Λύσεις — Κεφάλαιο 1: Η Μηχατρονική (σελ. 7-11) – ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 1: Η Μηχατρονική

Αυτούσια αποσπάσματα του βιβλίου με ερωτηματική κατάληξη — ορισμός, ιστορική εξέλιξη, γενικό διάγραμμα, τεχνολογίες και πλεονεκτήματα της μηχατρονικής.

Ο ορισμός της μηχατρονικής

Ερώτηση: Ο όρος “Μηχατρονική” αναφέρεται στον συνδυασμό των επιστημών της Μηχανολογίας, της Ηλεκτρονικής - Ηλεκτρολογίας και της Πληροφορικής. Ποια είναι η μαθηματική σχέση που εκφράζει αυτόν τον συνδυασμό;

Απάντηση:

• Ορισμός. «Ο όρος “Μηχατρονική” αναφέρεται στον συνδυασμό των επιστημών της Μηχανολογίας, της Ηλεκτρονικής-Ηλεκτρολογίας και της Πληροφορικής.»
• Σχέση. «Μηχατρονική = Μηχανολογία + Ηλεκτρονική + Πληροφορική»
• Εμπλουτισμός. «Θεωρείται ο εμπλουτισμός των κατά βάση μηχανολογικών συστημάτων με ηλεκτρονικά εξαρτήματα, που αρκετά συχνά εμπεριέχουν λογισμικό.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μηχατρονική εκφράζεται με τη σχέση Μηχατρονική = Μηχανολογία + Ηλεκτρονική + Πληροφορική, δηλαδή είναι ο εμπλουτισμός των μηχανολογικών συστημάτων με ηλεκτρονικά εξαρτήματα και λογισμικό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δες τον τίτλο του πλαισίου «Η ΜΗΧΑΝΟΤΡΟΝΙΚΗ»
• Η σχέση δίνεται ως άθροισμα τριών επιστημών

Η ιστορική εξέλιξη της μηχατρονικής

Ερώτηση: Ο όρος “μηχατρονική” επινοήθηκε από τον Tetsuro Mori, ανώτερο μηχανικό της ιαπωνικής εταιρείας Yaskawa, το 1969. Ποιες ήταν οι τρεις διαδοχικές δεκαετίες εξέλιξής της και σε τι εστίασε η καθεμία;

Απάντηση:

• 1970. «η μηχατρονική βρήκε εφαρμογή στην σερβοτεχνολογία, στην οποία απλές βοηθητικές τεχνολογικές εφαρμογές σχετίζονται με μεθόδους ελέγχου -όπως, για παράδειγμα, στις αυτόματες πόρτες και στην αυτόματη εστίαση φακών φωτογραφικών μηχανών»
• 1980. «η μηχατρονική χρησιμοποιήθηκε στην τεχνολογία των πληροφορικών συστημάτων, με τη βοήθεια της οποίας ενσωματώθηκαν μικροεπεξεργαστές σε μηχανικά συστήματα για τη βελτίωση των επιδόσεων τους»
• 1990. «η μηχατρονική εστίασε στην τεχνολογία των επικοινωνιών, προκειμένου να συνδυάσει και να ενοποιήσει προϊόντα σε μεγάλα δίκτυα»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δεκαετία 1970: σερβοτεχνολογία (αυτόματες πόρτες, εστίαση φακών). Δεκαετία 1980: πληροφορικά συστήματα, ενσωμάτωση μικροεπεξεργαστών σε μηχανικά συστήματα. Δεκαετία 1990: τεχνολογία επικοινωνιών, ενοποίηση προϊόντων σε δίκτυα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ακολούθησε τη χρονολογική σειρά 1970→1980→1990
• Κάθε δεκαετία έχει διαφορετική εστίαση

Το γενικό διάγραμμα μηχατρονικού συστήματος

Ερώτηση: Ένα μηχατρονικό σύστημα αποτελείται, κυρίως, από μηχανισμούς κίνησης και ελέγχου, αλλά και από αισθητήρες. Είναι ένα σύστημα, το οποίο ενσωματώνει την ψηφιακή επεξεργασία σήματος αλλά και τη μεταφορά αυτού του σήματος σε ένα τελικό σημείο δράσης, δημιουργώντας κινήσεις ή ενέργειες. Από ποια τρία βασικά μέρη αποτελείται λοιπόν ένα μηχατρονικό σύστημα;

Απάντηση:

• Ολοκληρωμένο σύστημα. «Πρόκειται, δηλαδή, για ένα ολοκληρωμένο σύστημα με αισθητήρες, μικροεπεξεργαστές-μικροελεγκτές, καθώς και συστήματα δράσης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα μηχατρονικό σύστημα αποτελείται από αισθητήρες, μικροεπεξεργαστές-μικροελεγκτές και συστήματα δράσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η απάντηση δίνεται αμέσως μετά την περιγραφή του διαγράμματος

Η ροή σήματος σε μηχατρονικό σύστημα

Ερώτηση: Εκεί παρατηρούμε ότι οι αισθητήρες (sensors),-όπως τα επιταχυνσιόμετρα, οι κάμερες, τα σόναρς, τα θερμόμετρα- αντιλαμβάνονται μια εξωτερική ποσότητα (ήχο, θερμοκρασία κ.α.). Τι συμβαίνει στη συνέχεια με αυτή την ποσότητα μέχρι να καταλήξει σε δράση;

Απάντηση:

• Επεξεργασία. «Η ποσότητα αυτή εισάγεται προς επεξεργασία σε αναλογική ή ψηφιακή μορφή, ενισχυμένη ή όχι. Κατά την επεξεργασία γίνεται εκτίμηση των παραμέτρων.»
• Έξοδος. «Στην έξοδο βγαίνει ένα σήμα (μια οδηγία) για τους ενεργοποιητές, οι οποίοι ενεργοποιούν ένα μηχανολογικό σύστημα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ποσότητα που ανιχνεύει ο αισθητήρας εισάγεται προς επεξεργασία (αναλογική ή ψηφιακή), γίνεται εκτίμηση των παραμέτρων, και στην έξοδο παράγεται ένα σήμα-οδηγία για τους ενεργοποιητές που ενεργοποιούν το μηχανολογικό σύστημα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ακολούθησε τη ροή: αισθητήρας → επεξεργασία → ενεργοποιητές

Οι τεχνολογίες που ενσωματώνονται στη μηχατρονική

Ερώτηση: 1. Αισθητήρες: Αποτελούν τις συσκευές που αναγνωρίζουν τις μεταβολές του περιβάλλοντος. Μετρούν θερμοκρασίες, πίεση, βάρος κλπ. Ποιες είναι οι υπόλοιπες τρεις τεχνολογίες που ενσωματώνονται στη μηχατρονική, σύμφωνα με το βιβλίο;

Απάντηση:

• 2. Μικροεπεξεργαστές. «Μικροεπεξεργαστές και μικροκοντρόλερς: Αποτελούν τον “εγκέφαλο” του συστήματος. Τα μεγέθη που μετρούν οι αισθητήρες, καταλήγουν στον μικροελεγκτή, ο οποίος θα αποφασίσει για μια δράση.»
• 3. Ενεργοποιητές. «Ενεργοποιητές: Σε αυτούς καταλήγει η εντολή δράσης του μικροελεγκτή, ώστε να πραγματοποιηθεί η εντολή.»
• 4. Συστήματα κίνησης. «Συστήματα κίνησης: Διαιρούνται σε πνευματικά, υδραυλικά, μηχανικά & ηλεκτρικά.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι υπόλοιπες τρεις τεχνολογίες είναι: μικροεπεξεργαστές-μικροκοντρόλερς (ο «εγκέφαλος»), ενεργοποιητές (εκτελούν την εντολή δράσης) και συστήματα κίνησης (πνευματικά, υδραυλικά, μηχανικά, ηλεκτρικά).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Οι αισθητήρες δίνονται στην εκφώνηση ως πρώτο στοιχείο· βρες τα άλλα τρία

Τα πλεονεκτήματα των μηχατρονικών συστημάτων

Ερώτηση: Τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα μηχατρονικά συστήματα έναντι άλλων συστημάτων είναι τα ακόλουθα: Μεγαλύτερη ακρίβεια. Φιλικότητα στο χρήστη. Χαμηλότερο κόστος. Ποια άλλα πλεονεκτήματα αναφέρει το βιβλίο, πέρα από αυτά τα τρία;

Απάντηση:

• Πλήρης κατάλογος. «Περισσότερα χαρακτηριστικά και δυνατότητες. Μεγαλύτερη ευελιξία στην εφαρμογή. Φιλικότερα στο περιβάλλον. Περισσότερη ασφάλεια. Μεγαλύτερη αξιοπιστία. Μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Μικρότερος όγκος. Καλύτερη απόδοση. Προσαρμοστικός σχεδιασμός - επαναπρογραμματισμός.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα υπόλοιπα πλεονεκτήματα είναι: περισσότερα χαρακτηριστικά και δυνατότητες, μεγαλύτερη ευελιξία στην εφαρμογή, φιλικότερα προς το περιβάλλον, περισσότερη ασφάλεια, μεγαλύτερη αξιοπιστία και αποτελεσματικότητα, μικρότερος όγκος, καλύτερη απόδοση, προσαρμοστικός σχεδιασμός-επαναπρογραμματισμός.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η λίστα συνεχίζεται μετά τα τρία πρώτα πλεονεκτήματα της εκφώνησης

Τα πεδία με τα οποία έχει συνδεθεί η μηχατρονική

Ερώτηση: Όταν επινοήθηκε ο όρος “μηχατρονική”, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν είχαν ιδέα, σε τι ακριβώς αναφέρεται. Η μηχατρονική έχει συνδεθεί με πλείστα διαφορετικά αντικείμενα -συμπεριλαμβανομένων των εγκαταστάσεων παραγωγής, του ελέγχου κίνησης, της ρομποτικής, του ευφυούς ελέγχου, των ολοκληρωμένων συστημάτων, των ελεγκτών δονήσεων και θορύβου, των αυτοκινούμενων συστημάτων, της μοντελοποίησης και του σχεδιασμού, των αισθητήρων, καθώς, επίσης, και των μικροσυσκευών, όπως λ.χ. τα ηλεκτρομηχανικά συστήματα. Ονομάστε πέντε από αυτά τα αντικείμενα.

Απάντηση:

• Πλήρης λίστα αντικειμένων. εγκαταστάσεις παραγωγής, έλεγχος κίνησης, ρομποτική, ευφυής έλεγχος, ολοκληρωμένα συστήματα, ελεγκτές δονήσεων-θορύβου, αυτοκινούμενα συστήματα, μοντελοποίηση-σχεδιασμός, αισθητήρες, μικροσυσκευές

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικά πέντε: εγκαταστάσεις παραγωγής, έλεγχος κίνησης, ρομποτική, ευφυής έλεγχος, αισθητήρες (δεκτές και οι υπόλοιπες: ολοκληρωμένα συστήματα, ελεγκτές δονήσεων-θορύβου, αυτοκινούμενα συστήματα, μοντελοποίηση-σχεδιασμός, μικροσυσκευές).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η λίστα βρίσκεται στην πρώτη παράγραφο του «Ο ορισμός»