Мдк 01. 01 Технология формирования систем автоматического управления

4. Структура и принцип построения мехатронных систем 
Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы 
параллельного 
проектирования 
(concurrent 
engineeringmethods). 
При 
традиционном 
проектировании 
машин 
с 
компьютерным 
управлением 
последовательно проводится разработка механической, электронной, сенсорной и 
компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков.
Парадигма параллельного проектирования заключается в одновременном и 
взаимосвязанном синтезе всех компонент системы. 
На рис. 4.1 представлена обобщенная структура машин с компьютерным 
управлением (автоматических роботов), используемых в машиностроении. 
Данная схема позволяет показать принципы построения мехатронных систем. 
Рис. 4.1. Обобщенная схема машины с компьютерным управлением движением 
Внешней средой для машин рассматриваемого класса является 
технологическая среда, которая содержит основное и вспомогательное 
оборудование, технологическую оснастку и объекты работ. 
При выполнении мехатронной системой заданного функционального 
движения объекты работ оказывают возмущающие воздействия на рабочий орган. 

---

11 
 
Примерами таких воздействий могут служить силы резания для операций 
механообработки, контактные силы и моменты сил при сборке, сила реакции 
струи жидкости при операции гидравлической резки. 
Внешние среды делят на два основных класса: детерминированные и 
недетерминированные. К детерминированным относятся среды, для которых 
параметры возмущающих воздействий и характеристики объектов работ могут 
быть заранее определены с необходимой точностью для проектирования 
мехатронных систем. 
Некоторые среды являются недерминированными по своей природе 
(например, экстремальные среды: подводные, подземные и т.п.). Характеристики 
технологических сред, как правило, могут быть определены с помощью 
аналитико-экспериментальных 
исследований 
и 
методов 
компьютерного 
моделирования. Например, для определения сил резания при механообработке 
проводятся экспериментальные исследования на специальных установках, 
параметры вибрационных воздействий измеряют на вибростендах с последующим 
формированием математических и/или компьютерных моделей возмущающих 
воздействий. 
Рассмотрим общие принципы построения мехатронных систем. Можно 
выделить пять основных таких принципов:
Первый принцип - это системный подход к созданию техники, т.е. ее синтез 
на основе общесистемных критериев без декомпозиции. Этот принцип является 
одним из основополагающих прежде всего для мехатроники, а также для систем 
экстремальной робототехники, требующих миниатюризации массо-габаритных 
параметров, энергопотребления и т.п. Его реализация стала возможной только на 
определенном этапе развития науки, и на пути его реализации стоит еще много 
проблем, в том числе в части формирования общесистемных критериев и 
разработки методов синтеза технических систем на их основе.
Второй принцип - это поэтапность миниатюризации техники путем 
последовательного освоения разного порядка размерностей в виде отдельных ее 
поколений. Этот принцип непосредственно вытекает из естественного процесса 
непрерывного совершенствования технологий в направлении повышения 
точности. Каждое поколение любого вида техники требует соответствующих 
новых технологий. При этом для реализации последних необходимо 
технологическое оборудование, основанное на технике предыдущей размерности. 
Так, реализация этого принципа в микромехатронике предполагает развитие 
микросистемных технологий на основе 2D технологий микроэлектроники, 
созданных на предыдущем этапе развития техники.
Третий принцип - унификация функциональных компонентов. Этот 
принцип частично был уже рассмотрен. В ходе миниатюризации для систем до 
дециметровой размерности этот принцип реализуется в виде модульного 
построения систем.
Четвертый принцип - интеграция функций на базе однородных структур. 
Этот принцип построения технических систем, который также был уже упомянут, 

---

12 
 
приходит на смену модульному в конце их типоразмерного ряда при переходе к 
миллиметровой размерности.
Пятый принцип - интеллектуализация как отдельных функциональных 
компонентов, так и общесистемных функций. Он тоже соответствует 
общетехническим тенденциям, хотя его название достаточно условно, т.к. 
конечным 
развитием 
этого 
принципа 
будет 
техническое 
освоение 
неформализуемых творческих (креативных) способностей человека.