С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Мехатроника что это такое


Мехатроника - что это такое? Основы мехатроники. Мехатроника и робототехника (специальность): кем работать?

ХХ век был очень плодотворным на возникновение новых наук, одной из которых является мехатроника. Кем работать после освоения данной дисциплины? Что она представляет собой и чем занимается? Насколько она важна в современной жизни? Какие она открывает нам перспективы? Кем работают люди, которые изучают данную дисциплину в университетах и самостоятельно? Вот неполный список вопросов, на которые будет дан ответ в статье.

Что такое мехатроника?

Данный термин был получен при соединении слов «механика» и «электроника». Впервые он был применён в 1969 году. На данный момент времени мехатроника – это наука, которая посвящена созданию и целенаправленной эксплуатации машин и систем, движение которых определяется электронно-вычислительной техникой. Она базируется на знаниях механики, микропроцессорной техники, информатики, электроники и компьютерном управлении движения агрегатов и машин. Изучить основы мехатроники можно при желании, поскольку научно-образовательной литературы по этому направлению достаточно. Для большего придётся приложить значительные усилия, чтобы найти необходимый материал. Хотя можно, теоретически, и самому додуматься, что представляет собой мехатроника. Что это такое мы уже выяснили, давайте перейдём к отдельным аспектам.

Очень часто их можно встретить вместе. Почему так? Дело в том, что робототехника – это самое перспективное направление мехатроники, которое может развиваться исключительно в её рамках. Здесь необходимо сделать небольшое отступление. Дело в том, что сейчас мехатроника занимается автомобильной, авиационной, космической, бытовой, медицинской и спортивной техникой. Но чтобы изготавливать предметы этого типа существуют отдельные специальности. И специально, чтобы акцентировать внимание на том, что студенты будут заниматься проектированием роботов, станков с численно-программным управлением и подобных устройств, а также их созданием, направление подготовки и называется «мехатроника и робототехника».

Что нам даёт мехатроника? Что это такое с точки зрения практики создания? Давайте рассмотрим общую схему построения машин, которые имеют компьютерное управление и ориентированы на то, чтобы автоматизировать производственные и бытовые задачи. Внешней средой для них является технологическое окружение, с которым будет происходить взаимодействие. Когда мехатронная система выполняет свои функции, то это происходит благодаря рабочим органам. Следует отметить, что данное научное направление является довольно молодым, в нём много неточностей и расплывчатых формулировок даже в научной литературе, поэтому со временем некоторые теоретические принципы могут поменяться. Мехатронные системы формируются из трех частей, которые связаны между собой информационными и энергетическими потоками:

  1. Электромеханической. Сюда относят механические звенья, передачи, электродвигатели, сенсоры, рабочий орган, дополнительные электротехнические элементы, сенсоры. Все составляющие применяются для того, чтобы обеспечить необходимые движения. Особую важность для корректного выполнения поставленных задач имеют сенсоры. Они собирают данные про состояние объекта работ и внешней среды, непосредственно мехатронного устройства и его составляющих.
  2. Электронный. Сюда относят микроэлектронные устройства, силовые преобразователи и измерительные цепи.
  3. Компьютерной. Сюда относятся микроконтроллеры и электронно-вычислительные машины высшего уровня.

Основные функции мехатронных систем

На данный момент времени их выделяют 4:

  1. Управление процессом механического движения в режиме реального времени с одновременной обработкой информации, что поступают с их сенсоров.
  2. Соорганизация своих действий с внешними источниками влияния.
  3. Взаимодействие с человеком посредством специального интерфейса в автономном режиме или в реальном времени.
  4. Организация обмена данными между сенсорами, периферийными устройствами и другими составляющими элементами системы.

Задача мехатроники

Они должна решать проблему преобразования входной информации, что поступает с верхнего уровня управления в необходимые механические движения. При этом, как правило, используется принцип обратной связи. В проектировании эта задача выражается в том, что происходит интеграция в один функциональный модуль нескольких элементов, что имеют разную природу – в этом специфичность, которую имеет мехатроника. Специальность людей, которые занимаются выполнением данных целей может быть самой разной. В идеале при предоставлении планируемой информации будет получаться желаемый результат. Помочь в этой аппаратной составляющей должно программное обеспечение.

Преимущество мехатронного подхода при решении реальных задач

Сравнение будет проводиться с традиционными средствами автоматизации:

  1. Относительно низкая стоимость систем, что достигается благодаря значительной интеграции, стандартизации и унификации всех составляющих интерфейсов и элементов.
  2. Возможность реализации точных и сложных движений благодаря методам интеллектуального управления.
  3. Высокий уровень надежности, долговечности и помехозащищенности.
  4. Компактность используемых модулей, что позволяет обходиться меньшей площадью. Также их можно относительно легко совмещать для достижения возможности выполнения конкретных задач.
  5. Благодаря упрощению кинематических цепей машины обладают хорошими динамическими и массогабаритными характеристиками.

Вот благодаря чему развивается мехатроника и робототехника. Специальность в данном случае позволяет получить уже отобранные и готовые у изучению данные, тогда как при самообразовании придётся всё искать самому.

Примеры мехатроники в реальной жизни

Где можно найти подобные системы около нас? Для этого предлагаю взглянуть на такие области людской деятельности:

  1. Станкостроение и изготовление оборудования для проведения автоматизации технологических процессов.
  2. Робототехника.
  3. Военная, космическая и авиационная техника.
  4. Автомобилестроение (так, мехатронными системами является стабилизация движения, автоматическая парковка и подобные разработки).
  5. Различные нестандартные средства передвижения и транспортировки (электророллеры, грузовые тележки, инвалидные коляски, электровелосипеды).
  6. Контрольно-измерительные машины и устройства.
  7. Офисная техника (факсимильные и копировальные аппараты).
  8. Медицинское оборудование (реанимационное, реабилитационное, клиническое).
  9. Бытовая техника (швейные, посудомоечные, стиральные и иные машины подобного типа).
  10. Тренажеры для подготовки операторов, водителей, пилотов.
  11. Системы светового и звукового оформления.
  12. Микромашины (активно применяются в медицине, биотехнологиях, средствах телекоммуникации).

Продолжать этот список можно ещё очень долго.

Вузы предлагают возможность обучения широкому спектру профессиональных умений. Этот список может быть очень длинным, но постараемся сделать его как можно короче:

  1. Проводить оценку актуальности, перспективности и значимости проектов.
  2. Разрабатывать информационные, электромеханические, электрогидравлические, электронные и микропроцессорные макеты модулей систем.
  3. Создавать программное обеспечение, чтобы при необходимости осуществлять управление мехатронными приборами.
  4. Составлять проектные документы, в которых будет описываться конструкция и процесс изготовления отдельных деталей.
  5. Контролировать разработки на предмет соответствия стандартам.
  6. Изготавливать, собирать и испытывать проектируемую технику.
  7. Составлять патентные и лицензионные паспорта.
  8. Делать модернизацию и отладку мехатронных систем.
  9. Подготавливают инструкцию по использованию устройства.

Вот что может предоставить своим студентам любой лицензированный министерством образования факультет мехатроники и робототехники. Их мало, в основном существуют отдельные кафедры, но и на них можно получить необходимое образование.

Самореализация человека, которому известна мехатроника и робототехника: кем работать?

Где можно будет трудоустроиться после получения образования? Специалисты данного профиля создают и конструируют робототехнические системы промышленного и бытового использования. Также они могут разрабатывать программное обеспечение, чтобы обеспечить управление ими и удобную эксплуатациею. После получения образования обычно начинают работать на должности помощников конструкторов, программистов и техников, хотя перспективы дальнейшего места работы очень широкие, ведь облегчение труда человека и улучшение его результата – вот конечная задача, которую имеет мехатроника. Что это такое, мы уже изучили. И напоследок хотим сообщить, что потенциально можно будет заниматься одним из таких видов деятельности:

  1. Научно-исследовательской.
  2. Проектно-конструкторской.
  3. Эксплуатационной.
  4. Организационно-управленческой.

Особенностью данной специальности является то, что ощущается значительная нехватка кадров. Поэтому не редкостью являются факты трудоустройства даже самоучек, которые смогли продемонстрировать значительный уровень умений и практических навыков.

Заключение

Все профессии важны, все они нужны. Не преувеличивая, можно сказать, что описанная нами - одна из специальностей будущего. Спрос на работников умственного труда такого профиля постоянно растёт. Этот факт, а также хороший уровень денежного обеспечения позволяет говорить нам о том, что в это направление станет значительно популярней в ближайших десятилетиях. Возможно, что специальности юристов, экономистов и управленцев отойдут на задний план, и вперёд выйдет мехатроника. Что это такое, мы уже знаем, а с пониманием важности данной научной дисциплины будет приходить и согласие с данными словами.

Мехатроника и робототехника как быстро развивающиеся отрасли

Когда говорят о создании роботов и автоматизированных систем, два родственных направления инженерной мысли — мехатроника и робототехника — часто упоминаются вместе. У этих дисциплин общие корни, а цели и методы переплетаются.

Поэтому и специальность, в которой будущие инженеры могут найти себя, носит двойное название. Термин «робототехника» зачастую понятен даже тем, кто далек от науки. Попробуем разобраться, что из себя представляет мехатроника и почему она неотделима от роботостроения.

Происхождение термина

Основы мехатроники были заложены гораздо раньше, чем эта отрасль знания обрела имя. Она появилась в результате слияния достижений двух других областей — механики и электроники. В 1930-х годах зарубежные конструкторы ввели термин «электропривод», который использовался для обозначения механических устройств, работающих на электроэнергии. Их использовали в ходе автоматизации промышленных процессов.

Слово «мехатроника» придумано в 1969 году компанией «Yaskawa Electric Corp.» в Японии, в 1972 стало торговой маркой фирмы.

Термин подхватили во всех странах мира, поэтому годы спустя владельцы решили сделать его общественным достоянием. В России новое понятие вошло в научный обиход в 1990-е годы.

Чем занимается мехатроника

Первоначальная задача мехатроники — сконструировать механизм, который приводится в движение с помощью электричества и управляется программно. Со временем перед специалистами вставали новые проблемы, для решения которых приходилось искать ответы в других областях науки. Теперь сложные мехатронные системы должны не просто двигаться, подчиняясь командам компьютера, но и собирать и анализировать внешние данные, делать соответствующие выводы и менять свое поведение, используя встроенные алгоритмы.

Обязательно предусматривается возможность взаимодействия с оператором. Все компоненты такой системы связаны воедино, обмениваются информацией и энергией. Но соединить разнородные детали и снабдить их источником питания недостаточно: мехатронная система должна обладать новыми особенностями, не характерными для ее звеньев, чтобы эффективно функционировать.

Автоматы, способные передвигаться и реагировать на внешнюю среду, обладающие зачатками искусственного интеллекта, заставляют вспомнить и о роботах. В самом деле, робототехника — одно из направлений мехатроники. Поэтому современная мехатроника и робототехника изучаются в комплексе, чтобы будущие специалисты реализовали свои таланты в разных отраслях, занимались как сугубо теоретическими задачами, так и решали производственные вопросы.

Эти ветви знания с каждым днем все сильнее влияют на нашу повседневную жизнь. Сферы их применения не ограничиваются промышленностью, военными операциями, космическими исследованиями, работой с опасными веществами и представлениями с участием андроидов и зооморфных роботов.

Компьютеры, стиральные машины и другая бытовая техника, кресла для инвалидов, офисное оборудование, автопилот и система автоматической парковки в машине, тренажеры-симуляторы для медиков, пилотов и водителей — в создании и совершенствовании этих приспособлений проявили себя профессионалы от роботостроения и мехатроники.

Подготовка специалистов

Желающие получить специальность «Мехатроника и робототехника» должны изучить ряд гуманитарных, естественнонаучных, точных и технических дисциплин, поскольку это направление черпает идеи и решения из других разделов человеческого знания. Освоить программирование, электронику, инженерное дело, кибернетику, механику, принципы математического и автоматического управления, электротехнику, детали и схемы мехатронных модулей, гидравлику и другие предметы важно не только в теории.

Много времени уделяется и ручной работе, сборке моделей разной степени сложности. Развитая фантазия и неистощимое любопытство помогут одолеть нелегкий путь. Владение иностранным языком позволит находить актуальные сведения и сделает будущего конструктора востребованным специалистом на родине и за рубежом, что означает заманчивые перспективы и заработок выше среднего.

Где, как и кем работать

Выпускник сможет проектировать составные части и целые мехатронные системы, разрабатывать для них документацию и оформлять патенты, собирать, испытывать, совершенствовать, корректировать и чинить механизмы. Также можно заняться исследовательской работой или преподаванием, ведь наука не стоит на месте, а передавать знания нужно и новому поколению коллег, и работникам других отраслей, в которых используются автоматы и роботы.

Перспективы и заработок инженеров зависят от опыта и сферы деятельности. Заработная плата варьируется: молодой техник может рассчитывать на 30 тысяч рублей, при наличии опыта доход в два раза больше, а для высококвалифицированного разработчика — до 100 тысяч и выше, особенно на руководящей должности. При наличии деловой хватки возможно открытие собственного дела.

Будь то частное или государственное предприятие, производственное, коммерческое, научное или образовательное учреждение, работа найдется всегда: мехатроников и робототехников не хватает, в дальнейшем спрос на них будет расти, а свежие силы требуются в любой области, где не обойтись без высоких технологий.

Основные понятия и определения мехатроники

Современный термин «Мехатроника» («Mechatronics»), согласно японским источникам, был введен фирмой Yaskawa Electric в 1969 году и зарегистрирован как торговая марка в 1972 году. Это название получено комбинацией слов «МЕХАника» и «элекТРОНИКА».

Начиная с 80-х годов прошлого века, термин «Мехатроника» все чаще при­ме­няется в мировой технической литературе как название целого класса машин с компьютерным управлением движением.

Мехатроника находится только в стадии становления, поэтому на сегодняшний день ее определения и базовая терминология еще полностью не сформированы.

Общее определение мехатроники в широком понимании дано в 1995 году в Государственном образовательном стандарте РФ специальности «Мехатроника»:

Мехатроника – это новая область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движением, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.

В данном определении особо подчеркнута триединая сущность мехатронных систем (МС), в основу построения которых заложена идея глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных элементов. Именно поэтому наиболее распространенным графическим символом мехатроники стали три пересекающихся круга (рис. 1.1), помещенные во внешнюю оболочку «Производство» - «Менеджмент» - «Требования рынка».

Рис. 1.1 Определение мехатронных систем

Таким образом, системная интеграция трех указанных видов элементов является необходимым условием построения мехатронной системы.

Известно несколько определений, опубликованных в периодических изданиях, трудах международных конференций и симпозиумов, где понятие о мехатронике конкретизируется и специализируется. На основе этих определений предложена следующая формулировка предмета мехатроники:

Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

Это определение можно прокомментировать следующим образом:

  1. Мехатроника изучает новый методологический подход (в некоторых работах даже используются более укрупненные понятия – «философия», «парадигма») в построении машин с качественно новыми характеристиками.

Важно подчеркнуть, что этот подход является весьма универсальным и может быть применен в машинах и системах различного назначения. Но при этом следует отметить, что обеспечить высокое качество управления мехатронной системой можно только с учетом специфики конкретного управляемого объекта. Поэтому учебные курсы по мехатронике целесообразно включать в программы подготовки по специальностям, предметом которых являются конкретные классы производственных машин и процессов (например, «Автоматизация технологических процессов и производств», «Металлорежущие станки», «Машины для обработки металлов давлением», «Роботы и робототехнические системы» и т. д.).

    1. В определении подчеркивается синергетический характер интеграции составляющих элементов в мехатронных объектах. Синергия – это совместное действие, направленное на достижение общей цели. При этом составляющие части не просто дополняют друг друга, но объединяются таким образом, что образованная система обладает качественно новыми свойствами.

В мехатронике все энергетические и информационные потоки направлены на достижение единой цели – реализации заданного управляемого движения. В некоторых определениях вместо термина «синергетическое» используются понятия «органическое», «системное» соединение частей в мехатронную систему.

    1. Интегрированные мехатронные элементы выбираются разработчиком уже на стадии проектирования машины, а затем обеспечивается необходимая инженерная и технологическая поддержка при производстве и эксплуатации машины. В этом радикальное отличие мехатронных машин от традиционных, когда зачастую пользователь был вынужден самостоятельно объединять в систему разнородные механические, электронные и информационно-управляющие устройства различных изготовителей. Именно поэтому многие сложные комплексы (например, некоторые гибкие производственные системы в отечественном машиностроении) показали на практике низкую надежность и невысокую технико-экономическую эффективность.

    2. Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования. При традиционном проектировании машин с компьютерным управлением последовательно проводится разработка механической, электронной, сенсорной и компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков. Парадигма параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонентов системы.

    3. Базовыми объектами изучения мехатроники являются мехатронные модули, которые выполняют движения, как правило, по одной управляемой координате. Из таких модулей, как из функциональных кубиков, компонуются сложные системы модульной архитектуры.

    4. Мехатронные системы предназначены, как следует из определения, для реализации заданного движения. Критерии качества выполнения движения мехатронными системами (МС) являются проблемно-ориентированными, т. е. определяются постановкой конкретной прикладной задачи. Специфика задач автоматизированного машиностроения состоит в реализации перемещения выходного звена – рабочего органа технологической машины (например, инструмента для механообработки). При этом необходимо координировать управление пространственным перемещением МС с управлением различными внешними процессами. Таким образом, в мехатронике рассматривают многосвязные системы. Многосвязность системы означает, что движение каждого звена влияет на движение остальных звеньев. Указанное взаимовлияние происходит через механическое устройство как общую нагрузку, через общий источник энергии, а также вследствие естественных и искусственных динамических связей между каналами управления в блоке приводов. Следовательно, необходимо формировать управление движением мехатронной системы (особенно на высоких скоростях, где влияние динамических факторов существенно) с учетом перекрестных связей. Примерами таких процессов могут служить регулирование силового взаимодействия рабочего органа с объектом работ при механообработке, контроль и диагностика текущего состояния критических элементов МС (инструмента, силового преобразователя), управление дополнительными технологическими воздействиями (тепловыми, электрическими, электрохимическими) на объект работ при комбинированных методах обработки, управление вспомогательным оборудованием комплекса (конвейерами, загрузочными устройствами и т. п.), выдача и прием сигналов от устройств электроавтоматики (клапанов, реле, переключателей). Такие сложные координированные движения мехатронных систем будем в дальнейшем называть функциональными движениями.

    5. В современных МС для обеспечения высокого качества реализации сложных и точных движений применяются методы интеллектуального управления. Данная группа методов опирается на новые идеи в теории управления, современные аппаратные и программные средства вычислительной техники, перспективные подходы к синтезу управляемых движений мехатронными системами.

Мехатроника и робототехника: что изучают и кем работать

От mentamore · 11 октября 2018

Последние десятилетия были крайне продуктивными в развитии роботизированных систем и умной техники. Это сказалось не только на самих устройствах, которые стали более совершенными и функциональными, но и на ситуации на рынке труда. Все больше людей стали рассматривать свою специальность и профессию сквозь призму актуальности ее в будущем. Одним из самых перспективных направлений сегодня считается мехатроника. Что изучает и кем работать – дальше в статье.

Направления будущего: мехатроника и робототехника

Неоднократно различные печатные и интернет-издания составляли списки ТОП- перспективных специальностей. Между собой они отличались объемом, критериями подбора и временными рамками. Однако, несмотря на разрозненность критериев, практически в каждом из них будет мехатроника (в том или ином виде). Сфера использования продуктов мехатроники настолько велика, что нередко эту дисциплину называют «наукой обо всем».

Что же такое мехатроника?

Не можешь остановить хаос – возглавь его. В адаптированном под наш случай варианте можно сказать: не можешь остановить роботизацию – изучай мехатронику, и создавай роботов.

Мехатроника — наука, объединившая в себе знания точной механики с электронными, компьютерными и электротехническими элементами, которые позволяют создавать, эксплуатировать и обслуживать новые виды машин, устройств и механизмов.Сам термин был введен в 1969 году, как объединенный вариант «механики» и «электроники».

Практическое применение мехатроники

Мехатроника звучит как некое абстрактное понятие, результаты работы специалистов которой, также туманны. Но на самом деле, все более чем осязаемо:

  • изготовление оборудования и станков для автоматизации технологических процессов;
  • создание новых роботов;
  • разработка космической, военной, авиационной техники (такой, как тренажеры для пилотов);
  • в автомобилестроении используются мехатронные системы (стабилизации движения, автоматическая парковка и другие).
  • специалисты направления участвуют в разработках микромашин (биотехнологии и медицина);
  • мехатроника используется для создания практически любой современной бытовой техники: от стиральной до швейной машины.

Специалист, а это техник-мехатроник, занимается проектированием и исследованием автоматических машин и автоматизированных систем, которые используются на различных промышленных и производственных предприятиях.

Самыми востребованными профессиями мехатроники являются: инженер-электроник, сервисный инженер, педагог (школы, ВУЗы, курсы), электротехник, программист, робототехник, кибернетик, конструктор.

В связи с популярностью направления получить образование можно как в высших учебных заведениях и техникумах, так и на специализированных курсах. Подготовка специалистов сводится к достижению некоторых основных умений:

  • разработка информационных, электромеханических, электрогидравлических и микропроцессорных макетов модулей систем;
  • написание ПО для осуществления контроля над мехатронными устройствами;
  • создание мехатронных систем, их отладка и модернизация;
  • составление сопутствующей документации (инструкция, лицензионные паспорта и прочее). Безусловно, не каждый сможет стать столь универсальным и широкопрофильным специалистом, но овладение даже несколькими из перечисленных навыков, поможет занять свое место в направлении: наладчики ЧПУ станков, механики, проектно-конструкторская деятельность и другие.

Мехатроника и робототехника: почему используется в «связке»?

Часто эти понятия используются вместе. Причина тому проста: робототехника считается самым востребованным направлением мехатроники. Кроме того, такое название специальности дает понимание того, что специалист будет заниматься разработкой роботов и роботизированных систем, станков с ЧПУ и аналогичных устройств.

Какие зарплаты?В связи с популярностью роботов и прочей умной техники, а также популярностью создателей этих устройств, будущие студенты выбирают мехатронику, не только как перспективную, но и как хорошо оплачиваемую отрасль. Так ли это, и какие зарплаты у мехатроников? В связи с тем, что мехатроника и робототехника – широкое понятие, то и применение навыков специалистов может быть в разных сферах и на различных этапах производственных процессов.

Можно работать над созданием новым никому еще не известных систем и развивать собственные идеи, создав стартап (о стабильной заработной плате на начальных этапах говорить не приходится), или стать частью команды (частного или государственного предприятия).Так, к примеру, специалист по наладке станков с ЧПУ может рассчитывать на заработную плату от 300 до 500 долларов в странах со слабо развитым направлением роботизированных систем, и от 700 дол. в государствах, где специальность считается престижной. Японские IT-робототехники получают среднюю заработную плату в районе 3,5-4 тысяч долл., опытные южнокорейские инженеры получают от 1000 до 3500 долл., виртуозные американские коллеги могут рассчитывать на оплату до 10 тыс. долл. ежемесячно.

Метки: инженер-робототехникМехатроникаробототехника


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости