Tổng quan Cơ điện tử
Bài 1: Cơ điện tử – cơ hội và thách thức..
Cơ điện tử được hiểu là một công
nghệ mới được hình thành từ sự
liên kết của nhiều ngành công
ngh
ệ hiện có như cơ khí, điện tử,
điều khiển, công nghệ thông tin
vv.. Tuy nhiên do là một công
nghệ mới đang phát triển và mở
rộng với tốc độ nhanh nên khó có
th
ể có ngay được một định nghĩa
chính xác.Một định nghĩa quá
cứng bây giờ có thể gây nhiều hạn chế, thiếu chính xác trong tương lai. Ta
đ
ã thấy điều này qua ba thập kỷ phát triển của Cơ điện tử.
PGS. TSKH Phạm Thượng Cát

1. Làm rõ hơn về Cơ điện tử

2. Cơ hội và thách thức

3. Một số suy nghĩ
1. Làm rõ hơn về Cơ điện tử
1.1 Hiểu về Cơ điện tử ngày nay
Nhiều định nghĩa về Cơ điện tử khác nhau đã được nhiều nhà khoa học và
công ngh
ệ đưa ra với các cách nhìn và quan điểm khác nhau. Tuy vậy một
nét chung nhất được thừa nhận và cũng là bản chất của cơ điện tử là sự “liên
k

ải 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 tr
ình 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 v
à 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
ngh
ệ và tự động hoá công nghiệp (điều khiển lò phản ứng, điều khiển nồi
hơi hay tự động hoá quá tr
ình xử lý nước thải...).
Vậy thì cơ điện tử có các điểm nào mới hơn các hệ thống tự động?
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 l
à các sản phẩm cơ điện tử là các
s
ản phẩm cho người sử dụng cuối cùng như các đồ dùng, thiết bị gia dụng
được chế tạo h
àng loạt, hoặc các sản phẩm chất lượng cao như ôtô, máy bay,

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.
Hiển nhiên cơ điện tử với sự kết hợp tối ưu của công nghệ cơ, điện tử, điều
khiển... dễ được coi là một lĩnh vực công nghệ hơn là một lĩnh vực khoa học.
Điều n
ày một phần cũng do hiện nay chưa hình thành được nền tảng khoa
học, cơ sở lý luận của cơ điện tử. Ngược lại đối với cơ khí ta có cơ học là
n
ền tảng khoa học; tự động hoá có lý thuyết điều khiển tự động và lý thuyết
hệ thống làm nền tảng; điện tử có các phương trình maxell, lý thuyết mạch,
công nghệ thông tin có lý thuyết automat, cơ sở dữ liệu, lý thuyết thông tin
... làm nền tảng. Vậy cơ điện tử có nền tảng khoa học của nó hay không?
Để l
àm sáng tỏ vấn đề này ta hãy xuất phát từ bản chất của cơ điện tử là sự
cộng năng, gắn kết hữu cơ của nhiều ngành khoa học công nghệ khác nhau.
Do vậy cơ điện tử cũng có phần khoa học dựa trên nền tảng khoa học của
từng lĩnh vực riêng rẽ và phần khoa học của sự liên kết đa ngành. Chính
ph
ần khoa học của sự liên kết đa ngành này tạo nên sự khác biệt về mặt khoa
học của cơ điện tử. Tuy nhiên qua 3 thập kỷ phát triển, cái bản chất của sự
cộng năng này lại ít được nghiên cứu mổ xẻ nhất. Đây là một nhược điểm
ảnh hưởng không nhỏ tới sự phát triển của cơ điện tử, như một ng
ành khoa
h
ọc. Các nghiên cứu về cơ điện tử chưa tìm ra được các quy luật tạo nên sức
mạnh tổng hợp, vượt trội của sự liên kết đa ngành, chưa chỉ ra được sự liên

nghiệp công nghệ thông tin, công nghiệp chế tạo đầu đo, cơ cấu chấp hành,
v
ậy có nền công nghiệp cơ điện tử hay không? Có ý kiến cho rằng cơ điện tử
là sự tích hợp của các ngành công nghệ có sẵn nên việc chế tạo các sản
phẩm cơ điện tử hoàn toàn có thể dựa trên các ngành công nghiệp hiện có
nêu trên.Nói vậy cũng đúng vì thực tế hiện nay việc chế tạo, sản xuất các sản
phẩm cơ điện tử đang phải dựa vào các nhà máy sản xuất của các ngành
công nghi
ệp hiện có.Tuy nhiên một khi số lượng và chủng loại sản phẩm cơ
điện tử ng
ày càng nhiều trên thị trường thì hiển nhiên sẽ hình thành ngành
công nghi
ệp cơ điện tử. Vậy công nghiệp cơ điện tử là gì và nó cós những
đặc trưng g
ì khác với các ngành công nghiệp hiện hành?
Có th
ể hiểu công nghiệp cơ điện tử là ”ngành công nghiệp cung cấp các sản
phẩm, kỹ năng và dịch vụ cơ điện tử chất lượng cao cho người tiêu dùng”.
Ngành công nghi
ệp cơ điện tử cũng như các ngành công nghiệp khác bao
gồm các mảng chức năng chính sau:

Hệ thống quản lý điều hành và các dịch vụ hỗ trợ sản xuất

Mảng vận hành hệ thống sản xuất và chế tạo các sản phẩm về thiết bị
cơ điện tử

Mảng tiếp thị sản phẩm

Mảng đào tạo