Технические науки / Механика
к.т.н. Мамаєв Л.М., к.т.н. Нікулін О.В., к.т.н. Багрій В.В.

Дніпродзержинський державний технічний університет, Україна

Мехатроніка – новий кластер освітніх програм

 «Мехатроніка» – це область науки і техніки, присвячена створенню і експлуатації машин, агрегатів і систем з комп'ютерним управлінням рухом, яка базується на знаннях в області механіки, електротехніки, електроніки і мікропроцесорної техніки, інформатики та комп'ютерного керування рухом об’єктів (рис. 1). Особливо важлива триєдина сутність мехатронних систем, в основу побудови яких закладена ідея глибокого взаємозв'язку механічних, електронних, комп'ютерних елементів з реалізацією сучасних методів обробки інформації та автоматичного управління [1]. 

Рис. 1. Мехатроніка як система

 Мехатронна система – єдиний комплекс електромеханічних, електрогідравлічних, електронних та інших елементів і засобів техніки, між якими здійснюється постійний динамічно змінний обмін енергією та інформацією, об'єднаний спільною системою автоматичного управління з елементами штучного інтелекту. Мехатронні системи по багатьох функціям подібні живим організмам. Система збирає з навколишнього середовища сигнали за допомогою сенсорів (датчиків), обробляє їх, інтерпретує і на цій основі та у відповідності з ситуацією з допомогою активаторів починають роботу виконавчі пристрої.

Практично вся новітня техніка є мехатронною або використовує ідеї мехатроніки. Це сучасні верстати і роботи, транспортні системи, безпілотні літальні апарати, побутова техніка: принтери і багатофункціональні пристрої, швейні та пральні машини з мікропроцесорним управлінням і багато іншого. При збільшенні частки такої техніки буде постійно зростати затребуваність і роль фахівців-мехатроников.

В силу змін, що відбуваються в процесах модернізації підприємств, такі компетенції як „Здатність до самостійної роботи“ і „Освоєння технологій“ набувають велике значення в повсякденній практиці фахівців. Той, хто навчається за спеціальністю „Мехатроніка“, отримує широку кваліфікацію з різних технічних дисциплін. Для реалізації таких навчальних тем, як збірка і монтаж компонентів і вузлів обладнання, а також запуск в роботу, управління і обслуговування установок, потрібно розуміти покладену в основу загальну систему. Ці фактори говорять про те, що мехатронні системи з самого початку повинні займати центральне місце у професійній підготовці. Таким чином, надані теоретичні спеціальні знання міцно закріплюються в наближених до практики навчальних ситуаціях. Навчання в рамках навчальних систем з мехатроніки на спеціальному обладнанні (рис. 2) полегшує майбутнім фахівцям входження в практичну діяльність.

Рис. 2. Навчальна мехатронна система: навчальний робот SCORBOT-ER 4u 
обслуговує настільні верстати з ЧПК

Мехатроніку можна розглядати як новий спосіб мислення в проектуванні систем, які дозволяють інтегрувати точну механіку, електроніку, автоматичне управління та інформатику в єдиний процес, тобто складати навчально-науковий кластер. Важлива роль кластерів в стратегії інноваційного розвитку освіти пояснюється рядом обставин. Кластери, будучи міждисциплінарними утвореннями, посилюють взаємопов'язаність, взаємодоповнюваність навчальних курсів завдяки більш швидкому поширенню специфічних технологій, професійних навичок, інформації. Наслідком мережевої взаємодії об'єктів і суб'єктів, що входять в навчально-науковий кластер, є прискорення інновацій, що забезпечує не тільки підвищення продуктивності праці, але і оновлення стратегічних переваг, підтримання динамічної конкуренції.

 Мехатронні проекти, освіта і навчання по магістерської програмі з мехатроніки у високотехнологічних галузях спрямовані на надання студентам міждисциплінарних знань і навичок, комплексного підходу до проектування, виробництва та обслуговування продуктів і процесів. Докладніше дисципліни, які повинні бути включені в цю програму вміщують в себе: проектування системи (вибір датчиків, приводів, електронних компонентів і комп'ютерного моделювання), мікропроцесорну технологію (архітектуру системи, цифрові системи, зовнішні та внутрішні пристрої ), методи взаємодії, цифрові комунікації, розробку програмного забезпечення і систем управління. 
 Вважається, що першорядне значення має досягнення балансу дисциплін у наступних галузях навчання і дослідження: машинобудуванні, електротехніці та електроніки, системах управління та інформаційних системах. Крім того, потрібно досягнення балансу в розвитку наступних можливостей: теоретичних знань (здатність моделювання та аналізу) і експериментальної перевірки моделей та дизайну. Для цього, всі дисципліни в магістерської програми в області мехатроніки згруповані в модулях з рекомендованими коефіцієнтами ваги () цих модулів:
 1. Базовий модуль «Наука» – не менш 0,2.

 2. Модуль «Механічні та інженерні вимірювання» – більше 0,2.

 3. Модуль «Електрична та електронна техніка» – прибл. 0,2.

 4. Модуль «Інформаційні технології та інформатика» – прибл. 0,2.

 5. Модуль «Контроль та інжиніринг» –  прибл. 0,1.

 6. Модуль «Гуманітарні дисципліни» – прибл. 0,05.
 Магістранти, які навчаються в області мехатроніки, як правило, ті, хто закінчив, як бакалавр в області інженерії (машинобудування) або електромеха- ніки. Студенти-бакалаври з машинобудування, що навчаються по програмі в області мехатроніки, як передбачається, отримають додатковий курс з електро- техніки та електроніки (близько 10 кредитів). Студенти-бакалаври з електро- механіці повинні засвоїти додаткові спеціальні курси  з основ механіки і 
машинобудування (приблизно 10 кредитів).
 Після навчання з мехатроніки випускники інженерних напрямів і дизайну отримують знання, уміння і компетенції з основних традиційних технічних наук: машинобудування, електротехніки, електроніки та інформаційних технологій. Як очікується вони підготовлені до вироблення продуктів з більш високою продуктивністю, високою надійністю і низькою вартістю. 
 Судячи зі світового досвіду університетів і з використанням концептуального аналізу в галузі освіти з мехатроніки, вважається, що найбільш важливими компонентами такої освіти є: досягнення майбутніми фахівцями рівня проектно-орієнтованих, працюючих в команді і спілкуючих з технічними спеціалістами з різних областей при реалізації проектів; інтеграція системи в процесі проектування, конкурентний підхід у реалізації завдань проекту.

 Освіта в галузі мехатроніки вже досягла деяких з цілей, згаданих тут. Але, на наш погляд, їй як і раніше не вистачає поширення та практичного підходу, наприклад, через економічні труднощі, що країни світу переживають сьогодення.

 Вважається, що застосування європейських стандартів технічного законодавства в галузі освіти мехатроніки має важливе значення. Дуже корисно для нас ознайомитися з міжнародними програмами та досвідом та інтегрувати їх у наших програмах для інженерів з мехатроніки. Крім того, слід зробити багато можливого, щоб організувати для аспірантів і студентів роботи на проектах, пов'язаних зі спеціалізацією компаній з галузі «Мехатроніка та автоматизація». 

Література

1. Мехатроника / Т. Исии, И. Симояма, Х. Иноуэ и др. – Пер. с япон. Под ред. В.В. Василькова. – М.: Мир, 1988. – 318 с.

2. Введение в мехатронику: Учеб. пособ. для студ. спец. «Гидравл. и пневмат. машины», «Прикладная механика», «Инженерная механика»/ О.М. Яхно, А.В. Узунов, А.Ф. Луговской и др. – К.: НТУУ «КПИ», 2008. – 528 с.