Мехатроніка

Визначення і загальна характеристика

МЕХАТРО́НІКА (від механіка й електроніка) — науково-технічний напрям, у ме­жах якого сформовано теоретичну основу синергетичної інтеграції знань та засобів механіки, електроніки, інформатики й керува­н­ня в різних галузях на­уки й техніки. М. пред­ставлена у формі автоматизов. механізмів та систем спец. при­значе­н­ня, що виконують складні функції, по­єд­нуючи фундам. закони механіки з принципами штучного інтелекту, автоматизов. керува­н­ня та інформатики. Обʼєкта­ми дослідж. М. є мех.-інформ. системи цілеспрямов. практ. при­значе­н­ня. Особливістю М. вважають модул. структуру й інформ. єд­ність алгоритмів керува­н­ня та функціонува­н­ня мех. систем. Докладне ви­вче­н­ня показало, що в діях механізмів існують внутр. алгоритми функціонува­н­ня, що систематизують дію фундам. законів фізики з елементами мех. системи. Це ви­значає принцип дії механізму, спрямов. на викона­н­ня певної функції. Зміна функції породжує зміну упорядкува­н­ня, а зміна упорядкува­н­ня призводить до виникне­н­ня ін. принципу дії й нового тех. обʼєкта, що від­різняє М. від універсал. робототехніки. Зміст М. — існува­н­ня за­мкненої логіко-інформ. системи, що складається з алгоритмів функціонува­н­ня (побудов. за законами фізики) та керува­н­ня (за законами інформатики й формал. логіки). Таке логіко-інформ. по­єд­на­н­ня роз­миває традиц. роз­поділ на обʼєкт керува­н­ня та систему керува­н­ня. Зміни фіз. стану мех. складової керують гнучким алгоритмом інформ. складової, що зміною свого стану формує інформ. вплив на алгоритм функціонува­н­ня мех. складової.

Термін «М.», згідно з япон. джерелами, увів 1969 ст. інж. компанії «Yaskawa Electric» Т. Морі, 1972 зареєстровано як торг. марку (внаслідок широкого викори­ста­н­ня цього терміна компанія від­мовилася від його за­стосува­н­ня як торг. знака). Спочатку М. уособлювала механізми з електрон. керува­н­ням та стеже­н­ням. Витоки М. сягають початку за­стосува­н­ня пром. компʼютерів та контролерів в автоматизов. обʼєк­тах і механізмах — автопілотах літаків, вер­статах із числовим про­грам. керува­н­ням, роботах, гнучких автоматизов. виробництвах, при­строях штуч. кровообігу та диха­н­ня, системах жит­тєзабезпече­н­ня косміч. апаратів. Існує також твердже­н­ня, що в М. персонал. ком­пʼютери отримали статус персональних не лише для користувачів, а й для окремих механізмів. Уперше принципи М. було за­стосовано в електромех. приводах з компʼютер. керува­н­ням, які впроваджено у виробництво (вер­стато-, приладобудува­н­ня, допоміжне обладна­н­ня, складал. виробництва, робототехніка). По­ступово до М. долучено гідравлічні, пневмат., пʼєзокерам. приводи та різноманітні виконавчі при­строї. Галузь за­стосувань поширилася на побут., харч. і пере­робну, с.-г., мед. техніку, фармацевт. та нафтопереробну промисловості, системи мікроклімату, водопо­­стача­н­ня тощо. Завдяки здешевлен­ню компʼютер. та сенсор. техніки, роз­витку роз­поділених систем керува­н­ня й від­повід. про­грам. забезпече­н­ня, формуван­ню новіт. технологій та опану­ван­ню нетрадиц. фіз. процесів М. охопила значну ділянку в машинобудуван­ні усіх напрямів. Від 1990-х рр. багатофункціональність та висока ефективність з від­носно невеликими затратами зробили М. без­альтернатив. напрямом роз­витку техніки в пост­кібернет. просторі. Гол. тенденцією її подальшого роз­витку є пере­хід до гібрид. та децентралізов. систем керува­н­ня й під­вище­н­ня рівня від­повід­ності алго­ритмів керува­н­ня до алгоритмів фіз.-мех. функціонува­н­ня обʼєктів М. Досягне­н­ня М. стосуються як традиц. напрямів техніки завдяки здешевлен­ню (побут. техніка, системи кондиціонува­н­ня, водо- та теплопо­стача­н­ня, транс­порт­ні засоби), так і внаслідок реалізації нових під­ходів — нейро-, ЕФ-мережі. Приклади мехатрон. роз­робок у медицині — штучне серце, печінка, екзоскелети, хірург. інструменти, реанімац. техніка; у пром. виробництві — Industry 4.0; у транс­порті — без­пілотні автомобілі та потяги, вакуум. потяг (гіперлуп). Цікавими є напрацюва­н­ня з біо­ніки, напр., фірм «Sie­mens» і «Festo». Це штучні творі­н­ня за природ. прототипами і мехатрон­ні, що імітують метелика, птаха, кенгуру тощо та їхні групи (робота мурашок, політ метеликів), помічника людини (друж. робот). В Україні досягне­н­ня М. повʼязані з фірмами, для яких характерне динам. ви­роб-во: авіабудува­н­ня, автоматизов. зварювал.-складал. ви­роб-во, медицина, тепло­енергетика, побут. та харчопереробна техніка. Роз­виток М. до­зволив практично пере­йти на вищий рівень якості тех. засобів нових поколінь, нових видів систем та устаткува­н­ня майже у всіх галузях техніки. Не­зважаючи на високий рівень М. як тех. засобу автоматизації, її місце, як самост. наук. напряму, пере­буває на етапі формува­н­ня. Теор. під­ґрун­т­тя М., здебільшого, належить до здобутків ін. наук. шкіл: кібернетики, механіки, автоматики, робототехніки, електроніки, інформатики, штуч. інтелекту. Таке по­єд­на­н­ня до­зволило пере­йти на якісно вищий рівень тех. засобів, до нових видів автоматизов. систем та устаткува­н­ня майже у всіх сегментах техніки. Найвагоміші практ. досягне­н­ня М. за­звичай повʼязані з фірмами-роз­робниками новіт. техніки в усіх галузях машинобу­дува­н­ня. В Україні власні роз­робки з М. здійснюють Київ. ін­ститут автоматики (див. Автоматики Ін­ститут), Електрозварюва­н­ня Ін­ститут ім. Є. Па­­тона НАНУ, Кібернетики Ін­ститут ім. В. Глушкова НАНУ, Проб­лем моделюва­н­ня в енергетиці Ін­ститут НАНУ, держ. під­приємство «Антонов» (див. АНТК імені О. К. Ан­­то­нова), КБ «Луч» (усі — Київ) та «Пів­ден­не» (Дні­про), наук.-вироб. під­приємство «Хартрон» (Харків) та ін. Від 1990-х рр. М. почали ви­вчати в провід. тех. університетах роз­винутих країн, від 2000-х рр. — України, зокрема започатковано мехатрон­ні спеціалізації від­повід­но до профілів ВНЗів (майже всі тех. університети). Результати дослідж. у галузі М. висвітлюють часописи «Автоматическая сварка», «Управляющие системы и машины», «Electronic modeling», «Journal of Applied Mechanical Engineering», «Mechatronics», «Mechatronic Sys­­tems and Control», «Modeling and Information Technologies».

Літ.: Голобородько О. О. та ін. Меха­трон­ні системи автомобільного транс­­порту. Х., 2006; Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение. Москва, 2007; R. H. Bishop. The Mecha­tronics Handbook. 2nd ed. 2007; D. G. Al­­ciatore, M. B. Histand. Introduction to Me­­chatronics and Measurement Systems. 4th ed. 2012; M. Jouaneh. Fundamentals of Mechatronics. 2013; W. Bolton. Mecha­tronics: Electronic Control Systems in Me­­chanical and Electrical Engineering. 2015; Яхно О. М. та ін. Прикладна гідроаеромеханіка і механотроніка. Вн., 2017.

О. П. Губарев

Завантажити статтю