Procesy obróbki i montażu części maszyn i urządzeń
MEC.09. Organizacja i nadzorowanie procesów produkcji maszyn i urządzeń wyodrębnionej w zawodzie Technik mechanik 311504
Układy mechatroniczne
ATLAS INTERAKTYWNY
Spis treści
Układy mechatroniczneUkłady mechatroniczne
Jak projektuje się systemy mechatroniczne?Jak projektuje się systemy mechatroniczne?
Przykłady urządzeń i systemów mechatronicznychPrzykłady urządzeń i systemów mechatronicznych
Roboty przemysłoweRoboty przemysłowe
Systemy sterowania w pojazdachSystemy sterowania w pojazdach
Automatyka przemysłowaAutomatyka przemysłowa
Manipulator ręcznyManipulator ręczny
Aparaty fotograficzne i kameryAparaty fotograficzne i kamery
Roboty chirurgiczneRoboty chirurgiczne
Obwody elektryczneObwody elektryczne
Rozdzielnia elektrycznaRozdzielnia elektryczna
Kable i przewodyKable i przewody
Gniazdka i wyłącznikiGniazdka i wyłączniki
OświetlenieOświetlenie
Urządzenia elektryczneUrządzenia elektryczne
Obwody elektroniczneObwody elektroniczne
Budowa obwodu elektronicznegoBudowa obwodu elektronicznego
Budowa kondensatoraBudowa kondensatora
CewkaCewka
Układy pneumatyczneUkłady pneumatyczne
KompresorKompresor
Przewody pneumatycznePrzewody pneumatyczne
Siłowniki pneumatyczneSiłowniki pneumatyczne
ZaworyZawory
Regulator ciśnieniaRegulator ciśnienia
Układy hydrauliczneUkłady hydrauliczne
Układy mechatroniczne
Opis alternatywny dotyczy grafiki, na której ukazany jest robot przemysłowy. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Urządzenia mechatroniczne to urządzenia, w których elementy mechaniczne, elektroniczne i informatyczne są połączone w jeden system. Są zaprojektowane w celu wykonywania określonych zadań, zwykle związanych z kontrolą ruchu lub przetwarzaniem informacji. Przykładami takich urządzeń mogą być np. roboty przemysłowe, systemy kierowania i kontroli pojazdów, systemy sterowania lotami samolotów czy maszyny drukarskie. Ich projektowanie i produkcja wymagają wiedzy z zakresu mechaniki, elektroniki, informatyki oraz automatyki.
Urządzenia mechatroniczne charakteryzują się zwiększoną funkcjonalnością, precyzją i niezawodnością w porównaniu z tradycyjnymi systemami mechanicznymi czy elektronicznymi, zwłaszcza tymi sterowanymi ręcznie. Pozwalają na osiągnięcie lepszych wyników przy mniejszym zużyciu energii i materiałów.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Jak projektuje się systemy mechatroniczne?
Opis alternatywny dotyczy schematu o tytule „Jak projektuje się systemy mechatroniczne?”. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Jak projektuje się systemy mechatroniczne? Systemowe podejście to podejście stosowane w projektowaniu urządzeń i systemów mechatronicznych, które zakłada analizę całościową systemu, uwzględniając jego różnorodne aspekty i zachodzące między nimi związki. Obejmuje ono projektowanie, produkcję, eksploatację, konserwację i utylizację systemu. W tym podejściu wykorzystuje się metodologię złożoną, w której najważniejsze są następujące kroki: Identyfikacja problemu i określenie wymagań użytkownika. Analiza i projektowanie systemu, w tym: Analiza wymagań systemu, potrzebnych funkcji i cech, Projektowanie komponentów i modułów systemu, Analiza i projektowanie algorytmów i sterowników, Integracja i testowanie komponentów i modułów. Implementacja i testowanie systemu w rzeczywistych warunkach. Eksploatacja, konserwacja i utylizacja systemu.
Na grafice, pod postacią kolorowych pól, przedstawione są dziedziny nauki, takie jak: mechanika i budowa maszyn, informatyka, automatyka, elektronika i elektrotechnika. Można zauważyć, że pola te nachodzą na siebie nawzajem. Części wspólne danych pól obrazują technologie stosowane w przemyśle i urządzeniach mechatronicznych, które wywodzą się z danych dziedzin nauki. Systemy napędów i czujników, sterowniki mikroprocesorowe, sterowanie komputerowe, oprogramowania CAD/CAx/MES oraz wiele innych, wszystko zebrane zostało pod jednym wspólnym terminem: mechatronika. Aby zaprojektować urządzenie mechatronice, należy zastosować tzw. „podejście systemowe”, ze względu na jego złożoność. Zakłada ono z początku analizę całościową systemu, uwzględniając jego różnorodne aspekty i związki między nimi. Obejmuje projektowanie, produkcję, eksploatację, konserwację i utylizację systemu.
Systemowe podejście jest niezbędne w projektowaniu urządzeń i systemów mechatronicznych ze względu na ich złożoność i wysoką interdyscyplinarność (interdyscyplinarność to podejście, które łączy w sobie wiedzę, metody i perspektywy z różnych dziedzin nauki lub obszarów, co ma na celu rozwiązanie problemu lub osiągnięcie jego głębszego zrozumienia). Pozwala ono na zintegrowanie różnych dziedzin techniki, takich jak elektronika, mechanika, informatyka i automatyka – w jednym kompleksowym systemie, co zapewnia jego efektywność, niezawodność i łatwość utrzymania.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Przykłady urządzeń i systemów mechatronicznych
Przykłady urządzeń i systemów mechatronicznych znajdziemy w wielu różnych dziedzinach i branżach. Poniżej omówiono kilka przykładów.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Roboty przemysłowe
Opis alternatywny dotyczy grafiki przedstawiającej robota przemysłowego. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Roboty przemysłowe to urządzenia mechatroniczne zaprojektowane do wykonywania powtarzalnych lub niebezpiecznych czynności, takich jak spawanie, malowanie czy pakowanie, w miejscach, w których wymagana jest duża precyzja i szybkość. Dodatkowo roboty przychodzą z pomocą przy pracy z obiektami o dużych wymiarach lub masie, czyli tam, gdzie człowiek nie poradziłby sobie lub byłoby to zbyt niewygodne czy kosztowne.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Systemy sterowania w pojazdach
Opis alternatywny dotyczy systemów sterowania w pojazdach. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej. Na grafice przedstawiony jest system sterowania w pojazdach oznaczony czerwonymi i niebiskimi liniami. Łączy on koła pojazdu z kierownicą. Na żółto zaznaczono podwozie pojazdu.
Systemy sterowania w pojazdach to złożone systemy mechatroniczne, które umożliwiają kontrolę nad ruchem pojazdu i jego bezpieczeństwem, takie jak systemy ABS (ang. Anti‑lock Braking System), ESP (ang. Electronic Stability Program) czy ASR (ang. Anti‑slip Regulator System). Oparte są one na ciągłym monitorowaniu warunków i parametrów jazdy za pomocą czujników. W sytuacji np. utraty sterowności pojazdu potrafią automatycznie zadziałać układem hamulcowym w taki sposób, by zminimalizować ryzyko wypadku.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Automatyka przemysłowa
Opis alternatywny dotyczy automatyki przemysłowej. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Automatyka przemysłowa to systemy mechatroniczne, które umożliwiają automatyzację procesów produkcyjnych w przemyśle; mogą to być np. maszyny do pakowania i paletyzacji, obrabiarki CNC czy linie produkcyjne. Centra obróbcze CNC to wieloosiowe maszyny, w których można dokonać obróbki drewna bądź metalu. Prowadzą one proces obróbki od początku do końca, zgodnie z kodem wgranym przez operatora, zmieniając narzędzia automatycznie – poprzez pobranie ich z zasobnika.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Manipulator ręczny
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Aparaty fotograficzne i kamery
Opis alternatywny dotyczy aparatów fotograficznych. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Aparaty fotograficzne i kamery to urządzenia, w których elementy mechaniczne i elektroniczne są zintegrowane w celu uzyskania precyzyjnych zdjęć lub filmów. Zagłębiając się w budowę aparatu fotograficznego, możemy dostrzec układ mechatroniczny zoomu optycznego. Odpowiedzialny jest on za fizyczne przesuwanie szklanych elementów w przód i w tył, w środku obiektywu, by naprawdę pomniejszać obiekty. Pozwala to uzyskać zdecydowanie lepszą jakość fotografii, jeśli porównamy ją z fotografią zrobiona przy pomocy zoomu cyfrowego.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Roboty chirurgiczne
Opis alternatywny dotyczy robota chirurgicznego. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Roboty chirurgiczne to złożone systemy mechatroniczne, które umożliwiają wykonywanie precyzyjnych zabiegów chirurgicznych z mniejszą inwazyjnością i krótszym czasem rekonwalescencji.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Obwody elektryczne
Obwód elektryczny to zamknięty układ przewodów, elementów elektronicznych i źródła zasilania, który umożliwia przepływ prądu elektrycznego. Składa się z co najmniej jednego źródła energii elektrycznej, przewodów, które umożliwiają przepływ prądu, oraz elementów, zasilanych prądem (np. żarówka, silnik, urządzenia, odbiorniki). Prąd elektryczny przepływa przez obwód w wyniku różnicy potencjałów między jego elementami. Obwód powinien tworzyć zamkniętą pętlę, dlatego ważne jest, aby przewody były połączone w sposób ciągły, a żaden element nie był odłączony od reszty obwodu. Podsumowując – obwodem elektrycznym nazwiemy każdy obwód, który służy do przesyłania energii elektrycznej m.in w naszych domach.
Poniżej wymieniono elementy domowej instalacji elektrycznej.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Rozdzielnia elektryczna
Opis alternatywny dotyczy rozdzielni elektrycznej. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Rozdzielnia elektryczna to skrzynka, w której znajdują się zabezpieczenia, np. bezpieczniki lub wyłączniki, oraz elementy sterujące instalacją, takie jak np. wyłącznik różnicowo‑prądowy.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Kable i przewody
Opis alternatywny dotyczy kabli i przewodów. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Kable i przewody służą do przesyłania energii elektrycznej między różnymi punktami w instalacji. W zależności od wymagań stosowane są różne rodzaje kabli i przewodów, np. przewody miedziane, aluminiowe, ekranowane, zasilające, sterujące itp.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Gniazdka i wyłączniki
Opis alternatywny dotyczy gniazdek. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Gniazdka i wyłączniki służą do sterowania i podłączania urządzeń do instalacji. Gniazdka mogą mieć różne rodzaje zabezpieczeń, np. przeciwporażeniowe, przeciwprzepięciowe, z uziemieniem, z ochroną przed dziećmi itp.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Oświetlenie
Opis alternatywny dotyczy nagrania dźwiękowego dotyczącego oświetlenia, które jest tożsame z opisem poniżej.
W instalacji elektrycznej w domu musi być przewidziane oświetlenie, które może być sterowane za pomocą wyłączników lub czujników ruchu.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Urządzenia elektryczne
Opis alternatywny dotyczy nagrania dźwiękowego dotyczącego urządzeń elektrycznych, które jest tożsame z opisem poniżej.
Do instalacji podłącza się różne urządzenia elektryczne, takie jak np. lodówki, kuchenki, pralki, telewizory, komputery itp. Wymagają one odpowiedniego podłączenia i zabezpieczenia, aby zapewnić bezpieczne użytkowanie.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Obwody elektroniczne
Opis alternatywny dotyczy obwodu elektronicznego. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej. Grafika przedstawia przykładowy obwód elektroniczny, na którym za pomocą różnego rozmiaru figur (prostokątów, elips, owali, kół) i suwaków przedstawiono jego schemat.
Podobnie jak w przypadku obwodów elektrycznych przy obwodach elektronicznych panują podobne zasady, te ostatnie operują jednak na znacznie mniejszych mocach i służą głównie do przetwarzania informacji elektrycznych. Mogą tworzyć automatykę sterującą lub urządzenia modulujące i wzmacniające sygnały elektryczne. W dzisiejszym świecie praktycznie każdy obwód elektroniczny znajdziemy na płytkach drukowanych, tzw. PCB (ang. Printed Circuit Borad).
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Budowa obwodu elektronicznego
Opis alternatywny dotyczy budowy obwodu elektronicznego. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Rezystor to pasywny element elektroniczny ograniczający przepływ prądu w obwodzie elektrycznym. Można go porównać do zwężenia rury, w której płynie woda. Kondensator to element elektroniczny przechowujący ładunek elektryczny, składający się z dwóch przewodzących płyt oddzielonych dielektrykiem. Istnieją różne typy kondensatorów, np. foliowe, elektrolityczne, ceramiczne. Tranzystor to półprzewodnikowy element elektroniczny umożliwiający sterowanie przepływem prądu w obwodzie, stosowany jako wzmacniacz lub przełącznik sygnałów elektrycznych. Potencjometr to element elektroniczny umożliwiający zmianę wartości oporu elektrycznego w obwodzie, regulujący prąd lub napięcie w zależności od jego położenia. Układy scalone to elementy elektroniczne, w których na jednej małej płytce krzemowej łączy się wiele elementów, takich jak tranzystory, diody, kondensatory, rezystory i inne. Dzięki temu układy scalone są bardziej niezawodne, lżejsze i tańsze niż ich pojedyncze elementy. Mogą być stosowane w różnych aplikacjach, od prostych układów, takich jak zegarki i kalkulatory, po bardziej skomplikowane systemy, takie jak komputery, telewizory, telefony komórkowe i urządzenia przemysłowe. Dioda to półprzewodnikowy element elektroniczny, który pozwala na przepływ prądu w kierunku przewodzenia. Gdy podłączona jest odwrotnie, czyli w kierunku zaporowym, przepływ prądu jest zablokowany. Diodę można nazwać „zaworem” dla prądu elektrycznego. Istnieją również powszechnie znane diody LED, które przy przepływie prądu zgodnie z kierunkiem przewodzenia emitują światło.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Budowa kondensatora
Opis alternatywny dotyczy budowy kondensatora. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Na ekranie ukazana wizualizacja kondensatora z opisanymi częściami składowymi, takimi jak: plastikowa obudowa, aluminiowa obudowa, dielektryk, metalowa folia, ponownie dielektryk i metalowa folia. Po kliknięciu każdej z nazw, na wizualizacji podświetla się element jej odpowiadający.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Cewka
Opis alternatywny dotyczy cewki. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Cewka to element elektroniczny zbudowany z przewodzącego drutu nawiniętego na rdzeniu, służący do przechowywania energii magnetycznej lub wytwarzania pola magnetycznego w obwodzie elektrycznym.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Układy pneumatyczne
Układ pneumatyczny to system techniczny, który wykorzystuje sprężone powietrze jako nośnik energii do przekazywania siły, wykonania pracy mechanicznej lub sterowania urządzeniami. Układy pneumatyczne są szeroko stosowane w przemyśle, zwłaszcza tam, gdzie wymagane jest szybkie i precyzyjne działanie, bez ryzyka wybuchu lub innych zagrożeń związanych z użyciem nośników energii, takich jak np. woda czy olej.
W układzie pneumatycznym powietrze sprężane jest za pomocą sprężarki (lub kompresora), a następnie przesyłane przez rury i przewody do różnych urządzeń, takich jak siłowniki pneumatyczne, zawory, cylindry, czujniki, regulatory ciśnienia, filtry i inne elementy.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Kompresor
Opis alternatywny dotyczy kompresora. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Kompresor jest sercem układów pneumatycznych; dostarcza do układu ciśnienie niezbędne do wykonania pracy.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Przewody pneumatyczne
Opis alternatywny dotyczy przewodów pneumatycznych. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Przewody pneumatyczne wykonane są z elastycznego i wytrzymałego tworzywa. Służą do doprowadzenia sprężonego powietrza do danego odbiornika.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Siłowniki pneumatyczne
Opis alternatywny dotyczy siłowników pneumatycznych. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Siłowniki pneumatyczne to elementy wykonujące pracę poprzez faktyczny ruch, w których dzięki dostarczonemu ciśnieniu następuje posuw tłoka. Siłowniki takie mogą być o różnych konstrukcjach, wymiarach i skoku i przeznaczone do różnych zadań.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Zawory
Opis alternatywny dotyczy zaworów. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Zawory w instalacji są szczególnie istotne z punktu widzenia utrzymania ruchu serwisu instalacji. Dzięki nim można zamknąć dopływ sprężonego powietrza w odpowiednich miejscach.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Regulator ciśnienia
Opis alternatywny dotyczy regulatora ciśnienia. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Regulator ciśnienia to rodzaj zaworu, który nie posiada indeksowanych pozycji otwartej i zamkniętej, lecz umożliwia płynną regulacje przepływu medium. Istnieją wersje z wbudowanym manometrem, które pozwalają precyzyjnie ustawić ciśnienie na wyjściu, odpowiednie dla danego siłownika czy urządzenia tak, aby jego praca nie była zaburzona.
W zależności od potrzeb w niektórych układach pneumatycznych instaluje się specjalne urządzenia, które osuszają i oczyszczają powietrze lub wprowadzają mgłę olejową na potrzeby smarowania.
Układy pneumatyczne mogą być prostymi systemami jednofunkcyjnymi lub bardziej skomplikowanymi systemami wielofunkcyjnymi, złożonymi z wielu elementów i urządzeń.
Cechuje je wiele zalet, takich jak: niska cena i łatwość w budowie, niepalność i bezpieczeństwo, wysoka wydajność i niezawodność, odporność na warunki atmosferyczne i korozję, możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur i ciśnień, łatwość regulacji i sterowania. Dzięki tym cechom pneumatyka jest powszechnym rozwiązaniem technologicznym przy automatyzacji procesów produkcyjnych.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Układy hydrauliczne
Układ hydrauliczny to system techniczny, który, podobnie jak pneumatyczny, wykorzystuje medium do przekazywania siły i wykonania pracy mechanicznej, w układzie hydraulicznym występuje jednak inne medium, najczęściej olej hydrauliczny. Układy takie pracują na dużo większych ciśnieniach, w związku z tym dostarczają znaczne siły. Ta ich cecha sprawiła, że są powszechnie stosowane w przemyśle, rolnictwie, budownictwie, a także w pojazdach i maszynach budowlanych.
Zasada działania układów hydraulicznych przypomina zasadę działania układów pneumatycznych. Ciecz jest pompowana przez pompę hydrauliczną, która nadaje ciśnienie w układzie, a następnie przesyłana przez rury i przewody do różnych urządzeń hydraulicznych, takich jak siłowniki hydrauliczne, zawory, cylindry, pompy, filtry i wiele innych.
Opis alternatywny dotyczy pompy hydraulic. Po kliknięciu w numerek jeden znajdujący się na ekranie pokazuje się plansza z nazwą, nagraniem dźwiękowym, które jest tożsame z opisem poniżej.
Jedną z często występujących i stosunkowo prostych maszyn hydraulicznych jest prasa hydrauliczna. Stosowana jest w wielu gałęziach przemysłu; zwielokrotnia nacisk kształtujący elementy lub wycinający określone kształty. W zależności od zastosowania, gabarytów i rodzaju konstrukcji prasa taka może wywierać nacisk od kilku do nawet kilkunastu tysięcy ton.
Układy hydrauliczne cechuje wiele zalet, takich jak: wysoka wydajność i niezawodność, duża moc i siła, możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur i ciśnień, precyzyjne działanie, duża precyzja i kontrola. Dzięki znajdującemu się w układzie olejowi maszyny są również smarowane, co zwiększa odporność na korozję i zużycie oraz ułatwia konserwacje.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści