Mechatronika jako nowa dyscyplina w kształceniu zawodowym

Jedna z definicji określa mechatronikę jako sposób projektowania i wytwarzania, polegający na synergicznym, a więc skuteczniejszym niż wskazywałaby na to suma ich cech, połączeniu podstawowych nauk technicznych: mechaniki, elektroniki, informatyki i automatyki.

Zadaniem mechatroniki jest wytworzenie multifunkcyjnych produktów o złożonej strukturze wewnętrznej, ale o jednolitych właściwościach funkcjonalnych, produktów, które działają inteligentnie w zmieniającym się środowisku, produktów, które porozumiewają się z człowiekiem za pomocą naturalnego języka.

Termin "mechatronika" nie jest terminem nowym. Po raz pierwszy terminu tego użyto w 1975 roku w Japonii przez połączenie słów: mechanics - electronics - control. Za pierwsze urządzenie "mechatroniczne" uznaje się obrabiarkę sterowaną numerycznie wyprodukowaną w USA w 1952 roku.

W mechatronice wyróżnia się trzy generacje urządzeń:

I generacja to próby sterowania urządzeniami mechanicznymi przez elektryczne układy logiczne,

II generacja to wprowadzenie układów mikroprocesorowych i informatyki do sterowania układami mechanicznymi,

III generacja to urządzenia, w których stosuje się wielofunkcyjne układy mikroprocesorowe o dużej skali integracji.

Obecnie nie istnieje jednoznaczna definicja mechatroniki. Wiele instytucji zawęża znaczenie terminu "mechatronika" do swoich specyficznych potrzeb. Dzieje się tak dlatego, że mechatronika jest interdyscyplinarną dziedziną techniki, która znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Jedną z najpopularniejszych definicji jest określenie mechatroniki jako interdyscyplinarnej dziedziny nauki i techniki zajmującej się problemami mechaniki, elektroniki i sterowania programowalnego.

Produkty mechatroniczne charakteryzują się następującymi cechami:
- elastyczność (łatwość modyfikowania układu),
- wielofunkcyjność,
- maksymalne ograniczenie obsługi układu.

Połączenie mechaniki, elektroniki i informatyki nie jest przypadkowe, gdyż połączenie tych trzech dziedzin zapewnia optymalizację procesu projektowania i wytwarzania we współczesnym przemyśle.

Do przykładowych urządzeń mechatronicznych należą między innymi:
- układy i urządzenia automatyki,
- obrabiarki sterowane numerycznie,
- układy i urządzenia elektroniki i automatyki samochodowej,
- aparatura medyczna.

Takie podejście do projektowania i wytwarzania w przemyśle spowodowało konieczność kształcenia specjalistów z zakresu mechatroniki (początkowo było to uzupełnienie wykształcenia przez mechaników lub elektroników). Obecnie jednak dostrzega się konieczność integralnego podejścia do kształcenia mechatroników zarówno na poziomie inżynierskim jak i na poziomie średniego personelu technicznego. Duży wachlarz możliwości zatrudnienia może powodować, że specjaliści z zakresu mechatroniki będą mogli lepiej poruszać się na dynamicznym rynku pracy.

Bardzo duże zainteresowanie ze strony pracodawców oraz rozwój kierunków mechatronicznych na studiach wyższych spowodowało rozpoczęcie prac związanych z opracowywaniem nowej koncepcji kształcenia w zawodach mechatronicznych na poziomie szkoły średniej.

Terminu mechatronika użyto po raz pierwszy w 1975 r w japońskim koncernie Yaskawa Electric Corporation, jako kombinacji słów Mechanics-Electronics-Control. Pierwotnie, mechatronika była rozumiana jako uzupełnienie komponentów mechanicznych przez elektronikę w mechanice precyzyjnej, a typowym mechatronicznym urządzeniem był fotograficzny aparat-lustrzanka. Z czasem, pojęcie mechatroniki znacznie się zmieniło i rozszerzyło. Mechatronika stała się nauką inżynierską, opartą na klasycznych dyscyplinach budowy maszyn, elektrotechniki i elektroniki oraz informatyki. Celem tej nauki jest poprawianie funkcjonalności urządzeń i systemów technicznych przez powiązanie dyscyplin składowych w jedną całość.

Istnieje wiele definicji mechatroniki i sposobów objaśnienia jej funkcji. Zasadnicza linia podziału przebiega pomiędzy zrozumieniem jej jako metodologii, a uznaniem jako nowej dyscypliny w inżynierii i nauce. Według wybranych przykładów mechatronika jest:
-... obszarem studiów łączącym zasady inżynierii mechanicznej, elektrycznej i komputerowej,
-... metodyką optymalizującą projektowanie urządzeń elektromechanicznych,
-... filozofią w zakresie projektowania, która wykorzystuje synergiczną integrację mechaniki, elektroniki i technik komputerowych dla otrzymywania zaawansowanych technologicznieznie urządzeń i systemów,
-... interdyscyplinarnym obszarem inżynierii zajmującym się projektowaniem urządzeń których funkcje związane są z integracjąmechaniki z elementami elektroniki, skoordynowanymi w ramach określonego systemu sterowania,
-... technologią która łączy mechanikę, elektronikę i informatykę dla stworzenia funkcjonalnego współdziałania i przestrzennej nintegracji komponentów, modułów i systemów w jedną całość,

W interpretacji Festo, mechatronika jest synergicznym połączeniem mechaniki precyzyjnej, elektronicznych układów sterujących i informatyki w celu projektowania, wytwarzania i eksploatacji inteligentnych systemów automatyki. Synergicznym, czyli takim, którego możliwości łączne są większe niż suma możliwości elementów składowych.

Mechatronika nie jest tożsama ani z automatyką, ani robotyką czy też automatyzacją produkcji. Są to terminy istniejące obok siebie, ale i dla siebie. Mechatronika może być uznana jako nowoczesne ujęcie technik automatyzacji dla szeroko rozumianych potrzeb inżynierii i edukacji.

Można przyjąć, że mechatronika jest interdyscyplinarną dziedziną nauki i techniki zajmującą się generalnie problemami mechaniki, elektroniki i informatyki. Zawiera jednak też wiele obszarów para-mechatronicznych, które tworzą fundament mechatroniki i pokrywają wiele znanych dyscyplin, takich jak: elektrotechnika, energoelektronika, technika cyfrowa, technika mikroprocesorowa, techniki regulacyjne i inne.

 

Opracowanie: mgr inż. Tomasz Madej
Nauczyciel Zespołu Szkół Technicznych w Radomiu

Wyświetleń: 1920