Chương 2. Cách tiếp cận thiết kế cơ điện tử

2.3 Các phương pháp tích hợp

Hình 2.3 chỉ ra sơ đồ tổng quát của một hệ cơ khí-điện tử truyền thống. Những hệ này ra đời dựa trên việc thêm các cảm biến, cơ cấu chấp hành và các bộ điều khiển tương tự hoặc số sẵn có vào các thành phần cơ khí. Hạn chế của cách tiếp cận này là thiếu các cảm biến và cơ cấu chấp hành thích hợp, tuổi thọ không như mong muốn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt (gia tốc, nhiệt độ, ô nhiễm), yêu cầu không gian lớn, yêu cầu dây nối, xử lý dữ liệu tương đối chậm. Nhờ những cải tiến liên tục trong việc thu nhỏ kích thước, tăng độ cứng và khả năng tính toán của các thành phần vi điện tử, người ta có thể chú trọng hơn đến điện tử trong thiết kế hệ cơ điện tử. Người ta có thể hình dung ra nhiều hệ thống tự vận hành như các thiết bị được bọc kín với việc truyền tín hiệu không tiếp xúc hoặc kết nối bus, và vi điện tử bền vững.

Việc tích hợp hệ cơ điện tử có thể được tiến hành thông qua việc tích hợp các thành phần và tích hợp xử lý thông tin.

Bảng 2.2 Các thuộc tính của các hệ thống thiết kế cổ điển và cơ điện tử

HÌNH 2.3 Sơ đồ tổng quát của (lớp) hệ cơ – điện tử

Tích hợp các thành phần (Phần cứng)

Việc tích hợp các thành phần (tích hợp phần cứng) bắt nguồn từ việc thiết kế hệ thống cơ điện tử như một hệ tổng thể và gắn các cảm biến, cơ cấu chấp hành, và vi máy tính vào quá trình cơ khí, như thấy ở hình 2.4. Việc tích hợp về mặt không gian này có thể sẽ giới hạn ở sự tích hợp quá trình cơ khí với bộ cảm biến hoặc quá trình cơ khí với cơ cấu chấp hành. Vi máy tính có thể được tích hợp với cơ cấu chấp hành, quá trình cơ khí hoặc bộ cảm biến hay có thể được sắp xếp ở một vài vị trí khác nhau.

Việc tích hợp bộ cảm biến với máy vi tính sẽ tạo nên bộ cảm biến thông minh, và tích hợp cơ cấu chấp hành với máy vi tính cũng sẽ tạo nên cơ cấu chấp hành thông minh. Đối với những hệ thống lớn hơn, kết nối bus sẽ thay thế dây. Do vậy, có một số khả năng xây dựng hệ thống tích hợp tổng thể bằng việc tích hợp các phần cứng một cách hợp lý.

Tích hợp xử lý thông tin (Phần mềm)

Việc tích hợp xử lý thông tin (tích hợp phần mềm) phần lớn dựa trên các chức năng điều khiển hiện đại. Bên cạnh điều khiển cấp thẳng và điều khiển phản hồi cơ bản, một tác động nữa có thể có thông qua sự hiểu biết về quá trình và việc xử lý thông tin trực tuyến tương ứng, như thấy ở hình 2.4. Điều này đồng nghĩa với việc xử lý các tín hiệu hiện có ở các mức độ cao hơn, bao gồm giải pháp của các nhiệm vụ như giám sát có chẩn đoán lỗi, tối ưu và quản lý tổng thể quá trình. Các giải pháp tương ứng sẽ cho kết quả là các thuật toán thời gian thực phù hợp với các thuộc tính gia công cơ khí được thể hiện bằng các mô hình toán học dưới dạng đặc tuyến tĩnh hoặc các phương trình vi phân. Vì vậy đòi hỏi một cơ sở kiến thức về các phương pháp thiết kế, thu thập thông tin, các mô hình quá trình và các tiêu chuẩn thực hiện. Theo cách này, các phần cơ khí được vận hành theo nhiều cách khác nhau thông qua việc xử lý thông tin ở cấp cao hơn với các thuộc tính thông minh có thể bao gồm cả việc học, vì vậy hình thành việc tích hợp bằng phần mềm thích ứng với quá trình.