Tài liệu Cơ-điện tử - công nghệ giúp tiến nhanh vào KTTT docx

Cơ-điện tử - công nghệ giúp tiến nhanh vào KTTT Cơ-điện tử (Mechatronics) là một lĩnh vực công nghệ cao đã được nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước tiên tiến, đầu tư phát triển mạnh mẽ. Nhưng đối với nước ta đây vẫn là một lĩnh vực còn khá m ới mẻ, cần được quan tâm phát triển nhiều hơn nữa trong thời gian tới, mà như một số chuyên gia nhận định nó có thể giúp Việt Nam “đi tắt đón đầu” kinh tế tri thức. Đây là vấn đề toát lên từ cuộc Hội thảo Quốc tế về Cơ-điện tử được tổ chức tại Hà Nội từ 8-12/11/2004. Nội dung: Cơ -điện tử (Mechatronics) được ra đời tại Nhật Bản khoảng 30 năm trước. Đây là một lĩnh vực công nghệ li ên ngành giữa cơ khí, điện và điện tử. Từ đó đến nay cơ -điện tử đã phát triển không ngừng, nhất là khi kỹ thuật vi xử lý ra đời đã làm cho cơ-điện tử có một vai trò quan trọng trong khoa học và công nghệ (KH&CN). Nhiều người đã quan niệm đơn giản cơ-điện tử là một hệ thống bao gồm phần cơ khí, điện, điện tử. máy tính, đầu đo, cơ cấu chấp hành Cách hiểu này dẫn đến quan niệm rằng, cơ-điện tử không là cái gì m ới mà đơn thuần chỉ là sự tập hợp các lĩnh vực KH&CN sẵn có. Hiểu cơ-điện tử như thế là chưa đủ. chưa thấy hết bản chất của nó. Trước hết cần phải hiểu cơ điên tử l à một công nghệ thống nhất, chứ không phải là phép cộng đơn thuần của nhiều công nghệ khác nhau. Sản phẩm cơ-điện tử phải là sản phẩm gắn kết hữu cơ giữa một quá trình điều khiển với một quá trình cơ học - thường là quá trình chuy ển động. Cơ-điện tử tuy rất gắn bó với công nghệ tự động hóa nhưng vẫn khác ở chỗ nó không chỉ quan tâm đến bản thân hệ thống điều khiển và chất lượng của vòng điều khiển, mà còn quan tâm đến chất lượng mọi mặt của cả sản phẩm như một thể thống nhất. Theo Giáo sư Glozio Rizzomi thuộc trường Đại học Ohio ( Mỹ) thì cơ-điện tử là "Sự thiết kế tổng hợp giữa các phương pháp thiết kế cơ học truyền thống với các cảm biến, công nghệ đo, mô tơ, cơ cấu chấp hành, hệ thống điều khiển nhúng (Embedded Control System) và ph ần mềm xử lý thời gian thực (Real Time)". Theo ông thì các s ản phẩm cơ điên tử có nhiều chức năng vượt trội, trong đó có các phần điện tử thay thế các chức năng cơ khí tạo nên các sản phẩm, các hệ thống có độ mềm dẻo, thích nghi cao và dễ dàng sửa đổi nâng cấp, thiết kế lại, lập trình lại. Như vậy phương pháp tích hợp các côn g nghệ khác nhau: phần cơ, ph ần điện tử, phần điều khiển, phần mềm, đầu đo, cơ cấu vận hành để có được lời giải tối ưucho một sản phẩm cụ thể có thể coi là phần cơ bản của cơ-điện tử. Trướ c kia, máy móc và vũ khí chỉ do các kỹ sư cơ khí thiết kế. Sau khi đ ã thiết kế xong phần cơ khí, các phần điều khiển và lập trình m ới được bổ sung vào bởi các kỹ sư điều khiển và lập trình viên. Cách ti ếp cận này dẫn đến hệ quả là sẩn phẩm thiết kế chỉ có thể đạt tối ưu cục bộ. Hiện nay việc thiết kế, chế tạo máy móc v à vũ khí đ ã có những bước tiến vượt bậc nhờ sự tiến bộ vượt bậc của các công nghệ vi điện tử, điều khiển và vi xử lý. Sự kết năng của nhiều công nghệ khác nhau là đặc trưng cơ bản của các sản phẩm cơ -điện tử. Trong thập kỷ 70 của thế kỷ trước, các sản phẩm cơ-điện tử chủ yếu tích hợp phần cơ khí với công nghệ điều khiển trợ lực (servo) tạo nên các sản phẩm như cửa tự động, máy tự động bán hàng, máy ảnh tự động chỉnh tiêu cự (focus) Đến thập kỷ 80, khi công nghệ thông tin được h ình thành thì các chip vi xử lý đã được nhúng vào trong các h ệ thống cơ khí để nâng cao các công năng hệ thống. Lúc này các máy công cụ điều khiển số và rôbốt đã trở nên hoàn hảo hơn, các ôtô có phần điều khiển số, đ ã được sử dụng rộng rãi. Trong l ĩnh vực quân sự, các hệ thống vũ khí thông minh có điều khiển số ra đời và phát triển mạnh mẽ. Vào thập kỷ 90, công nghệ truyền thông được đưa vào các sản phẩm cơ-điện tử, đã tạo nên các sản phẩm có khả năng kết nối mạng. Cũng trong giai đoạn này, các vi cảm biến và cơ cấu chấp hành siêu nhỏ được phát triển và ứng dụng trong nhiều sản phẩm như các hệ thống vi cơ -điện tử. Có thể nói rằng, chức năng của các máy móc và hệ thống cơ kỹ thuật hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào ph ần mềm (có thể là một thuật toán, mạng nơron, hệ mờ) trong máy tính c ủa sản phẩm. Riêng điều này đã là một sự khác biệt về chất so với các sản phẩm cơ điện cách đây 25-30 năm trước. Xu thế phát triển của cơ-điện tử là ngày càng tích hợp trong nó nhiều công nghệ cao hơn, sản phẩm ngày càng "thông minh" hơn đồng thời kích thước cũng ng ày càng nhỏ đi. Cơ điện tử ở Việt Nam Cơ-điện tử bắt đầu thâm nhập vào nước ta từ đầu thập kỷ 90. Năm 1998 Viện Cơ học thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và công ngh ệ quốc gia đã thành lập Phòng Cơ-điện tử. Công tác nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số, ứng dụng công nghệ thông tin và mô ph ỏng cho các quá trình thiết kế và chế tạo máy được thực hiện ở nhiều nơi như Viện máy và Dụng cụ công nghiệp (IMI), Viện Nghiên cứu cơ khí, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, Trường Đại học Bách khoa (ĐHBK) Hà Nội, Trường ĐHBK thành phố Hồ Chí Minh, Học viện Kỹ thuật quân sự, Trung tâm Khoa học, Kỹ thuật và Công nghệ quân sự. Trường ĐHBK Hà N ội và Trường ĐHBK thành phố Hồ Chí Minh đã thành lập Bộ môn Cơ -điện tử. Nhiều trường đại học khác của nước ta cũng đã b ắt đầu đào tạo sinh viên và cao học chuyên ngành cơ-điện tử. Hàng năm (từ 2000) thường xuyên có chương tr ình trao đổi hợp tác giữa Việt Nam - Nhật Bản - Mỹ về cơ-điện tử. Hiện nay, cơ-điện tử đang được Nhà nước ta hết sức quan tâm và h ỗ trợ phát triển.Tại Khu công nghệ cao Hòa Lạc, cơ-điện tử cũng là một hướng ưu tiên đầu tư được. Tuy nhiên, các cơ sở đào tạo cơ- điện tử ở các trường đại học lớn ở nước ta mới được hình thành, các cơ sở nghiên cứu cơ-điện tử còn chưa được đầu tư và các cơ sở sản xuất thì còn rất mơ hồ với các sản phẩm cơ-điện tử. Lực lượng cán bộ KH&CN am hiểu cơ-điện tử còn mỏng. Đội ngũ kỹ sư cơ- điện tử ở các cơ sở sản xuất hầu như chưa có. Với xu thế phát triển của cơ-điện tử hiện nay trên thế giới, nếu chúng ta không quan tâm đúng mức, không xây dựng tiềm lực KH&CN để có thể sáng tạo ra các sản phẩm cơ-điện tử có sức cạnh tranh cao thì chắc chắn nước ta sẽ chỉ là thị trường tiêu thụ các sản phẩm của nước ngoài. Chính vì v ậy chúng ta cần có chiến lược đào tạo con người, tiếp cận đến các công nghệ tiên tiến và nhanh chóng đưa được ra thị trường các sản phẩm của mình có hàm lượng chất xám cao với giá thành cạnh tranh. Về đào tạo kỹ sư và chuyên gia cơ-điện tử Rõ ràng trong giai đoạn tới vai trò quan trọng của kỹ sư cơ khí đơn thuần sẽ không còn trong các ngành công nghiệp mà trọng tâm sẽ nhằm tới các kỹ sư cơ-điện tử có khả năng thiết kế, duy tu bảo dưỡng các sản phẩm v à hệ thống được điều khiển bằng máy tính điện tử. Do vậy, việc đào tạo các kỹ sư và chuyên gia về cơ-điện tử ở nước ta l à vấn đề cần phải làm ngay từ bây giờ. Cần phải đào tạo các kỹ sư cơ khí có sự hiểu biết về lý thuyết điều khiển tự động, công nghệ điều khiển nhúng đủ để có thể thiết kế và làm chủ được các sản phẩm cơ-điện tử. Cần đào tạo các kỹ sư cơ khí biết các phương pháp mô h ình hóa và mô phỏng hiện đại để rút ngắn và gi ảm chi phí cho quá trình thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ điên tử. Cần tạo cho sinh viên có khả năng tư duy liên ngành để có thể nắm bắt được các công nghệ và sản phẩm mới của lĩnh vực cơ-điện tử. Về nghiên cứu và phát triển chúng ta cần chú trọng đến các phương pháp mô phỏng và tích hợp các công nghệ khác nhau tạo thành một sản phẩm cơ-điện tử có hiệu quả tối ưu, tức là phải gắn chặt với chức năng cụ thể của sản phẩm: máy công cụ thông minh, thiết bị thông minh, hệ vũ khíthông minh Đặc biệt cần chú ý đến các công nghệ cao(cảm biến, công nghệ điều khiền nhúng, cơ cấu chấp hành) đang phát triển rất nhanh trong giai đoạn hiện nay. Phần cứng của các thiết bị này còn khá lâu nữa chúng ta mới tự chế tạo được, nhưng lại thường được chuẩn hóa cho nhiều mục đích khác nhau v à có bán r ộng rãi trên thị trường với giá tương đối rẻ. Phần đặc thù - phi tiêu chu ẩn - thường là phần cơ khí và phần mềm thì chúng ta có thể tự làm được với giá cạnh tranh, bởi v ì trong tương lai phần trí tuệ của sản phẩm sẽ là phần chiếm tỷ trọng ngày càng lớn trong giá cả của máy móc và hệ thống cơ-điện tử. Do vậy chúng ta cần chú trọng đến các giải pháp sáng tạo trong thiết kế - tích hợp hệ thống, các phương pháp điều khiển, các phương pháp xử lý tín hiệu v à công ngh ệ lập trình thời gian thực để có thể gắn bó hữu cơ với máy móc, tạo ra sản phẩm có sức cạnh tranh. Đây chính là một cơ hội cho các nước đang phát triển như nước ta có thể “đi tắt đón đầu”, tiến vào kinh tế tri thức, phát huy hết tài năng trí tuệ để tạo ra các sản phẩm đủ sức cạnh tranh trong tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế. . C - iện tử - công nghệ giúp tiến nhanh vào KTTT C - iện tử (Mechatronics) là một lĩnh vực công nghệ cao đã được nhiều nước. ngành c - iện tử. Hàng năm (từ 2000) thường xuyên có chương tr ình trao đổi hợp tác giữa Việt Nam - Nhật Bản - Mỹ về c - iện tử. Hiện nay, c - iện tử đang