Учебное пособие Харьков 014 удк

108 
Интегрированные мехатронные машины отличаются повышен-
ной надежностью, устойчивостью к неблагоприятным внешним воз-
действиям, точностью выполнения движений, модульностью и ком-
пактностью конструкции. С точки зрения потребителя – это целост-
ные изделия, удобные при настройке и программировании движений. 
Интегрированные решения экономически целесообразны благодаря 
упрощению сервиса машины и повышения ее ремонтопригодности. 
Системы с глубокой степенью интеграции элементов имеют и 
оборотную сторону – такие машины являются менее гибкими (имеют 
ограниченные возможности для модернизации и реконфигурации). 
Поэтому мехатронные модули различного уровня интеграции 
позволяют выявлять рациональную структуру под конкретные задачи 
автоматизации. 
Идея интеграции широко используется в инженерной практике 
при проектировании устройств и систем самого различного назна-
чения. Характерным примером реализации этой инженерной идеи в 
бытовой технике является МР3-Player – современное цифровое уст-
ройство, в котором объединены аудио-плеер, радиоприемник, дикто-
фон и магнитофон. Очевидны преимущества этого комбинирован-
ного устройства – многофункциональность, компактность, экономич-
ность, удобство (пользователь освобожден от проблем с подключе-
нием кабелей и разъемов). Но эта система негибкая, отдельные ее 
компоненты нельзя заменить и модернизировать, все они могут 
эксплуатироваться и ремонтироваться только совместно. 
Решение «проблемы интерфейсов» в мехатронике можно трак-
товать как задачу минимизации структурной сложности мехатронной 
системы. Структурная сложность комплексных систем в общем 
случае определяется количеством соединяемых элементов, числом и 
интенсивностью их взаимосвязей. 
В основе данного подхода лежат три фундаментальных направ-
ления теории системного проектирования сложных систем: 
– функционально-структурный анализ и эволюционный синтез 
технических систем; 
– методология параллельного проектирования систем; 
структурный синтез и оптимизация технических систем по 
критериям сложности. 
Ключевые положения перечисленных направлений. 
Функционально-структурный подход базируется на идее прио-
ритета функции системы над ее структурной организацией. Задачей 

109
проектирования является определение такой структуры, которая 
позволит системе выполнять заданные функциональные задачи с 
максимальной эффективностью по выбранным критериям качества. 
Основные положения этого метода разработаны применительно к 
задачам проектирования информационно-управляющих комплексов 
и вычислительных устройств.
Метод эволюционного синтеза предусматривает нахождение 
рациональных решений путем многоэтапной процедуры оптимиза-
ции. Поиск вариантов производится из базы перспективных струк-
турных решений, которая открыта для редактирования (совершенст-
вования) и имеет иерархическую структуру. Такой метод проектиро-
вания позволяет повысить качество проекта и снизить требования к 
опыту разработчика. 
Методологической основой для разработки мехатронных систем 
служат методы параллельного проектирования. При традиционном 
проектировании разработка механической, электронной, информаци-
онной и компьютерной частей ведется последовательно и независимо 
друг от друга (рис. 4.3). 
Рис. 4.3. Традиционный алгоритм проектирования 
Задачами системной интеграции занимается разработчик сис-
темы управления. Его возможности ограничены, так как основные 
конструкторские решения принимаются на предыдущих этапах. 
Выбранные двигатели и механические устройства относятся к 
неизменяемой части, состав и характеристики которой не корректи-
руются при разработке электронной и управляющей частей.
Методология параллельного проектирования заключается в 
одновременном и взаимосвязанном синтезе всех устройств мехатрон-
ной системы (рис. 4.4). 

110 
Рис. 4.4. Алгоритм параллельного проектирования 
мехатронных систем 
Одна из известных процедур проектирования интегрированных 
мехатронных машин представлена на рис. 4.5. 
Рис. 4.5. Процедура проектирования интегрированных
мехатронных машин 

111
Эта процедура (рис. 4.5) предусматривает четыре взаимосвя-
занных этапа: 
– определение функций мехатронных модулей на основе 
анализа исходных требований к мехатронной машине; 
– функционально-структурный анализ с целью выбора и форми-
рования структуры всех мехатронных модулей системы; 
– структурно-конструктивный анализ, конструирование и фор-
мирование модели модулей системы; 
– планирование и оптимизация функциональных движений, 
разработка программ движения машины и ее модулей. 
Исходные требования к мехатронным машинам, определяющие 
основные проектные решения, формируются путем анализа выпол-
няемых технологических операций. Для примера в табл. 4.2 приве-
дены предпочтительные значения параметров контурного движения 
рабочего органа для роботизированных операций. 

жүктеу/скачать 23,07 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: