آشنایی با رشته مهندسی مکاترونیک
تاریخچه
آقای تسورو موری یک مهندس ژاپنی شرکت یاسکاوا، در سال 1969 میلادی واژهی مکاترونیک را ابداع کرد و بهکار برد. واژهی مکاترونیک جایگزین واژهی سیستمهای الکترومکانیکی شد و تا حدی کمتر هم بهجای مهندسی کنترل و اتوماسیون بهکار گرفتهمیشود.
مهندسی مکاترونیک چیست؟
علم مهندسی مکاترونیک یک مجموعهی 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.
مکاترونیک )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 نرم افزار داشته باشددانشگاه واترلو. واژهی 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.
امروزه کمتر محصول صنعتی را می توان یافت که ترکیبی از حوزه های مختلف مهندسی نباشد. اگر بیشتر به محیط زندگی خود و محصولاتی که در زندگی روزمره از آنها استفاده می شود دقت کنیم، از ساعت مچی دیجیتالی تا ماشین لباسشویی در آشپزخانه، خودروی شخصی یا عمومی که با آن به محل کار میرویم، چاپگرها و اسکنرها در محیط اداری و…، همگی نمونه هایی از ترکیب حوزه های مختلف مهندسی و به خصوصی مکانیک و الکترونیک هستند. اگر با محصولات جدیدتر صنعتی آشنا باشیم، تجمیع نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر را با حوزه های نام برده به وضوح می توان در بسیاری از محصولات از جمله ماشین های لباسشویی و خشک کن های جدید هوشمند، دوربین های خود تنظیم، روبات های صنعتی، خودروهای مجهز به سیستم ترمز ضد قفل، دیسک درایوهای کامپیوتر، فرهای مایکروویو، تلفن های همراه، سیستم پخش دیجیتال، محصولات دفاعی مدرن و تجهیزات پزشکی شناسایی کرد که مثال هایی از ترکیب حوزه های مهندسی نام برده هستند.
در واقع، پیشرفت روزافزون علوم فنآوری اطلاعات، الکترونیک (به خصوصی الکترونیک قدرت)، ریزپردازنده ها و همچنین سیستم های هوشمند، همراه نیاز روزافزون به تولید محصولات صنعتی با کیفیت بهتر، هزینه ی کمتر و زمان تولید کوتاه تر، افق جدیدی را در طراحی و ساخت محصولات الکترومکانیکی، به همراه آورده است. این فن آوری که بر اساس تجمیع مهندسی مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر و سیستمهای کنترل است، مکاترونیک نامیده میشود. واژه ی مکاترونیک ترکیبی از دو بخش «مکا» مخفف مکانیسم و لاترونیک » مخفف الکترونیک است. این واژه برای اولين بار در اواخر دهه ی ۶۰ میلادی توسط یک مهندس ژاپنی معرفی شد که در زمینه ی کنترل کامپیوتری موتورهای الکتریکی در شرکت یاسکاوا الکتریک تحقیق میکرد.
تاکنون تعریف های گوناگونی از مکاترونیک ارائه شده است که مهم ترین انها عبارت است از: یک ترکیب هم افزایانه از مهندسی مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر، سیستم های کنترل و فن آوری اطلاعات در طراحی و ساخت محصولات و فرایندهای صنعتی با دقت بالا.
در واقع مکاترونیک یک تفکر جدید در طراحی و تولید محصولات صنعتی است که به مهندسان اجازه میدهد با یکپارچه سازی حوزه های تخصصی یادشده، از اولین مراحل طراحی و تولید، به خلق محصولاتی با کیفیت بهتر، قابلیت اعتماد بالاتر، هزینه ی کمتر و در زمان کوتاهتر بیندیشند.
عناصر اصلی یک سیستم مکاترونیکی عبارتاند از: فرایند مکانیکی یا الکترومکانیکی، حسگرها، محرکه ها، ریزپردازنده ها و نرمافزار کنترل کننده ی سیستم، در طراحی کلاسیک، اجزای مختلف یک سیستم به طور جداگانه طراحی می شوند و سپس تجمیع صورت میگیرد؛ ولی در مکاترونیک، اجزای مکانیکی و الکتریکی، همراه استراتژی کنترلی، از ابتدا به صورت یک سیستم یکپارچه در نظر گرفته می شوند و این به معنای مهندسی همزمان در طراحی است .
نکته ی مهم، تفاوت مهندسی الکترومکانیک با مکاترونیک است. در مهندسی مکاترونیک، با آن که عموما با سیستم های الکترومکانیکی سروکار داریم، نکته ی اساسی در حاکمیت همزمان بودن طراحی، یکپارچه سازی و حتی بهینه سازی است؛ در حالی که مهندسی الکترومکانیک لزوماً این معنا را نمی دهد. به عنوان مثال، در تفکر مکاترونیکی، دیگر جایز نیست یک سیستم را از ابتدا طراحی کنید بدون آن که به استراتژی کنترلی آن اندیشیده
باشید.
محصولات مکاترونیکی
فناوری مکاترونیک در بسیاری از زمینه ها کاربرد روزافزونی پیدا کرده است که در این جا به بعضی از انها اشاره می کنیم. در صنایع خودروسازی، استفاده از موتورهایی با کنترل الکترونیکی به جای کنترل کننده ی سنتی آن، یعنی کاربراتور، باعث بهبود عملکرد موتور، کاهش مصرف سوخت و الودگی شده است. همچنین سیستم ترمزهای ضد قفل، سیستم تهویه ی هوای اتوماتیک، فرمان های با کمک الکتریکی – هیدرولیکی، خودروهای الکتریکی- ترکیبی و … از کاربردهای دیگر فن آوری مکاترونیک در صنایع خودروسازی هستند. در زمینه ی محصولات صنعتی با مصرف های خانگی، میتوان به ماشین های لباسشویی یا خشک کن های جدید و در صنایع دفاعی میتوان به سیستم های هدایت موشک یا سلاح های هوشمند اشاره کرد.
دانشگاههای ایران
رشتهء مکاترونیک از سال 1383 در دانشگاههای ایران تشکیل شدهاست. رشتهء مکاترونیک توسط اساتید مکانیک، و در برخی دانشگاهها توسط اساتید برق، و سایر دانشگاه ها توسط اساتید کامپیوتر مدیریت میشوند. طبیعتا نوع نگاه به مواد درسی نیز با نگرش مدیر گروههای دانشگاهها فرم میپذیرد.
دانشگاه های ایران که مکاترونیک را در مقطع کارشناسی ارایه می دهند:
*دانشگاه حکیم سبزواری از سال 1388
*دانشگاه شاهرود از سال 1390
دانشگاه های ایران که مکاترونیک را در مقطع کارشناسی ارشد ارایه می دهند:
*دانشگاه صنعتی شریف (جذب دانشجو فقط از کنکور مکانیک(
*دانشگاه صنعتی امیرکبیر
*دانشگاه صنعتی خواجه نصیر
*دانشگاه تهران
*دانشگاه شاهرود
*دانشگاه سمنان
*دانشگاه اراک
*دانشگاه تبریز
*دانشگاه سیستان و بلوچستان (جذب دانشجو فقط از کنکور مکانیک(
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات (شعبه های تهران، کردستان، سمنان، کرمان، کرمانشاه(
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد سمنان
دروس اصلی
مکاترونیک ۱ ، مکاترونیک ۲ ، رباتیک پیشرفته ، ریاضیات مهندسی پیشرفته ، کنترل پیشرفته (معمولا کنترل دیجیتال درس میدند+ فضای حالت و…. تا .فازی هم پیش میرند) ، شناسایی سیستمها ، کنترل محرک های الکتریکی
دروس اختیاری
شبکه های عصبی ، سیستم های توزیع شده ، پردازش تصویر (بینایی ماشین) ، اتوماسیون صنعتی ، مدیریت صنعتی (دقیقا یادم نیست چی بود، راجب تیم .ورک بود)، کنترل فازی ، سیستم های خبره
:برای کسانی که این دروس را در دوره لیسانس پاس نکردند
دروس پیش نیاز
استاتیک ، دینامیک ، الکترونیک ۱و۲، ریزپردازنده، (ممکن است میکرو کنترلر هم درس بدند) ، کنترل خطی
دوره کارشناسی ارشد مهندسی مکاترونیک
توصیه می شود ، جهت آشنایی اولیه با مهندسی مکاترونیک ابتدا به آشنایى با مهندسى مکاترونیک و کاربردهاى آن مراجعه کنید.
آزمون ورودی
آزمون ورودی کارشناسی ارشد مهندسی مکاترونیک شامل موارد زیر می باشد
دروس اجباری
زبان عمومی و تخصصی
ریاضیات ( شامل ریاضیات عمومی ۱ و ۲ ، معادلات دیفرانسیل و آمار)
دروس اختیاری:
که داوطلبان باید از بین این ۶ درس ۳ درس را به دلخواه انتخاب کرده و به سوالات آن پاسخ دهند
* دینامیک
* کنترل
* هوش مصنوعی
* مدارهای منطقی و ریزپردازنده ها
* الکترونیک ۱ و ۲
* برنامه نویسی و الگوریتم
معرفی دوره
حداقل طول این دوره ۳ نیمسال است . بدین معنی که دانشجویانی که ناچار به گرفتن دروس جبرانی نیستند ، چنانچه کار درسی خود را به نحو مطلوبی انجام دهند، می توانند دوره را در ۳ نیمسال به پایان برسانند. زمان هر نیسمال ۱۷ هغته و نظام آموزشی آن واحدی است و هر واحد نظری مشتمل بر ۱۶ ساعت می باشد.
جهت به پایان رساندن دوره ، دانشجویان می بایست در مجموع ۳۲ واحد را گذرانده باشند ، که ترکیب آنها به این صورت زیر می باشد:
* دروس اصلی و تخصصی – ۲۴ واحد
* سمینار – ۲ واحد
* پروژه تحقیق – ۶ واحد
علاوه بر موارد فوق ، هر دانشجوی این دوره که قبلا در دوره کارشناسی دروس جبرانی را نگذرانده باشد باید با موفقیت آنها را بگذراند. از دروس جبرانی .واحدی به دانشجو تعلق نمی گیرد
برنامه آموزشی و پژوهشی
دروس جبرانی
دروس جبرانی بنا بر نیاز هر دانشجو توسط شورای تحصیلات تکمیلی از دوره های کارشناسی مهندسی مکانیک ، مهندسی برق، مهندسی کامپیوتر و مهندسی پزشکی تعیین می گردد.
دروس عمومی
هر دانشجو موظف است ۳ درس ( ۹ واحد ) زیر را به عنوان دروس اجباری بگذراند:
* مکاترونیک ۱
* مکاترونیک ۲
* ریاضیات مهندسی پیشرفته
هر دانشجو موظف است ۳ درس از دروس زیر را به عنوان دروس تخصصی بگذراند:
* رباتیک پیشرفته
* کنترل خودکار پیشرفته
* شناسایی سیستم ها
* برنامه ریزی و کنترل تولید و کیفیت
* حساسه ها و کالیبراسیون ربات
* شبکه های عصبی
* شبیه سازی و مدلسازی در بیومکاترونیک
* هوش مصنوعی و سیستم های خبره
* مدیریت کیفیت و عملیات
* مدیریت تجاری و بازرگانی
* اتوماسیون صنعتی
دروس اختیاری
هر دانشجو موظف است باقیمانده واحدهای درسی خود را (دو درس) را با موافقت استاد راهنما و شوراس تحصیلات تکمیلی از لیست دروس اختیاری در زیر و یا از رشته های مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی کامپیوتر و مهندسی پزشکی مطابق با گرایش خود بگذراند:
* کنترل محرکه های الکتریکی
* روش اجزاء محدود
* تئوری و تکنولوژی ساخت نیمه هادیها
* اتوماسیون در تولید
* تکنولوژی مواد نوین : مرکب ، چند لایه، پوشش داده شده
* سیستم های بلادرنگ
* شبیه سازی کامپیوتری
* هیدرولیک و نیوماتیک پیشرفته
* بهینه سازی در طراحی و تولید
* بینایی ماشین
* هوش مصنوعی توزیع شده
سمینار
گذراندن سمینار برای هر دانشجوی این دوره اجباری می باشد. سمینار دوره کارشناسی ارشد مکاترونیک شامل قسمتهای زیر می باشد:
معرفی مشکلات و نیاز کشور به بهینه سازی تولید
.معرفی فناوری های نوین مکاترونیکی بکار گرفته شده در سطح دنیا یا استفاده از مجلات و گزارشات علمی و همچنین ارتباط با دانشگاههای خارج از کشور
.معرفی زمینه های تحقیقاتی مطابق با نیاز کشور که دانشجویان ممکن است موضوع پروژه ی خود را از میان این زمینه های پیشنهاد شده برگزینند
.تهیه یک گزارش مدون و ارائه آن در سمینار توسط هر دانشجو الزامی می باشد
پروژه ( پایان نامه)
تعداد واحدهای پایان نامه در دوره کارشناسی ارشد آموزشی۶ و در دوره ی کارشناسی ارشد پژوهشی 12 واحد می باشد.
گرایشات این دوره
دوره کارشناسی ارشد مکاترونیک دارای سه گرایش زیر می باشد که دانشجویان با توجه به گرایش انتخابی، پروژه های تحقیقاتی ( ۶ واحد ) خود را در یکی از آزمایشگاهها و در صنعت انجام خواهند داد:
* گرایش اتوماتیک و کنترل تولید
* گرایش طراحی رباتها و سیستم های مکاترونیکی
* گرایش ارتباطات جنبی انسان – ماشین – کامپیوتر
بعد از انتخاب گرایش دانشجو دروس مناسب را با نظر استاد راهنما از بین دروس عمومی و دروس اختیاری انتخاب می کند.
دیدگاهتان را بنویسید