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.