Đồ Án Cơ điện tử

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ

1.1 Cơ điện tử là gì ?

Trong nền kinh tế toàn cầu hiện nay, quốc gia nào đưa ra được các sản phẩm có sức cạnh tranh cao sẽ có được thị phần và cơ hội phát triển. Cơ điện tử là một lĩnh vực chuyên môn kết nối đa ngành kỹ thuật cho phép tạo ra các sản phẩm trí tuệ với giá thành ngày càng rẻ như thế. Sự phát triển của máy tính và công nghệ phần mềm làm cho cơ điện tử trở thành một đòi hỏi cấp thiết của những thập niên cuối thế kỷ 20. Sang thế kỷ 21, với những tiến bộ trong các hệ thống cơ-điện-sinh học máy tính lượng tử, hệ thống pico và nano, tương lai của cơ điện tử sẽ đầy ắp triển vọng sáng sủa và tiềm năng.

Thuật ngữ cơ điện tử (mechatronic) ra đời ở Nhật Bản vào những năm cuối thập niên 1960. Khi đó người ta coi cơ điện tử là một lĩnh vực công nghệ liên ngành giữa cơ khí, điện/điện tử. Công nghệ này đã tạo ra nhiều sản phẩm mới cũng như cung cấp một giải pháp tăng hiệu quả và tính năng của các máy móc thông dụng trong đời sống con người. Từ đó đến nay cơ điện tử có sự phát triển không ngừng và đóng vai trò quan trọng trong khoa học công nghệ, nhất là khi kỹ thuật vi xử lý ra đời vào những năm 1970. Mặc dù vậy khái niệm cơ điện tử không được thể hiện một cách rõ ràng và nhất quán trong các tài liệu cũng như trong cách hiểu của mọi người. Nhiều người hiểu cơ điện tử là một hệ thống gồm các phần cơ khí, điện, điện tử, máy tính, sensor, actuator, . Một số lại hiểu sản phẩm cơ điện tử là một thiết bị có thêm phần điều khiển điện tử và phần mềm thay thế một phần chức năng của phần cơ khí trước đây. Cách hiểu này dẫn đến suy nghĩ rằng cơ điện tử không có gì mới mà chỉ đơn thuần là sự tập hợp các lĩnh vực khoa học công nghệ có sẵn. Trong khi đó, nhiều sách về cơ điện tử có cấu trúc nhiều chương, mỗi chương lại nói về một công nghệ riêng rẽ, càng làm người đọc hiểu cơ điện tử không phải là một công nghệ thống nhất.

Hiểu cơ điện tử như thế là chưa đủ và chưa thấy hết bản chất của nó. Trước hết phải hiểu cơ điện tử là một công nghệ thống nhất chứ không phải là sự tập hợp đơn thuần của nhiều công nghệ khác nhau. Là một thể thống nhất nên thiết kế các sản phẩm cơ điện tử phải là một thiết kế tối ưu, cộng năng của các công nghệ khác nhau tạo nên một thiết bị, một hệ thống có sự kết hợp hữu cơ như một cơ thể sống. Có nghĩa là phần cơ khí, phần điện tử, phần điều khiển, phần mềm, sensor, actuator, v.v . của một sản phẩm cơ điện tử là các phần xương thịt của nhau, ảnh hưởng lẫn nhau. Do vậy cấu trúc của các công nghệ khác nhau phải thay đổi để tạo nên một cấu trúc thống nhất trong một sản phẩm.

Với quan niệm như thế, các chuyên gia trên thế giới đã đưa ra các định nghĩa khác nhau về cơ điện tử. Bắt đầu từ định nghĩa đầu tiên về cơ điện tử của Yasakawa Electric Company: “Từ mechatronics (cơ điện tử) được tạo thành bởi “mecha” trong mechanism (máy móc) và “tronics” trong electronics (điện tử). Nói cách khác, các công nghệ và sản phẩm phát triển sẽ hợp nhất điện tử một cách mật thiết và hữu cơ ngày càng nhiều vào trong máy móc, và làm nó không thể nói nơi một cái kết thúc và cái khác bắt đầu”. Sự tiến bộ của công nghệ theo thời gian, nhất là sự phát triển của máy tính, khiến cho định nghĩa cơ điện tử thay đổi. Năm 1996, Harashima, Tomizuka và Fukada quan niệm cơ điện tử là “sự tích hợp của kỹ thuật cơ khí, cùng với điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế và sản xuất các sản phẩm và quá trình công nghiệp”.

Theo Auslander và Kempf (1996): “cơ điện tử là một ứng dụng của việc tạo quyết định liên hợp để điều hành các hệ thống vật lý”. Và gần đây, W.Bolton đề xuất định nghĩa: “Một hệ thống cơ điện tử không chỉ là sự kết hợp chặt chẽ các hệ thống cơ khí - điện và còn hơn cả một hệ thống điều khiển; nó là sự tích hợp hoàn toàn của tất cả những thứ đó”. Tất cả các định nghĩa và phát biểu trên đều chính xác và có giá trị nhưng chúng không định nghĩa được hoàn toàn cơ điện tử. Hiện nay, thế giới tiếp tục có những cố gắng để định nghĩa cơ điện tử, để phân loại các sản phẩm cơ điện tử và để phát triển một chương trình giảng dạy cơ điện tử chuẩn. Tuy nhiên khó có thể miêu tả hoàn thiện “cơ điện tử là gì”. Sự thiếu nhất trí đó là một tín hiệu lành mạnh. Nó cho thấy lĩnh vực này đang tồn tại, có nghĩa đấy là một vấn đề mới mẻ.

Thậm chí khi không có định nghĩa thống nhất về cơ điện tử, các kỹ sư cũng hiểu được nó từ những định nghĩa trên và từ việc bản thân họ chiêm nghiệm được bản chất triết học của cơ điện tử qua thực tiễn. Các sản phẩm cơ điện tử vẫn liên tục được ra đời trong vòng 30 năm qua bằng những xử lý tự nhiên như thế. Mặc dù vậy cần thiết phải nghiên cứu cơ điện tử để cung cấp một kỹ năng giúp mọi người hiểu và giải thích được quá trình thiết kế kỹ thuật cũng như định nghĩa, phân loại, thiết lập và tích hợp nhiều khía cạnh kỹ thuật trong sản phẩm cơ điện tử thống nhất.