Đặc trưng của sản phẩm cơ điện tử

Trong bài trước chúng ta đã tìm hiểu những định nghĩa, khái niệm cơ bản, nền tảng hình thành nên ngành cơ điện tử. Vì thì có gì khác biệt giữa sản phẩm cơ điện tử so với các sản phẩm của các lĩnh vực công nghệ khác, các phân tích trong phần dưới sẽ chỉ dẫn chúng ta điều đó.

Nhiều chuyên gia về tự động hoá cho rằng cơ điện tử chả là cái gì mới. Khi xây dựng các hệ thống điều khiển tự động các chuyên gia tự động hoá đã phải làm công việc tích hợp hệ thống, kết nối đầu đo, cơ cấu chấp hành, máy tính điều khiển, viết phần mềm đo - điều khiển và lựa chọn cả các thiết bị giao diện để điều khiển các quá trình công nghệ kể cả các hệ cơ. Như vậy các hệ thống tự động hoá cũng đã tích hợp nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau từ lâu. Điều này hoàn toàn đúng và thực tế để xây dựng được các hệ thống điều khiển quá trình cơ học, các chuyên gia tự động hoá cũng phải hiểu thấu đáo các mô hình, quá trình động lực học của hệ cơ học và của cả các đầu đo, cơ cấu chấp hành mới tích hợp được một hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu. Mặt khác phương pháp tích hợp các hệ thống điều khiển này không chỉ cho riêng các đối tượng, quá trình cơ mà các chuyên gia tự động hoá còn làm nhiều hơn trong lĩnh vực điều khiển các quá trình công nghệ và tự động hoá công nghiệp (điều khiển lò phản ứng, điều khiển nồi hơi hay tự động hoá quá trình xử lý nước thải...).

Robot tự hành khám phá sao Hoả Opportunity của NASA, robot có hàng tăm chức năng khác nhau để phục vụ mục đích tỉm hiểu chi tiết về sao hỏa

Vậy thì cơ điện tử có các điểm nào mới hơn các hệ thống tự động? Sản phẩm cơ điện tử có đặc trưng gì riêng biệt để nhận biết?

Với những gì hiện nay chúng ta hiểu về hệ thống cơ điện tử thì những điểm mới của cơ điện tử so sánh với các hệ tự động hoá khác nhau ở 3 điểm sau:

- Một là: Các sản phẩm cơ điện tử thường là các sản phẩm cuối cho người dùng (end-user products)

Ngay từ khi hình thành khái niệm “cơ điện tử” các chuyên gia Nhật Bản đã định hướng cho khái niệm này là sản phẩm kết hợp cơ và điện tử hơn là nói đến một hệ thống công nghệ cao. Có nghĩa là các sản phẩm cơ điện tử là các sản phẩm cho người sử dụng cuối cùng như các đồ dùng, thiết bị gia dụng được chế tạo hàng loạt, hoặc các sản phẩm chất lượng cao như ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thiết bị y tế, các bộ phận cơ thể nhân tạo thay thế cho con người vv... Các sản phẩm này được thiết kế và chế tạo một cách tiện ích nhất, phù hợp với các yêu cầu riêng cho người sử dụng và người sử dụng không quan tâm đến các công nghệ được dùng trong nó mà họ mua và dùng các sản phẩm này vì nó tốt hơn, kinh tế hơn, tiện dụng hơn phù hợp với những yêu cầu riêng của mình. Do vậy, các sản phẩm cơ điện tử phải tuân thủ quy luật thị trường là tính kinh tế và thoả mãn yêu cầu người dùng hơn là chỉ đạt chỉ tiêu kỹ thuật đơn thuần.

- Hai là: các sản phẩm cơ điện tử có các công nghệ thích ứng tinh xảo, có tính thông minh và thiết kế cơ khí cô đọng bền chắc.

Với các công nghệ micro và nano hiện nay các sản phẩm cơ điện tử có thể đưa các cảm biến, vi xử lý và cơ cấu chấp hành vào bất kỳ vị trí không gian hẹp cô đọng nào trong cấu trúc cơ khí của sản phẩm. Điều này tạo nên các sản phẩm cơ điện tử có độ thông minh cao mà lại đặt được vào một cấu trúc hoàn hảo cô đọng cả về kích thước, trọng lượng và tiêu thụ năng lượng.

- Ba là: Độ tự do của thiết kế cơ điện tử lớn hơn

Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS của Festo

Thiết kế các sản phẩm cơ điện tử là một thiết kế tổng hợp tối ưu nên nó là một thiết kế cho phép thay đổi được tất cả các bộ phận cơ khí, đầu đo, cơ cấu chấp hành, vi xử lý điều khiển để đạt được một thiết kế hoàn hảo cân bằng. Cấu trúc cơ khí cũng có thể thay đổi, các bộ phận điện tử, điều khiển cũng có thể thay đổi linh hoạt cho từng loại sản phẩm. Như vậy thiết kế cơ điện tử là một thiết kế cộng tác để đạt được một sản phẩm có tính cạnh tranh cao. Ngược lại khi tích hợp các hệ thống tự động các chuyên gia tự động phải chấp nhận đối tượng điều khiển (quá trình cơ khí) như một thực thể cố định. Các đầu đo, cơ cấu chấp hành cũng là các sản phẩm có sẵn và bộ phận có thể thay đổi được là bộ điều khiển và thuật toán điều khiển. Độ tự do trong thiết kế tích hợp các hệ thống tự động bó hẹp hơn nhiều so với độ tự do của thiết kế các sản phẩm cơ điện tử.

Cơ điện tử được hình thành từ sự kế hợp của nhiều ngành bao gồm cơ khí, điện tử, và công nghệ thông tin. Vậy thì cơ điện tử là một lĩnh vực khoa học hay là một lĩnh vực công nghệ.

Trích CƠ ĐIỆN TỬ – CƠ HỘI VÀ THÁCH THỨC TRONG QUÁ TRÌNH HỘI NHẬP NỀN KINH TẾ TOÀN CẦU CỦA VIỆT NAM - PGS. TSKH Phạm Thượng Cát