Podľa IRDAC komisie pri EU, termín „Mechatronika“ predstavuje synergickú kombináciu presnej mechaniky, elektronického riadenia, a systémového myslenia pri návrhu výrobkov a výrobných procesov.
Podľa J. Buura Mechatronika je technológia, ktorá kombinuje mechaniku s elektronikou a informačnou technológiou pre vytvorenie funkčnej interakcie a priestorovej integrácie v komponentoch, moduloch, produktoch a systémoch.
Podľa P. Weissa je Mechatronika interdisciplinárny technický odbor, založený na klasickej mechanike, elekronike a elektronickom inžinierstve úzko spojených s počítačovou vedou a softvérovým inžinierstvom. Výsledkom je vývoj systémov mechanických komponentov („Mecha“), ktoré sú inteligentné riadené („tronic“). Systém zostavený z mechanických a elektronických komponentov spolu so senzormi, ktoré snímajú potrebné informácie z mikroprocesorov, spracovávajú ich, analyzujú a interpretujú, na ich základe riadia činnosť týchto systémov, ktoré sa tým stávajú úplným mechatronickým systémom.
Graficky je možné termín „Mechatronika“ najčastejšie vyjadriť ako graficky prienik oblastí, ktoré predstavujú jednotlivé čiastkové vedné odbory (obr. 1). Mechatronika prináša viac než len ich obyčajnú kombináciu, mechatronika je nový pohľad na problém a jeho riešenie, je to aj odvaha kombinovať nové a doterajšie technológie v nových súvislostiach. A práve pri kombinácií technológií vzniká synergický efekt.
Rozšírenie parametrov použitých pre riadenie vedie k inteligentným funkciám, zvyšuje sa ich kvalita, kompenzujú sa „slabosti“ mechanických štruktúr, znižuje sa prežívajúca separácia klasických elektronických riadiacich systémov. Fyzická integrácia potom vedie k zmenšovaniu rozmerov, znižovaniu hmotnosti a požadovaných výkonov a tým aj k energetickým úsporám.
Mechatronický prístup uplatňovaný pri výskume, konštrukcii a výrobe nových technických systémov zvyšuje konkurencieschopnosť nových výrobkov a je významným nástrojom rastu ekonomickej úrovne. Ak majú byť pri nových výrobkoch dosiahnuté špičkové prevádzkové parametre, predpísaná prevádzková spoľahlivosť a ekonomika prevádzky pri rešpektovaní ekologických predpisov a odporúčaní, musí sa problematika vývoja a návrhu konštrukcie riešiť hneď od začiatku komplexne, t.j. ako interaktívny problém využívajúci netradičné spájanie vedných odborov, nových technológií a predovšetkým nového spôsobu myslenia. Ukazuje sa, že najvýhodnejšou cestou ako to dosiahnuť, je aplikácia mechatronického prístupu k vývoju a konštrukcií, výrobe i marketingu. Štúdiu mechatroniky je preto venovaná neustále rastúca pozornosť.
Spomedzi typických aplikačných príkladov mechatronického prístupu k vývoju a konštrukcii je možné spomenúť robotické systémy, vozidlá s inteligentným rozhodovaním a riadením (určitých činnosti) prevádzkových režimov (brzdové sústavy typu ABS, riadenie spaľovacieho procesu v motoroch v závislosti na vonkajších podmienkach), v letectve a kozmonautike sú to napr. navigačné systémy, systémy pasívnej a aktívnej avioniky a mnohé ďalšie, v oblasti spotrebnej elektroniky a optiky (plne autonómne fotografické a filmové kamery) i tzv. kancelárskej a domácej elektroniky.
Mechatronika je moderný interdisciplinárny technický a vedný odbor integrujúci vybrané strojnícke, elektrotechnické, informatické a kybernetické disciplíny. Cieľom mechatroniky je synergická kombinácia strojárstva, elektrotechniky, elektroniky, informatiky a riadenia v systémovom prístupe pri návrhu, výrobe a prevádzke strojov, prístrojov, zariadení, strojných komplexov a výrobkov, ktorých hlavná pracovná činnosť spočíva na mechanických princípoch. Mechatronika je odozvou na požiadavky automatizácie, elektronizácie a informatizácie strojárstva, strojárskej výroby, strojov a strojárskych výrobkov.
Predmetom mechatroniky je analýza a syntéza počítačom riadených elektromechanických systémov s cieľom dosiahnuť synergický efekt interakcie medzi podsystémami, z ktorých sa tieto mechatronické systémy skladajú. Predmetom skúmania sú aj samotné metódy analýzy a syntézy, metódy navrhovania, výroby a experimentálneho overovania, pretože práve ony sú prostriedkom na dosiahnutie synergického efektu.
Mechatronické systémy tvoria osobitnú triedu objektov, ktorá je kvalitatívne vymedzená umelo vytváranými systémami s účelovým – inteligentným – správaním, pričom sa takéto správanie dosahuje riadením zovšeobecneného pohybu častí objektu a riadením vzájomnej energetickej interakcie nosičov energie rôzneho druhu (mechanické tuhé a pružné telesá, elektromagnetické pole, kvapalina, plyn). Sem patria napríklad CNC stroje, roboty, technologické automaty a linky, mobilné stroje, dopravné a manipulačné prostriedky, prístroje, špeciálna technika, spotrebné výrobky. Osobitnú perspektívnu skupinu predstavujú mikromechatronické systémy – mikroelektro-mechanické sústavy (MEMS).
Mechatronický systém sa skladá z energetickej časti a informačno-riadiacej časti. Nevyhnutnou časťou mechatronických systémov sú mechanické telesá ako nosiče mechanickej energie.
Energetickú časť tvoria mechanizmy, akčné členy a ich napájacie podsystémy. Dominantnou charakteristikou je energetická interakcia medzi jednotlivými prvkami. Informačno-riadiacu časť tvoria senzorové, komunikačné a riadiace podsystémy, spravidla distribuované, ktoré slúžia na spracovanie informácie a vzájomnú komunikáciu v mechanickom systéme. Informačnou nadstavbou mechatronického systému sú systémy monitorovania, diagnostiky, vizualizácie a tiež automatizované systémy vyhodnocovania kvality, vykonávania operácií, alebo kvality produkcie. Informačno-riadiacu časť charakterizujú informačné procesy – informačné interakcie.
Hlavnou metódou mechatroniky pri analýze východiskových koncepčných modelov a optimalizačnej syntéze virtuálnych prototypov mechatronických systémov sú súbežné simulácie testov reálnych elektronických riadiacich prvkov v slučke s virtuálnym prototypom mechanickej sústavy (Hardware in the Loop) s empirickými dynamickými modelmi podsystémov so vstupmi z nameraných údajov. Reálny experiment prototypu mechatronickej sústavy slúži na verifikáciu výsledkov zo simulácií.
V integračnom prostredí súčasných počítačových nástrojov je možná simulácia parametrizovaných mechatronických systémov s ľubovoľnou štruktúrou tuhých a poddajných telies s geometrickými alebo silovými väzbami, na ktoré pôsobia gravitačné, zotrvačné a experimentálne určené kontaktné, trecie, aerodynamické, hydrodynamické, či elektromechanické sily a majú zakomponované riadiace, hydraulické, pneumatické či elektromechanické obvody. Východiskom pre tvorbu matematických modelov je algoritmizácia nových substitučných metód znižovania rádu diferenciálnych rovníc a metód riedkych matíc pre stabilnú prácu numerických integrátorov fungujúcich ako explicitný prediktor-korektor s premenlivým krokom a spätným diferencovaním, alebo podľa metódy roztriedených súradníc. Technika modálnej syntézy umožňuje utvárať poddajné telesá a odpovedajúce MNF (Modal Neutral File) súbory pre dynamické analýzy a kombináciou modálnych súradníc a tenzora napätia a pretvorenia technikou MSR (Modal Stress Recovery) animovať vznikajúce napätia a pretvorenia.
Zdroje obrázkov: National Instruments