مهندسی مکاترونیک

نمودار سطحی ون از وب‌سایت RPI که دامنهٔ دانش مهندسی تشکیل‌دهندهٔ مکاترونیک را نمایش می‌دهد

مهندسی مکاترونیک (به انگلیسی: Mechatronics engineering) (یا مهندسی مکانیک و الکــترونیک) تلفیق سه رشتهٔ مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک و مهندسی کامپیوتر است. این رشته سعی بر آن دارد تا نگاهی یکپارچه به سیستم‌های تشکیل شده از اجزای مکانیکی - الکترونیکی - کنترلی و نرم‌افزار داشته باشد^∗. واژهٔ مکاترونیک توجه شمارا به علم مکانیک و الکترونیک جلب می‌کند. اما هدف مکاترونیک ایجاد و استفاده از ارتباط داخلیِ میان‌رشته‌های مهندسی مرتبط با اتوماسیون و خودکارسازی است، تا یک نمایه از کنترلِ پیشرفته را در سیستم‌های ترکیبی به خدمت بگیرد.

مهندسی مکاترونیک یک مجموعهٔ بین‌رشته‌ای تلفیقی از پوشش اهداف مشترک رشته‌های مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی کنترل، مهندسی کامپیوتر، مهندسی مولکولی (از نانوشیمی و بیولوژی) پدیدآمده‌است. هدف مکاترونیک این است که به سیستم‌های ساده‌تر، ارزان‌تر، راحت‌تر و انعطاف‌پذیرتر دست یابیم. در نگاه دیگر فارغ التحصیلان رشته مهندسی مکاترونیک با دید جامعی که از علوم مهندسی (الکترونیک - مکانیک - کامپیوتر) دارند می‌توانند بر اجرای طرح‌های مهندسی، نظارت داشته و برای آنها برنامه‌ریزی نمایند.

تاریخچه

- آقای تسورو موری یک مهندس ژاپنی شرکت یاسکاوا، در سال ۱۹۶۹ میلادی واژهٔ مکاترونیک را ابداع کرد و به‌کار برد. واژهٔ مکاترونیک جایگزین واژهٔ سیستم‌های الکترومکانیکی شد و تا حدی کمتر هم به‌جای مهندسی کنترل و اتوماسیون به‌کار گرفته‌می‌شود.

توصیف

- علم مهندسی سایبرنتیک، با مسئلهٔ مهندسی کنترل سیستم‌های مکانیکی سر و کار دارد. مکاترونیک برای کنترل یا تنظیم چنین سیستم‌هایی به‌کار گرفته می‌شود(نظریه کنترل، یا به فارسی نظریه کنترل را ببینید). با پیوست ماژول‌های مکاترونیک، اهداف تولید دست‌یافتنی می‌شود. همچنین قابلیت در دسترس‌بودن و انعطاف‌پذیری در مجموعهٔ تولید به‌دست می‌آید. تجهیزات تولید مدرن شامل ماژول‌های مکاترونیکی می‌شود که بر مبنای یک ساختار کنترلی هدفمند، در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. شناخته‌شده‌ترین ساختارها عبارتند از: ارتباط زنجیره‌ای و ترکیبی. روشهایی برای دست‌یابی به یک اثر فنی به وسیله الگوریتم‌های کنترل بیان می‌شوند، که ممکن است از روشهای ساخت‌یافته در طرح استفاده شود یا خیر. در رشتهٔ مکاترونیک، سیستم‌های هایبرید مهم شامل: سیستم‌های تولید، راه‌اندازهای هَمکُـنِشی، روبات‌های اکتشاف فضایی، زیرسیستم‌های خودکار از قبیل سیستم‌های ترمزگیری ضدقفل، همچنین تجهیزاتی پر کاربرد در زندگی روزانهٔ ما، از قبیل دوربین‌های عکاسی با قابلیت تنظیم خودکار تصویر، ویدئو، دیسک‌های سخت، پخش‌کننده‌های لوح فشرده، ماشین‌های لباسشویی و … می‌شود. یک فرد با درجه مهندسی مکاترونیک، معمولاً درس‌هایی در موضوعات ریاضیات مهندسی، مکانیک، طراحی اجزای ماشین، طراحی مکانیکی، ترمودینایک، مدارات و سیستم‌ها، الکترونیک و مخابرات، نظریه کنترل، برنامه‌نویسی، پردازش سیگنال‌های دیجیتالی، مهندسی قدرت، رباتیک را می‌گذراند و معمولاً یک پایان‌نامه در سال آخر خواهد داشت.

کاربرد

اتوماسیون. سرو مکانیک. حس‌گرها و سیستم‌های کنترل. مهندسی اتومبیل، در طرح زیرسیستم‌ها از قبیل سیستم‌های ترمزگیری ضدقفل. مهندسی کامپیوتر، در طرح مکانیزم‌هایی مانند راه‌اندازهای کامپیوتری.سیستم های نظامی

سابقه مکاترونیک در ایران

درسال‌های گذشته به منظور گسترش و پیشبرد علمی - تخصصی و ایجاد شبکه ارتباطی میان صاحب نظران، پژوهشگران و کارشناسان و بهبود بخشیدن به امور آموزشی و پژوهشی در زمینه‌های مرتبط با علم مکاترونیک، انجمن مکاترونیک در ایران تشکیل گردیده‌است. انجمن مکاترونیک ایران متولی آکادمیک این رشته در ایران است. این انجمن نخستین مجلهٔ علمی ترویجی مکاترونیک ایران را نیز در دستور کار دارد. امروزه زمینه تخصصی مکاترونیک در همه جای جهان شناخته شده‌است. تعداد مجلات علمی و کنفرانس‌های مختص رشته مکاترونیک نیز به صورتی فراگیر در حال گسترش است. در حوزه صنعت نیز شرکت‌های بین‌المللی با بهره‌گیری از این تخصص اقدام به تولید و عرضه محصولاتی کرده‌اند که طیف آن از دوربین‌های پیشرفته، ربات‌های انسان گون، دستگاه‌های پزشکی و خودروهای هوشمند گرفته تا محصولات بدیع نظامی و هوا فضایی است. علم مکاترونیک در ایران نیز سابقه‌ای ۱۰ تا ۲۰ ساله داشته، و با توجه به کاربرد روزافزون محصولات پیچیده و مرکب در صنایع کشور، ضرورت ایجاد ساختارهای جدید برای توسعه دانش مکاترونیک و تربیت نیروهای متخصص روز آمد اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌است. با توجه به ماهیت میان رشته‌ای دانش مکاترونیک و حجم وسیعی از تولیدات عملی کشور که عملاً ارتباط مستقیمی با تخصص مکاترونیک دارند، تأسیس دوره‌های آموزشی مکاترونیک در هنرستان‌های فنی، آموزشکده‌ها و دانشگاه‌ها، به عنوان محملی برای تشویق و تسهیل تعاملات عملی و فناوری ضروری به نظر می‌رسید. با توجه به تولید دستگاه‌های هوشمند، نیاز به این رشته نمود بسیاری پیدا کرد. امروزه از لوازم خانگی، خودروها تا صنایعی مثل پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و سیمان نیز از کاربردهای این علم استفاده می‌کنند.پرفسور رحمت الله قدیمی چرمهینی از جمله متخصصان این رشته است.

این رشته به سه گرایش طراحی رباتها و سیستم‌های مکاترونیکی، خودکارسازی (اتوماتیک و کنترل تولید) و ارتباط جنبی انسان ، ماشین و کامپیوتر تقسیم می‌گردد. در حقیقت توسط این علم می‌توان سیستم‌های مکانیکی را به صورت خودکار درآورد. سیستم‌های ترمز ABS در اتومبیل، دستگاه‌های CNC و کلیه سیستم‌های اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز این علم دانست.

میدان متنوع

یک زمینه از جنبه‌های متنوعی که مکاترونیک به آن وارد شده، رشته بیومکاترونیک است. هدف بیومکاترونیک، یک‌پارچه‌سازی بخش‌های مکانیکی با اجزای بدن انسان (معمولاً جایگزینی یک قطعه از اسکلت با قطعات کوچک مکانیکی) است. این یک نسخه از واقعیت زندگی با ابزارهای مجازی است. (دانشگاه)

یکی دیگراز جنبه‌های متنوعی که مکاترونیک به آن وارد شده، نانومکاترونیک است که به ساخت دستگاه‌ها و سیستمهای مکاترونیکی در ابعاد نانو می‌پردازد.

رباتیک شاخه ای میان رشته‌ای از مهندسی و علم است که شامل مهندسی مکانیک، مهندسی برق و علوم رایانه و چند رشته دیگر می‌شود. رباتیک شامل طراحی، ساخت، راه اندازی و استفاده از رباتها می‌شود. امروزه رباتیک یک حوزه از علم با رشد سریع است. همزمان با ادامه پیشرفتهای تکنولوژی؛ تحقیق، طراحی و ساخت رباتهای جدید در خدمت اهداف عملی متعددی در حوزه‌های خانگی، صنعتی و نظامی انجام می‌گیرد. بسیاری از رباتها برای انجام شغلهای خطرناک برای مردم انجام وظیفه می‌کنند، مانند کار کردن در خنثی سازی بمب، یافتن بازمانده‌های زیر آوارهای غیر پایدار، مین یابی یا جستجوی کشتی‌های غرق شده.

مهندسی خودرو به عنوان مادر کلیه رشته‌های منشعب از مهندسی مکانیک شناخته می‌شود، زیرا مهندسی مکانیک با صنعت خودرو آغاز گردید و مکانیزمها و تکنیکهای و تجربیات حاصل از آن در بخش‌های دیگر بکار گرفته شد و با ترکیب عناصر مکانیکی، الکتریکی، الکترونیکی، نرم‌افزار و ایمنی به عنوان کاربردی در طراحی، ساخت موتور سیکلت، خودرو و کامیون به کار گرفته شد. همچنین این مهندسی در تجهیزات خودرو مانند طراحی زیر سیستم‌هایی مثل سیستم‌های ضد قفل ترمز به کار می‌رود. این رشته در کشورهای پیشرفته تا سطح دکترا و در شاخه‌های گوناگون توسعه یافته‌است.

جستارهای وابسته

برای کسب اطلاعات بیشتر به زبان فارسی، متن‌های زیر را مطالعه فرمایید.

• انجمن مکاترونیک ایران
• تضاد رباتیک با مکاترونیک
• چارت کارشناسی مهندسی مکاترونیک
• دروس کارشناسی ارشد مهندسی مکاترونیک

منابع

• مجله خط مهندسی
• مکاترونیک دانشگاه سایمون فریزر
• مکاترونیک دانشگاه واترلو
• کتاب مکاترونیک و رباتیک
• فصلنامه علمی ترویجی انجمن مکاترونیک ایران