WSTĘP... 1 Sławomir Wiak. 1. PODSTAWY MECHATRONIKI... 7 Sławomir Wiak, Krzysztof Smółka

Transkrypt

1 WSTĘP... 1 Sławomir Wiak 1. PODSTAWY MECHATRONIKI... 7 Sławomir Wiak, Krzysztof Smółka 1.1. Definicja mechatroniki Produkty mechatroniczne Analiza procesowa systemów mechatronicznych Tworzenie modeli i pojęcie funkcji w mechatronice Projektowanie systemów mechatronicznych Składniki techniczno - ekonomiczne mechatroniki Inżynieria Zbieżna a Inżynieria Mechatroniczna Systemy ekspertowe szybkiego projektowania Narzędzia informatyczne projektowania maszyn inteligentnych Logika rozmyta (Fuzzy Logic) Sieci neuronowe (Neural Networks) Algorytmy genetyczne Metody rozwiązywania modeli matematycznych Jaki program wybrać? Podsumowanie Literatura DYDAKTYKA MECHATRONIKI...37 Sławomir Wiak, Krzysztof Smółka, Anna Firych-Nowacka 2.1. Mechatronika w edukacji Cele kierunku / specjalizacji Mechatronika Organizacja programu nauczania Przystosowania zasobów dydaktycznych Metody kształcenia mechatroników Środowisko nauczania mechatroniki Mechatronik - inżynier ogólny, czy też wąski specjalista? Mechatronika w dydaktyce w Polsce i na świecie Wydział Mechatroniki - Politechnika Warszawska Wydział Mechatroniki - Wojskowa Akademia Techniczna Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn - Politechnika Świętokrzyska Politechnika Łódzka... 62

2 Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki - Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych Wydział Mechaniczny Katedra Mechatroniki - Politechnika Białostocka Zakład Mechatroniki - Akademia Techniczno- Humanistyczna w Bielsku-Białej Katedra Mechatroniki - Politechnika Śląska Katedra Robotyki i Systemów Mechatroniki - Politechnika Gdańska Katedra Robotyki i Mechatroniki, Akademia Górniczo -Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Zachodnio-pomorski Uniwersytet Technologiczny Literatura PODSTAWY MIKRO- I NANOTECHNOLOGII Zbigniew Kołaciński 3.1. Nanomateriały definicje, klasyfikacja Właściwości nanomateriałów Węgiel i jego właściwości Własności fizyczne i chemiczne węgla Konfiguracja elektronowa Właściwości chemiczne węgla Właściwości fizyczne węgla Nanoproszki i ich właściwości Ultradrobne proszki Klasyczne technologie otrzymywania nanomateriałów Mechaniczna synteza Wysokoenergetyczne rozdrabnianie Metoda zol - żel Reakcja chemiczna w fazie gazowej Elektroforeza Metoda szybkiego chłodzenia cieczy Metoda konsolidacji nanoproszków Synteza proszków metodą RTDS Plazmowe technologie nanomateriałowe Rodzaje plazmy technologicznej... 93

3 Wyładowanie jarzeniowe i łukowe Metoda aktywacji laserowej Metoda wyładowania łukowego, elektrołukowa Metoda CVD Zagrożenia wypływające z nanotechnologii Literatura TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE DLA MECHATRONIKI Andrzej Kubiak, Zbigniew Lisik 4.1. Technologia krzemowa w realizacji projektów mechatronicznych Infrastruktura technologiczna - clean-room Podłoże krzemowe jako materiał wyjściowy dla mechatroniki Zmiana własności półprzewodników - domieszkowanie Trawienie izotropowe i anizotropowe. Obróbka przestrzenna krzemu Odwzorowywanie kształtów. Maskowanie w procesie głębokiego trawienia krzemu Wytwarzanie cienkich warstw dielektrycznych, półprzewodnikowych przewodzących. Technologie utleniania termicznego, CVD i PVD Metody łączenia i hermetyzacji struktur Metody i narzędzia pomiarowe technologii krzemowej stosowane do charakteryzacji struktur mechatronicznych Literatura: MULTIFUNKCJONALNE NANOSYSTEMY DLA DZIEDZIN PRIORYTETOWYCH Zbigniew Kołaciński 5.1. Perspektywy multifunkcjonalnych nanosystemów Nanotechnologia dla materiałów Nanoporowate materiały Nanocząstki i nanokompozyty Dendryty Nanotechnologia dla zdrowia i systemów medycznych

4 Nanotechnologia dla energii (energetyki, transportu) Perspektywy zastosowań fulerenów Elektronika Nadprzewodnictwo Energetyka Medycyna Fotopolimeryzacja fulerenów Perspektywy zastosowań nanorurek węglowych CNT Przykładowe systemy funkcjonalne z nanomateriałowymi produktami Zasobnik energii do współpracy ze stabilizatorem napięcia Dwukierunkowy przekształtnik sprzęgający Hybrydowy napęd pojazdu miejskiego Superkondensatorowy zasobnik dla farm wiatrowych Literatura MIKROGENERATORY I ZASOBNIKI ENERGII ELEKTRYCZNEJ Zbigniew Kołaciński 6.1. Nanomateriałowe ogniwa słoneczne Ogniwa krzemowe Ogniwa z kropką kwantową Ogniwa z nanorurek węglowych Ogniwa barwnikowe Termoogniwa Ogniwa nanomateriałowe Ogniwa litowe Baterie cynkowo-węglowe Ogniwa paliwowe Superkondensatory Zasobniki wodoru Literatura

5 7. MIKROSENSORY I MIKROAKTUATORY Jacek Gołębiowski 7.1. Dziedziny zastosowań mikrosensorów i mikroaktuatorów w mechatronice Klasyfikacja mikroczujników i mikroaktuatorów Podstawowe technologie stosowane w mikroczujnikach i mikroaktuatorach krzemowych Mikrokrzemowe czujniki Przetworniki piezorezystancyjne Przetworniki pojemnościowe Przetworniki termiczne Przetworniki piezoelektryczne Przetworniki rezonansowe i generacyjne Przetworniki elektromagnetyczne Mikroczujniki optoelektroniczne Mikroaktuatory krzemowe Przetworniki elektrostatyczne Przetworniki piezoelektryczne Przetworniki elektromagnetyczne Mikrosystemy Modelowanie mikroczujników i mikroaktuatorów Literatura MIKROSYSTEMY Michał Szermer, Przemysław Sękalski, Andrzej Napieralski 8.1. Wstęp Czujniki wielkości nieelektrycznych Sensory termiczne Złącze p - n Układy PTAT Mikromaszynowe czujniki temperatury Sensory chemiczne Sensory magnetyczne Magnetotranzystor lateralny Czujnik Halla MAGFET Sensory optyczne Sensory mechaniczne Aktuatory

6 Mikropompy Mikrosilniki Podsumowanie Literatura MODELOWANIE MIKROSYSTEMÓW Michał Szermer, Przemysław Sękalski, Andrzej Napieralski 9.1. Wstęp Podstawowe elementy mechaniczne Belka Wyboczenie belki (ang. Buckling) Membrana Element o przekroju okrągłym Zarys teorii przepływu płynów Podstawy metody elementów skończonych Procedura metody elementów skończonych Zasady prawidłowej dyskretyzacji Analiza statyczna Metoda frontalna Analiza dynamiczna Oprogramowanie Pakiet obliczeniowy ANSYS Pakiet obliczeniowy SUGAR Podsumowanie Literatura KOMPUTEROWE MODELE INTELIGENTNYCH MIKROSYSTEMÓW Sławomir Wiak, Krzysztof Smółka MEMS Podstawowe informacje Rys historyczny Przegląd rynku Zastosowania Nowe zastosowania MEMS BIO-MEMS MOEMS RF MEMS Przegląd mikrostruktur i mikrosystemów

7 Elementy magnetyczne Elementy optyczne Elementy mechaniczne Elementy elektrostatyczne Przełączniki optyczne MEMS i MOEMS Napędy elektrostatyczne Rozwój zastosowań Modelowanie inteligentnych mikrosystemów Metody modelowania Modelowanie zorientowane obiektowo Podstawowe paradygmaty Środowisko Matlab/Simulink Zorientowany obiektowo model czujnika przyśpieszenia Model oparty o parametry skupione struktury (pojemności) uzębionej Nowa metodologia projektowania akcelerometrów MEMS Podsumowanie Literatura WIZUALIZACJA UKŁADÓW MECHATRONICZNYCH Zbigniew Gmyrek Wprowadzenie Wykorzystanie programu Adobe Flash do tworzenia wizualizacji Wykorzystanie programu Autodesk 3ds max do tworzenia wizualizacji Literatura WIBROAKUSTYKA SYSTEMÓW MECHATRONICZNYCH Paweł Witczak Wprowadzenie Podstawy matematyczne analizy widmowej Przestrzeń Euklidesowa N-wymiarowa Zależności definicyjne liczb zespolonych Przekształcenie Fouriera Dyskretna transformata Fouriera

8 Dwuwymiarowa dyskretna transformata Fouriera Akustyka techniczna Podstawowe zależności i zjawiska akustyczne Słyszenie dźwięku i parametry akustyczne Podstawy teorii drgań ośrodków ciągłych Drgania układu o jednym stopniu swobody Drgania własne układu o dwóch stopniach swobody Drgania układów o wielu stopniach swobody. Analiza modalna Elementy dynamiki układów ciągłych. Drgania giętne Wstęp do metody elementów skończonych Literatura PROGRAMOWANIE ZESPOŁOWEGO PROJEKTU BADAWCZEGO Zbigniew Kołaciński Cel realizacji zespołowego projektu badawczego Organizacja projektu i jego treści Praca w Grupie (ang. Teamwork) Inżynieria zintegrowana Projekt kompetencyjny Europejskie środki na prace badawczo wdrożeniowe Literatura: