Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti AUTOMOBILOVÁ MECHATRONIKA 1.přednáška SMAD Ing. Gunnar Künzel.

Prezentace na téma: "Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti AUTOMOBILOVÁ MECHATRONIKA 1.přednáška SMAD Ing. Gunnar Künzel."— Transkript prezentace:

1 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti AUTOMOBILOVÁ MECHATRONIKA 1.přednáška SMAD Ing. Gunnar Künzel

2 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Mechatronika, řízení a automobil Cíl přednášky: –základní pojmy, souvislosti s dalšími obory (mechanikou, elektronikou, informatikou, měřením a řízením); –automobil jako mechatronický systém (blokové schéma struktury a podsystémů); –základní principy řízení a automatické regulace (definice, vazby);

3 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Osnova přednášky Mechatronika – definice a souvislosti Mechatronická soustava, mechatronický systém – struktura a charakteristika Mechatronický výrobek, inteligentní materiály a technologie Ukázky soustavy, systému a výrobku Automobil jako mechatronický systém Struktura dynamického systému automobilu Dílčí systémy automobilu Důležité konstrukční skupiny automobilu Toky látek, energií a informací Bloková schémata logického řízení a automatické regulace Perspektivy mechatroniky

4 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Definice mechatroniky  Synergická integrace strojního inženýrství s elektronikou a inteligentním řízením. Návrhová integrace vede k produktu s novou dimenzí funkčnosti. Návrh a výroba výrobků a zařízení - mechanická funkčnost, integrované algoritmické řízení. důraz na odlišení mezi mechatronikou, informační technologiemi a elektromechanickým návrhem. Mechatronické výrobky plní nějaké mechanické funkce oproti pouhému zpracování dat a jsou algoritmicky řízeny nejen klasickými PID regulátory. Navrhování inteligentních strojů-důraz na typickou vlastnost mechatronických produktů – jistou míru jejich inteligence (programovatelnost, samoregulovatelnost, adaptivita, samodiagnostika, komunikace, samoopravitelnost, učení a samoorganizace).

5 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Souvislosti mechatroniky

6 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Mechatronická soustava Mechatronická soustava je řízená elektromechanická soustava s technologickým působením – pracovní stroj nebo zařízení, navrhované jako elektro – mechanicko - technologická transformace pro optimální přeměnu vstupní mechanické energie ve výstupní technologický účinek Struktura soustavy různé fyzikální povahy je tvořena vazbami mezi kombinovanými soustavami (např. elektromechanickou, elektrohydraulickou nebo elektropneumatickou) Blokové schéma transformace a přenosu energie

7 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Struktura mechatronického systému Typický mechatronický systém tvoří následující bloky: senzory, akční členy, elektronické a výkonové obvody, řízená soustava a mechanismy, řídicí počítač

8 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Charakteristika mechatronického systému jako celek disponuje jistou mírou inteligence. představuje integraci kombinované soustavy, elektroniky, informačních a řídících technologií jeho funkce se vyznačuje řízenými energetickými a informačními interakcemi s prostředím Součástí technického a programového vybavení mechatronického systému bývá průběžná diagnostika a identifikace poruch. řídicí systém výrobních strojů - vyhodnocování kvality technologických operací a produktů výrobního procesu. informačně-řídicí systém monitorování a vizualizace dává informace o procesu operátorovi nebo vyššímu řídicímu systému

9 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Charakteristika mechatronického výrobku obsahuje mnohasmyčkové především číslicové regulátory, signálové procesory, neuronové sítě apod. Smart senzory a měniče energie - nové principy i materiály (kompozity, slitiny s tvarovou pamětí apod.). vykazuje „inteligenci“ - programovatelnost, samoregulovatelnost inteligentní chování - poskytování rad uživatelům, diagnostika vlastních chyb, učení se na základě získaných zkušeností s cílem zlepšit vlastní chování v příštích podobných situacích, zvyšování univerzálnosti, přizpůsobivosti, provozní bezpečnosti, ekologičnosti a ergonomičnosti výrobku Konečný cíl – poskytnutím lepší nabídky zákazníkům dosáhnout lepšího uplatnění výrobku na trhu.

10 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Inteligentní materiály v mechatronice

11 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Vybrané technologie v mechatronice Křemíkové technologie (Silicon Process), MEMS LIGA technologie (LIGA technology) LIRIE technologie (LIRIE technology) Technologie obrábění paprskem (Beam Machining) Technologie elektrojiskrového obrábění (Electro-discharge machining) Technologie fotoformování (Photoforming) Technologie vstřikovacího tvarování (Injection Molding) Informační technologie Konvenční obrábění (Conventional machining) Informační technologie, nanotechnologie

12 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Navrhování mechatronických výrobků Stanovení rozdělení mezi jednotlivými komponentami Určení použitých pomocných zdrojů energie Specifikace typů a umístění akčních členů Volba architektury elektroniky a softwaru Návrh techniky řízení a tvorba synergií Realizace výrobku Uplatňuje se modelování a simulace (Dymola, Modelica, 20-sim, MATLAB-Simulink) a nástroje pro technická řešení (CAD-CAE, CAD-CS, CFD, VHDL, PADS)

13 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Balící stroj jako mechatronická soustava

14 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Ukázka mechatronického systému 1 - hydraulické čerpadlo 2 - proporcionální ventil 3 - tlumič 4 - pasivní pružina 5 - pasivní tlumič 6 - regulátor 7 - signály (dráhy, úhly, zrychlení) Aktivní odpružení (Active body control)

15 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Ukázka mechatronického výrobku

16 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Automobil – technicko-biologický systém (člověk-stroj) Osobní automobil –technický komplexní systém pro přepravu cestujících z výchozího bodu do cílového místa Řidič –biologický objekt, který pomocí mozkové činnosti (ústředního regulátoru) a práce paží a nohou (akčních členů) řídí pohyb automobilu, který tvoří regulovanou soustavu Pro vyšetřování dynamiky vozu definujeme souřadnice, popisující polohu, rychlost pohybu a působící síly a momenty vzhledem k jednotlivým osám

17 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Souřadnicový systém automobilu

18 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Dynamický systém automobilu Subsystém horizontální dynamiky v podélném směru; Subsystém horizontální dynamiky v příčném směru; Subsystém svislé dynamiky; Existence jednotlivých pohybů vede k formulaci vazeb mezi těmito podsystémy. Řidič představuje pro zkoumaný systém prvek okolí. Směr jízdy řídí pomocí volantu, rychlost pomocí pedálu akcelerátoru a brzdového pedálu. Další vlivy okolí: vítr, sníh, déšť, nerovnosti vozovky, kvalita povrchu vozovky, změna vlastností vozu např. nevhodné pneumatiky – poruchy, nežádoucí pohyby.

19 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Struktura dynamického systému vazby jednotlivých subsystémů automobilu

20 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Funkční jednotky vozidla Komplexní systém se skládá z dílčích funkčních jednotek Se znalostmi průběhu funkcí v dílčích jednotkách – např. v motoru, podvozku, převodech, elektronických systémech apod. lze lépe rozumět celému systému automobilu s ohledem na údržbu, diagnostiku a opravy. Každý systém má vstupy, výstupy a hranice systému, kde probíhá zpracování energie, materiálu a informací.

21 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Funkční jednotky vozidla Systém motorového vozidla

22 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Dílčí systémy motorového vozidla

23 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Konstrukční skupiny v komplexním systému automobilu Osobní automobil jako spojení různých funkčních jednotek

24 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Konstrukční skupiny v komplexním systému automobilu Struktura konstrukčních skupin v motorovém vozidle

25 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Konstrukční skupina POHON Pohon se skládá z dílčích systémů: –motor, –převodovka, –kloubové hřídele, –pohon nápravy, –hnací hřídele, –hnací kola. Dílčí systémy jsou opět tvořeny společným působením základních systémů.

26 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Konstrukční skupina POHON

27 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Tok látek a energie v systému motorového vozidla Aby tok látek a energie probíhal optimálně, musí dílčí systémy určitým způsobem spolupracovat. Jejich kontrolu a vzájemnou koordinaci zajišťují měřicí, regulační a řidicí jednotky.

28 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Informační tok a struktura dílčích systémů a funkčních jednotek komplexního systému automobilu

29 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Logické řízení Řízení – je cílevědomá činnost působící přímo nebo nepřímo na řízený objekt tak, aby bylo dosaženo předepsaného cíle Automatické ovládání – řízení bez zpětné vazby (neexistuje zpětná kontrola o splnění předepsaného cíle), ovládání lze vylepšit pomocí programu

30 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spojité řízení Automatická regulace – řízení se zápornou zpětnou vazbou, porovnává se skutečná hodnota regulované veličiny s požadovanou hodnotou řídicí veličiny, regulační odchylky, je využíváno k činnosti regulátoru, pomocí kterého dodáváme energii do regulované soustavy

31 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Perspektivy mechatroniky mechatronika je budoucností strojního inženýrství; mechatronika je základem nových strojů a nových výrobků; mechatronika je přítomna denně od inteligentních přístrojů a spotřební elektroniky v domácnosti až po nejmechatroničtější výrobek - automobil (ABS, ESP, řízené vstřikování, palubní počítač, zabezpečení, komfortní systémy jízdy); mechatronika představuje disciplínu orientovanou na výrobek (analýza japonských přístupů); omezení uplatnění mechatroniky (koncept výrobku z hlediska funkčnosti a realizovatelnost jednotlivých funkcí, ekonomické hledisko a uplatnění na trhu).

32 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Závěr V úvodní přednášce byli studenti seznámeni se základními pojmy z mechatroniky a souvislostmi s dalšími obory. Automobil byl prezentován jako struktura dílčích podsystémů, které plní dané funkce. Byly vysvětleny principy logického řízení a automatické regulace.

33 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Použitá literatura GMITERKO, A. Mechatronika – Hnacie faktory, charakteristika a koncipovanie mechatronických sústav, Strojnícka fakulta TU, Košice, ISBN 80-8073-157-8. KABEŠ, K., VACULÍKOVÁ, E. Mechatronické systémy – charakteristika, návrh, řízení, Automatizace, roč. 49, č. 5, 2006, str. 330-332. Perspektivy mechatroniky, sborník konference, SOŠ a SOU Lanškroun, 25-09-2007. MAIXNER, L. a kol. Mechatronika – Učebnice pro střední školy, Computer Press, Praha, 2006, ISBN: 80-251-1299-3. VALÁŠEK, M. a kol. Mechatronika, vydavatelství ČVUT, Praha, 1996. BRADLEY, D. - RUSSELL, D. W.: Mechatronics in Action. London : Springer-Verlag, c2010, 263 s. ISBN 978-1-84996-079-3. DAS, S.: Mechatronic Modeling and Simulation Using Bond Graphs. Taylor & Francis Group, c2009, 483 s. ISBN 978-1-4200-7314-0. WILAMOWSKI, B. M. – IRWIN, D. J.: Control and mechatronics. Taylor & Francis Group, c2010, ISBN 978-1-4398-0287-8. GREGORA, S. a kol. Elektronické a mechatronické systémy v konstrukci silničních vozidel, UP, Pardubice, 2008, ISBN: 978-80-7194-982-8. GSCHEIDLE, R. a kol. Příručka pro automechanika, SOBOTÁLES, Praha, 2001, 629 s, ISBN: 80-85920-76-X.

34 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Děkuji za pozornost