هندسة الميكاترونكس
المصطلح ميكاترونيكس Mechatronics هو فرع متخصص في هندسة التحكم، وهو تخصص يهدف للربط بين الهندسة الميكانيكية، الهندسة الكهربائية، هندسة الحاسوب وهندسة الإلكترونيات و القياس، ويتطور بصورة مذهلة من يوم إلى آخر. و جزء من هذا المجال من الهندسة يتضمن تصميم أي منتج (product) عمله يعتمد على دمج أنظمة ميكانيكية و حاسوبية وإلكترونية للقياس, تحكم اوتوماتيكي (Automatically control)
ويُعرّف المعيار NF الفرنسية تحت الرقم E 01-010 الميكاترونكس على النحو التالي: "النهج الذي يهدف إلى التكامل المستمرة للميكانيكا والالكترونيات ونظرية التحكم، وعلوم الحاسب الآلي في تصميم المنتجات والصناعات التحويلية، من أجل تحسين و/ أو تحسين وظائفه".
تاريخها[عدل]
ظهرت كلمة ميكاترونكس لأول مرة في اليابان في أواخر الستينات واستعملت بعدها في أوروبا قبل أن تنتشر في كل أنحاء العالم. وتصميم أية منظومة ميكاترونية يتطلب هندسة الميكانيك، الإلكترونيات، التحكم (control)، وهندسة الكومبيوتر بشكل أساسي. فمهندس الميكاترونكس يجب أن يكون قادرا على تصميم واستعمال الدارات الإلكترونية التماثلي والرقمي (Analog and digital circuits)، المعالج الدقيق(microprocessors)، الآلات الميكانيكية، حساسات (مجسات) (sensors)، محركات (actuators)، وأنظمة التحكم كي يكون قادرا على الوصول إلى الأهداف المرجوة من تصميمه.
المنظومات الميكاترونية تدعى أحيانا بالأجهزة الذكية، لأنها يفترض ان تحاكي طريقة التفكير البشرية. اليوم، دخلت الميكاترونكس إلى كل الأجهزة تقريبا. فهي ليست مختصة بالروبوتات أو المصانع فقط. مثلا نجدها في الطيار الالي ونجد هذا واضحا في طيارة ايرباص Air Bus A380 الجديدة، إن الميكاترونيكس هي المستقبل بعينه، وهي كما قال دافور هاروفات متخصص فني في معمل فورد للبحوث: "إن الميكاترونيكس هي خليط من التكنولوجيا والأساليب، فهما يساعدانا في الحصول على منتج أفضل"، كما في بخاخ السيارة الإلكتروني (electronic fuel injection system)، ومكابح الـ ABS في السيارات في الأدوات المنزلية كالغسالة الاوتوماتيكيه وحتى بعض ألعاب الأطفال.
الوصف[عدل]
يُوّحد مهندسُ الميكاترونيكس مبادئ الميكانيكا والإلكترونيات والحوسبة لإنشاء نظام أبسط وأكثر اقتصادا وموثوق بها. وتتركز الميكاترونيك في الميكانيكا والإلكترونيات، والحوسبة، هندسة التحكم، هندسة الجزيئية (من نانوكيميائي والبيولوجيا)، والهندسة الضوئية، والتي، جنبا إلى جنب، وجعل من الممكن توليد أبسط والنظم وأكثر اقتصادا موثوقة وتنوعا. وحقيبة سفر "الميكاترونيك" التي صيغت من قبل موري تيتسورو، وكبار المهندسين من ياسكاوا الشركة اليابانية في عام 1969. الروبوت الصناعي هو مثال ساطع على نظام الميكاترونيكس، بل يشمل جوانب الإلكترونيات والميكانيكا والحوسبة والقيام به يوما بعد يوم فرص العمل.
علم التحكم الآلي للهندسة يتناول مسألة هندسة التحكم نظم الميكاترونيكس. يتم استخدامها لمراقبة أو تنظيم مثل هذا النظام (انظر نظرية التحكم). من خلال التعاون، وحدات الميكاترونيكس تنفيذ أهداف الإنتاج والتصنيع المرنة ترث خصائص ومرونة في نظام الإنتاج. معدات الإنتاج الحديثة تتكون من وحدات الميكاترونيكس التي تتكامل وفقا لبنية السيطرة. بنى التحكم الأكثر شهرة تشمل: تحكم التسلسل الهرمي، التحكم متعدد البنية، التحكم المتشعب البنية والتحكم الهجين. إن الأساليب التي تتخذ لتحقيق الفعالية التقنية يمكن أن توصف بـ" خوارزميات التحكم"، والتي يمكن استخدام الطرق المنهجية أو غيرها لتصميم هذه الخوارزميات. أهمية الأنظمة الهجينة بالنسبة للميكاترونيكس تشمل: أنظمة الإنتاج، محُركات الطاقة الهجينة، روبوتات استكشاف الفضاء، النظم الفرعية في السيارات مثل أنظمة الكبح المانع للانغلاق ومساعدات الدوران، والمعدات اليومية مثل ضبط العدسة التلقائي للكاميرات، كاميرات الفيديو، والأقراص الصلبة ومشغلات CD.
المُحتوى العلمي[عدل]
يدرس طلاب الميكاترونيكس موادًا دراسية من تخصصات الهندسة الميكانيكية و الكهربائية و الحاسوب و التحكم و القياس، و يتم التركيز بشكل أكبر على ربط الحركات الميكانيكية (Actuators) لأنظمة التحكم(Controllers) و القياس(Sensors) .
- المواد التي يتم دراستها في هندسة الميكاترونكس :
- رياضيات و فيزياء (Calculas and Physics)
- دوائر كهربائية (Circuits)
- إلكترونيات (Electronics)
- مجسات أو مستشعرات (Sensor and Transducer)
- آلات كهربائية (Electrical Machines)
- نظم تحكم الي و تحكم رقمي (Control system and Digital control)
- معالجة الإشارات و الصور الرقمية (DSP and DIP)
- أنظمة الحركة الميكانيكية (Static and Dynamic systems)
- نظرية آلات ميكانيكية (Theory of machine)
- علوم المواد (Stringth and Material)
- التصميم الميكانيكي (Mechanical Design)
- الموائع و الحراريات (Fluid and Heat systems)
- أنظمة ضغط السوائل و الغازات (Hydrolic and pneumatic systems)
- المحاكاة و الموائمة (Simulation and Modelling)
- لغات برمجة ( c++, matlab, assimbly, ladder, G code and C code)
- متحكمات دقيقة (Microcontroller)
- متحكمات منطقية مبرمجة (Programmable Logic Controller - PLC)
- متحكمات نظم الزمن الحقيقي (Real Time system)
- آلات صناعية مبرمجة (CNC machines)
- أنظمة الروبوت أو الروبوط (Robotics)
- ذكاء صناعي (Artificial Intelligence - AI)
- تصميم أنظمة متكاملة ( Mechatronics Design)
تطبيقاتها[عدل]
من تطبيقات هندسة الميكاترونكس:
- (PLC) أجهزة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (بالإنجليزية: (Programmable Logic Controller (PLC).
- (SCADA) أنظمة التحكم الإشرافي وجلب البيانات (بالإنجليزية: (Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA).
- (BMS) منظومة إدارة المباني (بالإنجليزية: (Building Management System (BMS).
- (Automation) الأتمتة، وهي جزء من الروبوتيات.
- المحركات التي تتحرك بمقدار وزاويه معين (Servo-mechanics).
- نظم التحكم عن بعد.
- السيارات والهندسة، في تصميم النظم الفرعية مثل مكافحة قفل أنظمة الكبح.
- هندسة الحاسوب، وتصميم آليات مثل أقراص الكمبيوتر.
- الرؤية الآلية
- هندسة السيارات والمُعدّات الأوتوماتية في تصميم أنظمة الكبح المانع للانغلاق
- (CNC machines) أنظمة التحكّم بالحاسوب في الآلات التي تُدار بالحاسوب مثل آلات الفرز
- (Artificial intelligence) الأنظمة الخبيرة في تقنيات الذكاء الاصطناعي
- البضائع الصناعية
- البضائع الاستهلاكية
- أنظمة الميكاترونكس
- أنظمة التصوير الطبي
- الأنظمة الديناميكية البنيوية
- أنظمة النقل والمُواصلات
- الميكاترونكس كلغةٍ جديدة لتسيير المركبات
- تقنيات أنظمة التحكّم والتشخيص الدقيق
- أنظمة التصنيع المُعتمدة على الحاسوب
- التصميم بُمساعدة الحاسب
- التغليف
- (Microcontroller) المُتحكّمات الدقيقة
- تطبيقات الهواتف النقّآلة
- أنظمة تحكم ذكية (Neural network , Fuzzy Logic)
- DCS) Distributed Control System)
التطبيقات الفعلية[عدل]
بالنسبة لمعظم أنظمة الميكاترونيكس، القضية الرئيسية لم تعد كيفية تطبيق نظام تحكم من ناحية المبدأ، ولكن بأي طريقة يتم التحكم بالمحركات التي هي مصدر الطاقة الحركية. في مجال الميكاترونيكس، اثنين من التقنيات تستخدم أساسا لإنتاج الحركة وهي: محركات البيزو-إلكتريك، والمحركات الكهرومغناطيسية. وربما أكثر أنظمة الميكاترونيكس شهرةً هو نظام
في ضبط العدسة للكاميرا أو الأنظمة المضادة للاهتزاز في الكاميرات.
فيما يخص الطاقة، فإن أغلب التطبيقات تستخدم البطاريات. لكن اتجاها جديدا بدأ بالوصول وهو مبدأ الاعتماد على تجميع الطاقة، مما يتيح التحويل إلى الطاقة الكهربائية من أنواع الطاقة الأخرى كالطاقة الميكانيكية من الاهتزاز والصدمات، أو الطاقة الحرارية من التباين الحراري، وهلم جرا. تحت اشراف م/ابانوب
الميادين البديلة[عدل]
يُعتبر مجالُ الميكاترونيكس الحيوية مجالًا جديدًا نشئ في حقل الميكاترونيكس، ويهدف إلى دمج أجزاء ميكانيكية ضمن إنسان، عادة بشكل آلة صغيرة مثل هيكل خارجي. كثيراً ما حددت هذه الهيئة في الخيال العلمي باعتبارها سايبورغ. هذا هو نسخة الأدوات الإلكترونية في الحياة الواقعية.
مجال آخر ناشئ هو التصميم المركزي الإلكتروني ECAD/MCAD التصميم المشارك (التصميم الإلكتروني/الميكانيكي بمساعدة الحاسوب). يكونُ النظامُ إلكترونيًا، عندما يحدثُ الاندماج والتصميم المُشارك بين فريق التصميم وأدوات التصميم لنظامٍ مركزيٍ إلكتروني من جهة، وفريق التصميم وأدوات التصميم لهذه الأنظمة، بشكلٍ فيزيائي/ميكانيكي.