Aplikasi Teknologi

1.1 Reka Bentuk Mekatronik

Konsep mekatronik telah diperkenalkan oleh Tetsuro Mori (1969).

Tetsuro Mori telah mendefinisikan mekatronik sebagai aplikasi elektronik dan teknologi komputer untuk mengawal pergerakan sistem mekanikal suatu produk.

Reka Bentuk Mekatronik

Reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu elektrik, mekanikal, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki.
 

 

Revolusi Industri 1.0 Revolusi Industri 2.0
Penggunaan reka bentuk mekanikal bagi menggantikan tenaga manusia dalam penghasilan produk. Penemuan tenaga elektrik yang membolehkan penghasilan produk dalam kuantiti yang lebih besar dan cepat.
Revolusi Industri 3.0 Revolusi Industri 4.0
Penggunaan meluas reka bentuk elektronik dan penggabungan reka bentuk untuk menghasilkan reka bentuk mekatronik. Penggabungan reka bentuk mekatronik bersama Internet benda, data raya dan pengkomputeran awan bagi membentuk pengeluaran pintar.

 

Konsep Cyberphysical


Mengawal dan mengurus operasi industri dengan mengguna pakai sistem mekatronik, internet benda, data raya, pengkomputeran awan dan kecerdasan buatan (artificial intelligence).

 

Teras dalam Revolusi Industri 4.0

Robot Berautonomi

Perpaduan Sistem

Internet Benda

Simulasi

Pembuatan Bahan Tambah

Pengkomputeran Awam

Realiti Terimbuh

Data Raya

Keselamatan Siber

 

Elemen Asas Kejuruteraan dalam Mekatronik

Sistem Elektrik

Sistem Mekanikal

Sistem Elektronik

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

 

Sistem Elektrik
Sistem yang menggunakan arus elektrik, sama ada arus terus (AT) atau arus ulang-alik (AU) sebagai sumber bekalan kuasa.

 

Sistem Mekanikal
Gabungan beberapa komponen mekanikal yang berfungsi sebagai penghantar untuk memindahkan suatu sumber gerakan (motor) kepada bentuk yang lain.

 

Sistem Elektronik
Susunan dan sambungan fizikal komponen elektronik dalam suatu litar bagi menjalankan operasi sesuatu sistem.

 

Sistem Kawalan
Satu kaedah kawalan sistem yang digunakan untuk mengurus, mengarah atau mengawal atur tindakan bagi memastikan reka bentuk mekatronik berfungsi secara automatik dengan sempurna.

 

Pengaturcaraan
Proses untuk membangunkan atur cara komputer dengan menggunakan bahasa pengaturcaraan dalam kod berbentuk teks atau blok arahan yang sedia ada.

 

Bahasa Pengaturacaraan dalam Kod Berbentuk Teks Bahasa Pengaturacaraan dalam Blok Arahan Sedia Ada

Java

Phyton

Visual Basic

C++

Scratch

mBlock

JavaScript Block

Ardublock

Setiap bahasa pengaturcaraan mempunyai set peraturan sintaks (syntax) dan semantik (semantic) tersendiri.

Set peraturan ini menetapkan cara menulis arahan untuk mikropengawal yang mengawal operasi alat elektronik.

Sistem Kereta Kawalan Jauh
Sistem Mekanikal

Mengurangkan atau meningkatkan halajau dan menambah daya kilas.

Komponen: Gear

Sistem Elektronik

Menerima dan menukarkan isyarat input dari alat kawalan jauh kepada isyarat elektrik bagi memacu motor AT.

Komponen: Pemacu Elektronik & Modul Geganti

Sistem Elektrik

Sebagai sumber tenaga elektrik.

Komponen: Bateri & Motor AT

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Mengawal halaju dan arah putaran motor AT.

Komponen: Mikropengawal

 

Sistem Pintu Gelangsar Automatik
Sistem Mekanikal

Membuka dan menutup pintu.

Komponen: Takal, Tali Sawat & Gear

Sistem Elektronik

Mengesan sebarang pergerakan dan memberikan isyarat kepada sistem kawalan.

Komponen: Penderia Gerakan & Litar Pemacu Motor

Sistem Elektrik

Membekalkan tenaga elektrik pada keseluruhan sistem.

Komponen: Motor AT & Pengubah (transformer)

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Memproses isyarat input dari penderia gerakan dan menghantar isyarat output kepada pemacu motor AT untuk membuka dan menutup pintu.

Komponen: Sistem Kawalan

 

Sistem Mesin Basuh Automatik
Sistem Mekanikal

Menghasilkan putaran pada dram ketika mencuci pakaian.

Komponen: Tali sawat & Takal

Sistem Mekanikal

Memberikan arahan operasi mengikut pilihan pengguna.

Komponen: Panel kawalan & Papan Litar Tercetak

Sistem Elektrik

Membekalkan tenaga elektrik kepada sistem kawalan motor dan motor AU.

Komponen: Motor AT & Pengubah

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Menghasilkan tindakan kawalan terhadap sistem elektrik, sistem elektronik dan sistem mekanikal.

Komponen: Papan Mikropengawal

 

Gambar Rajah Blok
Suatu lukisan yang mewakili litar atau elemen yang dilukis dalam bentuk blok.

Tanda anak panah menunjukkan urutan blok dan dilabelkan mengikut fungsi, nama elemen atau litar yang terlibat.

Bahagian input berfungsi menerima dan menghantar isyarat daripada peranti masukan kepada bahagian pengawal untuk diproses.

Isyarat akan diproses mengikut pengaturcaraan yang telah ditetapkan.

Bahagian output akan menjalankan tindakan selanjutnya melalui peranti keluaran.

 

Gambar Rajah Blok Kereta Kawalan Jauh

Panel kawalan pada telefon pintar bertindak sebagai pemancar isyarat (transmitter).

Isyarat input akan dihantar kepada mikropengawal (receiver).

Pemacu motor dan motor AT akan menggerakkan roda seperti yang diarahkan oleh mikropengawal.

 

Gambar Rajah Blok Pintu Gelangsar Automatik

Sebarang pergerakan akan dikesan oleh penderia gerakan dan isyarat input akan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri daripada mikropengawal.

Isyarat kawalan kemudiannya dihantar kepada motor AT yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat untuk mengerakkan pintu.

 

Gambar Rajah Blok Mesin Basuh Automatik

Isyarat input daripada mod pilihan pada panel kawalan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri daripada mikropengawal.

Penderia juga memberikan isyarat input apabila air di dalam dram telah penuh.

Isyarat kawalan akan menggerakkan motor AU yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat.

 

Analisis fungsi dijalankan bagi mengenal pasti masalah yang terdapat pada produk mekatronik.

Model fungsi dapat menunjukkan gambaran keseluruhan hubung kait antara komponen dan fungsi bagi produk tersebut.

Analisis berantai punca-kesan dijalankan bagi mengenal pasti punca dan kesan bagi masalah.

 

Masalah Kereta Kawalan Jauh Cadangan Penyelesaian Masalah
Mudah rosak apabila berlanggar dengan halangan Menggunakan perintang peka cahaya sebagai input untuk mengesan tahap pencahayaan.
Sukar dikawal apabila di kawasan yang gelap Menggunakan penderia inframerah sebagai input untuk mengesan jarak selamat.

 

Kaedah penyelesaian masalah inventif secara pemisahan masa digunakan kerana masalah tersebut hanya berlaku pada waktu tertentu.

Konsep prinsip inventif yang dipilih bagi menyelesaikan masalah tersebut ialah tindakan awal (prelimenary action).

Gambar rajah blok kereta kawalan jauh tersebut perlu diubahsuai pada bahagian yang akan dilakukan pengubahsuaian.

Lakaran perkembangan idea juga akan diubah suai berdasarkan gambar rajah blok yang dibuat.

Lakaran perkembangan idea yang dipilih akan dipersembahkan dalam bentuk lakaran 3D bermaklumat.

 

Kriteria Pemilihan Lakaran bagi Reka Bentuk Produk

Menarik Perhatian Pengguna

Warna Seimbang dan Sesuai

Bentuk Mudah Dihasilkan

Mempunyai Nilai Estetika

Maklumat Lakaran yang Lengkap

 

  Hadapan Kereta

Cadangan Penambahbaikan

LDR - mengesan tahap pencahayaan & menghantar isyarat input
Lampu LED - menyala apabila menerima arahan daripada mikropengawal

Tindakan

Memasang LDR & LED.
Membangunkan pengacaraan supaya LDR dapat mengesan tahap pencahayaan dan mikropengawal menghidupkan lampu.

 

  Atas Bumbung Kereta
Cadangan Penambahbaikan

Penderia Inframerah - mengesan jarak antara halangan & menghantar isyarat
Pembaz - berbunyi apabila menerima arahan daripada mikropengawal

Tindakan

Memasang penderia inframerah dan pembaz
Membangunkan pengaturcaraan supaya penderia inframerah dapat mengesan halangan dan mikropengawal memberhentikan motor AT dan menghidupkan pembaz secara serentak

 

Langkah-langkah Proses Penambahbaikan pada Kereta Kawalan Jauh

Membuat Lakaran

Memilih Bahan

Membuat Pengaturcaraan

Membina & Memasang

Membuat Kemasan

Produk Akhir

Ujian parameter digunakan bagi menilai kefungsian produk mekatronik mengikut objektif yang telah ditetapkan.

Ujian perlu dijalankan dalam situasi sebenar untuk menilai keberkesanan penambahbaikan terhadap kefungsiannya.

Penilaian kefungsian reka bentuk produk mekatronik yang telah diubah suai turut mengambil kira keupayaan produk, nilai estetika dan keselamatan reka bentuk.

Maklumat daripada penilaian kefungsian digunakan untuk penambahbaikan supaya produk yang dihasilkan memenuhi objektif yang telah ditetapkan.

Penambahbaikan LDR & Lampu LED
Ujian Parameter

Kereta kawalan jauh digerakkan ke kawasan gelap untuk menguji kefungsian lampu LED.

Keputusan Positif Ujian Kefungsian

Lampu LED berfungsi apabila melalui kawasan gelap

Penambahbaikan Penderia Inframerah & Pembaz
Ujian Parameter

Kereta kawalan jauh digerakkan ke kawasan yang mempunyai halangan untuk menguji kefungsian penderia inframerah.

Pengujian juga bagi kefungsian pembaz apabila penderia inframerah mengesan halangan.

Ujian dilakukan sebanyak 3 kali.

Keputusan Positif Kefungsian

Kereta kawalan jauh berhenti secara automatik dan mengeluarkan isyarat bunyi apabila terdapat halangan di hadapan .

Berdasarkan pada keputusan pengujian, didapati kereta kawalan jauh mampu menjalankan fungsi yang dikehendaki.

Cadangan penambahbaikan pada kereta kawalan jauh boleh dilakukan untuk meningkatkan lagi kualiti dan keupayaannya.

Cadangan Penambahbaikan pada Kereta Kawalan Jauh

Meningkatkan kemampuan kawalan supaya kereta kawalan jauh dapat dikawal dengan menggunakan pergerakan isyarat tangan.

Kelajuan kereta kawalan jauh yang boleh dikawal.

Meletakkan komponen seperti span di bahagian hadapan kereta kawalan jauh yang berfungsi sebagai penyerap hentakan.

Aplikasi Teknologi

1.1 Reka Bentuk Mekatronik

Konsep mekatronik telah diperkenalkan oleh Tetsuro Mori (1969).

Tetsuro Mori telah mendefinisikan mekatronik sebagai aplikasi elektronik dan teknologi komputer untuk mengawal pergerakan sistem mekanikal suatu produk.

Reka Bentuk Mekatronik

Reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu elektrik, mekanikal, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki.
 

 

Revolusi Industri 1.0 Revolusi Industri 2.0
Penggunaan reka bentuk mekanikal bagi menggantikan tenaga manusia dalam penghasilan produk. Penemuan tenaga elektrik yang membolehkan penghasilan produk dalam kuantiti yang lebih besar dan cepat.
Revolusi Industri 3.0 Revolusi Industri 4.0
Penggunaan meluas reka bentuk elektronik dan penggabungan reka bentuk untuk menghasilkan reka bentuk mekatronik. Penggabungan reka bentuk mekatronik bersama Internet benda, data raya dan pengkomputeran awan bagi membentuk pengeluaran pintar.

 

Konsep Cyberphysical


Mengawal dan mengurus operasi industri dengan mengguna pakai sistem mekatronik, internet benda, data raya, pengkomputeran awan dan kecerdasan buatan (artificial intelligence).

 

Teras dalam Revolusi Industri 4.0

Robot Berautonomi

Perpaduan Sistem

Internet Benda

Simulasi

Pembuatan Bahan Tambah

Pengkomputeran Awam

Realiti Terimbuh

Data Raya

Keselamatan Siber

 

Elemen Asas Kejuruteraan dalam Mekatronik

Sistem Elektrik

Sistem Mekanikal

Sistem Elektronik

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

 

Sistem Elektrik
Sistem yang menggunakan arus elektrik, sama ada arus terus (AT) atau arus ulang-alik (AU) sebagai sumber bekalan kuasa.

 

Sistem Mekanikal
Gabungan beberapa komponen mekanikal yang berfungsi sebagai penghantar untuk memindahkan suatu sumber gerakan (motor) kepada bentuk yang lain.

 

Sistem Elektronik
Susunan dan sambungan fizikal komponen elektronik dalam suatu litar bagi menjalankan operasi sesuatu sistem.

 

Sistem Kawalan
Satu kaedah kawalan sistem yang digunakan untuk mengurus, mengarah atau mengawal atur tindakan bagi memastikan reka bentuk mekatronik berfungsi secara automatik dengan sempurna.

 

Pengaturcaraan
Proses untuk membangunkan atur cara komputer dengan menggunakan bahasa pengaturcaraan dalam kod berbentuk teks atau blok arahan yang sedia ada.

 

Bahasa Pengaturacaraan dalam Kod Berbentuk Teks Bahasa Pengaturacaraan dalam Blok Arahan Sedia Ada

Java

Phyton

Visual Basic

C++

Scratch

mBlock

JavaScript Block

Ardublock

Setiap bahasa pengaturcaraan mempunyai set peraturan sintaks (syntax) dan semantik (semantic) tersendiri.

Set peraturan ini menetapkan cara menulis arahan untuk mikropengawal yang mengawal operasi alat elektronik.

Sistem Kereta Kawalan Jauh
Sistem Mekanikal

Mengurangkan atau meningkatkan halajau dan menambah daya kilas.

Komponen: Gear

Sistem Elektronik

Menerima dan menukarkan isyarat input dari alat kawalan jauh kepada isyarat elektrik bagi memacu motor AT.

Komponen: Pemacu Elektronik & Modul Geganti

Sistem Elektrik

Sebagai sumber tenaga elektrik.

Komponen: Bateri & Motor AT

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Mengawal halaju dan arah putaran motor AT.

Komponen: Mikropengawal

 

Sistem Pintu Gelangsar Automatik
Sistem Mekanikal

Membuka dan menutup pintu.

Komponen: Takal, Tali Sawat & Gear

Sistem Elektronik

Mengesan sebarang pergerakan dan memberikan isyarat kepada sistem kawalan.

Komponen: Penderia Gerakan & Litar Pemacu Motor

Sistem Elektrik

Membekalkan tenaga elektrik pada keseluruhan sistem.

Komponen: Motor AT & Pengubah (transformer)

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Memproses isyarat input dari penderia gerakan dan menghantar isyarat output kepada pemacu motor AT untuk membuka dan menutup pintu.

Komponen: Sistem Kawalan

 

Sistem Mesin Basuh Automatik
Sistem Mekanikal

Menghasilkan putaran pada dram ketika mencuci pakaian.

Komponen: Tali sawat & Takal

Sistem Mekanikal

Memberikan arahan operasi mengikut pilihan pengguna.

Komponen: Panel kawalan & Papan Litar Tercetak

Sistem Elektrik

Membekalkan tenaga elektrik kepada sistem kawalan motor dan motor AU.

Komponen: Motor AT & Pengubah

Sistem Kawalan dan Pengaturcaraan

Menghasilkan tindakan kawalan terhadap sistem elektrik, sistem elektronik dan sistem mekanikal.

Komponen: Papan Mikropengawal

 

Gambar Rajah Blok
Suatu lukisan yang mewakili litar atau elemen yang dilukis dalam bentuk blok.

Tanda anak panah menunjukkan urutan blok dan dilabelkan mengikut fungsi, nama elemen atau litar yang terlibat.

Bahagian input berfungsi menerima dan menghantar isyarat daripada peranti masukan kepada bahagian pengawal untuk diproses.

Isyarat akan diproses mengikut pengaturcaraan yang telah ditetapkan.

Bahagian output akan menjalankan tindakan selanjutnya melalui peranti keluaran.

 

Gambar Rajah Blok Kereta Kawalan Jauh

Panel kawalan pada telefon pintar bertindak sebagai pemancar isyarat (transmitter).

Isyarat input akan dihantar kepada mikropengawal (receiver).

Pemacu motor dan motor AT akan menggerakkan roda seperti yang diarahkan oleh mikropengawal.

 

Gambar Rajah Blok Pintu Gelangsar Automatik

Sebarang pergerakan akan dikesan oleh penderia gerakan dan isyarat input akan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri daripada mikropengawal.

Isyarat kawalan kemudiannya dihantar kepada motor AT yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat untuk mengerakkan pintu.

 

Gambar Rajah Blok Mesin Basuh Automatik

Isyarat input daripada mod pilihan pada panel kawalan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri daripada mikropengawal.

Penderia juga memberikan isyarat input apabila air di dalam dram telah penuh.

Isyarat kawalan akan menggerakkan motor AU yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat.

 

Analisis fungsi dijalankan bagi mengenal pasti masalah yang terdapat pada produk mekatronik.

Model fungsi dapat menunjukkan gambaran keseluruhan hubung kait antara komponen dan fungsi bagi produk tersebut.

Analisis berantai punca-kesan dijalankan bagi mengenal pasti punca dan kesan bagi masalah.

 

Masalah Kereta Kawalan Jauh Cadangan Penyelesaian Masalah
Mudah rosak apabila berlanggar dengan halangan Menggunakan perintang peka cahaya sebagai input untuk mengesan tahap pencahayaan.
Sukar dikawal apabila di kawasan yang gelap Menggunakan penderia inframerah sebagai input untuk mengesan jarak selamat.

 

Kaedah penyelesaian masalah inventif secara pemisahan masa digunakan kerana masalah tersebut hanya berlaku pada waktu tertentu.

Konsep prinsip inventif yang dipilih bagi menyelesaikan masalah tersebut ialah tindakan awal (prelimenary action).

Gambar rajah blok kereta kawalan jauh tersebut perlu diubahsuai pada bahagian yang akan dilakukan pengubahsuaian.

Lakaran perkembangan idea juga akan diubah suai berdasarkan gambar rajah blok yang dibuat.

Lakaran perkembangan idea yang dipilih akan dipersembahkan dalam bentuk lakaran 3D bermaklumat.

 

Kriteria Pemilihan Lakaran bagi Reka Bentuk Produk

Menarik Perhatian Pengguna

Warna Seimbang dan Sesuai

Bentuk Mudah Dihasilkan

Mempunyai Nilai Estetika

Maklumat Lakaran yang Lengkap

 

  Hadapan Kereta

Cadangan Penambahbaikan

LDR - mengesan tahap pencahayaan & menghantar isyarat input
Lampu LED - menyala apabila menerima arahan daripada mikropengawal

Tindakan

Memasang LDR & LED.
Membangunkan pengacaraan supaya LDR dapat mengesan tahap pencahayaan dan mikropengawal menghidupkan lampu.

 

  Atas Bumbung Kereta
Cadangan Penambahbaikan

Penderia Inframerah - mengesan jarak antara halangan & menghantar isyarat
Pembaz - berbunyi apabila menerima arahan daripada mikropengawal

Tindakan

Memasang penderia inframerah dan pembaz
Membangunkan pengaturcaraan supaya penderia inframerah dapat mengesan halangan dan mikropengawal memberhentikan motor AT dan menghidupkan pembaz secara serentak

 

Langkah-langkah Proses Penambahbaikan pada Kereta Kawalan Jauh

Membuat Lakaran

Memilih Bahan

Membuat Pengaturcaraan

Membina & Memasang

Membuat Kemasan

Produk Akhir

Ujian parameter digunakan bagi menilai kefungsian produk mekatronik mengikut objektif yang telah ditetapkan.

Ujian perlu dijalankan dalam situasi sebenar untuk menilai keberkesanan penambahbaikan terhadap kefungsiannya.

Penilaian kefungsian reka bentuk produk mekatronik yang telah diubah suai turut mengambil kira keupayaan produk, nilai estetika dan keselamatan reka bentuk.

Maklumat daripada penilaian kefungsian digunakan untuk penambahbaikan supaya produk yang dihasilkan memenuhi objektif yang telah ditetapkan.

Penambahbaikan LDR & Lampu LED
Ujian Parameter

Kereta kawalan jauh digerakkan ke kawasan gelap untuk menguji kefungsian lampu LED.

Keputusan Positif Ujian Kefungsian

Lampu LED berfungsi apabila melalui kawasan gelap

Penambahbaikan Penderia Inframerah & Pembaz
Ujian Parameter

Kereta kawalan jauh digerakkan ke kawasan yang mempunyai halangan untuk menguji kefungsian penderia inframerah.

Pengujian juga bagi kefungsian pembaz apabila penderia inframerah mengesan halangan.

Ujian dilakukan sebanyak 3 kali.

Keputusan Positif Kefungsian

Kereta kawalan jauh berhenti secara automatik dan mengeluarkan isyarat bunyi apabila terdapat halangan di hadapan .

Berdasarkan pada keputusan pengujian, didapati kereta kawalan jauh mampu menjalankan fungsi yang dikehendaki.

Cadangan penambahbaikan pada kereta kawalan jauh boleh dilakukan untuk meningkatkan lagi kualiti dan keupayaannya.

Cadangan Penambahbaikan pada Kereta Kawalan Jauh

Meningkatkan kemampuan kawalan supaya kereta kawalan jauh dapat dikawal dengan menggunakan pergerakan isyarat tangan.

Kelajuan kereta kawalan jauh yang boleh dikawal.

Meletakkan komponen seperti span di bahagian hadapan kereta kawalan jauh yang berfungsi sebagai penyerap hentakan.