مکاترونیک

مکاترونیک

مهندسی مکاترونیک کاربرد رشته‌های مهندسی از گذشته در زندگی روزمره و صنعت همواره مورد توجه بوده‌است؛ رشته‌های مختلف مهندسی هر کدام با اهداف ویژه خود کاربردی هستند و در محل‌های خاص استفاده می‌شوند اما گاهی نیاز است تا از چندین رشته و تخصص در کار برای پیشبرد اهداف استفاده شود به خصوص در زمینه‌هایی که عدم همکاری حوزه‌های مختلف خروجی ایده‌آلی را ارائه نخواهد داد، به همین دلیل یک مهندس ژاپنی در سال 1969 از شرکت یاسکاوا رشته‌ای را ابداع کرد که تا حد کمتری از مهندسی کنترل و اتوماسیون به کار گرفته شود؛ این رشته با نام مکاترونیک جایگزین واژه سیستم‌های الکترومکانیکی شد.

 28 

نتیجه برای "مکاترونیک --- مهندسی مکانیک --- مهندسی" با فیلترهای مشخص شده در مکتب‌خونه موجود است.
مرتب‌سازی نتایج بر اساس:

مهندسی مکاترونیک چیست؟

مهندسی مکاترونیک جایگزین واژه سیستم‌های الکترومکانیکی، کاربرد رشته‌های مهندسی از گذشته در زندگی روزمره و صنعت همواره مورد توجه بوده‌است؛ رشته‌های مختلف مهندسی هر کدام با اهداف ویژه خود کاربردی هستند و در محل‌های خاص استفاده می‌شوند اما گاهی نیاز است تا از چندین رشته و تخصص در کار برای پیشبرد اهداف استفاده شود به خصوص در زمینه‌هایی که عدم همکاری حوزه‌های مختلف خروجی ایده‌آلی را ارائه نخواهد داد، به همین دلیل یک مهندس ژاپنی در سال 1969 از شرکت یاسکاوا رشته‌ای را ابداع کرد که تا حد کمتری از مهندسی کنترل و اتوماسیون به کار گرفته شود؛ این رشته با نام مکاترونیک جایگزین واژه سیستم‌های الکترومکانیکی شد. 

مکاترونیک دقیقا به چه معناست؟

کلمه مکاترونیک از ترکیب واژه‌های مکانیزم و ترونیک به وجود آمده است، هر چند این رشته را نمی‌توان رشته‌ای نوظهور دانست اما تقریبا در ایران با سابقه 10 الی 20 سال می‌توان آن را جز رشته‌های تازه تأسیس به حساب آورد؛ با توجه به ارتقا صنعت و استفاده گسترده جامعه از دستگاه‌‎های پیچیده برای تولیدات و تحقیقات نیاز به یک مهندس مکاترونیک برای نظارت بر ساختارهای ترکیبی احساس می‌شود، پروفسور رحمت‌الله قدیمی چرمیهنی پدر رشته‌ی مکاترونیک در ایران است.

امروزه در همه جای دنیا مکاترونیک شناخته شده است به طوری که تعداد مقاله‌ها و مجلات علمی روزبه‌روز در حال گسترش است؛ همچنین شرکت‌های صنعتی داخلی و بین‌المللی نیز با بهره‌گیری از این رشته به دنبال تولید و عرضه محصولات خود در صنعت الکترونیک و مکانیک هستند؛ بنابراین این حوزه به دنبال نیروی متخصص کار می‌گردد تا همگام با توسعه دانش مهندسی مکاترونیک تولیدات و خدمات خود را عرضه کنند.

به علت نیاز مبرم به رشته مهندسی مکاترونیک در صنایع، دوره‌های آموزشی این رشته در آموزشگاه‌های فنی، هنرستان‌ها و دانشگاه‌ها مورد استقبال علاقه‌مندان قرار گرفته‌است و محلی برای تعاملات علمی و عملی است.

با استفاده از مهندسی مکاترونیک می‌توان سیستم‌های مکانیکی را به صورت خودکار درآورد، سیستم‌های ترمز ABS در اتومبیل، دستگاه‌های CNC و کلیه سیستم‌های اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز مکاترونیک دانست.

 

رشته مکاترونیک

رشته مهندسی مکاترونیک ترکیبی از رشته‌های مهنسی مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر، مهندسی کنترل و مهندسی مولکولی(نانو بیوشمی و بیولوژی) است، این رشته با هدف ایجاد  و استفاده از ارتباط  داخلی بین رشته‌های عنوان شده که درگیر در امر اتوماسیون و خودکار سازی هستند، به دنبال به  خدمت‌گیری یک نمایه از کنترل پیشرفته در سیستم‌های ترکیبی است؛ مکاترونیک سعی در ایجاد دیدی یکپارچه نسبت به سیستم‌های تشکیل شده از اجزای مکانیکی، الکترونیکی، کنترلی و نرم‌افزاری دارد.

مهندسی مکاترونیک علاوه بر آن‌که با سیستم‌های الکترومکانیکی سروکار دارند، همزمان بودن طراحی، یکپارچه‌سازی و بهینه‌سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

مکاترونیک برای کنترل و تنظیم سیستم‌های مکانیکی به کار گرفته می‌شود؛ با استفاده از ماژول‌های مکاترونیکی می‌توان تولیدات انعطاف‌پذیر و در دسترس را ایجاد کرد که این ماژول‌ها بر مبنای ساختار کنترلی هدفمند در کنار هم قرار گرفته‌اند؛ این ساختارها شامل: ارتباطات زنجیره‌ای و کنترلی است. مکاترونیک در حوزه‌هایی که سه رشته‌ی الکترونیک، مکانیک و کامپیوتر با هم به کار بسته می‌شوند، کارایی دارد در حالی که بسیاری از بخش‌ها با کمبود تکنسین آن مواجه هستند.

با توجه به اینکه مکاترونیک ترکیبی از سه رشته است، فارغ‌التحصیلان این رشته از توان علمی و مهارتی بالایی باید برخوردار باشند تا در بخش‌های گوناگونی که به متخصص مکاترونیک نیاز است مشغول به کار شوند؛ حوزه‌هایی مانند: طراحی مکانیکی، برنامه‌نویسی و مهندسی نرم‌افزار، نظریه ماشین‌آلات و مکانیزم، هیدرولیک پنوماتیک، الکترونیک سیگنال و برق الکترونیک، مبانی ماشین‌آلات و درایوها، سیستم‌های جاسازی شده، پردازش سیگنال دیجیتال، مدل‌سازی و شبیه‌سازی، نظریه کنترل خودکار، رباتیک، سنسورها و تهویه مطبوع، هوش مصنوعی، شبکه‌های کامپیوتری، SCADA, PLC و DCS. یک مهندس مکاترونیک باید برای ساخت، طراحی و حتی اختراع آماده باشد؛ چرا که با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی و روی کار آمدن چاپ‌های سه بعدی، نیاز برای خلق محصولی برگرفته از مکانیک، کامیپوتر و الکترونیک به وجود می‌آید؛ به این دلیل که در آینده اینگونه ساخت‌ها به علت مقرون به صرفه بودن و اینکه امکان دسترسی همه به آن وجود دارد، طرافداران بسیاری پیدا خواهد کرد.

 دانشجویان این رشته ضمن خواندن مباحثی از ریاضیات مهندسی و مکانیک علومی همچون طراحی اجزا ماشین، طراحی مکانیکی، ترمودینامیک، مدارات و سیستم‌ها، الکترونیک و مخابرات، نظریه کنترل و ...فرامی‌گیرند.

علاوه بر اینکه فارغ‌التحصیلان این رشته باید تسلط کافی بر روی مباحث اساسی و پایه‌ی خود داشته باشند باید از اطلاعاتی   درباره‌ی محیط اطراف خود به ویژه اقتصاد، زیبایی و به روز بودن غافل نشوند.

کاربردهای مکاترونیک 

همان‌طور که گفته شد مکاترونیک کاربردهای فراوانی دارد به طور مثال:

 در صنعت به ویژه ماشین‌سازی، خودروسازی، توسعه اتوماسیون، بکارگیری سیستم‌ها کنترلی، معادن برای بکارگیری از مته‌های کنترل از راه دور

در پزشکی برای ساخت تجهیزات پزشکی هوشمند مانند صندلی‌های کنترلی برای افراد معلول، ابزارهای جراحی هوشمند و ربات‌های استفاده شده در امور جراحی، آزمایشگاه‌های پاتولوژیک مجهز به سیستم‌های هوشمند

استفاده در صنعت هوافضا برای ابزار هوشمند کنترل از راه دور

استفاده در صنایع دفاعی برای تجهیزات راداری، موشکی و ردیابی

استفاده در امور شهری مانند چراغ‌های راهنمایی و رانندگی هوشمند، کنترل‌ هوشمند عبور و مرورها

 یکی از زمینه‌هایی که مکاترونیک به آن وارد شده است رشته بیومکاترونیک است که این رشته به یکپارچه‌سازی بخش‌های مکانیکی با اجزای بدن انسان است. نانومکاترونیک نیز دستگاه‌ها و سیستم‌های مکاترونیکی را در ابعاد نانو طراحی می‌کند. رباتیک نیز که یکی از شاخه‎‌های مهندسی است به طراحی و ساخت انواع ربات‌ها می‌پردازد که برای نمایش علم مکاترونیک به کار گرفته می‌شود.

مکاترونیک در تحقیقات

 

مهندسی مکاترونیک در زمینه‌های تحقیقاتی کاربرد فراوانی دارد به علت ‌آن‌که رشته‌ای ‌است که با تکنولوژی حرکت می‌کند، زمینه‌هایی تحقیقاتی مکاترونیک شامل:

بینایی ماشین(Machine Vision)

بینایی ماشین یکی از ابزارهای مهندسی است که در شبکه‌های کامپیوتری برای کنترل تجهیزات و ربات‌ها، پیدا کردن عیب‌ها بررسی کالاهای صنعتی، شمردن تعداد کالاهای تولید شده، خواندن شماره سریال‌ها و تعیین کیفیت و ... استفاده می‌شود؛ به نوعی Machine Vision مانند چشم غیرمصلح انسان برای بازبینی است.

کنترل اتوماتیک (Automatic Control) 

این کنترل در هدایت سیستم‌های فضاپیما، موشک، ربات و... به عنوان جزء اصلی کاربرد دارد؛ کنترل خودکار در ماشین‌سازی، رنگ‌پاشی، طراحی خودرو، کنترل دما و فشار، کنترل حرکت سیالات و... استفاده می‌شود.

رباتیک (Robotics)

طراحی و ساخت ربات‌های پیشرفته با اهداف گوناگون در حوزه‌های مختلف مورد توجه محققان قرار دارد.

سیستم‌های کنترل (Conrtol Systems)

سامانه کنترل برای کنترل و مدیریت سیستم‌ها، ماشین‌ها، منابع انسانی و فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ یک سیستم کنترل باید پایداری مطلق و پایداری نسبی را برای پاسخ سریع و البته معقول به اتفاقات داشته باشد، قابلیت سیستم کنترلی در این است که بتواند خطاها را تا حد صفر کاهش دهد.

سروو مکانیزم (Servo Mechanism)

نوعی سیستم کنترل با بازخورد خودکار است که به عنوان یک اشکال برای کنترل خودکار شناخته می‌شود؛ این سیستم در بررسی وضعیت عقب کشتی‌‌های بزرگ کاربرد دارد که این امر مستلزم نیروی تقویتی عظیمی است.

مهندسی خودرو (Automotive Engineering)

این رشته در تجهیزات خودرو مانند زیر سیستم‌های ضد قفل ترمز، طراحی و ساخت موتور سیکلت، خودرو و کامیون کاربرد دارد.

سیستم‎‌های خبره (Expert Systems)

این سیستم با در نظر گرفت دلایل متعدد با به کارگیری روش‌های مرسوم به دنبال رسیده به نتیجه‌ای مبتنی بر فرضیات است، این سیستم به دنبال رسیده به فرضیات و تصمیمات منطقی با استفاده از دانش در دست است که این سیستم بیشترین پیشرفت را در هوش مصنوعی دارد.

کد نویسی (Cimputer Aided Design)

تمامی رشته‌های مهندسی برای طراحی‌های خود نیاز به نرم‌افزارهای خاص خود را دارند تا در طراحی قطعات و ابزار استفاده شود. این نرم‌افزارها قابلیت طراحی‌های پیچیده مهندسی را دارند و می‌توانند طرح‌ها مختلف را محاسبه و تحلیل کنند.

میکروکنترلر (Micro COntroller)

نوعی ریزپردازنده با حافظه دسترسی تصادفی و فقط خواندنی، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی است که در درون تراشه قرار دارد؛ با استفاده از میکروکنترلرها می‌توان محاسبات منطقی و حسابی را انجام داد، علاوه بر آن برای کاربردهای کوچک نیز طراحی می‌شوند. وسایلی مانند تلفن، موبایل، دستگاه فاکس، دوربین ویدیویی، چرخ خیاطی، سرعت سنج و سیستم‌های تهویه از میکروکنترلرها استفاده می‌کنند

 مهندسی خودرو نیز که جز آن دسته از صنایعی است که با بهره‌گیری از سیستم خودران ساخته می‌شود، مکاترونیک را به عنوان پایه‌ی اصلی این صنعت که ترکیبی از مکانیک، الکتریک، الکترونیک و کامپیوتر است، در نظر گرفته می‌شود. 

مکاترونیک با همکاری رباتیک ایده‌های خارق‌العاده‌ای را ارئه داده است که در دسته‌ی دوربین‌های پیشرفته، ربات‌های انسان‌نما، خودروهای هوشمند و پزشکی کم نظیر هستند، هر چند که کمتر محصولی را می‌توان یافت که ترکیبی از رشته‌های مهندسی باشد و رباتیک در آن استفاده نشده باشد.

 

گرایش‌های رشته مکاترونیک

در ایران اولین دانشگاهی که این رشته را تأسیس کرد دانشگاه آزاد اسلامی قزوین بود که پس از آن دانشگاه‌ها امیرکبیر، صنعتی شریف، خواجه‌نصیر، علم‌وصنعت، سمنان، تبریز و دانشگاه علوم‌وتحقیقات نیز به جمع این دانشگاه‌ها اضافه شدند. کشورهایی مانند آمریکا، ژاپن، استرالیا، اتریش، آلمان، بلژیک و روسیه جزء کشورهایی هستند که مکاترونیک در آن‌ها در حال توسعه است.

گرایش های مهندسی مکاترونیک به گرایش‌های طراحی ربات‌ها وسیستم‌های مکاترونیکی، خودکارسازی (اتوماتیک و کنترل تولید) و ارتباط جنبی انسان، ماشین وکامپیوتر تقسیم می‌شود.

سرفصل‌های مکاترونیک در مقطع کارشناسی ارشد

دروسی که دانشجوبان در مقطع کارشناسی ارشد رشته مکاترونیک باید بگذارنند شامل: دروس جبرانی، دروس عمومی، دروس اختیاری، سمینار و ارائه پروژه پایانی(پایان نامه) است؛ که هر کدام از واحد‌های این دروس به شرح زیر است:

دروس جبرانی:

مطابق با نیاز دانشجو دروسی از رشته‌های مهندسی برق، کامپیوتر و مهندسی پزشکی برداشته می‌شود.

دروس عمومی

این واحدها اجباری است و هر دانشجو موظف است 9 واحد را اتخاذ کند که مکاترونیک 1، مکاترونیک 2 و ریاضیات مهندسی پیشرفته را شامل می‌شود؛ این دروس با توجه به لیسانس شمال:

استاتیک و دینامیک

دینامیک ماشین و طراحی مکانیزم‌ها

الکترونیک1

میکروپروسسور

کنترل خطی

روش تحقیق

دروس تخصصی

هر دانشجو باید به انتخاب خود از بین دروس زیر 3 واحد را انتخاب کند:

رباتیک پیشرفته

کنترل خودکار پیشرفته

شبکه‌ها عصبی

برنماه‌ریزی و کنترل تولید و کیفیت

حساسه‌ها و کالیبراسیون ربات

شناسایی سیستم‌ها

کنترل غیر خطی

ارتعاشات پیشرفته

محاسبات زیستی

اتوماسیون صنعتی

ربات‌های متحرک (ناوبری)

مدیریت تجارت و بازرگانی

شبیه‌سازی و مدل‌سازی در بیومکاترونیک

مدیریت کیفیت و عملیات

هوش مصنوعی و سیستم‌های خبره

طراحی سیستم‌های مکاترونیکی به کمک کامپیوتر

 

دروس اختیاری

مطابق نظر شورای دانشگاه‌ها، دانشجویان موظف هستند برای تکمیل واحدهای مقطع خود دروسی اختیاری را مطابق با گرایش خود بگذرانند.

کنترل محرکه‌های الکتریکی

سیستم‌های بلادرنگ

شببیه‌سازی کامپیوتری

هیدرولیک و نیوماتیک پیشرفته

واقعیت مجازی و هپتیک

ابزار دقیق پیشرفته

آشکارسازی و تشخیص عیب سیستم‌ها

کنترل چند متغیره

کنترل محرک‌های الکتریکی

بهینه‌سازی در طراحی و تولید

هوش مصنوعی توزیع شده

کنترل فازی

اتوماسیون در تولید

روش اجزاء محدود

تئوری و تکنولوژی ساخت نیمه‌هادی‌ها

تکنولوژی مواد نوین

بینایی ماشین

 

سمینار

سمینار مقطع ارشد مکاترونیک شامل قسمت‌های زیر است:

  • معرفی مشکلات و نیاز کشور به بهینه‌سازی تولید
  • معرفی فناوری‌های نوین مکاترونیک بکارگرفته شده در سطح دنیا یا استفاده از مجلات و گزارش‌های علمی و ارتباط با دانشگاه‌های خارج از کشور
  • معرفی زمینه‌های تحقیقاتی مطابق با نیاز کشور
  •  تهیه گزارش مدون و ارائه سمینار
  • پایان نامه

تعداد واحدها در دوره ارشد آموزشی 6 و دوره ارشد پژوهشی 12 واحد است.

بازارکار رشته مکاترونیک

بازار کار رشته مهندسی مکاترونیک و فعالیت در این حوزه ارتباطات درون سازمانی تصمیم‌گیری و حل مسائل، انجام فعالیت‌های آزمایشگاهی، ارائه راهکارهای مناسب، ارتباطات برون سازمانی تنظیم مشخصات فنی، دریافت و جمع‌آوری اطلاعات برای طراحی و ساخت است.

یک فارغ‌التحصیل رشته مکاترونیک برای آن‌که بتواند در بازار کار این رشته مشغول به کار شود باید توانایی تجزیه و تحلیل کیفیت، حل مسائل پیچیده، متقاعدسازی، تفکر انتقادی، تحلیل عملیات، ارزیابی سیستم‌ها، فهم نوشته‌ها، نظارت بر عملکرد، مدیریت زمان، هماهنگ‌سازی، استدلال قیاسی، منظم‌سازی اطلاعات، درک نوشتاری، ایده‌پردازی، توانایی تجسم، بیان شفاف و قابل فهم، محاسبه روان اعداد، ابتکار، تمرکز گزینشی، طراحی فنی، قدرت بالای تصمیم‌گیری و ... را داشته باشد؛ همچنین باید مهارت‌های عمومی مانند مهندسی و فنلوری، فیزیک و ریاضیات، بازاریابی و فروش ارتباط از راه دور، اقتصاد و حسابداری، مدیریت منابع انسانی، عمران و معماری باید به جزء مهارت‌های خود اضافه کند.

چطور وارد بازار کار مکاترونیک شویم؟

برای شروع فعالیت در این حوزه تجربه کاری مورد نیاز بین 2تا5 سال است که بیشترین تحصیلات مورد توجه مقطع کارشناسی است؛ افراد باید با شرایط محیطی کار مکاترونیک که شامل فضای کا محدود، دمای نامناسب، آلودگی صوتی، لرزش و ارتعاشات، آلاینده‌ها نو نور نامناسب خود را وفق بدهند همچنین تمام خطرات احتمالی این محیط‌های کاری مکاترونیک اعم از بریدگی، گازگرفتگی، سقوط از ارتفاع، کار با تجهیزات خطرناک، کار در شرایط خطرناک، ابتلا به بیماری‌های پوستی یا تنفسی و برخورد با تشعشعات را در نظر داشته باشند.

این افراد در بخش‌های آموزشی نظیر تدریس در دانشگاه‌ها و موسسات آموزشی و هنرستان‌ها می‌توانند فعالیت داشته باشند؛ چنانچه افراد تمایل به کارهای میدانی داشته باشند می‌توانند در زمینه‌های تأسیسات و مباحث مرتبط با نفت و گاز و شبیه‌سازی عددی، تولید محصولات صنعتی با کاربردهای اداری و خا نگی مانند لباس‌شویی‌ها، دستگاه‌های کپی دیجیتال‎‌ اسکنرهای لیزری، دیسک درایوها، سیستم‌‎‌های کنترل هوشمند و خشک‌کن‌ها فعالیت داشته باشند.

علاوه بر تولید محصولات صنعتی فارغ‌التحصیلان می‌توانند در صنایع دفاعی برای سیستم‌های هدایت موشک و سلاح‌های هوشمند نیز مشغول به کار شوند.

همچنین برای ساخت دوربین‌های خود تنظیم، ربات‌های صنعتی، ماشین‌های ابزار کامپیوتری و برنامه‌ریزی برای تولیدات در کمترین زمان با بیشترین کیفیت و کاهش هزینه تولید به یک مهندس مکاترونیک نیاز است.

با توجه به اینکه رشته مکاترونیک در مقطع کارشناسی ارائه نمی‌شود، رشته‌ای کم‌تر شناخته شده نسبت به سایر گرایش‌های رشته‌های پایه‌ی خود می‌باشد به همین دلیل جای کار و توسعه در این رشته وجود دارد و همچنان فرصت‌های شغلی مناسبی را در اختیار فارغ‌التحصیلان خود قرار می‌دهد.

کلام پایانی

مهندسی مکاترونیک دنیایی از علم و فناوری است که روزبه ‌روز در حال گسترش است، با توجه به اینکه این رشته ترکیبی از رشته‌هایی است که کاربرد اصلی در صنعت دارند بنابراین مکاترونیک را می‌توان یکی از ستون‌های صنعت دانست.

نیاز به الکترونیک، برق و کامپیوتر همواره وجود داشته و دارد لذا فضای این رشته به نوعی بی‌انتها است. مکاترونیک رشته‌ای هیجان‌انگیز است که طرفداران خاص خود را دارد به این خاطر که دروس این رشته از سطح بالای تخصص بهره دارد و  بعضی از فرصت‌های شغلی آن خطرآفرین هستند، همه‌ی افراد این گرایش از رشته‌های گفته شده انتخاب نخواهند کرد هر چند که مزایای خاص خود را هم دارد.

البته با توجه به اینکه این رشته در هنرستان‌ها هم ارائه می‌شود، می‌توان از این طریق خیلی فنی‌تر وارد کار شد و زودتر به بازار کار راه پیدا کرد.