فرادرسآشنایی با مهندسی مکاترونیک
مهندسی مکاترونیک معادل مجموعه همه این رشته‌ها نیست. بلکه برتری اصلی مهندسان مکاترونیک در دید گسترده‌ای است که از حوزه‌های مختلف به دست می‌آورند و توانایی آن‌ها در تولید ایده‌هایی است که ممکن است سایر مهندسان نتوانند به آن‌ها دست یابند.
مهم‌ترین مهارتی که مهندسان مکاترونیک باید داشته باشند، توانایی «یکپارچه سازی سیستم» (system integration) است؛ برای مثال زمانی که به پروژه‌های فارغ‌التحصیلی دانشکده‌های مهندسی نگاهی می‌اندازیم، معمولا پروژه‌هایی با قطعات مکانیکی، الکتریکی، قطعات نرم‌افزاری و «استراتژی شبیه‌سازی کنترل» (control strategy simulation) وجود دارد که کاملا مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند. با این توضیحات، اغلب امکان اینکه این قطعات با هم در یک سیستم کار کنند، وجود ندارد.
نقش مهندس مکاترونیک پرداختن به حل مسائل و مشکلاتی است، که بین شاخه‌های مختلف مهندسی به وجود می‌آید، و از این طریق، مهندسان مکاترونیک باید با مهندسان سایر رشته‌ها همکاری کنند، نه اینکه جایگزین آن‌ها شوند. مسائلی که مهندسان مکاترونیک باید به حل آن‌ها بپردازند، بسیار دشوار هستند. حل این مسائل به دانش فنی در چندین حوزه مهندسی نیاز دارد و ما این را در مثال‌های زیر که از زندگی واقعی گرفته شده‌اند، می‌توانیم ببینیم:
رفع ایراد یاتاقان با مهندسی مکاترونیک
یکی از اساتید مهندسی مکاترونیک نیاز به این رشته را با تجربیات خود بیان کرده است؛ این استاد از کارخانه‌ای بازدید کرده بود و در آنجا دیده بود که یک دستگاه مشکل عجیبی دارد. این دستگاه با یک موتور کنترلی AC هدایت می‌شد و هر بار که اپراتور تلاش می‌کرد، دستگاه را روشن کند، «یاتاقان» (bearing) بسیار داغ می‌شد و آنقدر گرما افزایش میافت، که شفت در داخل قفل می‌شد. تیم تاسیسات تلاش کرد که بلبرینگ‌ها را عوض کند، اما همان اتفاق دوباره رخ داد. در ابتدا به نظر می‌رسد که مشکل کاملا مکانیکی است. اما استاد دریافت که این موضوع کاملا یک مشکل الکتریکی است.
به طرز عجیبی، مشکل این بود که «مدار آتش‌کننده» (firing circuit) (مدار کنترل‌کننده توان AC که به موتور AC متصل می‌شد) به خوبی عمل نمی‌کرد. همین باعث می‌شد که سیگنال AC خراب شود و هارمونیک‌های بسیاری تولید کند. این هارمونیک‌ها میدان‌های الکترومغناطیسی تولید می‌کردند که بر روی حلقه فلزی داخلی و خارجی، تاثیر می‌گذاشتند و جریان‌های گردابی در آن‌ها تولید می‌کردند و باعث می‌شدند که یاتاقان داغ‌تر و داغ‌تر شود. (نکته جالب: برای تولید گرمای مورد نیاز در کوره‌های ذوب طلا و دیگر فلزات از جریان‌های گردابی استفاده می‌شود. این یعنی اینکه این جریان‌های گردابی تولید شده در دستگاه بالا، اثر بسیار وحشتناکی بر یاتاقان و سیستم مکانیکی می‌گذاشت.) این مشکل با تنظیم مدار آتش‌کننده رفع گردید.
اگر بخواهیم مثال دیگری بیاوریم، بهتر است موضوعی که برای یکی از اساتید دیگر این رشته اتفاق افتاده بود را شرح دهیم؛ این استاد با شرایط مشابهی روبرو شده بود که در آن برنامه‌ای را تهیه کرده بود که حاوی یک میکروکنترلر بود که می‌توانست لامپ رشته‌ای را کنترل کند (بار AC). اما میکروکنترلر باعث ری‌استارت سیستم به صورت تصادفی و نامنظم می‌گردید. او واقعا گیج و سردرگم شده بودم. این موضوضع او را به فکر فرو برد که منبع مشکل چیست؟ بخش نرم‌افزاری یا مدارهای الکتریکی و الکترونیکی؟ در نهایت هم متوجه شد که مشکلی شبیه داستان بالا رخ داده بود؛ یعنی هارمونیک‌هایی وجود داشتند که روی میکروکنترلر اثر می‌گذاشتند.
مکاترونیک مرز بین رشته‌ها را از میان برمی‌دارد
برای شرح این موضوع شاید لازم باشد که مثالی در مورد آخرین پیشرفت‌های «خودکارسازی ماشین‌های ابزاری» (computerized numerically controlled machines -CNC machines) بیاوریم. این ماشین‌ها حتی می‌توانند به اینترنت متصل شوند. هنگامی که نیاز به تعویض یک ابزار ماشین وجود دارد (ماشین خودش عمر هر ابزارش را تخمین می‌زند و و زمانی که نیاز است تا آن قطعه عوض شود را تعیین می‌کند)، دستگاه، شماره قطعات مورد نیاز را به صورت خودکار به سازنده اعلام می‌کند. آنچه که پس از این اتفاق می‌افتد این است که مهندس فنی-مالی در حالی به سراغ شما می‌آید (احتمالا با لبخندی روی صورتش)، که تمام وظایفش را دستگاه به صورت خودکار انجام داده است. در این مثال می‌بینیم ، دستگاه CNC نه تنها شامل قطعات مکانیکی و الکتریکی است، بلکه به اینترنت هم متصل می‌شود و دارای آدرس IP هم است.
برخی از حوزه‌های مرتبط با مکاترونیک
- طراحی مکانیکی
- برنامه‌نویسی و مهندسی نرم‌افزار
- نظریه ماشین‌الات و مکانیزم
- هیدرولیک پنوماتیک
- الکترونیک سیگنال و برق الکترونیک
- مبانی ماشین‌آلات و درایوها
- سیستم های جاسازی شده
- پردازش سیگنال دیجیتال
- مدل سازی و شبیه سازی
- نظریه کنترل خودکار
- روباتیک
- سنسورها و تهویه مطبوع Singal
- هوش مصنوعی
- شبکه های کامپیوتر
- PLC، DCS و SCADA
مهندسان مکاترونیک باید خود را برای اینکه سازنده یا حتی مخترع باشند، آماده کنند. اکنون همه چیز راحت‌تر از گذشته شده است؛ امروزه شما به تکنولوژی چاپ سه بعدی برای ساخت نمونه‌های مکانیکی ایده‌های خود دسترسی دارید و «آردوینوها» (Arduinos)؛ پلت فرم نمونه‌برداری الکترونیک منبع باز که کاربران را قادر به ایجاد اشیاء الکترونیکی تعاملی می کند.) و Raspberry Piهایی (یک رایانه کوچک و مقرون به صرفه است که می‌توانید از طریق برنامه‌های سرگرم‌کننده و کاربردی آن برای یادگیری برنامه‌نویسی استفاده کنید.) وجود دارد که به شما کمک می‌کنند هرچه مورد نظر شما باشد را در سیستم پیاده کند.
پس منتظر چه هستید؟ شروع کنید و در مورد مکاترونیک بیشتر یاد بگیرید! قول می‌دهم که بسیار لذت ببرید. برای شروع شاید آموزش‌های زیر بتوانند در این راه برای شما مفید باشند:
::.
