MECHATRONIKA. Maciej Bodnicki. Człowiek- najlepsza inwestycja

Transkrypt

1 Maciej Bodnicki MECHATRONIKA Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Systemy mechatroniczne - wykład Ewolucja 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)

3 Wydział Mechatroniki PW - korzenie Ewolucja (Mrugalski 1997) 1916 Wydział Budowy Maszyn i Elektrotechniki Politechniki Warszawskiej 1921 Wydział Mechaniczny oraz Wydział Elektrotechniczny (Elektryczny) PW 1951 Wydział Łączności (obecnie WEiTI) PW

4 Wydział Mechatroniki PW - korzenie (Mrugalski 1997, Bodnicki 2008) 1953 Oddział Mechaniki Precyzyjnej Wydziału Mechaniczno- Technologicznego PW 1962 Wydział Mechaniki Precyzyjnej PW 1996 Wydział Mechatroniki PW

5 Wydział Mechatroniki PW - korzenie (Woźniak, Piskorz i in. 2012

6 Wydział Mechatroniki PW - korzenie (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

7 Wydział Mechatroniki PW - Mechatronika 9 th International Conference Mechatronics Warszawa 10 th International Conference Mechatronics Brno 11 th International Conference Mechatronics Warszawa

8 Wydział Mechatroniki PW (MNiSW, Wydział Mechatroniki PW 2013) Komunikat Ministra NiSW 30.IX ) 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

9 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

10 Mechatronika polska edukacja Standardy szkolnictwa: Monter mechatronik, Technik mechatronik Standard MENiS z standard kierunku kształcenia studiów I i II stopnia przestał być obowiazujący Brak dyscypliny naukowej (dziedzina nauki nauki techniczne)

11 Mechatronika polska edukacja Rozp. MENiS z 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.

12 Mechatronika polska edukacja Rozp. MENiS z 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.

13 Mechatronika polska edukacja Wydział Mechatroniki 2012 Obszar nauk technicznych Wiedza Umiejętności Kompetencje społeczne Wiedza Umiejętności Kompetencje społeczne

14 Mechatronika polska edukacja Wydział Mechatroniki 2012 K_W01 K_W02 K_W03 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. Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie fizyki współczesnej, w szczególności fizyki mikroświata i fizyki ciała stałego Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów mechatronicznych, z uwzględnieniem projektowania, eksploatacji i diagnostyki na każdym etapie ich cyklu życia T2A_W01 T2A_W01 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 K_W07 Ma pogłębioną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu modelowania i symulacji komputerowych układów dynamicznych. Posiada pogłębioną wiedzę w zakresie oceny wyników, dokumentowania i prezentacji prowadzonych badań i analiz T2A_W03 T2A_W04 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

15 Mechatronika polska edukacja Wydział Mechatroniki 2012 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 K_U03 K_U04 Potrafi, pracując indywidualnie lub w zespole, ocenić pracochłonność zadania i opracować harmonogram jego realizacji; może pokierować pracą zespołu prowadzącego projekt lub badania. 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 Posługuje się językiem angielskim lub innym językiem międzynarodowym w stopniu wystarczającym do porozumiewania się w sprawach zawodowych, czytania ze zrozumieniem literatury fachowej i wygłoszenia prezentacji na temat realizowanego zadania projektowego lub badawczego T2A_U02 T2A_U03 T2A_U04 T2A_U06 T2A_U04 K_U05 Zna możliwości i kierunki dalszego uczenia się i potrafi realizować proces samokształcenia T2A_U05 K_U06 K_U07 Potrafi zastosować, opracować i modyfikować modele matematyczne systemów, zjawisk i procesów - do analizy i projektowania systemów mechatronicznych Potrafi - stosując odpowiednie narzędzia symulacyjne - zaplanować i przeprowadzić eksperymenty symulacyjne dotyczące systemu mechatronicznego i jego komponentów T2A_U09 T2A_U15 T2A_U17 T2A_U07 T2A_U08 T2A_U09 T2A_U11

16 Mechatronika polska edukacja Wydział Mechatroniki 2012 T2A_W02 T2A_W03 T2A_W04 T2A_W05 ma szczegółową wiedzę w zakresie kierunków studiów powiązanych ze studiowanym kierunkiem studiów ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia charakteryzujące studiowaną dyscyplinę inżynierską ma podbudowaną teoretycznie wiedzę szczegółową związaną z niektórymi obszarami studiowanej dyscypliny inżynierskiej ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych nowych osiągnięciach w obszarze studiowanej dyscypliny inżynierskiej i dyscyplin pokrewnych K_W13 K_W03 K_W05 K_W06 K_W07 K_W08 K_W06 K_W07 K_W08 K_W09 K_W11 K_W12 K_W10 K_W11 K_W14 Kompetencje inżyniera (obszar) a inżyniera WM

17 Mechatronika polska edukacja Wydział Mechatroniki 2012 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 (Podstawowe)Fizyka 1 1 (Podstawowe)Matematyka dyskretna 1 (Podstawowe)Matematyka I - Metody numeryczne 1 (Podstawowe)Modelowanie i symulacja obiektów dynamicznych (Podstawowe)Modelowanie i symulacja urządzeń mechatronicznych 1 1 (Podstawowe)Praca dyplomowa (Podstawowe)Przedmiot obieralny (Podstawowe)Przedmiot obieralny 2 1 (Podstawowe)Przedmiot obieralny 3 1 (Podstawowe)Przedmiot obieralny (Podstawowe)Przedmiot obieralny 5 1 (Podstawowe)Przetwarzanie i rozpoznawanie obrazu (Podstawowe)Seminarium dyplomowe (Podstawowe)Systemy mechatroniczne (Podstawowe)Teoria i metody optymalizacji 1 1 (Podstawowe)Teoria i praktyka eksperymentu 1 (Mikromechanika)Europejskie uwarunkowania działalności inzynierskiej (Mikromechanika)Mikro/nanotechnika 1 1 (Mikromechanika)Miniaturyzacja urządzeń mechatronicznych (Mikromechanika)Systemy automatyzacji produkcji (Mikromechanika)Układy wykonawcze urządzeń mechatronicznych 1 1 (Mikromechanika)Urządzenia peryferyjne systemów komputerowych (Mikromechanika)Urządzenia wspomagające rehabilitację (Mikromechanika)Wariantowy

18 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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.

19 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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

20 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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: Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów mechatronicznych, z uwzględnieniem projektowania, eksploatacji i diagnostyki na każdym etapie ich cyklu życia

21 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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

22 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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

23 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 SY_W08: Wie, na czym polega tolerowanie uszkodzeń i jakimi sposobami można je osiągnąć Mchtr: Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie systemów mechatronicznych, z uwzględnieniem projektowania, eksploatacji i diagnostyki na każdym etapie ich cyklu życia AiR: Ma rozszerzoną wiedzę na temat eksploatacji urządzeń wykorzystywanych w automatyce i robotyce

24 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 SY_W09: Wie, na czym polega projektowanie współbieżne i jakie są skutki jego stosowania Mchtr: Zna i rozumie metodykę projektowania urządzeń mechatronicznych

25 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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

26 Systemy mechatroniczne - przedmiot Wydział Mechatroniki 2012 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

27 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.

28 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

29 Ewolucja systemów technicznych (Bishop, 2008) System mechaniczny < 1900 Silnik parowy 1860 Silnik prądu stałego1870 Silnik prądu zmiennego1889 System mechaniczny z napędami elektrycznymi 1920 Przekaźniki, elektromagnesy wzmacniacze hydrauliczne, pneumatyczne, elektryczne regulatory PI 1930 Prądnica 1870 Pompa obwodowa 1880 Silnik spalinowy 1880 Maszyna do pisania 1880 Obrabiarki Pompy Elektryczna maszyna do pisania Rozwój napędów elektrycznych Rozwój automatyki

30 Ewolucja systemów technicznych (Bishop, 2008) System mechaniczny ze sterowaniem tranzystor 1948 tyrystor Turbiny parowe Samoloty Rozwój automatyki System mechaniczny ze sterowaniem elektronicznym (analogowym) ze sterowaniem sekwencyjnym 1955 Windy sterowane elektronicznie Rozwój automatyki z komputerami; miniaturyzacja

31 Ewolucja systemów technicznych (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 1975 Obrabiarki numeryczne Roboty przemysłowe Zautomatyzowane zakłady przemysłowe Pamięci dyskowe Rozwój automatyki Rozwój automatyki z komputerami; miniaturyzacja

32 Ewolucja systemów technicznych (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) 1985 Roboty mobilne Łożyska magnetyczne Automatyka samochodów (ABS, ESP) Komputerowo zintegrowane wytwarzanie (CIM) EFEKTY SYNERGICZNE Rozwój procesorów i mikrokomputerów

33 Ewolucja systemów technicznych (Gawrysiak 1997)

34 Mechatronika Wikipedie

35 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

36 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

37 Kategorie systemów mechatronicznych (Bishop, 2008) Systemy mechatroniczne Maszyny mechatroniczne Pojazdy mechatroniczne Mechatronika precyzyjna Mikromechatronika

38 Specyfika systemów mechatronicznych Bodnicki, 2011 Interdyscyplinarność Analogie biologiczne Poszukiwanie optimum w połączeniu struktur Wykorzystywanie najnowszych rozwiązań Nowe metody projektowania Powszechność zastosowań

39 Systemy gdy brak mikroprocesora (Nowa Technika Wojskowa,?)

40 Systemy gdy brak mikroprocesora (Nowa Technika Wojskowa,?)

41 Systemy gdy brak mikroprocesora (Nowa Technika Wojskowa,?)

42 Systemy gdy brak mikroprocesora (Nowa Technika Wojskowa,?)

43 Plan studiów Wydziału Mechatroniki (Bodnicki 2010) Urządzenie Mechatroniczne elektromechaniczne zespoły wykonawcze Urządzenie Mechatroniczne / Projektowanie z wykorzystaniem CAD (3D) / optymalizacja urządzeń / CAM Urządzenie Mechatroniczne / Projektowanie - modelowanie i symulacja, identyfikacja układów dynamicznych Urządzenie Mechatroniczne / sensory / sieci sensorów / rozpoznanie otoczenia/ diagnostyka Urządzenie Mechatroniczne / sterowniki / systemy mikroprocesorowe / oprogramowanie Urządzenie Mechatroniczne / nowe materiały/ nowe procesy technologiczne

44 Mechatronika pozycjoner planarny (Prekaniak, Bodnicki, Pochanke 2010)