Reka Bentuk dan Teknologi Tingkatan 3 PDF

Bab 1 Aplikasi Teknologi Rutin kehidupan manusia sebenarnya telah lama dipengaruhi oleh teknologi. Oleh itu, pelbagai produk yang bermanfaat kepada manusia telah dihasilkan dengan mengaplikasikan teknologi. Anda telah diperkenalkan dengan reka bentuk mekanikal, reka bentuk...

Bab 1 Aplikasi Teknologi Rutin kehidupan manusia sebenarnya telah lama dipengaruhi oleh teknologi. Oleh itu, pelbagai produk yang bermanfaat kepada manusia telah dihasilkan dengan mengaplikasikan teknologi. Anda telah diperkenalkan dengan reka bentuk mekanikal, reka bentuk elektrik dan reka bentuk elektronik semasa di Tingkatan 2. Dalam bab ini pula, anda akan diperkenalkan dengan reka bentuk mekatronik. Produk mekatronik boleh berfungsi secara automatik atau separa automatik. Produk akan mula melakukan kerja apabila suis ditekan atau penderia tertentu diaktifkan. Produk akan berhenti dengan sendiri setelah tugasan disempurnakan. Perhatikan di sekeliling anda dan kenal pasti produk mekatronik yang digunakan setiap hari. Bagaimanakah produk mekatronik tersebut mampu membantu anda dalam kehidupan harian? Akses Pantas Robotik dan Mekatronik goo.gl/xGJPRf  Standard Kandungan 1.1 Reka Bentuk Mekatronik Aplikasi mekatronik dalam kehidupan harian 1  1.1 Reka Bentuk Mekatronik Standard Pembelajaran Murid boleh: Menyatakan maksud reka bentuk mekatronik Mengenal pasti elemen mekatronik Menerangkan fungsi elemen mekatronik pada produk sedia ada Menghasilkan gambar rajah blok (block diagram) produk mekatronik sedia ada Menghasilkan lakaran bahagian reka bentuk produk yang akan diubah suai berdasarkan gambar rajah blok yang terlibat Membuat penambahbaikan kepada produk berdasarkan lakaran yang telah dibuat Membuat penilaian kefungsian produk yang telah diubah suai Teknologi telah terbukti banyak membantu memudahkan kehidupan manusia. Oleh itu, semakin maju sesebuah Kata Kunci masyarakat, semakin banyak rutin kehidupan seperti cara bekerja, berehat, belajar, berhibur dan sebagainya dipengaruhi mekatronik elemen oleh teknologi. integrasi Semasa di Tingkatan 2, anda telah mempelajari tentang komponen aplikasi teknologi seperti reka bentuk mekanikal, reka bentuk pengaturcaraan elektrik dan reka bentuk elektronik. Dalam bab ini pula, gambar rajah blok pengetahuan anda tentang semua aplikasi tersebut akan produk berfungsi digabungkan dengan sistem kawalan dan pengaturcaraan bagi menghasilkan reka bentuk produk mekatronik. Gambar foto 1.1 menunjukkan beberapa contoh reka bentuk produk mekatronik yang sering anda temui dalam kehidupan harian. Mesin fotokopi Lif Palang automatik Gambar foto 1.1 Beberapa contoh reka bentuk produk mekatronik yang sering ditemui dalam kehidupan harian 2  Reka Bentuk Mekatronik 1.1.1 Menyatakan Maksud Reka Bentuk Mekatronik Konsep mekatronik telah diperkenalkan oleh Tetsuro Mori, seorang jurutera kanan sebuah syarikat di Jepun pada tahun 1969. Beliau mendefinisikan mekatronik sebagai aplikasi elektronik dan teknologi komputer untuk mengawal pergerakan sistem mekanikal suatu produk. BAB 1 Akses Pantas Apakah itu Mekatronik? goo.gl/ocnwYC Lengan robotik yang ditunjukkan dalam Gambar foto 1.2 merupakan contoh reka bentuk produk mekatronik. Tahukah anda maksud reka bentuk mekatronik? Reka bentuk mekatronik bermaksud reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu elektrik, mekanikal, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki. Integrasi semua elemen mekatronik membolehkan produk mekatronik berfungsi secara automatik atau separa automatik. Pengguna hanya perlu menekan suis kawalan pada produk untuk memulakan tugasan yang telah ditetapkan. Produk akan menjalankan tugasan dan berhenti dengan sendiri apabila tugasan telah disempurnakan. Perhatikan di sekeliling anda. Dapatkah anda mengenal pasti produk mekatronik yang biasa anda gunakan dalam kehidupan harian? Gambar foto 1.2 Lengan robotik Info Bestari Istilah mekatronik terhasil daripada gabungan dua perkataan, iaitu ʻmekaʼ daripada perkataan mekanikal dan ʻtronikʼ daripada perkataan elektronik. (Sumber: Alciatore, D.G & Histand, M.B, Introduction to Mechatronics and Measurement System, New York: McGraw-Hill, 2012, hlm.2) 3  BAB 1 Aplikasi Teknologi Info Bestari Sejarah perkembangan revolusi industri BAB 1 Revolusi Industri 1.0 Revolusi Industri 2.0 bermula dengan penggunaan bermula dengan penemuan reka bentuk mekanikal bagi tenaga elektrik yang menggantikan tenaga manusia membolehkan produk untuk menghasilkan suatu produk. dihasilkan dalam kuantiti lebih besar dan cepat. Revolusi Industri 4.0 merupakan kemajuan sistem industri yang berkembang dengan lebih hebat menerusi konsep cyberphysical. Konsep cyberphysical ialah mengawal dan mengurus operasi industri dengan mengguna pakai sistem mekatronik, Internet benda, data raya, pengkomputeran awan dan kecerdasan buatan (artificial intelligence). Rajah 1.1 menunjukkan sembilan teras yang terdapat dalam Revolusi Industri 4.0. Akses Malaysia telah mengenal pasti bahawa Revolusi Industri 4.0 Pantas merupakan peluang yang terbaik dalam mempertingkatkan lagi hasil pendapatan negara dari segi pengeluaran, menaik taraf modal insan dan pendapatan pekerja dalam kemahiran teknologi Industri 4.0 dan tahap tinggi. Secara tidak langsung Revolusi Industri 4.0 Implikasi kepada SME memberikan impak yang besar kepada produktiviti industri goo.gl/CuqQTC di Malaysia. Kita perlu mengambil peluang untuk mempelajari dan menguasai ilmu serta kemahiran yang melibatkan Revolusi Industri 4.0. Hal ini demikian kerana, Revolusi Industri 4.0 merupakan aspek penting dalam perubahan industri masa kini. 4  Reka Bentuk Mekatronik Pandu sendiri BAB 1 Revolusi Industri 3.0 Revolusi Industri 4.0 bermula dengan penggunaan melibatkan penggabungan reka meluas reka bentuk elektronik bentuk mekatronik bersama Internet dan seterusnya penggabungan benda, data raya dan pengkomputeran reka bentuk bagi menghasilkan awan bagi membentuk sistem reka bentuk mekatronik. pengeluaran pintar. (Sumber: Malaysian Industry-Government Group for High Technology (MIGHT). (2018). Draft National Industry 4.0 Policy Framework. Cyberjaya: MIGHT Publications.) Robot berautonomi Autonomous robots Keselamatan siber Persepaduan sistem Cybersecurity System integration Data raya Internet benda Big data Revolusi Internet of things Industri 4.0 Realiti terimbuh Simulasi Augmented Simulation Reality (AR) Pengkomputeran awan Pembuatan bahan tambah Cloud computing Additive manufacturing Rajah 1.1 Sembilan teras dalam Revolusi Industri 4.0 5  BAB 1 Aplikasi Teknologi Aktiviti Mengenali produk mekatronik PAK-21 Gallery Walk 1. Bahagikan murid kepada beberapa kumpulan. 2. Ketua kumpulan memilih nama produk mekatronik daripada senarai yang telah disediakan oleh guru. 3. Salin Jadual 1.1 di bawah dan secara berkumpulan, tandakan (3) atau (7) berdasarkan produk mekatronik kumpulan anda. Tampalkan Jadual 1.1 yang telah lengkap di sudut BAB 1 kumpulan masing-masing. 4. Gunakan kaedah Gallery Walk dalam aktiviti ini. Setiap ahli kumpulan bergerak ke sudut kumpulan yang lain untuk melihat kriteria produk dan jawab soalan yang disediakan (lihat-bincang-catat). 5. Kemukakan soalan semasa sesi Gallery Walk ini kepada kumpulan yang berkaitan. 6. Setelah selesai, ahli kumpulan berkumpul semula untuk melengkapkan jadual tersebut. Jadual 1.1 Senarai produk dan kriteria Mesin basuh automatik Pintu pagar automatik Kipas siling automatik Periuk nasi elektrik Kalkulator saintifik Produk Palang automatik Lengan robotik riteria (a) Adakah produk menggunakan tenaga elektrik? 3 (b) Adakah produk mempunyai panel kawalan sendiri? 3 (c) Adakah produk mempunyai bahagian yang boleh bergerak? 7 (d) A dakah produk mempunyai penderia? 3 (e) Adakah produk berfungsi secara automatik? 3 Praktis Formatif 1. Apakah yang dimaksudkan dengan reka bentuk mekatronik? 2. Senaraikan tiga produk mekatronik yang dapat anda kenal pasti di sekeliling anda. 3. Nyatakan teras dalam Revolusi Industri 4.0 yang melibatkan sistem mekatronik. 6  Reka Bentuk Mekatronik 1.1.2 Mengenal Pasti Elemen Mekatronik Mekatronik merupakan bidang ilmu yang menggabungkan semua elemen asas kejuruteraan, iaitu: Sistem elektrik Sistem mekanikal Sistem elektronik BAB 1 Sistem kawalan dan pengaturcaraan Kawalan dan pengaturcaraan Elektrik MEKATRONIK Elektronik Mekanikal 5V DC Rajah 1.2 Mekatronik merupakan gabungan elemen asas kejuruteraan 7806 9V DC – + Elemen asas ini digabung dengan kawalan bagi membolehkan 1 2 3 40 39 38 + 5V or 1 = produk mekatronik LED 2 0V or ø = yang direka bentuk berfungsi dengan sempurna, + 5Vcekap, produktif (1+ø) dan + 5V berkesan (1-1) sama ada 4 37 5 36 s1 6 35 LED 1 7 8 9 34 33 32 or 1 sum LED 7 or 1 difference secara automatik atau separa automatik. s2 r1 10 31 0V + 5V 11 30 12 29 LED 4 LED 3 or 1 13 28 s3 r2 or ø 14 27 15 26 r11 16 25 s4 r3 17 18 24 23 19 22 A Sistem elektrik s5 r4 20 21 s9 s6 LED 6 LED 5 0V or ø = 0V or ø r5 r9 carry over borrow s7 r6 Penambahan Penolakan Sistem elektrik merujuk kepada sistem yang menggunakan arus elektrik, sama ada arus r10 s8 r7 r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9 = 3.3KΩ r11 = 1KΩ r8 r10 = 10KΩ variable terus (AT) atau arus ulang-alik (AU) sebagai sumber bekalan kuasa. Sistem elektrik dalam reka bentuk mekatronik berfungsi untuk membekalkan arus elektrik bagi membolehkan peranti mekatronik menjalankan fungsi yang ditetapkan. Sistem ini mengambil kira aspek keselamatan, kedudukan peranti dalam litar dan sambungan litar. 7 BAB 1 BAB 1 Aplikasi Teknologi Panel solar Pengawal pengecas solar Kipas siling automatik Bateri Gambar foto 1.3 Contoh elemen sistem elektrik B Sistem mekanikal Sistem mekanikal merupakan gabungan beberapa komponen mekanikal yang berfungsi sebagai penghantar untuk memindahkan suatu sumber gerakan (motor) kepada bentuk yang lain. Sistem mekanikal ini membolehkan produk berfungsi, sama ada secara bergerak atau berputar. Contohnya, gear dan tali sawat digunakan bagi membolehkan pemain DVD dibuka atau ditutup. Tali sawat Takal Gear rak dan pinan Gambar foto 1.4 Contoh keratan rentas sistem mekanikal pada pemain DVD optik 8  Reka Bentuk Mekatronik C Sistem elektronik Sistem elektronik merupakan susunan dan sambungan fizikal komponen elektronik dalam suatu litar bagi menjalankan operasi sesuatu sistem. Contoh komponen elektronik ialah perintang, diod, papan litar, suis, penderia, transistor, kapasitor, litar bersepadu dan lain-lain. BAB 1 Kapasitor Perintang Lampu LED Gambar foto 1.5 Contoh sistem elektronik D Sistem kawalan dan pengaturcaraan Sistem kawalan Sistem kawalan merupakan satu kaedah kawalan sistem yang digunakan untuk mengurus, mengarah atau mengawal atur tindakan bagi memastikan reka bentuk mekatronik berfungsi secara automatik dengan sempurna. Gambar foto 1.6 menunjukkan beberapa contoh sistem yang menggunakan sistem pengawal mikro. Gambar foto 1.6 Contoh sistem yang menggunakan sistem pengawal mikro 9  BAB 1 Aplikasi Teknologi Pengaturcaraan Info Bestari Pengaturcaraan komputer ialah proses untuk membangunkan atur cara komputer dengan menggunakan Sintaks ialah peraturan bahasa pengaturcaraan seperti Java, Python, Visual yang menguasai struktur Basic dan C++. Bahasa-bahasa pengaturcaraan ini sesuatu bahasa dan menggunakan kod berbentuk teks. Terdapat juga bahasa ungkapannya. pengaturcaraan yang tidak memerlukan penulisan kod Semantik ialah proses BAB 1 berbentuk teks tetapi menggunakan blok arahan yang yang dilalui oleh sedia ada. Contoh bahasa pengaturcaraan ini ialah komputer semasa komputer melaksanakan Scratch, mBlock, JavaScript Block dan Ardublock. atur cara mengikut Setiap bahasa pengaturcaraan mempunyai set bahasa pengaturcaraan peraturan sintaks (syntax) dan semantik (semantic) yang tertentu. tersendiri. Peraturan sintaks dan semantik menetapkan cara menulis arahan untuk mikropengawal yang mengawal operasi alat elektronik. C++ JavaScript Block Rajah 1.3 Contoh bahasa pengaturcaraan Praktis Formatif 1. Senaraikan elemen asas kejuruteraan yang terdapat dalam mekatronik. 2. Apakah perbezaan antara pengaturcaraan dengan sistem kawalan? 10  Reka Bentuk Mekatronik 1.1.3 Menerangkan Fungsi Elemen Mekatronik pada Produk Sedia Ada BAB 1 n na an Ka apd Ha ti en rh Be urd Un i Kir Kereta kawalan jauh Pintu gelangsar automatik RBT dan Anda Dron Dron atau dikenali sebagai pesawat tanpa pemandu (UAV) menjadi popular dalam kalangan masyarakat kini, terutamanya dalam bidang fotografi dan perfileman. Dron direka bentuk menggunakan semua Mesin basuh automatik elemen mekatronik Gambar foto 1.7 Contoh produk mekatronik yang membolehkan dron dikawal melalui Gambar foto 1.7 menunjukkan contoh produk mekatronik alat kawalan jauh yang sering kita temui dalam kehidupan harian. Setiap atau komputer. elemen yang digabungkan dalam produk mekatronik tersebut mempunyai fungsi yang tersendiri bagi memastikan Akses produk dapat berfungsi dengan berkesan mengikut arahan Pantas yang telah diaturcarakan. Sejarah Pesawat tanpa Pemandu goo.gl/45Y6FU 11  BAB 1 Aplikasi Teknologi A Kereta kawalan jauh Kereta kawalan jauh merupakan salah satu contoh produk mekatronik mudah. Fungsi elemen mekatronik pada kereta kawalan jauh diterangkan secara terperinci dalam Rajah 1.4. BAB 1 Sistem mekanikal Gear berfungsi untuk mengurangkan atau meningkatkan halaju dan menambah daya kilas (torque) motor. Sistem elektronik Sistem elektronik menerima dan menukarkan isyarat input dari alat kawalan jauh kepada isyarat elektrik bagi memacu motor AT. Gear Pemacu motor Modul geganti 12  Reka Bentuk Mekatronik Sistem kawalan dan BAB 1 pengaturcaraan Terdiri daripada Hadapan mikropengawal dan sistem Kiri kawalan yang diatur cara. Berfungsi untuk mengawal Berhenti Kanan Undur halaju dan arah putaran motor AT. Mikropengawal Sistem elektrik Bateri sebagai sumber tenaga elektrik. Papan litar elektronik mikropengawal Motor AT Bateri alkali Bateri kadmium-nikel Rajah 1.4 Fungsi elemen mekatronik pada kereta kawalan jauh 13  BAB 1 Aplikasi Teknologi B Pintu gelangsar automatik Pintu gelangsar automatik yang sering anda temui di pasar raya juga merupakan produk mekatronik. Fungsi elemen mekatronik pada pintu gelangsar automatik diterangkan secara terperinci dalam Rajah 1.5. Sistem mekanikal Komponen mekanikal terdiri daripada takal dan tali sawat. BAB 1 Berfungsi untuk membuka dan menutup pintu. Gear pada motor membantu memudahkan pergerakan. Takal Tali sawat Komponen mekanikal Sistem elektronik Komponen elektronik disatukan di dalam litar pemacu motor. Penderia gerakan mengesan sebarang pergerakan dan memberikan isyarat kepada sistem kawalan. Litar pemacu motor Penderia gerakan 14  Reka Bentuk Mekatronik Sistem elektrik Terdiri daripada motor AT dan pengubah (transformer). Berfungsi untuk membekalkan tenaga elektrik pada keseluruhan sistem. BAB 1 Motor AT Pengubah Info Bestari Pengubah berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan voltan bekalan arus ulang-alik. Sistem kawalan dan pengaturcaraan Terdiri daripada sistem kawalan yang telah diatur cara. Berfungsi untuk memproses isyarat input dari penderia gerakan dan menghantar isyarat output kepada pemacu motor AT untuk membuka dan menutup pintu. Sistem kawalan Rajah 1.5 Fungsi elemen mekatronik pada pintu gelangsar automatik 15  BAB 1 Aplikasi Teknologi C Mesin basuh automatik Fungsi elemen mekatronik pada mesin basuh automatik diterangkan secara terperinci dalam Rajah 1.6. Sistem mekanikal BAB 1 Antara komponen mekanikal ialah takal, tali sawat, gear, dram dan galas bebola. Gabungan komponen ini menghasilkan putaran pada dram ketika mencuci pakaian. Dram Takal Tali sawat Komponen mekanikal Sistem elektronik Butang pada panel kawalan digunakan oleh pengguna untuk memberikan arahan seperti ON/OFF, START, PAUSE dan lain-lain lagi. Antara komponen elektronik ialah kapasitor dan diod pada papan litar tercetak. Papan litar tercetak Panel kawalan Diod Kapasitor 16  Reka Bentuk Mekatronik Sistem elektrik Membekalkan tenaga elektrik kepada sistem kawalan motor dan motor AU. Antara komponen elektrik ialah pengubah BAB 1 dan motor AU. Motor AU Pengubah Sistem kawalan dan pengaturcaraan Mikropengawal diatur cara untuk menghasilkan tindakan kawalan terhadap sistem elektrik, sistem elektronik dan sistem mekanikal dalam mesin basuh automatik. Fungsi kawalan bergantung kepada pengaturcaraan yang direka dan tindakan kawalan yang dimasukkan pada panel kawalan Papan mikropengawal mesin basuh automatik. Rajah 1.6 Fungsi elemen mekatronik pada mesin basuh automatik Aktiviti Menerangkan fungsi elemen mekatronik PAK-21 Think-Pair- EM K Kreativiti dan Share Inovasi 1. Bahagikan murid kepada beberapa kumpulan besar. 2. Setiap kumpulan dikehendaki menerangkan fungsi elemen mekatronik pada produk mekatronik yang ditunjukkan oleh guru melalui tayangan video. 3. Seterusnya, guru memecahkan kumpulan besar kepada beberapa kumpulan kecil. 4. Ahli kumpulan kecil berbincang dan melengkapkan tugasan berdasarkan maklumat sedia ada dan melalui carian di Internet. 5. Wakil kumpulan kecil membentangkan maklumat yang diperoleh kepada kumpulan besar. 6. Guru membuat penilaian hasil tugasan setiap kumpulan kecil. Praktis Formatif 1. Nyatakan fungsi elemen mekatronik pada produk kipas siling automatik. 2. Apakah kebaikan mengetahui fungsi elemen pada produk mekatronik? 17  BAB 1 Aplikasi Teknologi 1.1.4 Menghasilkan Gambar Rajah Blok (Block Diagram) Produk Mekatronik Sedia Ada Fungsi elemen pada produk mekatronik juga dapat diterangkan melalui gambar rajah blok (block diagram). Gambar rajah blok ditakrifkan sebagai suatu lukisan yang mewakili litar atau elemen yang dilukis dalam bentuk blok. Tanda anak panah digunakan untuk menunjukkan urutan blok dan dilabelkan mengikut fungsi, nama elemen atau litar yang BAB 1 terlibat. Rajah 1.7 menunjukkan contoh gambar rajah blok bagi produk mekatronik. Input Proses Output PENGATURCARAAN PERANTI MASUKAN PENGAWAL PERANTI KELUARAN Rajah 1.7 Contoh gambar rajah blok bagi produk mekatronik Bahagian input ialah bahagian yang berfungsi menerima dan menghantar isyarat daripada peranti masukan kepada bahagian pengawal untuk diproses. Isyarat tersebut akan diproses mengikut pengaturcaraan yang telah ditetapkan. Seterusnya, bahagian output akan menjalankan tindakan selanjutnya melalui peranti keluaran setelah menerima isyarat daripada bahagian pengawal. Walau bagaimanapun, setiap produk mekatronik mempunyai gambar rajah blok yang berbeza mengikut fungsi dan komponen yang terdapat pada produk berkenaan. 18  Reka Bentuk Mekatronik A Kereta kawalan jauh Panel kawalan pada telefon pintar bertindak sebagai pemancar isyarat (transmitter) menghantar isyarat input kepada mikropengawal (receiver) pada kereta kawalan jauh melalui sambungan Bluetooth. Pemacu motor dan motor AT akan menggerakkan roda seperti yang diarahkan oleh mikropengawal. BAB 1 Kanan an ti Hadap Berhen Undur Kiri Gambar foto 1.8 Kereta kawalan jauh Input Proses Output Pemacu motor Panel kawalan Roda Mikropengawal tanpa wayar berputar Motor AT Rajah 1.8 Gambar rajah blok kereta kawalan jauh 19  BAB 1 Aplikasi Teknologi B Pintu gelangsar automatik Penderia gerakan pada pintu gelangsar automatik akan mengesan sebarang pergerakan di hadapannya. Isyarat input akan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri BAB 1 daripada mikropengawal. Isyarat kawalan diterima daripada mikropengawal akan menggerakkan motor AT yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat untuk mengerakkan pintu. Pintu akan sentiasa dalam keadaan tertutup jika tiada sebarang pergerakan dikesan oleh penderia gerakan. Gambar foto 1.9 Pintu gelangsar automatik Input Proses Output Pergerakan objek atau benda hidup (manusia) Motor AT Penderia Takal dan Pergerakan gerakan Mikropengawal tali sawat membuka dan menutup pintu Pemacu motor Rajah 1.9 Gambar rajah blok pintu gelangsar automatik 20  Reka Bentuk Mekatronik C Mesin basuh automatik Isyarat input daripada mod pilihan pada panel kawalan akan dihantar kepada sistem kawalan yang terdiri daripada mikropengawal. Penderia juga akan memberikan isyarat input apabila air di dalam dram telah penuh. BAB 1 Isyarat kawalan yang diterima akan menggerakkan motor AU yang digabungkan bersama mekanisme takal dan tali sawat setelah menerima isyarat input. Gambar foto 1.10 Mesin basuh automatik Input Proses Output Motor AU Mod pilihan Takal dan Dram Mikropengawal berpusing tali sawat Penderia Pemacu motor Rajah 1.10 Gambar rajah blok mesin basuh automatik Aktiviti Mengenal pasti elemen mekatronik dan melukis gambar rajah blok Palang automatik merupakan contoh produk mekatronik yang sering kita temui dalam kehidupan harian. 1. Kenal pasti dan namakan elemen mekatronik yang terdapat pada sistem kawalan palang automatik. 2. Lukis gambar rajah blok bagi sistem kawalan palang automatik. Praktis Formatif 1. Nyatakan takrifan bagi gambar rajah blok. 2. Lukis gambar rajah blok yang menerangkan sistem mekatronik pada kipas siling automatik. 21  BAB 1 Aplikasi Teknologi 1.1.5 Menghasilkan Lakaran Bahagian Reka Bentuk Produk yang akan Diubah Suai Berdasarkan Gambar Rajah Blok yang Terlibat Kereta kawalan jauh merupakan produk mekatronik mudah yang sering ditemui di pasaran. Fungsi utamanya adalah lebih tertumpu kepada pergerakan kereta melalui kawalan jauh. BAB 1 Kereta kawalan jauh merupakan salah satu produk mekatronik. Pada pendapat kamu, apakah masalah yang kamu hadapi ketika mengendalikan kereta kawalan jauh? Tidak mempunyai kawalan kelajuan. Rina Tidak mempunyai lampu. Kereta mudah rosak apabila berlanggar dengan dinding. Rajah 1.11 Perbincangan untuk mengenal pasti pengubahsuaian terhadap produk Cabar Minda Berdasarkan situasi pada Rajah 1.11, kaedah penyelesaian inventif boleh digunakan bagi menyelesaikan masalah yang 1. Apakah kepentingan dihadapi. Penjanaan idea boleh diperoleh menerusi proses melakukan sumbang saran, perbincangan atau kritikan. pengubahsuaian pada sesuatu produk? 2. Apakah definisi bagi proses sumbang saran dalam konteks penjanaan idea reka bentuk produk? 22  Reka Bentuk Mekatronik Analisis fungsi dilakukan bagi mengenal pasti masalah yang terdapat pada kereta kawalan jauh. Model fungsi pada Rajah 1.12 menunjukkan gambaran keseluruhan hubung kait antara komponen dan fungsi bagi kereta kawalan jauh. Bingkai kereta memegang Spring memegang kereta memegang memegang BAB 1 memegang memegang memegang memegang memberikan isyarat Lantai Pemegang Badan Papan litar elektronik Panel Roda roda kereta mikropengawal kawalan memegang memegang tanpa wayar mengawal Motor Gear mengawal AT mengawal memegang Rajah 1.12 Model fungsi bagi kereta kawalan jauh Berdasarkan model fungsi, masalah dikenal pasti berpunca daripada kereta kawalan jauh yang tidak mempunyai fungsi tambahan untuk mengelakkan kereta tersebut berlanggar dengan halangan. Kereta kawalan jauh juga tidak mempunyai lampu untuk pencahayaan ketika berada di kawasan yang gelap. Analisis berantai punca-kesan telah dijalankan untuk mengenal pasti punca dan kesan bagi masalah. Kereta kawalan jauh rosak apabila berlanggar dengan halangan Mengapa? Kereta kawalan jauh mudah rosak kerana Kereta kawalan jauh sukar dikawal apabila kekuatan badan kereta yang rendah berada di kawasan yang gelap Mengapa? Mengapa? Gerak balas pengendali adalah perlahan Penglihatan pengendali terhad dan kurang untuk memberhentikan kereta kawalan jauh jelas apabila kereta kawalan jauh berada yang bergerak laju sebelum perlanggaran di kawasan yang gelap Mengapa? Mengapa? Tiada gerak balas secukupnya untuk Kurang pencahayaan pada laluan kereta memberhentikan kereta kawalan jauh yang kawalan jauh untuk pengendali mencegah bergerak laju untuk mengelakkan perlanggaran daripada berlanggar dengan halangan Batasan (limitation) pada kereta kawalan jauh ialah pencahayaan di kawasan gelap dan gerak balas yang perlahan untuk memberhentikan kereta kawalan jauh bagi mengelakkan perlanggaran dengan halangan. Rajah 1.13 Analisis berantai punca-kesan 23  BAB 1 Aplikasi Teknologi Kaedah penyelesaian masalah inventif secara pemisahan masa digunakan kerana masalah pencahayaan hanya berlaku pada waktu tertentu (ketika berada di kawasan gelap) dan masalah gerak balas untuk memberhentikan kereta kawalan jauh bagi mengelakkan perlanggaran berlaku pada waktu tertentu (ketika ada halangan yang menghalang laluan kereta kawalan jauh). Salah satu konsep prinsip inventif yang dipilih untuk menyelesaikan masalah ini ialah tindakan awal (prelimenary action). Konsep ini membolehkan sistem kereta kawalan BAB 1 jauh mengesan tahap pencahayaan (menggunakan perintang peka cahaya sebagai input) untuk menghidupkan lampu dengan kawalan dari mikropengawal. Konsep yang sama juga boleh digunakan untuk mengesan jarak selamat (menggunakan penderia inframerah sebagai input) antara kereta kawalan jauh dengan halangan untuk memberhentikan kereta dengan kawalan dari mikropengawal. Jadual 1.2 Cadangan penyelesaian masalah inventif melalui kaedah pemisahan masa Cadangan Penerangan Cadangan pengubahsuaian prinsip inventif konsep kereta kawalan jauh Tindakan awal Melakukan Menambah fungsi tindakan awal untuk mengesan tahap (prelimenary tindakan pencahayaan dan memberikan isyarat kepada mikropengawal action) awal untuk untuk menghidupkan lampu LED. Komponen yang sesuai ialah mengawal perintang peka cahaya. risiko. Menambah fungsi tindakan awal untuk mengesan jarak selamat antara kereta dengan halangan dan memberikan isyarat kepada mikropengawal untuk memberhentikan kereta bagi mengelakkan perlanggaran. Komponen yang sesuai ialah penderia inframerah. Sistem pembaz digunakan sebagai tambahan untuk memberitahu pengendali kereta kawalan jauh tentang kehadiran halangan pada laluan kereta kawalan jauh. Setelah analisis fungsi dan cadangan penyelesaian masalah inventif dilakukan, gambar rajah blok bahagian reka bentuk produk yang akan diubah suai perlu dihasilkan bagi memfokuskan pada bahagian yang akan dilakukan pengubahsuaian sahaja. Input Proses Output Panel kawalan Pemacu motor tanpa wayar Roda berputar Motor AT Penderia Mikropengawal inframerah Pembaz Perintang peka cahaya (LDR) Lampu LED Rajah 1.14 Gambar rajah blok bahagian kereta kawalan jauh yang akan diubah suai 24  Reka Bentuk Mekatronik Seterusnya, lakaran perkembangan idea pada bahagian reka bentuk produk yang akan diubah suai berdasarkan gambar rajah blok akan dibuat. Lakaran perkembangan idea yang dihasilkan perlu mengambil kira elemen dan prinsip reka bentuk produk. Rajah 1.15 menunjukkan beberapa lakaran perkembangan idea bagi pengubahsuaian yang akan dilakukan ke atas kereta kawalan jauh. BAB 1 Lakaran idea 1 Penderia Cadangan pengubahsuaian inframerah ialah menambah penderia Halang inframerah pada bahagian an HADAPAN kereta Kiri Hadap an kawalan jauh. Berhe nti Kanan Undur Lakaran idea 2 Pembaz Cadangan pengubahsuaian ialah menambah penderia Halang inframerah pada bahagian Penderia an HADAPAN dan pembaz pada inframerah Hadap an bahagian ATAS bumbung Kiri Berhe nti Kanan kereta kawalan jauh. Undur Lakaran idea 3 Pembaz LDR Cadangan pengubahsuaian Lampu LED ialah menambah penderia inframerah, LDR dan Penderia Halang an lampu LED pada bahagian inframerah HADAPAN kereta kawalan Kiri Hadap an jauh. Manakala, pembaz pada Berhe nti Kanan Undur bahagian ATAS bumbung kereta kawalan jauh. Rajah 1.15 Beberapa lakaran perkembangan idea bagi kereta kawalan jauh yang akan diubah suai 25  BAB 1 Aplikasi Teknologi Perbincangan dan penentuan idea terbaik boleh dilakukan bagi memilih idea reka bentuk yang terbaik. Berdasarkan pada ketiga-tiga lakaran perkembangan idea, lakaran idea 3 dipilih kerana memenuhi kriteria pemilihan lakaran dan mampu dibangunkan oleh pereka bentuk. Lakaran perkembangan idea yang dipilih ini dipersembahkan dalam bentuk lakaran 3D bermaklumat. BAB 1 Pembaz LDR Lampu LED Penderia inframerah Info Bestari Kriteria pemilihan lakaran bagi reka bentuk produk: 1. Menarik perhatian Prinsip pengguna - Keseimbangan 2. Warna seimbang dan - Harmoni sesuai - Kesatuan 3. Bentuk mudah Halang dihasilkan Elemen Bahan an 4. Mempunyai nilai - Garisan Pembaz Kiri Hadap an estetika 5. Maklumat lakaran Berhe nti - Rupa LDR Undur Kanan - Bentuk Lampu LED lengkap - Warna Penderia inframerah Rajah 1.16 Lakaran 3D bermaklumat bagi kereta kawalan jauh 26  Reka Bentuk Mekatronik 1.1.6 Membuat Penambahbaikan kepada Produk Berdasarkan Lakaran yang telah Dibuat Lakaran perkembangan idea yang telah dihasilkan dan dipilih perlu dianalisis keberkesanannya. Merujuk pada lakaran perkembangan idea yang dipilih, justifikasi terhadap idea, bahan dan teknologi yang dipilih perlu dilakukan bagi menentukan sama ada menghasilkan produk berfungsi sebahagian atau produk berfungsi sepenuhnya. BAB 1 Penambahbaikan dan pengubahsuaian yang dicadangkan pada lakaran perkembangan idea akan dibangunkan melalui proses pembangunan produk. Pelbagai bahan dan alatan yang sesuai perlu digunakan bagi memastikan kualiti dan reka bentuk yang ditambah baik berada pada tahap yang terbaik. Jadual 1.3 Cadangan penambahbaikan pada kereta kawalan jauh Bahagian kereta Cadangan Justifikasi Tindakan kawalan jauh penambahbaikan Hadapan kereta LDR LDR mengesan Memasang komponen tahap pencahayaan baharu, iaitu LDR dan lampu yang ditetapkan LED. dan menghantar Membangunkan isyarat input pengaturcaraan supaya kepada LDR dapat mengesan mikropengawal. tahap pencahayaan Lampu LED Mikropengawal dan mikropengawal memberikan menghidupkan lampu LED. arahan kepada lampu LED supaya menyala apabila tahap pencahayaan berada di luar julat yang ditetapkan. Penderia Penderia Memasang komponen inframerah inframerah baharu, iaitu penderia mengesan halangan inframerah dan pembaz. pada jarak yang Membangunkan ditetapkan dan pengaturcaraan supaya menghantar isyarat penderia inframerah input kepada dapat mengesan halangan mikropengawal. dan mikropengawal Atas bumbung Pembaz Mikropengawal memberhentikan motor AT kereta memberikan arahan serta menghidupkan pembaz kepada pembaz secara serentak. supaya berbunyi apabila jarak di antara kereta dengan halangan berada dalam julat yang ditetapkan. 27  BAB 1 Aplikasi Teknologi Langkah-langkah proses penambahbaikan pada kereta kawalan jauh berdasarkan lakaran perkembangan idea yang telah dihasilkan diterangkan seperti yang berikut. 1 BAB 1 Membuat lakaran Lakaran reka bentuk yang dihasilkan mesti mengambil kira elemen dan prinsip reka bentuk supaya sentiasa memenuhi keperluan dan kehendak pengguna. 2 Pembaz Memilih bahan Litar kawalan Bahan yang digunakan LDR pada reka bentuk produk ialah penderia inframerah, Lampu LED pembaz, LDR, lampu LED dan wayar. Penderia inframerah Akses Pantas Wayar Pengaturcaraan Kereta Kawalan Jauh goo.gl/TAwgrg 3 Membuat pengaturcaraan Membangunkan pengaturcaraan dan memuat naik kepada papan litar elektronik mikropengawal bagi menjalankan fungsi yang dikehendaki. 28  Reka Bentuk Mekatronik 4 Membina dan memasang Membina dan memasang komponen penderia inframerah, pembaz, LDR dan lampu LED bagi melengkapkan reka bentuk yang dicadangkan. Faktor keselamatan BAB 1 perlu diutamakan semasa proses pemasangan. Membuat kemasan 5 Kemasan berfungsi untuk menambah daya tarikan terhadap reka bentuk produk yang dihasilkan, melindungi komponen elektrik daripada terdedah kepada sentuhan dan mengurangkan risiko kecederaan kepada pengguna produk. 6 Produk akhir Produk akhir, iaitu kereta kawalan jauh. Kiri Und Berh Had enti Ti halanada gan apa n Kan an ur Praktis Formatif 1. Nyatakan langkah-langkah yang diperlukan bagi menghasilkan penambahbaikan pada reka bentuk produk? 2. Cadangkan satu lakaran penambahbaikan pada kipas siling automatik bagi menambah baik fungsi produk. 29  BAB 1 Aplikasi Teknologi 1.1.7 Membuat Penilaian Kefungsian Produk yang Telah Diubah Suai Penilaian kefungsian merupakan perkara yang penting ketika membuat pertimbangan terhadap hasil penambahbaikan yang telah dilakukan terhadap produk. Ujian parameter digunakan bagi menilai kefungsian produk mengikut objektif yang telah ditetapkan. Ujian ini dijalankan dalam situasi sebenar untuk menilai keberkesanan penambahbaikan pada reka bentuk kereta kawalan jauh terhadap kefungsiannya. BAB 1 Halangan Hadapan Berhenti Kanan Kiri Undur Info Bestari Terdapat pelbagai jenis papan litar elektronik mikropengawal di pasaran yang boleh digunakan untuk membuat penambahbaikan pada produk mekatronik sedia ada. Gambar foto 1.11 Contoh pengujian untuk menilai kefungsian kereta kawalan jauh Gambar foto 1.11 menunjukkan contoh pengujian yang dilakukan terhadap kereta kawalan jauh yang telah ditambah baik kefungsiannya tanpa mengubah Nilai Murni fungsi asal kereta tersebut. Ujian parameter dilakukan bagi menilai kemampuan kereta kawalan jauh untuk Kita perlu jujur dan tepat berhenti dan mengeluarkan bunyi secara automatik dalam merekod keputusan apabila terdapat halangan di hadapan kereta kawalan ketika menjalankan ujian jauh. Selain itu, ujian ini juga dilakukan untuk menguji kefungsian produk. kemampuan lampu LED menyala apabila kereta kawalan jauh melalui kawasan yang gelap. Keputusan pengujian telah direkodkan dalam bentuk laporan. 30  Reka Bentuk Mekatronik Jadual 1.4 Keputusan pengujian terhadap kefungsian kereta kawalan jauh Jenis ujian Penambahbaikan Ujian parameter Keputusan Ujian LDR dan lampu Kereta kawalan jauh digerakkan 3 Lampu LED berfungsi kefungsian LED ke kawasan yang gelap bagi apabila kereta menguji kefungsian lampu LED. kawalan jauh melalui kawasan yang gelap. BAB 1 Penderia Kereta kawalan jauh digerakkan 3 Kereta kawalan inframerah dan ke kawasan yang mempunyai jauh akan berhenti pembaz halangan bagi menguji secara automatik kefungsian penderia inframerah. dan mengeluarkan Pengujian juga dilakukan untuk isyarat bunyi apabila menguji kefungsian pembaz terdapat halangan apabila penderia inframerah di hadapan kereta mengesan halangan di hadapan kawalan jauh. kereta kawalan jauh. Ujian dilaksanakan sebanyak 3 kali. Penilaian kefungsian reka bentuk kereta kawalan jauh yang telah Akses diubah suai juga mengambil kira aspek pembangunan reka bentuk Pantas yang lain seperti keupayaan produk, nilai estetika dan keselamatan reka bentuk. Maklumat yang diperoleh daripada penilaian kefungsian akan digunakan untuk melakukan penambahbaikan supaya kereta kawalan jauh yang dihasilkan memenuhi objektif yang SIRIM QAS International Sdn Bhd telah ditetapkan. Jadual 1.5 menunjukkan senarai semak pengujian Testing Service bagi menilai hasil pengujian yang telah dilakukan terhadap reka Department bentuk kereta kawalan jauh. goo.gl/d7QwCx Jadual 1.5 Senarai semak pengujian bagi kereta kawalan jauh yang telah diubah suai Skor No. Perkara Catatan Ya Tidak 1. Adakah reka bentuk produk dapat menyelesaikan 3 masalah yang dihadapi? 2. Adakah reka bentuk produk mempunyai kualiti 3 yang baik? 3. Adakah reka bentuk produk selamat digunakan? 3 4. Adakah reka bentuk produk mempunyai 3 bahagian yang tajam? 5. Adakah bahagian elektronik pada produk boleh 3 membahayakan pengguna? 6. Adakah reka bentuk produk boleh dihasilkan 3 dengan kos yang efektif? 31  BAB 1 Aplikasi Teknologi Berdasarkan pada keputusan pengujian yang diperoleh, didapati kereta kawalan jauh mampu menjalankan fungsi yang dikehendaki, iaitu berhenti dan mengeluarkan bunyi secara automatik apabila terdapat halangan di hadapan kereta kawalan jauh. Selain itu, lampu Akses LED pada kereta kawalan jauh juga berfungsi, iaitu menyala apabila Pantas melalui kawasan yang gelap. Walau bagaimanapun, beberapa cadangan penambahbaikan boleh BAB 1 dilakukan pada kereta kawalan jauh bagi meningkatkan lagi kualiti Anugerah Inovasi dan keupayaannya. Antara cadangan penambahbaikan yang boleh dan Pengkomersialan dicadangkan, iaitu: Produk Meningkatkan kemampuan kawalan supaya kereta kawalan jauh goo.gl/dj4YAu dapat dikawal dengan menggunakan pergerakan isyarat tangan. Kelajuan kereta kawalan jauh boleh dikawal. Meletakkan komponen, contohnya span di bahagian hadapan kereta kawalan jauh yang berfungsi sebagai penyerap hentakan. Aktiviti Membina dan membentangkan lakaran reka bentuk produk mekatronik yang telah ditambah baik 1. Bahagikan murid kepada beberapa kumpulan. 2. Setiap kumpulan memilih produk mekatronik mudah. 3. Setelah memilih jenis produk mekatronik, setiap kumpulan dikehendaki: (a) Meleraikan dan mengasingkan komponen produk mekatronik (b) Menuliskan fungsi setiap komponen mekatronik (c) Melukis gambar rajah blok bagi produk mekatronik (d) Mencadangkan penambahbaikan dan melukis lakaran cadangan penambahbaikan yang akan dibuat (e) Menilai kefungsian penambahbaikan yang akan dilakukan pada produk 4. Setiap kumpulan diberikan tempoh selama dua minggu untuk menyiapkan lakaran reka bentuk produk mekatronik yang telah ditambah baik. 5. Bentangkan lakaran reka bentuk produk mekatronik kumpulan anda di hadapan kelas dan serahkan lakaran tersebut kepada guru. Praktis Formatif 1. Nyatakan tujuan penilaian kefungsian terhadap reka bentuk produk yang dilakukan. 2. Senaraikan jenis ujian penilaian kefungsian yang sering digunakan dalam industri bagi menentukan kualiti reka bentuk produk yang telah dihasilkan. 32  Reka Bentuk Mekatronik R UMU S A N KUIZ Aplikasi Teknologi Interaktif Reka Bentuk Mekatronik BAB 1 goo.gl/tDzgj1 Reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu Menyatakan maksud reka bentuk elektrik, mekanikal, elektronik, mekatronik kawalan dan pengaturcaraan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki Sistem elektrik Mengenal pasti elemen Sistem mekanikal mekatronik Sistem elektronik Sistem kawalan dan pengaturcaraan Menerangkan fungsi elemen mekatronik pada produk Kereta kawalan jauh sedia ada Pintu gelangsar automatik Menghasilkan gambar rajah blok (block diagram) produk Mesin basuh automatik mekatronik sedia ada Model fungsi Menghasilkan lakaran bahagian Analisis berantai punca-kesan reka bentuk produk yang akan diubah suai berdasarkan gambar Percanggahan fizikal dan prinsip rajah blok yang terlibat inventif Lakaran perkembangan idea Lakaran 3D bermaklumat Membuat penambahbaikan Cadangan penambahbaikan kepada produk berdasarkan lakaran yang telah dibuat Proses penambahbaikan Membuat penilaian kefungsian Pengujian-Ujian parameter produk yang telah diubah suai 33 BAB 1 Aplikasi Teknologi Semak Latihan Pengukuhan JAWAPAN Bahagian A Jawab semua soalan. goo.gl/teJh2D 1. Reka bentuk mekatronik bermaksud reka bentuk produk atau sistem yang menggabungkan disiplin ilmu , , , dan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki. 2. juga merupakan kaedah yang digunakan untuk menerangkan fungsi elemen di dalam reka bentuk mekatronik. 3. Antara kriteria pemilihan lakaran idea penambahbaikan reka bentuk mekatronik ialah dapat , , , dan. 4. Penilaian kefungsian reka bentuk dapat dilakukan melalui kaedah pengujian jenis. 5. Padankan komponen mekatronik yang berikut dengan pernyataan yang betul. Komponen Pernyataan Satu kaedah kawalan sistem yang digunakan untuk mengurus, mengarah atau mengawal atur tindakan Sistem elektrik bagi memastikan reka bentuk mekatronik berfungsi secara automatik dengan sempurna. Gabungan beberapa komponen mekanikal yang Sistem mekanikal berfungsi sebagai penghantar. Susunan dan sambungan fizikal komponen Sistem elektronik elektronik dalam suatu litar bagi menjalankan operasi sesuatu sistem. Sistem yang menggunakan arus elektrik, sama ada Sistem kawalan dan arus terus (AT) atau arus ulang-alik (AU) sebagai pengaturcaraan sumber bekalan kuasa. 34  Reka Bentuk Mekatronik Bahagian B Jawab semua soalan. 1. Rajah 1 menunjukkan palang automatik yang merupakan suatu produk mekatronik. Lakarkan gambar rajah blok bagi menerangkan fungsi elemen mekatronik bagi palang automatik. Rajah 1 2. Rajah 2 menunjukkan suatu produk mekatronik. Rajah 2 (a) Nyatakan komponen dan bahagian mekatronik yang terdapat pada produk mekatronik yang ditunjukkan. (b) Terangkan fungsi elemen mekatronik pada rajah di atas. (c) Hasilkan gambar rajah blok bagi produk mekatronik yang ditunjukkan di atas. (d) Cadangkan penambahbaikan pada produk mekatronik berdasarkan gambar rajah blok yang anda telah hasilkan di (c). 35