Мехатроніка - що це таке? Основи мехатроніки. Мехатроніка та робототехніка (спеціальність): ким працювати?

ХХ повік був дуже плідним на виникнення нових наук, однією з яких є мехатроніка. Ким працювати після опанування даної дисципліни? Що вона являє собою, і чим займається? Наскільки вона важлива в сучасному житті? Які вона відкриває нам перспективи? Ким працюють люди, які вивчають дану дисципліну в університетах і самостійно? Ось неповний список питань, на які буде дана відповідь у статті.

Що таке мехатроніка?

Даний термін був отриманий при з'єднанні слів «механіка» та «електроніка». Вперше він був застосований в 1969 році. На даний момент часу мехатроніка – це наука, яка присвячена створенню та цілеспрямованої експлуатації машин і систем, рух яких визначається електронно-обчислювальною технікою. Вона базується на знаннях механіки, мікропроцесорної техніки, інформатики, електроніки та комп'ютерному управлінні руху агрегатів і машин. Вивчити основи мехатроніки можна при бажанні, оскільки науково-освітньої літератури з цього напрямку досить. Для більшого доведеться докласти значних зусиль, щоб знайти необхідний матеріал. Хоча можна, теоретично, і самому додуматися, що являє собою мехатроніка. Що це таке ми вже з'ясували, давайте перейдемо до окремих аспектів.

Зв'язок з робототехнікою

Дуже часто їх можна зустріти разом. Чому так? Справа в тому, що робототехніка – це найперспективніший напрямок мехатроніки, яке може розвиватися виключно в її рамках. Тут необхідно зробити невеликий відступ. Справа в тому, що зараз мехатроніка займається автомобільної, авіаційної, космічної, побутової, медичної та спортивної технікою. Але щоб виготовляти предмети цього типу існують окремі спеціальності. І спеціально, щоб акцентувати увагу на тому, що студенти будуть займатися проектуванням роботів, верстатів з чисельно-програмним управлінням і подібних пристроїв, а також їх створенням, напрям підготовки і називається «мехатроніка та робототехніка».

Загальний опис практичної складової

Що нам дає мехатроніка? Що це таке з точки зору практики створення? Давайте розглянемо загальну схему побудови машин, які мають комп'ютерне управління і орієнтовані на те, щоб автоматизувати виробничі та побутові задачі. Зовнішнім середовищем для них є технологічне оточення, з яким буде відбуватися взаємодія. Коли мехатронная система виконує свої функції, то це відбувається завдяки робочим органам. Слід зазначити, що даний науковий напрям є досить молодим, в ньому багато неточностей і розпливчастих формулювань навіть у науковій літературі, тому з часом деякі теоретичні принципи можуть помінятися. Мехатронні системи формуються з трьох частин, які пов'язані між собою інформаційними та енергетичними потоками:

Електромеханічної. Сюди відносять механічні ланки, передачі, електродвигуни, сенсори, робочий орган, додаткові електротехнічні елементи, сенсори. Всі складові застосовуються для того, щоб забезпечити необхідні рухи. Особливу важливість для коректного виконання поставлених завдань мають сенсори. Вони збирають дані про стан об'єкта робіт і зовнішнього середовища, безпосередньо мехатронного пристрою і його складових.

Електронний. Сюди відносять мікроелектронні пристрої, силові перетворювачі та вимірювальні ланцюги.

Комп'ютерної. Сюди відносяться мікроконтролери та електронно-обчислювальні машини вищого рівня.

Основні функції мехатронних систем

На даний момент часу їх виділяють 4:

Управління процесом механічного руху в режимі реального часу з одночасною обробкою інформації, що надходять з їх сенсорів.

Співорганізація своїх дій з зовнішніми джерелами впливу.

Взаємодія з людиною за допомогою спеціального інтерфейсу в автономному режимі або в режимі реального часу.

Організація обміну даними між сенсорами, периферійними пристроями та іншими складовими елементами системи.

Завдання мехатроніки

Вони повинна вирішувати проблему перетворення вхідної інформації, що надходить з верхнього рівня управління в необхідні механічні рухи. При цьому, як правило, використовується принцип зворотного зв'язку. У проектуванні ця задача виражається в тому, що відбувається інтеграція в один функціональний модуль кількох елементів, що мають різну природу – в цьому специфічність, яку має мехатроніка. Спеціальність людей, які займаються виконанням даних цілей може бути самою різною. В ідеалі при наданні планованої інформації буде виходити бажаний результат. Допомогти в цій апаратної складової має програмне забезпечення.

Перевага мехатронного підходу при вирішенні реальних завдань

Порівняння буде проводитися з традиційними засобами автоматизації:

Відносно низька вартість систем, що досягається завдяки значної інтеграції, стандартизації і уніфікації всіх інтерфейсів складових та елементів.

Можливість реалізації точних і складних рухів завдяки методів інтелектуального управління.

Високий рівень надійності, довговічності і перешкодозахищеності.

Компактність використовуваних модулів, що дозволяє обходитися меншою площею. Також їх можна відносно легко поєднувати для досягнення можливості виконання конкретних завдань.

Завдяки спрощенню кінематичних ланцюгів машини володіють хорошими динамічними і масогабаритними характеристиками.

Ось завдяки чому розвивається мехатроніка та робототехніка. Спеціальність в даному випадку дозволяє отримати вже відібрані і готові у вивчення дані, тоді як при самоосвіті доведеться шукати самому.

Приклади мехатроніки в реальному житті

Де можна знайти подібні системи біля нас? Для цього пропоную поглянути на такі галузі людської діяльності:

Станкобудування виготовлення обладнання для проведення автоматизації технологічних процесів.

Робототехніка.

Військова, космічна та авіаційна техніка.

Автомобілебудування (так, мехатронными системами є стабілізація руху, автоматична парковка і подібні розробки).

Різні нестандартні засоби пересування та транспортування (электророллеры, вантажні візки, інвалідні коляски, електровелосипеди).

Контрольно-вимірювальні машини і пристрої.

Офісна техніка (факсимільні і копіювальні апарати).

Медичне обладнання (реанімаційне, реабілітаційне, клінічне).

Побутова техніка (швейні, посудомийні, пральні та інші машини подібного типу).

Тренажери для підготовки операторів, водіїв, пілотів.

Системи світлового та звукового оформлення.

Мікромашини (активно застосовуються в медицині, біотехнології, засоби телекомунікації).

Продовжувати цей список можна ще дуже довго.

Вища освіта: мехатроніка та робототехніка

Вузи пропонують можливість навчання широкому спектру професійних умінь. Цей список може бути дуже довгим, але постараємося зробити його як можна коротше:

Проводити оцінку актуальності, перспективності і значущості проектів.

Розробляти інформаційні, електромеханічні, електрогідравлічні, електронні і мікропроцесорні макети модулів систем.

Створювати програмне забезпечення, щоб при необхідності здійснювати управління мехатронными приладами.

Складати проектні документи, в яких буде описуватися конструкція і процес виготовлення окремих деталей.

Контролювати розробки на предмет відповідності стандартам.

Виготовляти, збирати і відчувати проектовану техніку.

Складати патентні та ліцензійні паспорта.

Робити модернізацію та наладку мехатронних систем.

Готують інструкцію з використання пристрою.

Ось що може надати своїм студентам ліцензований міністерством освіти факультет мехатроніки і робототехніки. Їх мало, в основному існують окремі кафедри, але і на них можна отримати необхідну освіту.

Самореалізація людини, якій відома мехатроніка та робототехніка: ким працювати?

Де можна буде працевлаштуватися після отримання освіти? Фахівці даного профілю створюють і конструюють робототехнічні системи промислового та побутового використання. Також вони можуть розробляти програмне забезпечення, щоб забезпечити управління ними і зручну эксплуатациею. Після отримання освіти зазвичай починають працювати на посади помічників конструкторів, програмістів і техніків, хоча перспективи подальшого місця роботи дуже широкі, адже полегшення праці людини та поліпшення його результату – ось кінцева задача, яку має мехатроніка. Що це таке, ми вже вивчили. І наостанок хочемо повідомити, що потенційно можна буде займатися одним з таких видів діяльності:

Науково-дослідної.

Проектно-конструкторської.

Експлуатаційної.

Організаційно-управлінської.

Особливістю даної спеціальності є те, що відчувається значна нестача кадрів. Тому не рідкістю є факти працевлаштування навіть самоучок, які змогли продемонструвати значний рівень умінь і практичних навичок.

Висновок

Всі професії важливі, всі вони потрібні. Не перебільшуючи, можна сказати, що описана нами - одна зі спеціальностей майбутнього. Попит на працівників розумової праці такого профілю постійно зростає. Цей факт, а також хороший рівень грошового забезпечення дозволяє говорити нам про те, що цей напрямок стане значно популярнішою у найближчих десятиліттях. Можливо, що спеціальності юристів, економістів і управлінців відійдуть на задній план, і вперед вийде мехатроніка. Що це таке, ми вже знаємо, а з розумінням важливості даної наукової дисципліни буде приходити і згоду з цими словами.