Docgo.net Hp 1 P.pdf [606936]

1
1. Definirea concepetelor de pneutronica si
1. Definirea concepetelor de pneutronica si
hidronica
hidronica
1.1. Mecatronica
1.1. Mecatronica
–
–

suport al sistemelor de acționare precisă
suport al sistemelor de acționare precisă
și inteligentă
și inteligentă

Termenul "
mecatronică
mecatronică
" a fost
introdus pentru prima dată în anul 1969 de către
concernul japonez
Yaskawa Electric Corporation
, ca o reprezentare prescurtată
a cuvintelor
Mec
hani
c
s
–
–
E
l
e
ct
ronics
–
–
C
ont
rol
. Într
–
o primă etapă
mecatronica a fost percepută ca o extensie a
mecanicii de precizie. Ulterior
,
termenul și
–
a schimbat sensul și și
-a extins aria de aplicabilitate.
Astfel,
mecatronica
a devenit
știința care s
tudiază totalitatea principiilor,
metodelor și mijloacelor necesare realizării produselor care î
nglobează
componente mecanice, electrice și electronice în vederea asigurării unui grad
cât mai înalt de calitate
. Practic, mecatronica reprezintă știința inginerească
bazată pe disciplinele consacrate ale construcției de mașini, electrotehnicii,
electronicii și informaticii.

Sistemele mecatronice înglobează elemente componente simple
dar și sofisticate ce îndeplinesc diferite funcții,
acționând în
baza unor reguli impuse. Principala lor atribuție este de
a
realiza sarcini utile, iar esența lor
constă în posibilitatea de a
reacționa inteligent
, la
situații noi sau
perturbato
are luând
decizii corespunzătoare pe baza datelor furnizate de sistemele
lor de senzori și/sau
traductoare.
2

Până în acest moment în
dezvoltarea indust
rială pot fi
identificate mai
multe etape, numite și revoluții industriale, și anume:


Prima revoluție
–
Industria 1.0
– s-a produs in Marea Britanie, la
sfârșitul secolului al 18
–
lea și începutul secolului 19, odată cu
mecanizarea industriei textile; până la acest
moment bunurilor de
larg consum erau realizate manual, acest lucru având implicații
directe asupra productivității; pentru ca obiectele sa
fie realizate
mai rapid, au fost inventate mașini ce
automatizau proce
sele de
producție;


A
doua revoluție
–
Industria 2.0
–
a avut loc la
începutul secolului
20, odată cu apariția primelor linii
de asamblare, introducând
conceptul de producție în masă; este favorizată de descoperirea de
noi surse de energie, fapt ce a permis dezvoltarea unor ramuri
industriale precum industria electrotehnică, chimică, a
automobilelor etc.
3

4


A treia revoluție
–
Industria 3.0
–
apariția primului automat logic
programabil în anul 1968 creează bazele digitalizării industriei
prelucrătoare; numero
ase noi
tehnologii încep sa
fie dezvoltate,
precum soft-
ware, noi materiale, roboți

mai performanți, procese noi,
cel mai notabil fiind printarea tridimensionala, si multe alte servicii web.

Caracteristici:

fabricarea de produse mai puține, î
nsă personalizate după gustul
clienților;


promovarea unor noi procedee de fabricație; modalitatea clasica de
fabricare implica asamblarea mai multor
elemente constructive într
–
un întreg; în prezent, produsele pot fi realizate cu ajutorul unei
imprimante
3D, care folosește o
tehnologie
cu ajutorul căreia un
obiect tridimensional este creat prin suprapunerea mai multor
straturi succesive de material; în acest fel design
-ul produslui poate
fi modificat cu multă ușurință;

5

Totodată, imprimantele 3D pot funcționa
nesupraveg
heate, fiind capabile sa
facă produse mai
complexe decât fabricile tradiționale. Cu
timpul,
acestea vor putea sa producă aproape orice și, cel mai
important, în orice locație.
Astăzi, această tehnologia este
folosita deja in industrie, pentru a realiza
produse din
plastic sau metal.
Mihai
Avram,
2013
6


scăderea numărului celor care lucrează efectiv și apariția
unei cereri mare de designeri, ingineri și
specialiști IT;


revoluția va afecta și locația în
care sunt realizate
produsele; este cunoscut fapt
ul că maril
e firme, din dorința
de a maximiza câștigurile, au mutat
secțiile de producție în
locații unde forța de munca era mai
ieftină; într
-un viitor
apropiat companiile vor revenii în țările natale, din dorința
de a fi mai aproape de consumatorii lor, pentru a le
satisface mai rapid cererile și
pentru a răspunde mai
prompt cererilor acestora; în plus,
unele produse sunt atât
de complicate, încât este nevoie ca toți oamenii care
s
-au
implicat în design
–
ul lor sa fie în același loc.

Mihai
Avram,
2013
7


descope
rirea de
noi materiale ușoare, cu
bune proprietăți
mecanice, durabile, ușor prelucrabile în comparație cu
cele
clasice; un exemplu în acest sens fibra de
carbon care a
început de
ja sa înlocuiască o
țelul si aluminiul in fab
ricarea
unor produse precum avioanele sau bicicletele;

de asemenea, nanotehnologia oferă
produselor caracteristici
îmbunătățite;
un exemplu ar
fi bandajul care
vindecă rănile.

Ce-a de-
a treia revoluție în
industrie a produs schimbări
majore. Un
exemplu în
acest sen
s
este cea
ce se întâmp
lă
astăzi cu mass
–
media: versiunea online a înlocuit aproape î
n
totalitate versiunea tipărită, si comerțul cu
amănuntul.
Mihai
Avram,
2013
8

Perioada actuală este una încărcată de schimbări majore. Se
vorbește desp
re „a
patra revoluție industrială“, în timp ce alții
o
numesc pur și simplu „Industria 4.0“.
Indiferent de terminologie, asistăm la o combinație a sistemelor
cyber-
fizice (CPS), Internetul Lucrurilor și
Internetu
l Si
stemelor.

Primele trei revoluții (fig.*) au determinat oamenii să renunțe la
depend
ența de
exploatarea animalelor, au făcut posibilă producția
în masă și au ad
us facilități digitale p
entru miliarde de p
ersoane.

Această a patra revoluție
industrială este fundamental diferită de
primele trei. Ca să poată fi definită trebuie să apelăm la termenii
de „sisteme cibernetice fizice“ sau
„cloud coputing“.
9

Este o revoluție a
rețelelor, platformelor, oamenilor și tehnologiei
digitale.
În plus, aduce modificări masive aproape în fiecare sector de
industrie din fiecare țară.
Întinderea și profunzimea acestor
schimbări prognozează transformarea integrală a sistemelor
de
producție, a managementului, dar și a
modului de guvernare.

Mihai
Avram,
2013
10

Au fost identificate patru principii de proiectare, care ajută
companiile să identifice și să i
mplemente
ze scenarii ale
Industry
4.0, și anume:


Interoperabilitate:

capabilitatea mașinilor, dispozitivelor,
senzorilor și oamenilor de a se conecta si
de a comunica unul
cu celalalt prin prin intermediul
IO (Internetul
Lucrurilor/Obiectelor) sau PIO (Internetul oamenilor);

Transparența informației
: capabilitatea sistemelor de
informații de a crea copii virtuale ale lumii fizice prin
îmbogatirea
modelelor digita
le ale fabricii cu date
provenite de
la senzori. Aceasta cere agregarea datelor brute
furnizate de
senzori la informații contextuale de valoare mai ridicată;

11


Asistență tehnic
ă:
In primul rând,
capabilitatea sistemelor de
asistență de a sprijinii oamenii prin agregarea si
vizualizarea
informației într
–
un mod ușor de inteles, pentru a
putea lua
decizii în cunoștință de cauză și pentru a
rezolva probleme
urgente apărute pe neașteptate
.
În al
doilea rand, capabilitatea
sistemelor fizice cibernetice de a sprijini fizic oamenii prin
indeplinirea unor sarcini care sunt neplacute, prea obositoare
sau nesigure pentru colegii lor de
munca umani.

Lu
area deciziilor in mod descentralizat:
Abilitatea sistemelor
fizice cibernetice de a lua decizii proprii și de a
–
și îndeplini
sarcinile cât mai autonom posibil. Sarcinile sunt delegate unui
nivel superior numai in cazul unor excepții, interferențe sau
scopuri conflictuale.
12

Industria 4.0 se axează pe digitalizarea de la un capăt la altul a
tuturor activelor fizice și proceselor precum și integrarea în
ecosisteme digitale împreună cu partenerii din lanțul valoric.
Manageme
ntul și
analiza datelor (Data&Analytics) reprezintă o
capacitate de bază pentru Industria 4.0. Aplicațiile Industriei 4.0
sunt facilitate de tehnologii specifice.
13

14
Tehnologia mecatronica aduce in
centrul atentiei problema
informatiei care, este
componenta datatoare de ton
in raport cu materialul si
energia.

Tehnologie mecatronica:
Ansamblu de
procedee și de metode folosite în
scopul obținerii unui produs
sau
sistem inteligent.
Fig.1
Mecatronica apare ca un rezultat al
dezvoltarii tehnologice. Electronica
a stimulat aceasta evoluție.
Dezvoltarea microelectronicii a
permis i
ntegr
area
electromecanică
.
În urmatoarea etap
ǎ
, prin
integra
rea
microprocesoare
lor
în
structurile electromecanice,
acestea devin inteligente
ṣ
i, astfel
s-a ajuns la mecatronic
ǎ
.
Mihai Avram, 2015

15
Caracteristicile unui sistem mecatronic sunt:

multifuncționalitate
, adică posibilitatea de a realiza diferite
sarcini prin modificarea programului de lucru;

inteligență

–

înțelegând prin
aceasta capac
itatea de a
comunica cu mediul exterior și de a lua
decizii;

flexibilitate

–

adică posibilitatea de a modifica fără dificultăți
majore construcția sistemului în etapele de
proiectare,
fabricație sau exploatare, de exemplu prin folosirea
construcției
modulare;

posibilitatea
de a fi conduse de la distanță
, ceea ce impune
utilizarea unor interfețe complexe de
comunicare;

evoluția tehnică
permanent
ă
, dinamică datorită cerințelor
pieței și a
noilor
posibilități teh
nologice d
e execu
ție (comandă
numerică, robotizare, miniaturizare, nanotehnologii etc.

16
1.2. Subdomeniile
1.2. Subdomeniile
mecatronicii
mecatronicii
Practic, tot ceea ce
numim produs de înalta tehnicitate este produs
mecatronic. Sistemele mecanice consacrate reprezintă suportul pentru
configurarea unei structuri
mecatronice
.
Din acest motiv, în timp, s
–
au conturat câteva
subdomenii ale mecatronicii
, și
anume:
–
robotică

–
hidronică

–
pneutronică

–
optomecatronica
–
autotronică

–
mecatronica în construcții

–
mecatronica în aparatura de uz casnic

–
agromecatronica.
În literatura de specialitate s
-au conturat de asemenea termenii:
micromecatronica, nanomecatronica si biomecatronica. Tendinta
generala este de “intelectualizare a mașinilor si sistemelor”.

S
i
s
te
me
hi
dr
oni
c
e

Astazi hidraulica reprezinta o tehnologie tot mai importanta.
Calitatile sale sunt puse in valoarea ori de
cate ori trebuie
dezvoltate forte mari si foarte mari in
conditiile unui randament
superior
–
ridicari sau coborari de
sarcini riguros controlate,
realizarea de deplasari rectilinii
sau rotative, cu acceleratii
importante, respectan
d legi de
viteza predefinite, obtinerea
unor pozitionari precise ale sarcinii antrenate, transmiterea de
eforturi, realizarea unor anumite secvente de lucru.

Firmele de profil,
printre care numarul unu este firma Rexroth,
pun la dispozitia utilizatorilor o gama diversificata de
echipamente hidraulice si componente electronice si o vasta
experienta in domeniul sistemelor de actionare hidraulice. Sunt
propuse solutii ingineresti in ceea ce
priveste conceptele
inteligente de comanda si actionarea.
17
1.3. Hidronica si pneutronica
1.3. Hidronica si pneutronica


Hidraulica a devenit si mai performanta prin
integrarea
microelectronici în structura echipamentelor și
sistemelor
hidraulice. Astfel sistemele de
actionare hidraulice sunt tot mai
competitive si permit deschiderea de noi campuri de aplicatie.

Firmele de profil produc echipamente standard, dar si
echipamente speciale. Cu acestre echipamente pot fi
concepute
si realizate sisteme si instalatii cu inalte performante.

Totodata sunt respectate criteriile de calitate bazate pe
normele ISO, iar specificatiile de
performanta sunt astazi
respectate cu strictete.

Dezvoltarea comenzilor numerice cu algoritmi de reglare
inteligenti si cobinatia stransa intre actuatori si senzori conduc
la solutii mai rapide, mai precise, mai eficiente.
18

Principalele avantaje ale hidraulicii sunt:

forta si putere masica (puterea/masa) ridicate;

reglarea simpla a fortelor / momentelor, pozitiilor si vitezelor;

dinamica excelenta, mase inertiale slabe;

usor de acumulat, de distribuit si limitat puterea hidraulica;

robustete mare chiar in conditii dificile;

durata de viata mare, rezistenta la suprasarcini;

usor de intretinut si reparat.
19

20
Sistemele hidronice sunt dezvoltate pe baza teoriilor de control avansate.
Sistemul electronic de control (bazat pe un controller sau pe un
microprocesor) culege informații din sistem prin intermediul senzorilor, le
prelucrează și le structurează, ia decizii pe baza unui program intern, iar
apoi intervine în sistem prin generarea de semnale de comandă, semnale
transmise către actuatoarele electromecanici localizate la nivelul
echipamentelor hidraulice proporțio
nale. Astfel, pe această
cale se pot
controla presiuni și debite, deplasările, vitezele, accelerațiile, forțele,
momentele dezvoltate de motoarele din sistem.
Configurația unui asemenea sistem hidraulic poate varia de la circuite simple de
acționare la structuri complexe, conduse de automate programabile sau
calculatoare, care controlează, reglează, optimizează și simulează procesele
interne ale sistemului. Elementele de bază în jurul cărora se st
ructurează un
sistem hidronic îl
reprezintă servoechipamentele hidraulice proporționale. Alături
de acestea în structura sistemului sunt incluse:
senzori și traductoare, circuite
electronice destinate prelucrării semnalelor, convertoare A/D și D/A, c
ontrollere
sau microprocesoare.

21
Ca urmare, aceste sisteme își găsesc
un câmp larg de aplicabilitate acolo unde se
cere conducerea automată a fazelor
de lucru, programarea forțelor/ momentelor
,
deplasărilor și vitezelor, asigurare
a unor funcții
diferite de trecere de
la un nivel de
viteză la altul absolut necesară obținerii unor poziționări de înaltă precizie,
ușurință
și flexibilitate de
programare.

Fluxurile energetice și informaționale din sistem pot fi atât
de natură discretă cât și
analogică. La rândul lor senzorii pot fi de tip digital
sau de tip analogic. Deoarece
prelucrarea informațiilor se realizează în condiții
net superioare în cadrul
sistemelor numerice, se impune conversia în semnale digitale a mărimilor
analogice din sistem.
Aria de aplicabilitate se extinde de la sistemele de acționare destinate robo
ților
,
mașinilor unelte, liniilor automate, preselor, mașinilor de ridicat, utilajelor c
himice,
metalurgice, miniere și până la tehnică militară și aeronautică.

22

trebuie dezvoltate forțe și momente de valori medii;


viteza de deplasare a obiectului manipulat nu trebuie să respecte cu
strictețe o anumită lege;


poziționarea obiectului manipulat nu trebuie făcută cu precizie ridicată;


condițiile de funcționare sunt severe (există pericol de explozie,
incendiu, umiditate etc);

trebuie respectate cu strictețe o serie de norme igienico
–
sanitare
(sistemele care lucrează în industria alimentară, farmaceutică, tehnică
nucleară etc.).

S
i
s
teme
pneu
tro
ni
c
e
Sistemele de acționare pneumatice sunt întâlnite într
–
un număr foarte mare de
aplicații industriale, din cele mai diverse sectoare. Explicația
acestui fapt rezultă
din calitățile incontestabile ale acestui tip de
acționare, cum sunt: robustețea,
simplitatea constructivă, productivitatea, fiabilitatea ridicată și
nu în ultimul rând
prețul de cost mai scăzut.
În general, asemenea sisteme sunt folosite atunci
când:

23
Stadiul actual și perspectivele de dezvoltare în viitor poziționează
pneumatica în rândul tehnologiilor de vârf. Într
–
o recentă monografie,
editată sub coordonarea lui G. Vogel –

“L’univers fascinant de la
pneumatique”, (Hope International Communications, Freiburg, 2003), cei
mai renumiți specialiști europeni evaluează,
cu argumente pertinente,
puternica dezvoltare viitoare a pneumaticii. Sunt identificate și
argumentate principalele tendințe și perspective ale
domeniului.
Garanția succesului este condiționată de rezultatele unor cercetări
fundamentale și mai ales aplicative, apreciate ca f
iind “fascinante”, pe
seama cărora să se diminueze efectele negative antrenate de
proprietățile fizice ale mediului fluid de lucru: vâscozitatea redusă și
compresibilitatea ridicată. Acestea reprezintă principalele impedimente
în realizarea unor sisteme pneumatice per
formante.
Trebui
e subliniat faptul că în timp
ce în unele domenii sistemele
pneumatice de acționare intră în competiție cu celelalte sisteme
(electrice, hidraulice, mecanice), în anumite aplicații ele se utilizează
aproape în exclusivitate, fiind de neînlocuit.


În domeniul acționărilor hidraulice și
pneumatice se observă
preocupări susținute pentru promovarea unor soluții
de
echipament
e și
sisteme inovative care urmăresc obținerea unei
eficiențe energetice cât mai mari
și respectarea noilor concepte
ale "Industriei 4.0". Industria 4.0
reprezintă conectarea
mașinilor și instalațiilor cu lumea virtuală a
programelor de
calculator. Printre promotorii acseto
r idei
se numără firme de
prestigiu cum sunt Bosch în domeniul hidraulicii și
Festo și SMC
în domeniul
pneumaticii.

Spre prim exemplu, unitățile de comandă cu turație variabilă a
pompelor Sytronix fabricate de Bosch scad necesarul de
energie al sistemului hidraulic cu până la
80%, păstrând

același randament.
24


Un altul se referă la
sistemele hidraulice ce echipează scenele
operelor și teatrelor din întreaga lume de zeci de
ani. În
calitate de antreprenor general, Rexroth a preluat aici
întreaga
modernizare a tehnologiei de scenă, realizând cea
mai
avansată și detaliată automatizare de scenă din lume. Sunt
reunite diferitele tehnolog
ii de acționare și
de comandă cu
soluții complete provenite din aceeași sursă.


Cu sisteme hidraulice și electronice mobile de la
Bosch Rexroth
se echipează în lumea întreagă mașini de lucru mobile
pentru
construcții, agricultură și în scopuri municipale. Soluțiile
adoptate contribuie la reducerea consumului de motorină și
totodată la reducerea emisiilor mașinilor.

În plus, Bosch Rexroth este un lider
global în rândul furnizorilor
de sisteme de învățare și training pentru instruirea și
perfecționa
rea personalului tehnic
de specialitate.
25