideas y métodos como la inteligencia artificial, la investigación de operaciones, la informática, las matemáticas difusas, la psicología, la fisiología y la dinámica del caos. inteligencia que le permita tener capacidades de juicio, razonamiento, pensamiento lógico, toma de decisiones independiente, etc., con el fin de alcanzar objetivos de control superiores. Es cierto que es imposible e innecesario conseguir que los productos mecatrónicos tengan la misma inteligencia que los humanos. Sin embargo, es totalmente posible y necesario que los microprocesadores de alto rendimiento y alta velocidad doten a los productos mecatrónicos de una inteligencia de bajo nivel o de una inteligencia humana parcial.

3.2 Modularización

La modularización es un proyecto importante y arduo. Debido a la amplia variedad de fabricantes y tipos de productos mecatrónicos, la investigación y el desarrollo de unidades de productos mecatrónicos con interfaces mecánicas estándar, interfaces eléctricas, interfaces de alimentación e interfaces ambientales es un asunto muy complejo pero muy importante. Por ejemplo, el desarrollo de una unidad de potencia que integre desaceleración, regulación inteligente de velocidad y motores, una unidad de control con funciones como visión, procesamiento de imágenes, reconocimiento y alcance, así como varios dispositivos mecánicos que puedan completar operaciones típicas. De esta manera, se pueden desarrollar rápidamente nuevos productos utilizando células estándar y también se puede ampliar la escala de producción. Esto requiere el desarrollo de varios estándares para facilitar la combinación y la interfaz de varios componentes y unidades. Debido a los conflictos de intereses, será difícil formular estándares nacionales o internacionales en esta área en un futuro próximo, pero pueden formarse gradualmente mediante la formación de algunas grandes empresas. Obviamente, se pueden afirmar los beneficios que aporta la estandarización y serialización de productos eléctricos, ya sea para las empresas que producen unidades mecatrónicas estándar o para las empresas que producen productos mecatrónicos, la escala traerá maravillosos beneficios para las empresas de mecatrónica en el futuro.

3.3 Redes

En la década de 1990, el logro más destacado de la tecnología informática fue la tecnología de redes. El auge y el rápido desarrollo de la tecnología de redes han traído enormes cambios a la ciencia y la tecnología, la producción industrial, la política, el ejército, la educación y la vida diaria de las personas. Varias redes conectan la economía y la producción globales, y la competencia entre empresas también se globalizará. Una vez que se desarrolla un nuevo producto mecatrónico, siempre que tenga funciones únicas y una calidad confiable, pronto se venderá bien en todo el mundo. Debido a la popularidad de Internet, varias tecnologías de monitoreo y control remoto basadas en red están en auge, y el equipo terminal de control remoto en sí es un producto de integración electromecánica.

Las tecnologías Fieldbus y LAN se han convertido en una tendencia general en la conexión en red de electrodomésticos. Las redes domésticas se utilizan para conectar varios electrodomésticos en sistemas de electrodomésticos integrados por computadora (CIAS) centrados en computadora, lo que permite a las personas compartir la comodidad y la felicidad que brindan diversas tecnologías avanzadas. . Por lo tanto, los productos mecatrónicos sin duda se están desarrollando en la dirección de la interconexión.

3.4 Miniaturización

La miniaturización surgió a finales de los años 1980 y se refiere a la tendencia de la mecatrónica a desarrollarse hacia micromáquinas y campos microscópicos. Los países extranjeros lo llaman sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS), que generalmente se refiere a productos mecatrónicos cuyo tamaño geométrico no supera 1 cm3 y se está desarrollando hacia los niveles de micrones y nanómetros. Los productos integrados microelectromecánicos son de tamaño pequeño, consumen menos energía y tienen movimientos flexibles. Tienen ventajas incomparables en aspectos biomédicos, militares, de información y otros. El cuello de botella en el desarrollo de la integración microelectromecánica radica en la tecnología micromecánica. El procesamiento de productos micromecatrónicos utiliza tecnología de procesamiento fino, es decir, tecnología de ultraprecisión, que incluye tecnología de fotolitografía y tecnología de grabado.

3.5 Ecologización

El desarrollo de la industria ha traído grandes cambios a la vida de las personas. Por un lado, hay vida material abundante y cómoda; por otro, los recursos son reducidos y el medio ambiente ecológico está gravemente contaminado. Como resultado, la gente pidió proteger los recursos ambientales y regresar a la naturaleza. El concepto de productos ecológicos surgió gracias a este llamamiento y la ecologización es la tendencia de los tiempos. Los productos ecológicos cumplen con requisitos específicos de protección ambiental y salud humana durante sus procesos de diseño, fabricación, uso y destrucción, son inofensivos o mínimamente dañinos para el medio ambiente ecológico y tienen tasas de utilización de recursos extremadamente altas. El diseño de productos mecatrónicos ecológicos tiene grandes perspectivas de desarrollo. La ecologización de los productos mecatrónicos significa principalmente que no contaminan el medio ambiente ecológico cuando se utilizan y pueden reciclarse después de su desguace.

3.6 Sistematización

Una de las características de la sistematización es que la arquitectura del sistema adopta además una estructura de bus abierta y modular. El sistema se puede configurar, adaptar y combinar de manera flexible a voluntad, mientras se busca lograr un control coordinado y una gestión integral de múltiples subsistemas. La segunda manifestación es la función de comunicación muy mejorada. Generalmente, además de RS232, también hay personalización RS485 y DCS. En el futuro, la mecatrónica prestará más atención a la relación entre productos y personas. La personificación de la mecatrónica tiene dos significados. En el primer nivel, el usuario final de los productos mecatrónicos son las personas. La forma de dotar a los productos mecatrónicos de inteligencia, emoción y humanidad se está volviendo cada vez más importante, especialmente para los robots domésticos, el ámbito de alto nivel es la integración hombre-máquina. La otra capa es imitar mecanismos biológicos y desarrollar diversos productos florales integrados mecánicos y eléctricos. De hecho, muchos productos mecatrónicos están inspirados en animales.

4. Productos típicos de mecatrónica

Los productos de mecatrónica se dividen en dos categorías: sistemas (máquinas completas) y elementos y componentes básicos. Los sistemas mecatrónicos típicos incluyen: máquinas herramienta CNC, robots, productos electrónicos para automóviles, instrumentación inteligente, sistemas de impresión y composición tipográfica electrónica, sistemas CAD/CAM, etc. Los elementos y componentes típicos de la mecatrónica incluyen: dispositivos y dispositivos electrónicos de potencia, controladores programables, controladores difusos, micromotores, sensores, circuitos integrados especiales, servomecanismos, etc. Se omite el análisis del estado técnico, las tendencias de desarrollo y las perspectivas de mercado de estos productos mecatrónicos típicos.

5. La situación y las tareas que enfrenta mi país en el desarrollo de la "mecatrónica"

El trabajo de la mecatrónica incluye principalmente dos niveles: primero, utilizar la tecnología microelectrónica para transformar las industrias tradicionales. El primero es ahorrar energía y materiales, mejorar la eficiencia del trabajo, mejorar la calidad de los productos y llevar el progreso tecnológico de las industrias tradicionales un paso más allá, el segundo es desarrollar productos electromecánicos automatizados, digitales e inteligentes para promover la mejora de los productos.

(1) La situación que enfrenta el trabajo "mecatrónico" de mi país

1 La carga de trabajo de transformar las industrias tradicionales con tecnología microelectrónica en mi país es grande, extensa y difícil

2. Existen fuertes llamados y presiones para que mi país utilice la tecnología mecatrónica para acelerar la actualización de productos y aumentar la participación de mercado.

3. Es significativo para nuestro país utilizar productos mecatrónicos para reemplazar productos de bajo contenido técnico y valor agregado, alto consumo de energía, consumo de agua, consumibles, contaminación y molestias a las personas. En el sistema industrial de mi país, los grandes consumidores de energía y agua representan una proporción considerable de las empresas que causan una grave contaminación ambiental. Aunque la estructura industrial y la estructura de productos de mi país se han ajustado varias veces en los últimos años, los resultados no han sido lo suficientemente obvios por diversas razones. Por supuesto, existen problemas con las políticas de los departamentos de liderazgo de nivel superior y el problema de que a las empresas les resulte "difícil abandonar su tierra natal" y "pegarse a sus antiguas raíces". Sin embargo, es innegable que también existe el problema de no optimizar. industrias ideales y no optimizar productos satisfactorios. A estas empresas se les ha planteado desde hace tiempo la mejor respuesta: desarrollar mecatrónica y desarrollar y producir productos mecatrónicos relacionados. Los productos mecatrónicos tienen funciones sólidas, buen rendimiento, alta calidad, bajo costo y son flexibles. Se pueden realizar los ajustes y reformas necesarios en la estructura del producto y el proceso de producción de acuerdo con las necesidades del mercado y los comentarios de los usuarios sin cambiar el equipo. Ésta es una forma importante de resolver el problema de la producción de variedades múltiples y de bajo volumen de productos mecánicos y eléctricos. Al mismo tiempo, puede inyectar sangre fresca a la industria de maquinaria tradicional, aportar nueva vitalidad, liberar la producción mecánica del trabajo manual pesado y realizar una producción civilizada.

Además, desde la perspectiva de la demanda del mercado, debido a la corta historia de investigación y desarrollo de productos mecatrónicos en nuestro país, la brecha es grande. La variedad, cantidad, grado y calidad de muchos productos no pueden. Satisfacer la demanda cada año. El volumen de importación es relativamente grande, por lo que necesita un desarrollo urgente.

(2) Las tareas del trabajo de "mecatrónica" de mi país

Las tareas de mi país en mecatrónica se pueden resumir en dos frases: una frase es utilizar la mecatrónica de forma amplia y profunda En otras palabras , se trata de desarrollar productos de integración electromecánica con gran fanfarria y promover la mejora de los productos electromecánicos. El objetivo general es promover la formación de la industria mecatrónica y contribuir al ajuste de la estructura industrial y de productos de mi país.

En resumen, la tecnología mecatrónica no es solo la sangre fresca y la fuerza impulsora para revitalizar la industria electromecánica tradicional, sino también la clave para abrir la puerta al ajuste de la estructura del producto y la estructura industrial de la industria electromecánica de mi país. industria.

6. Contramedidas para el desarrollo de la "mecatrónica" en mi país

(1) Fortalecer los acuerdos generales y coordinar los planes de desarrollo

Actualmente, nuestro país está comprometido. en "mecatrónica" “Existen muchas unidades de investigación, desarrollo y producción. Cada uno tiene su propia estrategia de desarrollo. Debido a que los planes de cada unidad están limitados por sus propios puntos de apoyo y enfoque, inevitablemente solo consideran los intereses locales. Los planes y la planificación relevantes de cada departamento competente también tienen problemas como una consideración unificada insuficiente y acuerdos generales insuficientes. Hay una falta de información autorizada que tenga una visión integral de la situación general. Planes de desarrollo y planificación estratégica. Por lo tanto, se recomienda que todos los departamentos competentes instruyan a las unidades relevantes para que formulen planes y planes generales de investigación, desarrollo y producción de "mecatrónica" basados ​​en investigaciones en profundidad y análisis científicos, para evitar duplicaciones en el desarrollo y colisiones en la producción. /p>

(2) Fortalecer la gestión industrial y desempeñar el papel de "asociación"

En la actualidad, la "mecatrónica" es relativamente popular en mi país y, de acuerdo con el método y la gestión actuales de la división de la industria. "La política de "muchas puertas" es difícil. Por lo tanto, es necesario que nuestro país aclare una agencia de gestión unificada para la industria "mecatrónica", con base en el espíritu actual de reforma del sistema político nacional y la reforma del sistema económico, así como las características de la industria mecatrónica. La construcción de la Asociación de Mecatrónica de Beijing se fortalecerá lo antes posible. Darles funciones de gestión de la industria.

La "Asociación" debe ampliar aún más el nivel representativo y la cobertura del órgano rector, el Consejo, y fortalecer la construcción de oficinas y secretarías; debe organizar planes de desarrollo "industrial" y planes estratégicos a través de sus oficinas y entidades económicas inteligentes y capaces; formulación, guiar el ajuste del diseño de la industria, seleccionar avances en el desarrollo, hacer un buen trabajo al poner a prueba proyectos clave y emitir ofertas y licitaciones para proyectos relacionados...

(3) Optimizar el entorno de desarrollo y aumentar la fuerza de apoyo

Optimizar el entorno de desarrollo se refiere a crear una atmósfera a través de publicidad y publicidad masiva en la que la sociedad, tanto dentro como fuera de la empresa, dé importancia y apoye el desarrollo de la "mecatrónica", por ejemplo. posible para que los empresarios extranjeros inviertan en mi país y desarrollen "mecatrónica" "Brindar comodidad a la industria; hacer todo lo posible para dar luz verde al establecimiento de empresas de alta tecnología que desarrollen y produzcan productos mecatrónicos; hacer todo lo posible para asignar Buenos elementos de recursos para el desarrollo y producción de productos mecatrónicos, etc.

Aumentar el apoyo. En términos de políticas técnicas, debemos limitar estrictamente el desarrollo de productos tradicionales que consumen grandes cantidades de electricidad, agua y consumibles, y restringir y forzar la eliminación de productos atrasados ​​que no utilizan. promover vigorosamente el uso de la tecnología mecatrónica para transformar las industrias tradicionales. Se da prioridad a los proyectos de desarrollo y aplicación de tecnologías relevantes para que se establezcan y apoyen a los líderes de unidad y a los líderes que hayan contribuido al desarrollo de la tecnología. la aplicación tiene prioridad. El personal científico y técnico es elogiado y recompensado.

(4) Destacar las prioridades de desarrollo y tener en cuenta “dos niveles”

La industria de la mecatrónica cubre un área muy amplia, pero nuestros recursos financieros, humanos y materiales son limitados, por lo que cuando Si comprendemos el desarrollo de la industria de la mecatrónica, no podemos ser integrales y directos, sino que debemos distinguir las prioridades, tomar decisiones audaces, hacer algo y hacer algo que no se debe hacer. Debemos prestar atención al trabajo en dos niveles. El primer nivel es el trabajo "superficial", es decir, utilizar tecnología de la información electrónica para transformar industrias tradicionales, implantar o injertar dispositivos microelectrónicos (informáticos) en equipos electromecánicos tradicionales e integrar tecnologías "mecánicas" y "electrónicas" combinadas en un nivel superficial. . El segundo nivel es el trabajo de "mejora", es decir, al comienzo del diseño de un nuevo producto, lo "mecánico" y lo "electrónico" se consideran juntos, de modo que lo "mecánico" y lo "electrónico" son inseparables y están profundamente integrados para producir nuevos productos. El producto al menos está logrando la integración electromecánica.

7. Conclusión

En resumen, el surgimiento de la mecatrónica no es un hecho aislado, es la cristalización del desarrollo de muchas ciencias y tecnologías y es un requisito inevitable para el desarrollo social. productividad hasta una determinada etapa. Por supuesto, existen muchas tecnologías relacionadas con la mecatrónica y, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tendencia a la integración de diversas tecnologías será cada vez más obvia y las amplias perspectivas de desarrollo de la tecnología mecatrónica serán cada vez más brillantes. >