Мехатро́ника

Связь с робототехникой

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 такое мехатроника

Легко заметить, что термин «мехатроника» сложился из двух слов: механика и электроника. Истоки этой профессии следует искать в точной механике. Само определение впервые было применено японским производителем промышленных роботов уже в 1970-е годы. Далее эта профессия закрепилась во всем мире и обозначает междисциплинарный подход в проектировании и разработке новых видов продукции, в производстве и реализации на рынке современных разработок и систем.

Уже по названию можно оценить, насколько междисциплинарно построена профессия мехатроника. В ней такие области, как механика, электрика/электроника и информатика, сплавлены в единую систему. Задача этой системы заключается в том, чтобы транспортировать, преобразовывать и сохранять энергию, материю и информацию. И реализовывать это в практические решения поставленных человеком задач.

Это механическая лаборатория. Здесь студенты
самостоятельно изготавливают детали литьем из пластмасс.
А также практикуются в расточке, фрезеровке, сварке и др.

Перспективы трудоустройства по профессии

Кем можно пойти работать, получив диплом? Специальность позволяет освоить наиболее востребованные в современном мире технологий профессии, среди которых:

  • IT-специалист,
  • системный программист,
  • инженер,
  • электроник,
  • конструктор,
  • кибернетик,
  • робототехник.

Это активно растущая область, требующая в свои ряды настоящих профессионалов своего дела. При этом на рынке труда сегодня востребованы как специалисты-теоретики, которые проектируют и создают новые идеи, так и эксперты-практики, готовые осуществлять свою деятельность в коллективе, создающем новые узлы под необходимые параметры.

Прежде профессионалы данной области в основном были востребованы для разработок в военной и космической сферах, однако теперь их знания все чаще требуются и обычным фирмам и компаниям. Стоит отметить, что вышеперечисленные должности являются в России одними из самых высокооплачиваемых. Так, начинающий специалист может заработать от 30 000 рублей. Оклад же ведущего эксперта организации нередко представляет собой шестизначную цифру.

Вакансии для инженеров-мехатроников на рынке труда, уровень зарплаты

Профессия инженера-мехатроника достаточно востребована у работодателей, однако, при этом большая часть вакансий сосредоточена преимущественно в регионах с развитым машиностроением. Это Самарская область, Подмосковье, Ленинградская область, Пермский край, Республика Татарстан и т.д.

При этом сама позиция может называться по-разному. Чаще всего работодателям нужны сервисные инженеры с познаниями в мехатронике и робототехнике, то есть специалисты по обслуживанию, ремонту и пусконаладке промышленных роботов.

Вот наиболее типичный список требований к таким работникам с сайтов объявлений:

  1. навыки программирования (преимущественно на языке C++ и C#);

  2. высшее техническое образование;

  3. опыт работы с промышленным оборудованием и ввода в эксплуатацию комплексных автоматизированных систем;

  4. готовность к периодическим командировкам;

  5. знание английского языка (в том числе технического).

Как видим, на позицию инженера-мехатроника требуются уже опытные люди. При этом наличие высшего образования для работодателя обязательный, но не первостепенный критерий. Хорошим инженерам с опытом до 3 лет на предприятии готовы платить до 60 тысяч рублей, с опытом от 5 лет – порядка 80 тысяч рублей.

Изредка попадаются вакансии для соискателей без опыта, однако, чаще всего их определяют либо в стажеры, либо в помощники сервис-инженера.

Чем занимаются выпускники

Специалисты конструируют мехатронные и робототехнические системы – сенсоры, манипуляторы, машины с интеллектуальным управлением и т. д. Кроме того, магистры разрабатывают алгоритмическое и программное обеспечение, новые методы обработки информации, отдельные модули этих систем.

Это довольно востребованное направление (входит в число приоритетных для развития российской экономики), так как строительные и промышленные предприятия постепенно переходят на полностью автоматизированное производство.

Дисциплины

Учебный план рабочей программы включает три блока:

  • теория – общие и профильные модули;
  • учебная и производственная практики с подготовкой и написанием НИР (магистерской диссертации);
  • государственная аттестация.

Студенты изучают:

  • моделирование;
  • компьютерные технологии;
  • иностранный язык;
  • программирование;
  • математические модели манипуляционных роботов;
  • промышленную робототехнику;
  • методы использования искусственного интеллекта в мехатронике.

Кроме базовых и профильных дисциплин студенты дополнительно могут выбрать факультативы, которые не включаются в общий объем магистратуры.

Аттестация включает подготовку, сдачу государственного экзамена и защиту НИР. После успешного завершения обучения студенту присваивается степень магистра и соответствующая квалификация.

Навыки

Согласно паспорту компетенций студенты в процессе обучения осваивают общие и профессиональные навыки. Магистр мехатроники и робототехники умеет:

  • решать проблемы и задачи робототехники;
  • применять технологии для разработки инновационных мехатронных систем;
  • проводить математическое и физическое моделирование;
  • конструировать роботов разного назначения;
  • планировать и ставить эксперименты;
  • анализировать полученные результаты;
  • использовать в работе возможности искусственного интеллекта;
  • диагностировать и оценивать мехатронные системы, манипуляторы, технологические процессы, АСУ;
  • самостоятельно решать особые задачи;
  • составлять техническую документацию.

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.

Предмет и метод мехатроники

Главная задача мехатроники как направления современной науки и техники состоит в создании конкурентоспособных систем управления движением разнообразных механических объектов и интеллектуальных машин, которые обладают качественно новыми функциями и свойствами. Метод мехатроники заключается (при построении мехатронных систем) в системной интеграции и использовании знаний из ранее обособленных научных и инженерных областей. К их числу относятся прецизионная механика, электротехника, гидравлика, пневматика, информатика, микроэлектроника и компьютерное управление. Мехатронные системы строятся путём синергетической интеграции конструктивных модулей, технологий, энергетических и информационных процессов, начиная со стадии их проектирования и заканчивая производством и эксплуатацией.

Синергия – это совместное действие, направленное на достижение общей цели. При синергетической интеграции компоненты должны быть слиты неразрывно и органически, поэтому мехатронная система обладает качественно новыми свойствами, которые не были присущи составляющим её частям (см. также Синергетика).

Рис.1. Структурная пирамида мехатроники.

В 1970–80-х гг. три базисных направления – оси мехатроники (точная механика, электроника и информатика) интегрировались попарно, образовав три гибридных направления (на рис. 1 показаны боковыми гранями пирамиды). Это электромеханика (объединение механических узлов с электротехническими изделиями и электронными блоками), компьютерные системы управления (аппаратно–программное объединение электронных и управляющих устройств), а также системы автоматизированного проектирования (САПР) механических систем. Затем – уже на стыке гибридных направлений – возникает мехатроника, становление которой как нового научно-технического направления начинается с 1990-х гг.

Элементы мехатронных модулей и машин имеют различную физическую природу (механические преобразователи движений, двигатели, информационные и электронные блоки, управляющие устройства), что определяет междисциплинарную научно-техническую проблематику мехатроники. Междисциплинарные задачи определяют и содержание образовательных программ по подготовке и повышению квалификации специалистов, которые ориентированы на системную интеграцию устройств и процессов в мехатронных системах.

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.

Обучение

Для того чтобы получить профессию робототехника, требуется высшее образование. В первую очередь будущему специалисту необходимо окончить колледж, отучиться 11 классов в школе, сдать необходимые экзамены или пройти профпереподготовку. Однако профпереподготовка подходит только для людей, у которых уже есть высшее образование. Если говорить об обучении после колледжа или школы, то для освоения профессии требуется поступить в университет на механический факультет по одному из следующих направленностей: «мехатроники и робототехники», «компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике» или «робототехнические системы и комплексы».

Высших учебных заведений, в которых есть данные направления, в нашей стране немного. В их число входят следующие университеты: Национальный исследовательский университет «МЭИ», Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Уральский государственный университет путей сообщения, Новосибирский государственный технический университет и Дальневосточный федеральный университет.

Учиться для получения данной профессии придётся 4 года. Однако на этом этапе человек получит только степень бакалавра. Для развития в сфере робототехники придётся поступить в магистратуру и пройти ещё несколько лет обучения. Разумеется, на данном этапе даже после трудоустройства обучение не заканчивается. Для повышения квалификации и дальнейшего продвижения по карьерной лестнице человеку придётся проходить дополнительные курсы, длительность которых составляет, как правило, не менее 3 месяцев. Такие курсы не только позволят специалисту получить новые знания и навыки, но и повысят его ценность как работника на рынке труда.

Что такое мехатроника

Сама по себе мехатроника далеко не новое явление. Она зародилась примерно в середине XX века, когда были описаны механизмы, способные выполнять определенные манипуляции в пространстве по заранее написанной программе. В целом же, мехатроника представляет собой сплав двух прикладных дисциплин – механики и электроники. Иными словами, эта инженерная наука посвящена созданию сложных устройств, которые способны выполнять задачи по определенному алгоритму.

Типичный пример – это конвейерные роботы и манипуляторы. Их часто применяют, например, в автомобилестроении: точечная сварка деталей кузова, грунтовка и покраска деталей, автоматическая штамповка и перенос деталей и т.д.

Ещё более типичный пример – это обычный персональный компьютер. В его составе тоже много механических подвижных частей, которые управляются специальными программами, например, жесткий диск, вентиляторы охлаждения, оптический привод дисковода и т.д.

При этом мехатроника самым тесным образом связана с робототехникой. При обучении студентов образовательная дисциплина почти всегда называется «Мехатроника и робототехника». Наблюдается также некоторая путаница: роботами сегодня называют все механизмы, способные к выполнению задач без прямого участия человека. Будь то станки с ЧПУ, манипуляторы, механизмы автоматической сварки – всё это роботы, состоящие из нескольких мехатронных модулей.

О термине[править | править код]

Начиная c 1930-х годов в некоторых зарубежных странах (см. департамент Drive Technology фирмы Siemens) и СССР для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод).

С развитием электрических приводов и возможностей их применения в индустриально-производственных и транспортных системах, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения.

Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника». Непосредственным автором является японец Тецуро Мориа (Tetsuro Moria), старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году.

Термин состоит из двух частей — «меха-», от слова механика, и «-троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака.

Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин «мехатроника» попал в Россию и стал широко известен.

Сейчас под мехатроникой понимают системы электропривода с исполнительными органами относительно небольшой мощности, обеспечивающие прецизионные движения и имеющие развитую систему управления. Сам термин «мехатроника» используется, прежде всего, для отделения от общепромышленных систем электропривода и подчеркивания особых требований к мехатронным системам. Именно в таком смысле мехатроника как область техники известна в мире.

Чем занимается инженер-мехатроник?

Итак, инженер-мехатроник – это специалист, который занимается разработкой механизмов, а также специальных компьютерных программ, управляющих этими механизмами по заранее заданному алгоритму.

В целом, направлений работы у таких специалистов три:

  • разработка (проектирование) мехатронных систем и роботов;
  • написание специальных программ для управления роботами, разработка алгоритмов машинного обучения;

  • обслуживание и настройка мехатронных систем.

На практике же любой мехатроник одновременно является и робототехником. Более конкретно его обязанности можно перечислить в нескольких пунктах:

  1. моделирование и проектирование мехатронных систем;

  2. подбор нужных материалов для будущего механизма;

  3. контроль за работой техников, участие в монтаже;

  4. пуск и ввод в эксплуатацию готового механизма;

  5. организация работ по обслуживанию робота или мехатронной системы;

  6. настройка и отладка программного обеспечения;

  7. ведение необходимой документации (проектно-сметных работ, отчетов по пуску и наладке оборудования, работе систем и т.д.);

  8. обучение техников-специалистов, которые управляют роботом;

  9. контроль за наличием запасных частей и расходных материалов для робота.

Как видим, обязанностей много и большая их часть связана непосредственно с работой на производстве. Большая часть инженеров-мехатроников задействована именно в промышленной сфере.

Другие места работы – это научные центры, где разрабатываются прототипы новых и перспективных машин. При этом одни инженеры-мехатроники отвечают за разработку механических частей, другие за создание печатных плат и микросхем, третьи – за написание программ.

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.


разработчик

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.

Плюсы и минусы мехатроники и робототехники как специальности

До того, как принимать окончательное решение о поступлении на обучение по специальности «Мехатроника и робототехника», следует основательно взвесить все «за» и «против» этого шага. К однозначно положительным сторонам данной специализации можно отнести следующие ее особенности:

  • Высокие зарплаты. В сфере робототехники ведущие специалисты даже в России могут зарабатывать более 300 тыс. рублей в месяц, если участвуют в важнейших инфраструктурных проектах, военной или космической отрасли.
  • Востребованность за рубежом. Эффективные специалисты по мехатронике и робототехнике с легкостью находят возможность для работы на международные корпорации и имеют превосходные перспективы для трудоустройства за границей с очень высоким уровнем заработной платы.
  • Широкий спектр компетенций. Получив образование в рассматриваемой сфере, человек получает возможность работать не только непосредственно по направлению робототехники, но в целом становится компетентным в широкой сфере отраслей специалистом, что упрощает возможности по трудоустройству.
  • Профессия будущего. Робототехника становится с каждым годом все более востребованной и высокооплачиваемой сферой деятельности, и поэтому выбор такого образования — хороший залог обеспечения себя трудоустройством и высокой оплатой труда не только сегодня, но и в будущем.

Конечно, есть у данного образовательного направления и ряд существенных недостатков, с которыми тоже лучше будет ознакомиться заранее. К минусам этой специализации можно отнести следующие факторы:

  • Низкая востребованность на российском рынке труда. Непосредственно в сфере робототехники специалисты в Российской Федерации не слишком востребованы — и вакансий по прямому направлению деятельности сейчас крайне мало, а конкуренция на них очень высока.
  • Слабая образовательная база. Так как мехатроника и робототехника является относительно новой специальностью, образовательные программы в этом направлении могут очень серьезно отличаться в зависимости от ВУЗа и часто не дают достаточного количества необходимых для успешного трудоустройства знаний и навыков.
  • Большая конкуренция среди абитуриентов. Поступить на обучение по данному направлению может быть очень сложно, так как количество мест и ВУЗов, где изучается эта дисциплина, крайне ограниченно.

Наука мехатроника

Сферы применения мехатроники и робототехники не ограничиваются промышленностью, военным делом, работой с опасными средами, космонавтикой, представлениями андроидов. Эти науки все чаще требуются в повседневной жизни для житейских нужд и облегчения бытовых проблем. Профессионалы приложили руку ко многому, что окружает современных людей — бытовой технике, ассистентам водителей, тренажерам стимуляторов для медицинских нужд.

Мехатронные системы формируются из нескольких составляющих, связанных энергетическими и информационными потоками:

  1. Электромеханическая. К ней относятся двигатели, сенсоры, рабочие органы, передачи, электродвигатели. Компоненты обеспечивают цикл движения аппаратов. Корректная работа механизмов невозможна без сенсоров. На них возложен сбор информации о состоянии внешней среды, объекта работ, составляющих мехатронного агрегата.
  2. Электронная. К этой категории относятся измерительные цепи, театральные преобразователи, микроэлектронные устройства.
  3. Компьютерная. В категорию включены ЭВМ высшего уровня и микроконтроллеры.

Функции мехатронных систем

Мехатроника призвана решать проблемы преобразования входящей информации в требуемые механические движения. При их проектировании используется принцип обратной связи. Это означает интеграцию нескольких элементов разной природы в один функциональный модуль. Специальность людей, которые занимаются выполнением операции, может быть разной. В идеале при полном предоставлении нужной информации удается достичь планируемого результата.

Среди функций, присущих мехатронным системам, выделяют четыре наиболее важные:

  • управление механическим движением с одновременной обработкой поступающих от сенсоров данных;
  • согласование действий с внешними источниками влияния;
  • взаимодействие с оператором в режиме реального времени или автономно;
  • организация обмена информацией между всеми элементами системы.

Преимущества направления

Мехатроника и робототехника активно развиваются. При этом новые специалисты используют в работе накопленный опыт и готовы к изучению данных.

Преимущество дисциплины по сравнению с обычными средствами автоматизации:

  • относительно низкая стоимость, достигаемая интеграцией, стандартизацией и унификацией элементов;
  • точная реализация сложных движений за счет методики интеллектуального управления;
  • долговечность, надежность, помехозащищенность;
  • компактность и совместимость модулей;
  • отличные динамические и массогабаритные характеристики.

Общее описание практической составляющей

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:

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.
Электронный

Сюда относят микроэлектронные устройства, силовые преобразователи и измерительные цепи.
Компьютерной. Сюда относятся микроконтроллеры и электронно-вычислительные машины высшего уровня.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector