Motto:Motto: „ Imaginaţia este mai importantă decât „ Imaginaţia este mai importantă decât cunoaşterea ”cunoaşterea ” Albert EinsteinAlbert Einstein

- MECATRONICA -- MECATRONICA -TEHNOLOGIA VIITORULUITEHNOLOGIA VIITORULUI

Prof. Mihaela MatrozProf. Mihaela Matroz

Mecanic

a

Electronica

MECATRONICA

Software

- MECATRONICA -- MECATRONICA -TEHNOLOGIA VIITORULUITEHNOLOGIA VIITORULUI

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, o combinaţie sinergetică între al ingineriei, o combinaţie sinergetică între mecanica de precizie,sistemele electronice de mecanica de precizie,sistemele electronice de comandă şi control şi informatică,ce serveşte comandă şi control şi informatică,ce serveşte proiectării, realizării, punerii în funcţiune şi proiectării, realizării, punerii în funcţiune şi exploatării de sisteme automate inteligente.exploatării de sisteme automate inteligente.

  Conceptul de mecatronică s-a născut în Conceptul de mecatronică s-a născut în Japonia la începutul deceniului al optulea al Japonia la începutul deceniului al optulea al secolului trecut. Termenul în sine a fost secolului trecut. Termenul în sine a fost brevetat de către concernul Yaskawa Electric brevetat de către concernul Yaskawa Electric Co. şi a fost utilizat pentru a descrie fuziunea Co. şi a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologică: tehnologică:

MECANICĂ– ELECTRONICĂ– INFORMATICĂMECANICĂ– ELECTRONICĂ– INFORMATICĂ

Tot ceea ce numim astăzi produs de Tot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tehnicitate, este produs înaltă tehnicitate, este produs mecatronic. mecatronic.

Mecatronica este rezultatul evoluţiei Mecatronica este rezultatul evoluţiei fireşti in dezvoltarea tehnologică. fireşti in dezvoltarea tehnologică. Tehnologia electronică a stimulat aceasta Tehnologia electronică a stimulat aceasta evoluţie. Dezvoltarea microelectronicii a evoluţie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanică. permis integrarea electromecanică.

In următoarea etapă, prin integrarea In următoarea etapă, prin integrarea microprocesoarelor în structurile microprocesoarelor în structurile electromecanice, acestea devin electromecanice, acestea devin inteligente şi astfel s-a ajuns la inteligente şi astfel s-a ajuns la mecatronicămecatronică..

Tehnologia mecatronică aduce în Tehnologia mecatronică aduce în centrul atenţiei problema informaţiei centrul atenţiei problema informaţiei care, este componenţa dătătoare de care, este componenţa dătătoare de ton în raport cu materialul şi energia. ton în raport cu materialul şi energia. Aceasta poziţie a informaţiei este Aceasta poziţie a informaţiei este motivată de către japonezi prin motivată de către japonezi prin următoarele argumente:următoarele argumente:

Informaţia asigură satisfacerea Informaţia asigură satisfacerea nevoilor spirituale ale omului;nevoilor spirituale ale omului;

Numai informaţia creşte valoarea nou Numai informaţia creşte valoarea nou adăugată a tuturor lucrurilor; adăugată a tuturor lucrurilor;

Informaţia înseamnă cultură.Informaţia înseamnă cultură.

EXEMPLE DE PRODUSE SI EXEMPLE DE PRODUSE SI SISTEME MECATRONICESISTEME MECATRONICE

Practic tot ceea ce numim produs de Practic tot ceea ce numim produs de inalta tehnicitate este produs inalta tehnicitate este produs mecatronic. Automobilul modern, mecatronic. Automobilul modern, robotii, tehnica de calcul, tehnica de robotii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicatii, aparatura biomedicala, telecomunicatii, aparatura biomedicala, sistemele de transport inteligent, sistemele de transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura aparatura de cercetare, aparatura electrocasnica, aparatura cine-foto si electrocasnica, aparatura cine-foto si audio-video, masinile agricole moderne audio-video, masinile agricole moderne etc., sunt exemple reprezentative de etc., sunt exemple reprezentative de produse mecatronice. produse mecatronice.

Mecatronica s-a născut în mediul Mecatronica s-a născut în mediul industrial. Strădaniile la nivel industrial. Strădaniile la nivel academic pentru a asigura pregatirea academic pentru a asigura pregatirea specialiştilor în acord cu cerinţele noii specialiştilor în acord cu cerinţele noii tehnologii au condus la conturarea tehnologii au condus la conturarea principiilor mecatronice în educaţieprincipiilor mecatronice în educaţie: :

Aceste principii sunt:Aceste principii sunt:hands on – prezenta palpabilă a hands on – prezenta palpabilă a

obiectului de studiu ;obiectului de studiu ;learning by doing – învatarea prin learning by doing – învatarea prin

practicăpracticăinteraction – interacţiunea sistemelor interaction – interacţiunea sistemelor

mecanice , electronice, informatice.mecanice , electronice, informatice.

Laboratoarele interdisciplinare de mecatronica Laboratoarele interdisciplinare de mecatronica constituie baza pentru materializarea principiilor: constituie baza pentru materializarea principiilor: “educatie prin practica”, “educatie prin cercetare”.“educatie prin practica”, “educatie prin cercetare”.

Aflată la intersecţia unor domenii ale ştiinţei cu Aflată la intersecţia unor domenii ale ştiinţei cu performanţe de vârf în implementarea noilor performanţe de vârf în implementarea noilor tehnologii, mecatronica abordează concepte şi tehnologii, mecatronica abordează concepte şi sisteme noi în ingineria micro şi nano senzorilor şi sisteme noi în ingineria micro şi nano senzorilor şi sistemelor de acţionare, materiale şi compozite sistemelor de acţionare, materiale şi compozite pretabile pentru implementări la scară celulară sau pretabile pentru implementări la scară celulară sau atomică, structuri celulare şi reţele neuronale, atomică, structuri celulare şi reţele neuronale, sisteme ce prefigurează conceptele de sisteme ce prefigurează conceptele de nanoelectronică capabile să producă viitoarele nano-nanoelectronică capabile să producă viitoarele nano-procesoare, noi concepte ale inteligenţei artificiale procesoare, noi concepte ale inteligenţei artificiale privind adaptibilitatea, capacitatea de a raţiona, privind adaptibilitatea, capacitatea de a raţiona, capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere axându-se în special pe controlul robust, tolerant la axându-se în special pe controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv,inteligent, sisteme expert şi neuro-defecte, adaptiv,inteligent, sisteme expert şi neuro-fuzzy etc.fuzzy etc.

Sistemele mecatronice asigura :Sistemele mecatronice asigura :

multifuncţionalitate;multifuncţionalitate;flexibilitate;flexibilitate;posibilitatea acţionării la posibilitatea acţionării la

distanţădistanţăevoluţie continuă datorată evoluţie continuă datorată

dinamicii cerinţelor pieţii;dinamicii cerinţelor pieţii;imitare a naturii - adaptabilitateimitare a naturii - adaptabilitate..

Oferind soluţii eficiente pentru promovarea Oferind soluţii eficiente pentru promovarea interdisciplinarităţii, mecatronica a devenit suportul interdisciplinarităţii, mecatronica a devenit suportul demersurilor pentru stimularea initiaţivei şi a demersurilor pentru stimularea initiaţivei şi a creativităţii.creativităţii.

Foarte curând mecatronica a devenit filosofie. Pentru Foarte curând mecatronica a devenit filosofie. Pentru practica inginerească filosofia mecatronică a marcat practica inginerească filosofia mecatronică a marcat saltul de la ingineria traditională, secvenţială, la saltul de la ingineria traditională, secvenţială, la ingineria simultană sau concurentă.ingineria simultană sau concurentă.

In ultimii ani mecatronica este definită simplu: ştiinta In ultimii ani mecatronica este definită simplu: ştiinta maşinilor inteligente. Mai recent demersurile pentru maşinilor inteligente. Mai recent demersurile pentru înnoire în educaţie şi cercetare aduc în atenţie înnoire în educaţie şi cercetare aduc în atenţie problema mecatronicii ca: mediu educaţional în problema mecatronicii ca: mediu educaţional în societatea informaţională, respectiv mediu de societatea informaţională, respectiv mediu de proiectare şi fabricare integrată pe fundalul căruia s-a proiectare şi fabricare integrată pe fundalul căruia s-a dezvoltat conceptul de proiectare pentru control. dezvoltat conceptul de proiectare pentru control.

In literatura de specialitate au devenit consacrate In literatura de specialitate au devenit consacrate extinderi în alte domenii ca: hidronica, pneutronica, extinderi în alte domenii ca: hidronica, pneutronica, termotronica, autotronica, agromecatronica termotronica, autotronica, agromecatronica (agricultura de precizie).(agricultura de precizie).

Evoluţia în dezvoltarea tehnologică înseamna: Evoluţia în dezvoltarea tehnologică înseamna: micromecatronică, nanomecatronică şi biomecatronică. micromecatronică, nanomecatronică şi biomecatronică. Tendinţa generală este de “intelectualizare a maşinilor Tendinţa generală este de “intelectualizare a maşinilor şi sistemelor” şi sistemelor” ..

INTEGRONICA SI INTEGRONICA SI MECATRONICAMECATRONICA

Integronica este ştiinta proceselor de Integronica este ştiinta proceselor de integrare şi a sistemelor hiperintegrate, integrare şi a sistemelor hiperintegrate, aşa cum este organismul uman. Ea ţine aşa cum este organismul uman. Ea ţine seama de unitatea indisolubilă a lumii în seama de unitatea indisolubilă a lumii în care trăim şi necesitatea unei care trăim şi necesitatea unei perspective unice asupra acestei lumi. perspective unice asupra acestei lumi.

Unitatea ştiintă, literatură, artă, Unitatea ştiintă, literatură, artă, tehnologie, se realizează în cadrul tehnologie, se realizează în cadrul definit de matematică, cibernetică şi definit de matematică, cibernetică şi filosofie.filosofie.

La baza integronicii se află nu numai La baza integronicii se află nu numai unitatea lumii înconjurătoare ci si unitatea unitatea lumii înconjurătoare ci si unitatea gnoseologică, a cunoaşterii de către gnoseologică, a cunoaşterii de către subiect a acestei lumi. Pentru că nu se subiect a acestei lumi. Pentru că nu se poate vorbi de o cunoaştere fizică, chimică poate vorbi de o cunoaştere fizică, chimică şi nici chiar despre o cunoaştere ştiintifică şi nici chiar despre o cunoaştere ştiintifică sau artistică, cunoaşterea umană fiind sau artistică, cunoaşterea umană fiind unitară. Personalitatea unui individ nu unitară. Personalitatea unui individ nu depinde atat de largimea orizontului si de depinde atat de largimea orizontului si de bogatia cunostintelor sale, cat de modul in bogatia cunostintelor sale, cat de modul in care le organizeaza si le integreaza, care le organizeaza si le integreaza, integrarea fiind mai importanta decat integrarea fiind mai importanta decat volumul si bogatia cunostintelor sale.volumul si bogatia cunostintelor sale.

Prin comparaţie cu teoria sistemelor Prin comparaţie cu teoria sistemelor şi cibernetică care studiază sistemele şi cibernetică care studiază sistemele gata formate, integronica ţine seama gata formate, integronica ţine seama de modul în care sistemele se de modul în care sistemele se constituie şi se dezvoltă.constituie şi se dezvoltă.

In acest context mecatronica poate fi In acest context mecatronica poate fi considerată ca o viziune integronică considerată ca o viziune integronică în tehnologie.în tehnologie.

Problema integrării este esenţială în Problema integrării este esenţială în mecatronică. In realizarea diferitelor mecatronică. In realizarea diferitelor produse şi sisteme, trebuie găsite produse şi sisteme, trebuie găsite soluţii specifice pentru integrarea soluţii specifice pentru integrarea componentelor: componentelor:

Până în prezent sunt validate doua Până în prezent sunt validate doua soluţii: integrarea în modul hardware soluţii: integrarea în modul hardware şi integrarea în modul softwareşi integrarea în modul software

Integronica aduce în atenţie noi soluţii Integronica aduce în atenţie noi soluţii de integrare ca: integrarea genetică, de integrare ca: integrarea genetică, integrarea prin dependenţă, integrarea integrarea prin dependenţă, integrarea prin alegere etc.prin alegere etc.

In acest sens, este important de In acest sens, este important de înţeles că integrarea este un proces înţeles că integrarea este un proces firesc în natură. Pentru aceasta firesc în natură. Pentru aceasta natură a creat forme si structuri natură a creat forme si structuri specifice care favorizează integrarea.specifice care favorizează integrarea.

Integrarea este însoţită de procesul Integrarea este însoţită de procesul de superizare, deoarece întregul, de superizare, deoarece întregul, sistemul are proprietăţi emergente pe sistemul are proprietăţi emergente pe care nu le au componentele (celulele care nu le au componentele (celulele se înmulţesc, macromoleculele nu au se înmulţesc, macromoleculele nu au aceasta proprietate).aceasta proprietate).

Mecatronica a deschis orizonturi nebanuite Mecatronica a deschis orizonturi nebanuite in toate domeniile, datorita stimularii in toate domeniile, datorita stimularii efectului de sinergie.efectului de sinergie.

Prin faptul ca informatia este componenta Prin faptul ca informatia este componenta datatoare de ton in mecatronica, impactul datatoare de ton in mecatronica, impactul tehnologiei depaseste sfera economicului, tehnologiei depaseste sfera economicului, fiind esential in domeniile social, cultural etc.fiind esential in domeniile social, cultural etc.

Aceasta explica interesul deosebit la nivelul Aceasta explica interesul deosebit la nivelul tarilor comunitare de a lansa initiative si a tarilor comunitare de a lansa initiative si a dezvolta programe speciale pentru acest dezvolta programe speciale pentru acest domeniu. Demersurile intaresc convingerea domeniu. Demersurile intaresc convingerea ca in societatea informationala, relevanta ca in societatea informationala, relevanta culturala depinde de performantele tehnice, culturala depinde de performantele tehnice, tehnologice.tehnologice.

MECATRONICA SI ROBOŢII MECATRONICA SI ROBOŢII INDUSTRIALIINDUSTRIALI

În 1920, scriitorul ceh Karel În 1920, scriitorul ceh Karel Čapek publică piesa de Čapek publică piesa de teatru Roboţii universali ai teatru Roboţii universali ai lui Rosum), în care apare lui Rosum), în care apare termenul termenul robot,robot, adoptat pe adoptat pe plan internaţional după plan internaţional după traducerea în limba traducerea în limba engleză.engleză.

La începutul secolulului XX, La începutul secolulului XX, este menţionată pentru este menţionată pentru prima dată o maşină prima dată o maşină capabilă să îndeplinească capabilă să îndeplinească sarcini în locul omului.În sarcini în locul omului.În cehă, cuvântul înseamnă cehă, cuvântul înseamnă „„muncitor,muncitor, servitorservitor” şi a ” şi a fost propus de fapt de fost propus de fapt de fratele scriitorului, Josef.fratele scriitorului, Josef.

Primele cercetari in domeniul roboticii au Primele cercetari in domeniul roboticii au fost initiate la inceputul anilor '60. Dupa un fost initiate la inceputul anilor '60. Dupa un avant substantial al aplicatiilor roboticii in avant substantial al aplicatiilor roboticii in domeniul industrial, cu precadere in domeniul industrial, cu precadere in industria automobilelor, la inceputul anilor industria automobilelor, la inceputul anilor '90 s-au conturat multiple aplicatii in '90 s-au conturat multiple aplicatii in domeniile neindustriale domeniile neindustriale (nemanufacturiere). Asupra acestor (nemanufacturiere). Asupra acestor aplicatii dorim sa atragem atentia, cu atat aplicatii dorim sa atragem atentia, cu atat mai mult cu cat s-a estimat ca robotica mai mult cu cat s-a estimat ca robotica urmeaza sa joace un rol insemnat in urmeaza sa joace un rol insemnat in restructurarea civilizatiei mileniului trei.restructurarea civilizatiei mileniului trei.Aceasta afirmatie poate fi usor sustinuta cu Aceasta afirmatie poate fi usor sustinuta cu cateva date statistice continute in ultimul cateva date statistice continute in ultimul raport (pe 2001) al IFR (International raport (pe 2001) al IFR (International Federation of Robotics).Federation of Robotics).

Astfel, în anul 2000 s-au pus în funcţiune Astfel, în anul 2000 s-au pus în funcţiune 98700 unităţi de roboţi, numărul total 98700 unităţi de roboţi, numărul total ajungând la 749800 de unităţi, iar ajungând la 749800 de unităţi, iar valoarea totală a pieţei corespunzătoare valoarea totală a pieţei corespunzătoare acestui domeniu a fost estimată la 5,7 acestui domeniu a fost estimată la 5,7 mld. de dolari SUA.mld. de dolari SUA.

Statisticile privind tipurile de roboţi arată Statisticile privind tipurile de roboţi arată sugestiv creşteri importante ale numărului sugestiv creşteri importante ale numărului roboţilor care răspund unor aplicaţii roboţilor care răspund unor aplicaţii neindustriale. Dacă în cursul anului 2000 neindustriale. Dacă în cursul anului 2000 numărul unităţilor instalate a ajuns la numărul unităţilor instalate a ajuns la 112500, la sfârşitul anului 2004 se 112500, la sfârşitul anului 2004 se estimează ca numărul acestora va ajunge estimează ca numărul acestora va ajunge la aproape 625000.la aproape 625000.

Beneficiile introducerii Beneficiile introducerii roboţilor in industrie includ roboţilor in industrie includ managementul controlului şi managementul controlului şi al productivităţii şi creşterea al productivităţii şi creşterea evidentă calităţii produselor. evidentă calităţii produselor. Roboţii pot lucra zi si noapte Roboţii pot lucra zi si noapte fără a obosi sau a-şi reduce fără a obosi sau a-şi reduce performanţa. Consecvent performanţa. Consecvent realizează reduceri realizează reduceri substanţiale ale preţului de substanţiale ale preţului de cost în primul rând prin cost în primul rând prin reducerea consumurilor de reducerea consumurilor de materii prime şi al prelucrării materii prime şi al prelucrării automate a acestora. De automate a acestora. De asemenea utilizarea roboţilor asemenea utilizarea roboţilor aduce avantaje pe piaţa aduce avantaje pe piaţa concurentială. concurentială.

Roboţii oferă beneficii Roboţii oferă beneficii substanţiale substanţiale muncitorilor, industriilor muncitorilor, industriilor şi implicit ţărilor.şi implicit ţărilor.

In situatia folosirii în In situatia folosirii în scopuri paşnice, roboţii scopuri paşnice, roboţii industriali pot influenţa industriali pot influenţa pozitiv calitatea vieţii pozitiv calitatea vieţii oamenilor prin oamenilor prin înlocuirea acestora în înlocuirea acestora în spaţii: periculoase, cu spaţii: periculoase, cu condiţii de mediu condiţii de mediu dăunătoare omului, cu dăunătoare omului, cu condiţii necunoscute de condiţii necunoscute de exploatare etcexploatare etc

Prin dezvoltarea rapidă a industriei şi a tehnicii de calcul, Prin dezvoltarea rapidă a industriei şi a tehnicii de calcul, putem observa evoluţia roboţilor industriali către putem observa evoluţia roboţilor industriali către generaţiile inteligente ce le oferă caracteristica de a generaţiile inteligente ce le oferă caracteristica de a “înţelege" mediul în care lucrează.“înţelege" mediul în care lucrează.

Aceasta dezvoltare, chiar spectaculoasă, în direcţia Aceasta dezvoltare, chiar spectaculoasă, în direcţia aplicaţiilor neindustriale justifică trecerea în revistă în aplicaţiilor neindustriale justifică trecerea în revistă în rândurile de mai jos a principalelor subdomenii în care rândurile de mai jos a principalelor subdomenii în care roboţii nemanufacturieri sau roboţii de serviciu îşi pot găsi roboţii nemanufacturieri sau roboţii de serviciu îşi pot găsi aplicabilitate.aplicabilitate.

Aceste domenii sunt construcţiile, reabilitarea bolnavilor, Aceste domenii sunt construcţiile, reabilitarea bolnavilor, comerţ, transport şi circulaţia mărfurilor, administraţia comerţ, transport şi circulaţia mărfurilor, administraţia locală, protecţia mediului înconjurător în agricultură; locală, protecţia mediului înconjurător în agricultură; supraveghere, inspecţie, protecţia de radiaţii şi intervenţii supraveghere, inspecţie, protecţia de radiaţii şi intervenţii în caz de catastrofe; hoteluri şi restaurante; în medicină, în caz de catastrofe; hoteluri şi restaurante; în medicină, gospodărie, hobby şi petrecerea timpului liber.gospodărie, hobby şi petrecerea timpului liber.

Concluzii:Concluzii: