محورهای تحقیقاتی مراکز R&D کشور بلژیک در زمینه ماشین­سازی

مدت زمان زیادی از اختراع ماشین­بخار نمی­گذرد اختراعی که می­توان آن را نقطه عطف و آغاز شکل­گیری صنعت به حالت کنونی نامید

مدت زمان زیادی از اختراع ماشین­بخار نمی­گذرد اختراعی که می­توان آن را نقطه عطف و آغاز شکل­گیری صنعت به حالت کنونی نامید. اما رشد سریع صنعت ماشین­سازی در پی سالیان متوالی، باعث شده که ماشین جایگاه خود را به عنوان یکی از پایه­های اصلی صنعت تحکیم کند و نقش آن در زندگی روزمره انسان رفته­رفته فراگیرتر شود. از این رو توجه به ماشین به عنوان موتور چرخش چرخهای صنعت از اهمیت خاصی برخوردار است. گام اول در راستای توسعه صنعتی کشور شناخت و تقویت زیرساخت­های صنعت می­باشد زیرا این زیرساخت­ها در حقیقت بستر رشد صنعت کشور محسوب می­شوند.

ماشین­­ها از مصنوعات ساخت بشر می­باشند. که به منظور افزایش کیفیت زندگی ایجاد گردیده­اند. و این مصنوعات هر روز بیش از پیش زندگی روزمره انسان را تحت تاثیر قرار می­دهند. مثال­های زیادی می­توان در این زمینه مطرح کرد: خودروها و قطارهای هوشمند (تعلیق­های فعالو سیستم­های راهنمای اتوماتیک)؛ ربات­ها(ربات­های صنعتی، ربات­های پزشکی مثل ربات­های اندوسکوپی، تحقیقات ژنوم­ انسانی)، ربات­های خدماتی(جاروبرقی­های خودکار، ویلچیرهای نیمه­خودکار، ربات­های پیشخدمت و ربات­های پرستار ، ماشین­های نساجی، ماشین­های بسته­بندی(بسته­بندی موادغذایی و میکروالکترونیک­ها)، ماشین­آلات کشاورزی (خرمنکوب­های خودکار، ماشین­های سم­پاشی خودکار، و ربات­های خودکار چیدن میوه)، ربات­های حرکتی (AVG خودکار، ماشین چمن­زنی، ربات­های نگهبان، ربات­های مریخ­پیما)، ایستگاه­ها و ربات­های فضایی، ربات­های زیردریایی، پرینترهای لیزری، ماشین­های کپی­هوشمند و سایر تجهیزات دقیق مورد نیاز برای ساخت قطعات الکترونیکی، ربات­ها و کامپیوترهای بادوام (هدف­های مجازی، اتاق­های ملاقات هوشمند)، ابزارهای جابجایی داروهای قابل کاشت، و همچنین ماشین­آلات تولیدی صنعتی(ماشین­های کنترل عددی، خطوط مونتاژ، ماشین­آلات بسته­بندی، ماشین­آلات صنعت­چوب، ماشین­آلات تولیدکفش، ماشین­آلات صنعت نساجی).

ماشین­ها در آینده باید به سمت خودکار بودن پیش بروند (تعداد نیروی­کاری موجود در کارگاه کاهش یابند). این ماشین­آلات باید محصولات را با کیفیت بهتر و سرعت بیشتر تولید نمایند. همچنین با توجه به افزایش سلیقه­های شخصی توانایی تولید در تعداد کمتر را داشته باشند به طوری که بتوان تنظیمات ماشین را به آسانی عوض کرده و محصول جدیدی را تولید کرد. به عبارت دیگر ماشین­ها باید قادر باشند که محصولات خود را با بهترین کیفیت و بالاترین سرعت و در تعداد کم تولید نمایند. و این باعث شکل­گیری مفاهیم جدیدی در عرصه ماشین­آلات می­شود به عنوان مثال مفهوم ماشین­های مدولی از این مفاهیم جدید می­باشد. که این مفهوم هم از نقطه­نظر سخت­افزاری و هم از نقطه­نظر نرم­افزاری قابل بررسی می­باشد. مدولاسیون در راستای بازسازی ساختاری سیستم­های ساخت­وتولید انعطاف­پذیر، یک امر مطلوب به شمار میرود.

احتمالا با یک نگاه جدید(پیکربندی موازی، ماشین­های مدولی)، این گونه از جابجایی­های تکنیکی و اجتماعی، نسل جدیدی از ماشین­ها را می­طلبند، ماشین­هایی که دارای عملکرد بهینه، خودکار و قابل­اعتماد حتی در حضور مزاحمت­ها و احتمال وقوع همه نوع تماس باشند، و همچنین قادر به عمل متقابل به طور طبیعی با انسان، و انجام عملیات به صورت هوشمند(یعنی قادر به آموختن توانایی­ها و شناسایی و آگاهی از محیط اطراف خود و...)باشند.

آنچه به نام ” عملکرد خوب یا بهینه “ شناخته می­شود، بستگی به محدوده عملکرد ماشین مورد بررسی دارد. عملکرد مطلوب می­تواند سرعت بالا، کار بدون ارتعاشات(باند فرکانسی بالا)، دقت در موقعیت­دهی(دستگاه­های CMM)، کار بدون صدا و ارتعاش(قطارهای سریع­سیر، ماشینNMR، تلسکوپ­های فضایی)، توانایی مسیریابی خودکار (مریخ­پیماها)، توانایی انجام کار در فضاهای محدود (نوع مینیاتوری در ربات­های اندوسکوپی)، توانایی کنترل و جابجایی شی­ءهای کوچک(نانوربات­ها)، توانایی کنترل از راه دور (مانند ربات­های فضایی)، توانایی کنترل به روش طبیعی مثل کنترل ربات­های خدماتی به وسیله اشاره (دست)، و... باشد.

DNA(نام پروژه­ای که در راستای مطالعه بر روی محورهای مطالعاتی در زمینه ماشین­سازی تعریف شده است) قصد دارد تا یک چارچوب برای حمایت از توسعه نسل جدید ماشین­آلات که در بالا توضیح داده شد، فراهم آورد. مهمترین و برجسته­ترین خصوصیت یک ماشین این است که ماشین یک سری از حرکت­ها را ایجاد کرده و آنها را به طور همزمان انجام و یا لغو می­کند. از این رو یک ماشین شامل یک ساختار مکانیکی(یک سیستم مکانیزمی چندجزئی انعطاف­پذیر)می­باشد که می­تواند دارای درجات مختلف پیچیدگی باشد. این مکانیزم توسط محرکه­های مناسب از طریق مکانیزم­های انتقال حرکت(servo device) به حرکت در می­آید. حرکت ایجاد شده توسط محرکه، توسط سیستم­های سنسوری اندازه­گیری می­شود، که این سنسورها می­توانند در اثر تحریک اجزای داخلی سیستم(مثل اینکودرها و ژیروسکوپ­ها)، و یا توسط یک عامل خارجی(سیستم­های بینایی) تحریک شوند. دستور عملیات از طریق اینترفیس شخص/ ماشین(سیستم­های برنامه­ریزی عملیات )، مانند کنترلر CNC، اینترفیس برنامه­­ریزی نمایشی، عکس­العمل­های خود مختار و غیره به آن منتقل می­شود. میزان انحراف از مقدار برنامه­ریزی شده، که توسط سنسورها مشخص می­شوند توسط یک کنترلر حرکتی مناسب جبران می­شود. خصوصیت برجسته این کنترلرها این است که آنها می­توانند در شرایط بد محیطی کار نمایند از سایر خصوصیات برجسته آنها می­توان به دقت، پهنای باند و غیره اشاره کرد.

کنترلرها می­توانند به طور کامل بر پایه مدلی(purely model based) و یا بر پایه رفتاری(behavior based)بوده و یا بر پایه یک حالت ترکیبی از این دو باشند.

ماشین­ها باید به عنوان یک مدول در یک سیستم تولید پیچیده کار کنند. بنابراین قدرت دریافت مقادیر اولیه ـکه ترجیحاً باید به صورت مدل plug _ and _ play باشد- یک خصوصیت مهم برای آنها محسوب می­شود. اینترفیس بازاهمیت بسیار زیادی دارد؛ در حقیقت این روش تنها روش ممکن در فعالیت طولانی مدت می­باشد. از آنجایی که این ماشین­ها به طور ذاتی دارای ماهیت چند رشته­ای می­باشند، الگو و مدل متخصصین مکاترونیک به عنوان یک تکنیک طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. ماهیت این تکنیک در زمینه مکاترونیک در دو مقاله مطالعاتی که در معاملات IEEE/ASME در زمینه مکاترونیک ارائه شد، مورد بررسی قرار گرفته است موضوع این مقاله­ها به صورت زیر می­باشند:” مکاترونیک، به عنوان یک چارچوب قدرتمند برای مهندسی همزمان“ که توسط Van Brussel (Vol.۱, No. ۲, ۱۹۹۶) تدوین شده و عنوان بعدی با نام ” به سمت یک کمپایلر مکاترونیک“ که توسط H. Van Brussel(Vol. ۶, No. ۱, et al, ۲۰۰۱)تالیف شده است.

این دو مقاله به طور خلاصه ، اشاره می­کند جایی که تمام جنبه­های طراحی(مکانیک، کنترل، اینترفیس،برنامه نویسی) مدنظر قرار می­گیرند، الگو و مدل طراحی مکاترونیک یک زیربنا برای مهندسی همزمان ماشین­ها محسوب می­شود، که منجر به سوق دادن به سمت ماشین­آلات با عملکرد بهتر در مقایسه با ماشین­آلاتی می­شود که به صورت سنتی طراحی شده­اند و از تکنیک مهندسی سری یا متوالی استفاده می­نمایند و فاقد قدرت دریافت مقادیر ورودی جدید می­باشند. تکنیک مکاترونیک باعث ایجاد یک حالت بهینه در سطح جهان در حوزه ماشین­آلات و سیستم­های ماشین می­گردد. ممکن است از بررسی­هایی که در زمینه "وضعیت صنعت" انجام می­گیرد، آشکار گردد که موفقیت پروژه­ی DNA مستلزم همکاری متقابل متخصصین در رشته­های مختلف می­باشد. همچنین این جابجایی و تغییر مدل­های توسعه که روش­های ساخت ماشین­آلات را در آینده تحت تاثیر قرار می­دهد آنقدر کلی و عام می­باشد که می­تواند برای تمام زمینه­ها صادق باشد. از اینرو جهت­گیری طرح DNA، حداقل در شروع کار، تنها به سمت تعداد معدودی از زمینه­ها معطوف گردیده است

● گرایش­ها و روند حاکم بر طراحی و کنترل ماشین:

▪ گرایش­های غالب در این زمینه از دو منظر متفاوت بررسی خواهند شد.

۱) کارکرد ماشین

۲) طراحی و ساخت ماشین

تفکیک قاطع این دو مقوله از هم همیشه ممکن نمی­باشد زیرا این دو می­توانند بر روی هم اثر متقابل بگذارند. به عنوان مثال یک ماشین فرز با سرعت براده­برداری بالاطراحی متفاوتی در مقایسه با یک ماشین­فرز معمولی دارد.

یک گرایش مهم در سطح سیستم ایجاد شده، و طرح­هایی در زمینه چگونگی عملکرد هماهنگ سیستم­های فرعی با یکدیگر و با دنیای خارج بررسی می­شوند به طوری که در نهایت منجر به یک سری عملکردها و فعالیت­های سودمند در سیستم جهانی شوند.

برنامه­ریزی سیستم­های پیچیده به طور کاملاً قاطعانه دیگر ممکن نمی­باشد. تغییر و جابجایی از کنترل بر پایه الگوریتم به سمت کنترل بر پایه عملیات متقابل سیستم­ها در حال شکل­گیری می­باشد. و در این راستا تلاش‌ها به سمت تکنولوژی میکروسیستم‌ها(MST) معطوف شده است. زمینه‌ای که احتمالاً در آینده نحوه طراحی ماشین‌ها را به طور اساسی تحت تاثیر قرار خواهد داد.

۱-۲) طراحی مدولی :

تنوع زیاد تقاضا‌ها، نیاز به ماشین­های مدولی انعطاف‌پذیر را ایجاد می­نماید. ابتکار CEDAM اتحادیه اروپا یک تلاش مرتبط برای پیش­برد این قصد در زمینه ماشین­های ابزار می­باشد. اخیراً پروژه­های مختلفی در این زمینه تعریف شده‌اند: MAREA، MP۳ ، MOTION و غیره. شبکه ARMMS که توسط اتحادیه اروپا حمایت می­شود، تحولات اروپا در زمینه ماشین‌های مدولی را مانیتور می­نماید. در امریکا، NSF از یک مرکز مطالعات مهندسی چند میلیون­دلاری در دانشگاه میشیگان در مورد سیستم­های ساخت انعطاف­پذیر حمایت می‌کند. این توجه و علاقمندی جهانی به تولید انعطاف‌پذیر اهمیت آن را در ادبیات صنعتی حاضر نشان می­دهد.

تکنیک مدولی­کردن نه تنها برای ماشین­ابزار‌ها بلکه برای ماشین‌آلات بسته‌بندی نیز مطلوب می‌باشد. شرکت‌های فعال در زمینه مواد غذایی مانند شرکت Unilever علاقه زیادی به گسترش ماشین‌های بسته‌بندی انعطاف‌پذیرِ plug and play دارند ...

در نهایت، واضح است که ماشین‌هایی که به صورت مدولی ساخته می‌شوند. موجب آسانتر شدن امکان تنظیم ورودی‌های اولیه در سیستم‌های پیچیده که دارای تعداد زیادی ماشین می­باشند، می‌شوند.

مدولی کردن ماشین‌ها نیاز به توزیع محرکه­ها و کنترل‌ها و هوشمندی دارد. مورد آخر نه­تنها برای ماشین‌ها در سطح ماکروسکوپی صادق است بلکه در مورد سیستم‌های مینیاتوری نیز صدق می­کند. در سیستم‌های الکترومکانیکی آینده(MEMS )، سخت‌افزار، کنترل و نرم‌افزار در کنار هم و در یک لایه و حوزه خواهند بود.

مدولی­کردن سیستم‌ها، همچنین نیازمند روش‌های جدید انتقال بی‌سیم اطلاعات و انرژی در مسافت‌های کم و متوسط(از حدود چند سانتی‌متر تا چند متر) می­باشد.

۲-۲) ماشین‌ها با سرعت‌های عملکرد بالا:

روند روبه­رشد نیاز به تولید با نرخ بالا، که ناشی از تقاضای انبوه می­باشد و ضرورت کاهش هزینه‌ها، سازندگان را مجبور می‌سازد که خود را برای تولید « یک نوع محصول» با نرخ تولید بالا سازماندهی کنند. و این، نیازمند توجه به افزایش سرعت انجام پروسه تولید در کنار توجه به طراحی ماشین‌ها به صورت مدولی می‌باشد.

نیاز به سرعت‌ بالای تولید ضرورت طراحی قطعات ماشین با وزن کم را در پی خواهد داشت. از این رو روشهای نوین معماری در طراحی ماشین‌ها مورد نیاز خواهد بود. به عبارت دیگر ماشین‌های جنبشی موازی ، ساختار خرپایی، مواد ساختاری نو(بتون‌های پلیمری، کامپوزیت‌های تقویت شده با فیبر)، تکنیک‌های جدید spindle، استفاده از بیرینگ­های ائرواستاتیکی فعال، بیرینگ‌های مغناطیسی، بلبیرینگ‌های پیوندی، تکنیک‌های جدید روغن‌کاری، تکنیک‌های تامین انرژی برپایه « پرتوـ انرژی» مورد نیاز خواهند بود.

۳-۲) انعطاف‌پذیری و توانایی تنظیم ورودی‌های اولیه در سطح عملیاتی :

انعطاف‌پذیری و توانایی تنظیم ورودی‌های اولیه نه تنها یک موضوع مطرح در سطح ماشین می‌باشد- جایی که مدولی کردن احتمالاً یک راه حل می­باشد- بلکه در سطح عملیاتی نیز، به منظور رفع نیازهای رو به رشد مشتری‌ها مانند تقاضای انبوه، زمان کمتر عرضه به بازار و غیره، موضوع قابل بحثی می‌باشد. در حقیقت، این جنبه‌ها تاثیرات پایه‌ای در تکنولوژی ساخت و تکنولوژی ماشین‌هایی که در چنین عملیاتیبه کار می‌روند، دارند.

▪ مسائل موجود که در زیر بیان شده‌اند باید دوباره بررسی شوند:

تولید تکی، تفکر و مدیریت بی‌حاصل، نمونه‌سازی و ساخت‌ سریع، کاهش زمان تلف­شده، کاهش زمان مورد نیاز برای set up (SMED)، تعویض سریع ابزار، مهندسی همزمان، تکنیک‌های مکاترونیک برای طراحی ماشین، مدیریت جریان اطلاعات، فازهای طراحی و تولید همپوشان، تکنیک‌های طراحی و تکنیک طراحی فرایند تولید بر پایه پروژه، مدیریت جریان کار، مدیریت تغییرات و بازسازی، مدیریت داده محصول.

موتورهای خطی، محرکه‌های پیزویی، موتور با مقاومت متغیر و غیره، از جمله این تکنیک­ها می­باشند. در ارتباط با تکنیک­های مدولی­کردن ماشین‌ها، نیاز به محرکه‌های مدولی با هوشمندی موضعی (امکانات عیب­یابی، نیاز به سرعت بالا و دقت بالا برای ماشین‌ها نیاز به خانواده جدیدی از سیستم‌های محرکه را به وجود آورده است: servo-behavior ) وجود دارد.

۴-۲) تکنیک­های جدید برای نیروی محرکه ماشین‌ها:

میکروماشین­های آینده که بر پایه تکنولوژی MEMS خواهند بود نیازمند تکنولوژی محرکه‌های جدید، تکنولوژی سنسورهای جدید، تکنولوژی سیستم‌های جدید انتقال حرکت، تکنولوژی بلبیرینگ‌های جدید و... خواهند بود. برای ایجاد یک MEMS خوب ضروری نیست که تمام اجزاء را بطور یکسان کوچک نماییم. تاثیرات ناشی از اسکیل­کردن، دنیای ماکروسکوپی را به کلی متفاوت با دنیای میکروسکوپی می‌نماید. و باعث ضرورت توجه بیشتر به نوع جدید ماشین‌ها می­گردد. (ماشین‌های الکترواستاتیک در مقابل ماشین‌های الکترودینامیک)

۵-۲) کنترلرهای جدید حرکت :

الگوریتم‌های سنتی کنترل حرکت دیگر برای موقیت‌دهی و کانتورینگ با سرعت بالا به عنوان مثال در ماشین‌های برش لیزری مدرن، قابل استفاده نیستند. و توجه به تاثیرات غیرخطی (اصطکاک) ضروری می­شود. در ضمن برای رسیدن به پهنای باند بالای مورد نیاز برای کنترلر ، باید به دینامیک ماشین هم توجه شود.

واحدهای مدولی کنترل حرکت با هوشمندی موضعی باید با هم به روش Plug-and-play ترکیب شوند. مدولاسیون مورد انتظار و هوشمندی موضعی مدول‌های کنترل حرکت، نیازمند نگاه جدید به خط­سیر و روند تولید و همچنین به مسائل میانیابی مسیر‌ها می‌باشد. در ضمن نیاز به میانیاب‌هایی که رفتار خود را با محدودیت‌های محورهای ماشین سازگار می­کنند و به مقادیر مطلوب عملیات (مانند محدوده تلرانس قابل حصول برای قطعه) وجود دارد.

۲-۶) کنترلرهای CNC :

کنترلرهای CNC آینده باید قادر به تشخیص عیوب خود باشند، و در نهایت تصمیمات خودکار را برای رفع نیازهای اضطراری خود، بدون نیاز به برنامه‌نویسی مجدد، بگیرند، و این نیازمند تجدیدنظر در ساختار کنترلرهای جدید است. تشخیص عیب و رفع آن توسط خود کنترلر نیازمند این است که بخش On line پروسه تولید محصول در داخل کنترلر قرار گرفته باشد.

استراتژی"Low-and-late commitment " باید توسعه داده شود تا امکان اعمال تغییرات در لحظات آخر قبل از شروع اجرای عملیات وجود داشته باشد.

۷-۲) اینترفیس انسان و ماشین :

با توجه به روش‌هایی که ماشین­ها را برنامه­ریزی می‌کنیم و یا به عبارت بهتر با آنها ارتباط برقرار می­کنیم، ماشین دچار تغییرات اساسی می­شود. برنامه­نویسی ساده به روش‌های سنتی به سرعت ناپدید می‌شوند و برنامه‌نویسی بر پایه مدل (بر پایه مدل‌های فیزیکی) گسترش می‌یابد، به ویژه برای ” نمونه‌سازی سریع “ سرعت بالای ورودی عملیات، اهمیت ویژه‌ای دارد. تولید انبوه در دسته‌های تکی زمانی امکان‌پذیر خواهد بود که ما بتوانیم در ساده­سازی برنامه­نویسی عملیات، موفقیت کسب نماییم.

طراحی پروسه تولید باید بازبینی شود و استراتژی "Low-and-late commitment " باید از طریق توسعه سیستم‌های تولیدی و سیستم‌های"طراحی فرآیند تولید" غیرخطی، بدست آیند.

اینترفیس‌های طبیعی‌تر باید توسعه یابند. اینترفیس‌های هاپتیک ، اطلاعات لمسی اپراتور را در مورد پروسه تولید فراهم می‌نمایند و این توانایی می­تواند در کار برنامه­نویسی (و یا آموزش) _ در عملیات­هایی که ابزار در تماس با محیط انجام پروسه، می­باشد مثل براده‌برداری،پولیش‌کاری _ سودمند باشد. ابزارهای فیدبک هاپتیک در ارتباط با سیستم‌های CAD به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. که این فیدبک‌ها یک اینترفیس طبیعی با محصولات مجازی طراحی شده ایجاد می‌کنند. ممکن است در آینده این ابزارها به عنوان یک ابزار استاندارد در محیط­های(نرم افزارهای) مهندسی مجازی درآیند.

۸-۲) موضوعات مینیاتوری :

تلاش زیادی صورت می­گیرد که بتوان عملیات مکانیکی (در کنار عملیات کنترل و عملیات محاسباتی) را در یک فضای محدودتر گنجاند. به عنوان مثال در ماشین‌آلات نساجی. در این حوزه هم ، نیاز به توسعه یک تکنیک جدید برای ساخت میکروسیستم­ها وجود دارد. کوچک کردن ابعاد یک ماشین نمی‌تواند برای رسیدن به یک محصول میکرو کافی باشد بلکه بعضی مواقع روشهای جدیدی برای تحریک و اصول جدیدی برای سنس، مکانیزم‌های جدید انتقال حرکت و غیره، به منظور سازگاری با قوانین شگفت­انگیز تغییر مقیاس مورد نیاز می‌باشند. برای ساخت میکروسیستم، علاوه بر موارد ذکر شده تکنیک‌های کاملاً جدید مونتاژ باید طراحی و ساخته شوند تا بتوان میکروسیستم‌های پیچیده را از قطعات ریز ساخت. اینترفیس‌های هاپتیک یک نقش بسیار مهم و روبه­رشد در عملیات مونتاژ میکروسیستم‌ها خواهند داشت.

پروسه­های ماشین‌کاری سه‌بعدی جدید به عنوان ابزار ساخت قطعات ریز سه‌بعدی که مولفه‌های یک میکروسیستم می­باشند باید توسعه داده شوند. از جمله این پروسه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) Micro_EDM

۲) Microstereolithography

۳) Micromoulding

۴) Microforming

۹-۲) Ecodesign :

جامعه ، خواهان پروسه‌های تولیدی می­باشد که از لحاظ اکولوژیکی قابل­قبول باشند و ماشین‌ها باید با این شرایط سازگار شوند. به عنوان مثال می‌توان برش خشک را نام برد. علت توجه به این تکنولوژی مشکلاتی است که مایعات برشکاری، برای سلامتی انسان ایجاد می‌کنند. اما در مقابل، برش خشک باعث بالا رفتن دما در ماشین و در نتیجه باعث ایجاد خطاهای هندسی می­شود. از این رو روش­های ویژه مکاترونیکی باید اندیشیده شوند تا بتوان بر مشکل فوق فائق آمد. علاوه­بر­آن تکنیک­ برش­خشک باعث ایجاد سروصدای بیشتری می‌شود، و نیاز به استفاده از وسایل ویژه، برای خفه کردن صدا، دارد.

روش‌های بسیار پیشرفته تحلیل چرخه­عمر باید استفاده شوند تا بتوان مسائل اکولوژیکی را در طراحی ماشین‌ها و بعضی تصمیم‌گیری‌ها، مثل انتخاب مواد بهینه از دیدگاه قابلیت تجزیه­پذیری مواد، لحاظ نمود.

۱۰-۲) پروسه‌های محصولات جدید:

انقلاب ICT امکان ایجاد خانواده جدیدی از پروسه‌های تولید را فراهم ‌آورده است که به احتمال زیاد توان رفع تقاضای انبوه جامعه را خواهند داشت. این پروسه‌ها همان تکنولوژی نمونه‌سازی سریع بر پایه ساخت لایه‌ای می‌باشند. از جمله می­توان به stereo lithography و selective laser sintering و... اشاره کرد.

این تکنیک­ها در حال توسعه می‌باشند و برای رسیدن به تمام قابلیت­های خود نیاز به سرمایه­گذاری زیادی دارند. این روشها درک جدیدی از مفاهیم ساخت­و­تولید سریع و تعویض ابزار و ... را امکان پذیر کرده‌اند.

بعضی روش‌های جدید تولیدی نیز در حال توسعه می‌باشند که امکان ترکیب عملیات خشن‌کاری و پرداخت‌کاری سنتی که مجزا از هم انجام می‌گرفتند را فراهم آورده­اند، به طوری که دو عملیات به یک عملیات ترکیبی تبدیل می‌شود و درعین­حال قابلیت ایجاد سطوح با صافی­بالا نیز وجود دارد. نیازهای بیشتر در مورد سطوح ماشین‌کاری شده، مثل سنگ‌زنی ویفرهای سیلیکونی، باعث توسعه بیشتر این تکنیک‌های جدید شده است. و در عین حال نیاز مبرم به دقت موقعیت­دهی و صلبیت ماشین که پروسه با اتکا بر آنها انجام می‌گیرد وجود دارد.

تکنیک‌های جدید فرم‌دهی، توانایی‌های جدیدی را به وجود آورده­اند: ریخته‌گری تزریقی فلز(MIM)، thixomoulding، میکروفرمینگ و میکرومدلینگ و غیره. در این راستا می­توان به تکنولوژی ماشین‌کاری توسط لیزر اشاره کرد که یک سری از فرصت‌های جدید برای برش، جوشکاری، خم‌کاری، حفره‌زنی، تمیز‌کاری و غیره بوجود آورده است. اما در این زمینه‌ها مطالعات پرهزینه­ای مورد نیاز است. از لیزرهای نوع جدید، می­توان femtosecond pulsed lasers و لیزرهای فشرده با پمپ نوری YAG را نام برد.

میکروالکترونیک­ها نیازمند پروسه‌های ساخت ابتکاری فراوانی می­باشند تا بتوانند پاسخگوی الزاماتی شوند که افزایش دانسیته توابع و عملگرهای الکترونیکی بر واحد مساحت چیپ می‌طلبد. نمونه‌های از این پروسه‌ها عبارتند از برش و پولیش ویفرها و تکنیک‌های مقید کردن، تکنیک‌های حکاکی و... . این پروسه‌ها نه­تنها باید توسعه داده شوند بلکه ماشین‌‌های مربوطه هم باید توسعه یابند تا انجام این پروسه‌ها را امکان پذیر نمایند. همچنین همانطوری که بیان شد، تحول MEMS نیازمند توسعه پروسه‌های جدید و ماشین‌های مرتبط می‌باشد تا توان ساخت Fully-fledged ۳D-MEMS را ایجاد نمایند.

۱۱-۲) توسعه تکنیک­های طراحی و ساخت :

ICT نه­تنها تکنیک‌های جدیدی را فعال کرده است، بلکه پروسه‌های طراحی را هم به طور کامل در اثر امکاناتی که ICT فراهم می­آورد دچار دگرگونی کرده است. در برخی از حوزه‌ها، استفاده از مهندسی مجازی، نمونه‌سازی‌های فیزیکی را (تقریباً) غیر‌ضروری کرده است. نرم افزار مهندسی‌ همکاری و پایگاه­داده مهندسی جهانی، مهندسی‌ مجازی را در سطح جهانی پرتوان ساخته است.E-knowledge، که نتیجه شبکه‌های دانش و دانش شبکه می‌باشد تجارت الکترونیک را تغذیه کرده و اتحادیه زنجیره‌ای تهیه و فراهم­آوری را فعال می‌نماید. تشخیص عیوب و کنترل‌ سیستم­ها از راه دور، اکنون از طریق اینترنت امکان پذیر شده است. ولی باید توجه شود که این مدل‌های جدید طراحی و ساخت هنوز در دوره رشد خود به سر می­برند و در کنار سیستم‌های نرم‌افزاری مرتبط با آنها باید توسعه داده شوند. در این زمینه، یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌ها در جهان، محیط مهندسی مجازی مجتمع می‌باشد.در این زمینه نرم­افزار Catia _ یکی از معروفترین نرم­افزارهای سیستم­های CAD_ را می­توان بر شمرد.

۱۲-۲) ساخت­و­تولید در میکروالکترونیک‌ها:

قانون نهایی مور ( دانسیته ترانزیستورها در یک چیپ در عرض ۱۸ ماه دوبرابر می‌شود)تا به­حال بسیار اعلام شده اما با گذشت سالیان زیاد، همچنان صادق مانده است. اتصالات درونی توسط سیم‌های مسی با عرض ۱۰۰ نانومتر هم ­اکنون امکان پذیر گشته است. میکروالکترونیک‌ها همراه با تکنولوژی‌های ساخت­وتولید پیشرفته، از جمله عوامل موثر در این تحول می‌باشند.

شرکت ASML درحال­حاضر مشغول کار بر روی extreme-UV wafer stepper می‌باشد که هدف از آن، استفاده از نور با طول موج ۱۳ نانومتر برای تولید ترانزیستور می‌باشد. اما تحقق این مطلب نیازمند روش­های نوری کاملاً جدیدی می‌باشد که به جای عدسی‌ها، بر پایه آینه‌ها استوار باشند.

▪ خلاصه محورهای مطالعاتی در طراحی و کنترل ماشین:

بر اساس مطالعات گسترده در مورد مطالب بیان شده و با توجه به تغییر جهت­گیری­ها در طراحی و کنترل ماشین­ها و سیستم­های مرتبط با ماشین­ها یک سری از محورها برای مطالعه عنوان شده­اند.

امیدواریم که این مطالعات بتوانند برای سیاست­گذاران و مراکز مطالعات بنیادی یک سری راهنمایی­های کارساز ارائه نماید.

۱) طراحی مدولی

- روش­های طراحی برای ماشین­های مدولی

- توسعه محرکه­های مدولی با هوشمندی موضعی با توان مانیتور کردن شرایط و... .

- توسعه توانایی در مقابل شرایط سخت­کاری

- استفاده از سیستم­های چندمدولی از طریق سیستم­های Buss

- انتقال بی­سیم اطلاعات و انرژی در ماشین­های مدولی

۲) ماشین­ها با سرعت عملکرد بالا

- طراحی سبک ماشین­ها: جنبش­های موازی، ساختارهای خرپایی، مواد ساختاری جدید

- تکنولوژی بیرینگ­های فعال(ائرواستاتیک ، مغناطیسی) برای اسپیندل­های سرعت بالا

- طراحی ماشین­ها از طریق جبران­های فعال Ultra-stiff

۳) انعطاف­ پذیری

- تکیه زدن به روشهای ساخت

- کاهش زمان اتلافی و زمان مورد نیاز برای تنظیمات

- چارچوب مهندسی همکاری و مهندسی همزمان

- ادغام طراحی و طراحی فرآیندتولید

- مدیریت اطلاعات و جریان­کار

- مدیریت داده محصول

- استخراج داده­ها از اطلاعات ساخت­وتولید

۴) تکنیک­های جدید نیرومحرکه

- درایورهای الکتریکی مدولی(خطی) با تقویت­کننده­ها و هوشمندی

- درایوهای پله­ای پیزوالکتریکی

- تکنولوژی­های جدید نیرومحرکه برای میکروسیستم­ها

۵) کنترلرهای حرکتی جدید

- الگوریتم­های قوی کنترل حرکت

- تکنیک­های bus سریع برای کنترل حرکات مدولی

- استاندارد کردن

۶) کنترلرهای CNC

- کنترلرهای CNCهولونیک

- کنترلرهای باز

۷) اینترفیس انسان/ ماشین

- برنامه­نویسی بر پایه مدل

- طراحی فرآیند از نوع نسلیو غیرخطی

- اینترفیس هاپتیک برای برنامه­نویسی و CAD

۸) موارد مینیاتوری

- محرکه­ها و سنسورهای جدید میکرو

- پروسه­های میکروماشینکاری سه­بعدی

۹) طراحی اکولوژیکی

- طراحی ماشین Eco-Driven

۱۰) پروسه­های تولیدی جدید

- پروسه­ها و سیستم­های ساخت­وتولید لایه­ای و سایر پروسه­ها برای ترکیب عملیات خشن­کاری و پرداخت­کار ELID

- روش­های جدید شکل­دهی

- سیستم­ها و روش­های ماشین­کاری بر پایه لیزر

- تولید سطوح با صافی بسیار بالا

- پروسه­های ماشین­کاری میکرونی

۱۱) توسعه روشهای طراحی و تولید

- روشهای طراحی Integral mechatronic

- مهندسی مجازی(شامل اینترفیس­های هاپتیک)

- روشهای مهندسی همکاری

- استفاده از اطلاعات سازمان نیافته و یا نیمه­سازمان یافته

- کاربرد روشهای طراحی(axiomatic design)

- ماشین­های شبیه­سازی دارای قوه ابتکار(TRIZ،invention machine )

- روشهای طراحی موازی و Project_based

- مدیریت دانش (Internet_like solutions)

۱۲) ساخت­وتولید در میکروالکترونیک­ها

- ماشین برای موقعیت­دهی با دقت بسیار بالا

- روشهای جدید براده­برداری برای رسیدن به صافی سطوح بسیار بالا

- تکنولوژی­های جدید مقیدکردن برای تراکم­ بالای لینک­ها

- تکنولوژی­های بسته­بندی

۱۳) کنترل سیستم­های پیچیده ساخت­وتولید

- طرح­های کنترل بر پایه رفتاری

- کنترل چندعاملی از طریق مفاهیم الهام­گرفته­ شده از بیولوژی (Ant algorithms)

۱۴) جنبه­های یکپارچگی

- استانداردهای مبادله اطلاعات در ارگان­های مجازی

- نظارت و کنترل ساخت­وتولید بر پایه اینترنت

۱- Active suspensions

۲- Iron nurse

۳- Wearable computers/robotsA

۴- Virtual parrot

۵- programming _by_ demonstration

۶- open interface

۷- concurrent engineering

۸- High speed milling

۹- parallel kinematics machines (hexapods)

۱۰- truss structure

۱۱- enterprise

۱۲- management of information flow

۱۳- overlapping design and production phase

۱۴- Scaling

۱۵- Haptic interface

۱۶- ecologically justified

۱۷- dry cutting

۱۸- Bonding

۱۹- e-commerce

۲۰- Model-based part programming

۲۱- Generational