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Was ist Mechatronik?

04 Apr 2018
Bob White

Die Mechatronik ist eine ganzheitliche Betrachtung einer kompletten Maschinenlösung, die alle Elemente des Systems berücksichtigt, aus denen die Maschine besteht, einschließlich Mechanismen, Motoren, Antriebselektronik, Steuerungen, Schnittstellen und Ergonomie. Am Entwurf eines Maschinendesigns mittels eines mechatronischen Systemkonzepts sind zahlreiche Fachrichtungen beteiligt. Es ist eine Verschmelzung der physikalischen Erwartungen eines Bewegungssystems, sei es mechanisch, elektronisch, hydraulisch, pneumatisch oder irgendein Hybrid von Technologien, die verwendet werden, um eine physikalische Aufgabe zu erfüllen. Oft versuchen diese Systeme, eine menschliche Funktion nachzubilden, zu vereinfachen oder zu unterstützen. Dabei handelt es sich meist um eine wiederholte Bewegung, die eine Maschine besser ausführen kann. Vor der Einführung der Mechatronik wurden das mechanische System und die Steuersysteme unabhängig voneinander entwickelt, ohne die verwendeten Komponenten zu berücksichtigen. Als mehr Rechenleistung verfügbar wurde, begann man mit einer spezifischen Systemmodellierung zu arbeiten, um die Lösungen zu optimieren.

Der Wissenszweig von der Einbeziehung von Synergien zwischen mechanischen, elektrischen und Steuersystemen ist seit den 1950er Jahren bekannt, der Begriff „Mechatronik“ wurde jedoch von dem Ingenieur Tetsuro Mori von Yaskawa geprägt und 1971 als Marke eingetragen. Später wurde er dann für den allgemeinen Gebrauch freigegeben. 

Die Anwendung echter Mechatronik geht auf eine Zeit weit vor der offiziellen Einführung des Begriffs zurück. 1952 veröffentlichte Solodovnikov ein Buch über die statistische Dynamik von Steuersystemen. Ein Teil dieses Buches beschrieb, wie in einen elektronischen Verstärker ein Störungssignal eingespeist und ein auf einem Kardanring montiertes Radarsystem zur Verfolgung von Raketen verwendet wurde. Die Unterlagen wurden aus der ehemaligen Sowjetunion herausgeschmuggelt und beschrieben zur damaligen Zeit wegweisende Erkenntnisse.

Heute wenden die meisten Unternehmen, die Systeme für die Antriebstechnik bereitstellen, diese Prinzipien als Grundlagenwissen an. OEMs, die Antriebselemente von mehreren Herstellern kombinieren möchten, verfügen in der Regel über das mechatronische Know-how für eine erfolgreiche Integration.

Modeling a System"Die mechatronischen Entwicklungen zielen darauf ab, die „Trial-and-Error-Methode“ bei der Entwicklung zu vermeiden. Ein Nebenprodukt ist ein umfassendes mathematisches Verständnis der Eigenschaften einer Maschine. System -Modelle, Schwingungsanalysen und andere Analysemethoden können unter Einsatz modernster Rückführungssensoren Fehler erfassen, auswerten und vorhersagen, um Pläne für die vorbeugende Wartung zu entwickeln. Ein einfaches Beispiel ist, über die Zeit ermittelte Daten aus Betriebsströmen können darauf Hinweisen das es in dem mechanischen System zu übermäßigem Verschleiß kommt, wenn der Betriebsstrom dauerhaft über einem festgelegten Zielbereich liegt. Viele Systeme sind darauf ausgelegt, Motorsensoren in Verbindung mit Steuerungsalgorithmen zu verwenden, um Alarme und Warnungen basierend auf bestimmten Rückführungsdaten und vordefinierten Grenzwerten auszugeben. Die Konfiguration erfolgt in der Regel über die Elemente der Systemsteuerung. Wenn ein Maschinendesign die Wechselwirkungen zwischen seinen verschiedenen mechatronischen Elementen berücksichtigt, kann die Maschine im Hinblick auf maximale Leistung, eine lange Lebensdauer und eine verbesserte Gesamtanlageneffektivität (OEE) optimiert werden."

Machine Design ConsiderationsDie meisten Ingenieure erwerben einen Abschluss in Maschinenbau oder Elektrotechnik. An Hochschulen wurden die mechanischen Systeme und die Steuerungen bisher meist getrennt voneinander und nicht als kombinierte Fachrichtung behandelt. In der Praxis außerhalb der Lehrumgebung werden die getrennten Fachrichtungen dann zusammengeführt. Immer mehr Ausbildungsstätten und Hochschulen in den USA und in anderen Ländern richten Ausbildungs- und Studiengänge für Mechatronik ein. Die Mechatronik setzt sich an Hochschulen mit dem Fachbereich Maschinenbau zunehmend als ein eigenes Fachgebiet durch. Viele technische Ausbildungsstätten und Handelsschulen haben die Mechatronik in ihre Lehrpläne integriert. Weitere Fortschritte werden sich einstellen, wenn die stetig zunehmende Rechenleistung mit hochentwickelten Rückführungssensoren kombiniert wird, um vielfältige Maschinenzustände auszuwerten. Die Konnektivität mit dem IoT wird es Maschinenbedienern ermöglichen, Warnmeldungen per Smartphone zu empfangen, während über das Internet Maschinenprobleme von dezentralen Standorten aus diagnostiziert werden können.

Über den Autor

Bob White

Bob White - Author
Bob arbeitet seit über 30 Jahren in einer Vielzahl von Positionen, einschließlich Applications Engineering, Product Marketing, Industry Marketing, Territory Management, Systems Engineering, Training und jetzt Digital Marketing bei Kollmorgen. Über ihn wurde nicht nur in etlichen Magazinen berichtet, er ist auch Mitgründer einer berühmten College Football Tradition: der Sousaphon Line Dance zu dem Song "Hokie Pokie". Er wurde in den vergangenen 30 Jahren bei jedem Virginia Tech Football-Spiel durchgeführt! Verbinden Sie mit diesem Autor bei Google+

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