MECHATRONIKA - zkup.mchtr.pw.edu.plzkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/SMM/SMM_00_Mechatronika.pdf ·...

Człowiek- najlepsza inwestycja

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MECHATRONIKA

Maciej Bodnicki

Ewolucja…

M. Bodnicki: „Systemy mechatroniczne”

Systemy mechatroniczne - wykład

Plan studiów WM PW

dr hab. inż. Michał Bartyś, prof. PW (IAiR)

dr inż. Maciej Bodnicki (IMiF)

dr inż. Leszek Wawrzyniuk (IMiF)

dr inż. Jakub Wierciak (IMiF)

Ewolucja…


Wydział Mechatroniki PW - korzenie

(Mrugalski 1997)

1916 – Wydział Budowy Maszyn i Elektrotechniki Politechniki Warszawskiej

1921 – Wydział Mechaniczny oraz Wydział

Elektrotechniczny (Elektryczny) PW

1951 – Wydział Łączności (obecnie WEiTI) PW

Ewolucja…



(Mrugalski 1997, Bodnicki 2008)

1953 – Oddział Mechaniki Precyzyjnej Wydziału Mechaniczno- Technologicznego PW

1962 – Wydział Mechaniki

Precyzyjnej PW

1996 – Wydział Mechatroniki PW

Ewolucja…



(Woźniak, Piskorz i in. 2012

Ewolucja…



(Mrugalski, 1997)

Lata siedemdziesiąte XX w. : Japonia (mechanotronika mechatronika) MECHATRONICS: MECHAnics + elecTRONICS

Prof. Władysław Tryliński: Mechanotronika, PAK, 1987, z. 11

Propozycja nazwy Wydziału: Prof. Henryk Trebert - 1987

Ewolucja…


Wydział Mechatroniki PW - Mechatronika

9th International Conference „Mechatronics 2011” - Warszawa

10th International Conference „Mechatronics 2013” - Brno

11th International Conference „Mechatronics 2015” - Warszawa

Ewolucja…


Wydział Mechatroniki PW

(MNiSW , Wydział Mechatroniki PW 2013)

Komunikat Ministra NiSW 30.IX.2013

1) osiągnięcia naukowe i twórcze; 2) potencjał naukowy; 3) materialne efekty działalności naukowej; 4) pozostałe efekty działalności naukowej.

1) Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie; Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki 2) Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie; Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki 3) Politechnika Warszawska; Wydział Mechatroniki 3 miejsce na 36 jednostek w grupie, 11 pierwszych ma kategorię A

Ewolucja…


Wydział Mechatroniki PW

(MNiSW , Wydział Mechatroniki PW 2013)

Komunikat Ministra NiSW 30.IX.2013

Politechnika Warszawska - wydziały 2 kategoria A+, 8 kategoria A, 8 kategoria B

Ewolucja…


Mechatronika – polska edukacja

Standardy szkolnictwa: Monter mechatronik,

Technik mechatronik

Standard MENiS z 12.07.2007 – standard

kierunku kształcenia studiów I i II stopnia –

przestał być obowiazujący

Brak dyscypliny naukowej (dziedzina nauki –

nauki techniczne)

Ewolucja…



Rozp. MENiS z 12.07.2007

Stary opis:

Państwowy standard kształcenia dla kierunku

operujący zestawieniem treści kształcenia –

godziny zajęć.

Sylwetka absolwenta w ramach państwowego

standardu, rozszerzona o specyfikę jednostki

(np. absolwenta specjalności Wydziału

Mechatroniki).

Weryfikacja podczas akredytacji:

Wykazanie, że określona grupa przedmiotów

w określonym wymiarze godzin zapewnia

zapoznanie z danymi treściami.

Ewolucja…



Rozp. MENiS z 12.07.2007

Nowy opis:

Lokalny standard kształcenia dla kierunku operujący zestawieniem

kompetencji, które posiada każdy absolwent.

Efekty kształcenia w ramach zajęć muszą

w skali studiów zapewnić nabycie kompetencji zakładanych dla profilu

studiów i kierunku (dotyczy to każdej formy studiów).

Weryfikacja podczas akredytacji:

Wykazanie, że potrafimy sprawdzić, czy każdy absolwent zdobył

wymagane kompetencje.

Wykazanie, że nakład pracy studenta jest adekwatny do uzyskania

zakładanych kompetencji.

Ewolucja…



Wydział Mechatroniki 2012

Obszar nauk

technicznych

• Wiedza

• Umiejętności

• Kompetencje społeczne

• Wiedza

• Umiejętności

• Kompetencje społeczne

Ewolucja…




K_W01

Ma pogłębioną wiedzę w zakresie niektórych działów matematyki obejmującą elementy matematyki dyskretnej i stosowanej niezbędnej do: a) modelowania i analizy podzespołów i urządzeń mechatronicznych, b) modelowania i analizy systemów mechatronicznych, c) optymalizacji układów.

T2A_W01

K_W02 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie fizyki współczesnej, w szczególności fizyki mikroświata i fizyki ciała stałego

T2A_W01

K_W03 Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów mechatronicznych, z uwzględnieniem projektowania, eksploatacji i diagnostyki na każdym etapie ich cyklu życia

T2A_W03 T2A_W06

K_W04 Zna i rozumie metodykę projektowania urządzeń mechatronicznych T2A_W07

K_W05 Posiada uporządkowaną wiedzę z zakresu teorii i metod optymalizacji T2A_W03

K_W06 Ma pogłębioną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu modelowania i symulacji

komputerowych układów dynamicznych.

T2A_W03

T2A_W04

K_W07 Posiada pogłębioną wiedzę w zakresie oceny wyników, dokumentowania i prezentacji

prowadzonych badań i analiz

T2A_W03

T2A_W04

K_W08 Ma pogłębioną, podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat działania oraz budowy

wybranych typów systemów mechaniczno-elektroniczno-optyczno-informatycznych

T2A_W03

T2A_W04

Ewolucja…




K_U01 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł, potrafi integrować informacje, wyciągać z nich wnioski a następnie formułować opinie

T2A_U01

K_U02 Potrafi, pracując indywidualnie lub w zespole, ocenić pracochłonność zadania i opracować har-monogram jego realizacji; może pokierować pracą zespołu prowadzącego projekt lub badania.

T2A_U02 T2A_U03

K_U03

Potrafi przygotować dokumentację zadania dotyczącego systemu mechatronicznego lub jego podsystemu - o charakterze projektowym lub badawczym, opracować opis uzyskanych wyników oraz przedstawić je za pomocą różnych technik, w tym przygotować syntetyczna prezentację i poprowadzić dyskusję na jej temat

T2A_U04

K_U04

Posługuje się językiem angielskim lub innym językiem międzynarodowym w stopniu wystarcza-jącym do porozumiewania się w sprawach zawodowych, czytania ze zrozumieniem literatury fachowej i wygłoszenia prezentacji na temat realizowanego zadania projektowego lub badawczego

T2A_U06 T2A_U04

K_U05 Zna możliwości i kierunki dalszego uczenia się i potrafi realizować proces samokształcenia T2A_U05

K_U06 Potrafi zastosować, opracować i modyfikować modele matematyczne systemów, zjawisk i procesów - do analizy i projektowania systemów mechatronicznych

T2A_U09 T2A_U15 T2A_U17

K_U07 Potrafi - stosując odpowiednie narzędzia symulacyjne - zaplanować i przeprowadzić eksperymenty symulacyjne dotyczące systemu mechatronicznego i jego komponentów

T2A_U07 T2A_U08 T2A_U09 T2A_U11

Ewolucja…




T2A_W02 ma szczegółową wiedzę w zakresie kierunków studiów powiązanych ze studiowanym

kierunkiem studiów K_W13

T2A_W03 ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe

zagadnienia charakteryzujące studiowaną dyscyplinę inżynierską

K_W03

K_W05

K_W06

K_W07

K_W08

T2A_W04 ma podbudowaną teoretycznie wiedzę szczegółową związaną z niektórymi obszarami

studiowanej dyscypliny inżynierskiej

K_W06

K_W07

K_W08

K_W09

K_W11

K_W12

T2A_W05 ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych nowych osiągnięciach w obszarze

studiowanej dyscypliny inżynierskiej i dyscyplin pokrewnych

K_W10

K_W11

K_W14

Kompetencje inżyniera (obszar) a inżyniera WM

Ewolucja…




K_W01 K_W02 K_W03 K_W04 K_W05 K_W06 K_W07 K_W08 K_W09 K_W10 K_W11 K_W12 K_W13 K_W14 K_W15 K_W16

(HES)HES 1 1

(HES)HES 2 1

(Kierunkowe)Praca przejściowa 1 1

(Kierunkowe)Systemy mikroprocesorowe w mechatronice 1 1 1

(Podstawowe)Fizyka 1 1

(Podstawowe)Matematyka dyskretna 1

(Podstawowe)Matematyka I - Metody numeryczne 1

(Podstawowe)Modelowanie i symulacja obiektów dynamicznych 1 1 1 1 1 1

(Podstawowe)Modelowanie i symulacja urządzeń mechatronicznych 1 1

(Podstawowe)Praca dyplomowa 1 1 1 1

(Podstawowe)Przedmiot obieralny 1 1 1

(Podstawowe)Przedmiot obieralny 2 1


(Podstawowe)Przedmiot obieralny 4 1 1


(Podstawowe)Przetwarzanie i rozpoznawanie obrazu 1 1 1 1

(Podstawowe)Seminarium dyplomowe 1 1 1

(Podstawowe)Systemy mechatroniczne 1 1 1 1 1

(Podstawowe)Teoria i metody optymalizacji 1 1

(Podstawowe)Teoria i praktyka eksperymentu 1

(Mikromechanika)Europejskie uwarunkowania działalności

inzynierskiej 1 1 1 1 1 1

(Mikromechanika)Mikro/nanotechnika 1 1

(Mikromechanika)Miniaturyzacja urządzeń mechatronicznych 1 1 1

(Mikromechanika)Systemy automatyzacji produkcji 1 1 1 1

(Mikromechanika)Układy wykonawcze urządzeń mechatronicznych 1 1

(Mikromechanika)Urządzenia peryferyjne systemów komputerowych 1 1 1 1

(Mikromechanika)Urządzenia wspomagające rehabilitację

(Mikromechanika)Wariantowy 1

6 2 7 6 2 1 4 10 3 14 2 1 2 1 3 2

Ewolucja…


Systemy mechatroniczne - przedmiot


Cel przedmiotu:

Zapoznanie studentów ze strukturami systemów

mechatronicznych oraz sposobami postępowania przy

projektowaniu takich systemów.

Przekazanie umiejętności projektowania użytkowej struktury

systemu mechatronicznego na podstawie wymagań odbiorcy

oraz identyfikacji układów wykonawczych i pomiarowych na

podstawie wymagań funkcjonalnych.

Utrwalenie zasad dokumentowania prac projektowych.

Ewolucja…




SY_W01: Zna podstawowe struktury systemów i urządzeń

mechatronicznych

SY_W01: Zna metodykę projektowania urządzeń mechatronicznych

SY_W03: Zna struktury układów wykonawczych i pomiarowych urządzeń

mechatronicznych

Mchtr/AiR:

Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów mechatronicznych,

z uwzględnieniem projektowania, eksploatacji i diagnostyki na każdym

etapie ich cyklu życia

Ewolucja…




SY_W04: Zna specyfikę projektowania i wytwarzania układów optycznych

wykorzystywanych w urządzeniach mechatronicznych

SY_W05: Zna podstawowe rodzaje sieci komunikacyjnych

wykorzystywanych w systemach mechatronicznych i zasady ich

doboru do określonych zastosowań

Mchtr/AiR:




Ewolucja…




SY_W06: Zna podstawowe pojęcia związane z bezpieczeństwem

funkcjonalnym urządzeń oraz diagnostyką techniczną, a także

wie, w jaki sposób można wpływać na zwiększenie

niezawodności systemów

Mchtr:

Ma rozszerzoną wiedzę na temat eksploatacji systemów

mechatronicznych

AiR:

Ma rozszerzoną wiedzę na temat eksploatacji urządzeń wykorzystywanych

w automatyce i robotyce

Ewolucja…




SY_W07: Zna aktualny stan i tendencje występujące w budowie systemów

mechatronicznych

Mchtr:

Ma wiedzę na temat tendencji rozwojowych mechatroniki i najnowszych

osiągnięciach w tym obszarze, z uwzględnieniem zagadnień

szczegółowych

AiR:

Ma wiedzę o trendach rozwojowych i najnowszych osiągnięciach w

zakresie automatyki i robotyki

Ewolucja…




SY_W08: Wie, na czym polega tolerowanie uszkodzeń i jakimi sposobami

można je osiągnąć

Mchtr:




AiR:

Ma rozszerzoną wiedzę na temat eksploatacji urządzeń wykorzystywanych

w automatyce i robotyce

Ewolucja…




SY_W09: Wie, na czym polega projektowanie współbieżne i jakie są skutki

jego stosowania

Mchtr:

Zna i rozumie metodykę projektowania urządzeń mechatronicznych

Ewolucja…




SY_U01: Umie zaproponować użytkową strukturę urządzenia

mechatronicznego na podstawie wymagań zamawiającego

SY_U02: Umie zidentyfikować niezbędne układy wykonawcze i pomiarowe

na podstawie analizy funkcji urządzenia mechatronicznego

SY_U03: Potrafi zaproponować struktury układów wykonawczych i

pomiarowych oraz dobrać ich poszczególne elementy składowe

na podstawie danych katalogowych

SY_U04: Umie dokonać integracji urządzenia mechatronicznego przez

właściwy dobór algorytmów sterowania, jednostki sterującej,

podzespołów elektronicznych i struktury mechanicznej

Ewolucja…




SY_K01: Zna podział zadań w procesie projektowania urządzeń i

systemów mechatronicznych, dzięki czemu może podejmować

zadania związane z koordynacją takich prac

Mchtr:

Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, którego jest

członkiem i zna zasady działania w sposób profesjonalny i zgodny z etyką

zawodową

AiR

Rozumie potrzebę współpracy i potencjału zespołu. Pracuje w grupie

przyjmując w niej zarówno rolę koordynującego praca grupy; jak również

osoby podporządkowującej się zdaniu innych.

Potrafi prawidłowo określić kolejność prac związanych z realizacją

projektów inżynierskich

Ewolucja…


Definicje systemów

(Słownik Języka Polskiego PWN, Warszawa)

1. Skoordynowany układ elementów, zbiór tworzący pewną

uporządkowana całość uwarunkowaną stałym logicznym

uporządkowaniem jego części składowych. – SYSTEM

heliocentryczny, geocentryczny, planetarny. SYSTEM dróg wodnych.

SYSTEM sygnałów, SYSTEM nerwowy. SYSTEM urządzeń

alarmowych. SYSTEM centralnego ogrzewania. SYSTEM nawadniania

pól. ….

2. Uporządkowany zbiór twierdzeń, poglądów tworzących jakąś teorię:

SYSTEM filozoficzny. SYSTEM religijny …

3. Zasady organizacji czegoś, ogół przepisów, reguł obowiązujących,

stosowanych w jakiejś dziedzinie, według któregoś coś jest

wykonywane; także: forma ustroju państwowego: SYSTEM

ekonomiczny, finansowy, prawny ….

4. Określony sposób postępowania, wykonywania jakiejś czynności:

SYSTEM akordowy, premiowy, taśmowy. SYSTEM nauczania ….

Ewolucja…


Definicje systemów

(Słownik Wyrazów Obcych PWN, Warszawa)

<gr. sỳstẽma>

1. Skoordynowany układ elementów, zbiór tworzący pewną

uporządkowana całość uwarunkowaną stałym logicznym

uporządkowaniem jego części składowych; koncepcja takiej całości …

2. Zasady organizacji czegoś, ogół przepisów, reguł obowiązujących,

stosowanych w jakiejś dziedzinie, według któregoś coś jest

wykonywane; także: forma ustroju państwowego ….

3. Określony sposób postępowania, wykonywania jakiejś czynności …

4. geol. Jednostka stratygraficzna, stanowiąca część grupy, dzieląca się

na oddziały, zespół skał powstały w ciągu jednego okresu

geologicznego

Ewolucja…


Ewolucja systemów technicznych

(Bishop, 2008)

System mechaniczny < 1900 Silnik parowy 1860

Prądnica 1870

Pompa obwodowa 1880

Silnik spalinowy 1880

Maszyna do pisania 1880

← Silnik prądu stałego1870

← Silnik prądu zmiennego1889

System mechaniczny

z napędami

elektrycznymi

Obrabiarki

Pompy

← Przekaźniki, elektromagnesy

← wzmacniacze hydrauliczne,

pneumatyczne, elektryczne

← regulatory PI 1930

1920

Ro

zw

ój n

ap

ęd

ów

ele

ktry

czn

yc

h

Elektryczna maszyna

do pisania

Ro

zw

ój

au

tom

aty

ki

Ewolucja…



(Bishop, 2008)

System mechaniczny

ze sterowaniem 1935 Turbiny parowe

Samoloty ← tranzystor 1948

← tyrystor 1955

System mechaniczny

• ze sterowaniem

elektronicznym

(analogowym)

• ze sterowaniem

sekwencyjnym

Windy sterowane

elektronicznie 1955

Ro

zw

ój a

uto

ma

tyk

i

z k

om

pu

tera

mi;

min

iatu

ryza

cja

Ro

zw

ój

au

tom

aty

ki

Ewolucja…



(Bishop, 2008)

← komputer cyfrowy 1955

← komputer procesorowy 1959

← oprogramowanie czasu

rzeczywistego 1966

← mikrokomputer 1971

← automatyka cyfrowa

zdecentralizowana 1975

System mechaniczny

• ze sterowaniem

cyfrowym ciągłym

• ze sterowaniem

cyfrowym

sekwencyjnym

Obrabiarki numeryczne

Roboty przemysłowe

Zautomatyzowane

zakłady przemysłowe

Pamięci dyskowe

1975

Ro

zw

ój a

uto

ma

tyk

i

z k

om

pu

tera

mi;

min

iatu

ryza

cja

Ro

zw

ój

au

tom

aty

ki

Ewolucja…



(Bishop, 2008)

← mikroprocesor 1978

← komputer osobisty1980

← protokół Fieldbus

← nowe sensory, aktywatory

← układy zintegrowane

Systemy mechatroniczne

• integracja zespołów

mechanicznych

i elektronicznych

• oprogramowanie

sterujące

• projektowanie

współbieżne (CE –

concurrent engineering)

Roboty mobilne

Łożyska magnetyczne

Automatyka

samochodów (ABS, ESP)

Komputerowo

zintegrowane wytwarzanie

(CIM)

1985

Ro

zw

ój p

roc

es

oró

w

i mik

rok

om

pu

teró

w

EFEKTY SYNERGICZNE

Ewolucja…



(Gawrysiak 1997)

Ewolucja…


Mechatronika

Wikipedie

Ewolucja…


Mechatronika - definicja

(Uhl 2007)

Mechatronika zajmuje się metodologią projektowania złożonych

produktów interdyscyplinarnych – synergiczną integracją systemów

fizycznych, informatyki oraz złożonego podejmowania decyzji

w projektowaniu, wytwarzaniu i eksploatacji produktów i procesów

wytwórczych.

Tak rozumiana, traktowana jest nie tylko jako odrębna dziedzina wiedzy,

ale przede wszystkim jako systematyczne podejście do rozwiązywania

interdyscyplinarnych problemów inżynierskich.

Mechatronika w dobie globalizacji jest silnie zorientowana na rynek

Ewolucja…


Kategorie systemów mechatronicznych

(Bishop, 2008)

Systemy mechatroniczne

Maszyny mechatroniczne

Pojazdy mechatroniczne

Mechatronika precyzyjna

Mikromechatronika

Ewolucja…


Specyfika systemów mechatronicznych

Bodnicki, 2011

Interdyscyplinarność

Analogie biologiczne

Poszukiwanie optimum w połączeniu struktur

Wykorzystywanie najnowszych rozwiązań

Nowe metody projektowania

Powszechność zastosowań

Ewolucja…


Systemy – gdy brak mikroprocesora

(Nowa Technika Wojskowa, ?)

Ewolucja…


Plan studiów Wydziału Mechatroniki

(Bodnicki 2010)

Urządzenie Mechatroniczne elektromechaniczne zespoły wykonawcze

Urządzenie Mechatroniczne / Projektowanie z wykorzystaniem CAD (3D) / optymalizacja urządzeń / CAM

Urządzenie Mechatroniczne / sensory / sieci sensorów / rozpoznanie otoczenia/ diagnostyka

Urządzenie Mechatroniczne / sterowniki / systemy mikroprocesorowe / oprogramowanie

Urządzenie Mechatroniczne / nowe materiały/ nowe procesy technologiczne

Urządzenie Mechatroniczne / Projektowanie - modelowanie i symulacja, identyfikacja układów dynamicznych

Ewolucja…


Mechatronika – pozycjoner planarny

(Prekaniak, Bodnicki, Pochanke 2010)

MECHATRONIKA - zkup.mchtr.pw.edu.plzkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/SMM/SMM_00_Mechatronika.pdf ·...

Documents

Transcript of MECHATRONIKA - zkup.mchtr.pw.edu.plzkup.mchtr.pw.edu.pl/pom_dyd/SMM/SMM_00_Mechatronika.pdf ·...