Mechatronika

A mechatronika a gépészet, az elektronika, elektrotechnika és a számítógépes irányítás egymás hatását erősítő (szinergikus) integrációja. A mechatronika szó eredetileg a japán Yaskawa Electric Cooperation (株式会社安川電機 Kabushiki-gaisha Yasukawa Denki) cég 1969-ben bejelentett és 1971-ben jóváhagyott védjegye, amely kizárólagos tulajdonlásáról a cég 1982-ben lemondott, és így ettől kezdve vált a mechatronika szó közkinccsé. A szó eredetileg magasan automatizált elektromechanikus gyártógépekre vonatkozott. A szóalkotás annak ellenére követi a japán képírás összetett szavainak képzési szabályait, hogy az idegen szavakat a japán nyelvben nem képírással jegyzik le. A legtöbb japán szó két képkarakterből (kanjiból) áll, és a két szó összetételénél az egyik szó első, a másik szó második képkarakterét teszik össze az új összetett szóban, hogy az is csak két képkarakterből álljon. Bár a Mechatronika szó egyértelműen japán alkotás, mégis az angol elnevezésből, a mechanika és elektronika fogalmakból ered: Mechanics, illetve Electronics rész-szavaiból származik a "Mechatronics" szó. A mechatronika egyik legfontosabb első alkalmazási területe az automatizált elektromechanikus gyártógépekből kifejlődő robotika. Napjainkban a robotika is folyamatosan fejlődik és nem veszítette el a fontosságát, de megjelent a mechatronikának egy újnak tekinthető területe és ez autonóm jármű. A mechatronika japán megközelítése inkább a villamosmérnöki és informatikai alapokra épül és ez egészül ki a mechanikával.

A mechatronika szó önálló életre kelt és az eredeti japán jelentésén messze túlmutató értelmet kapott és összeforrott az európai (leginkább német) gyökerekkel rendelkező finommechanikai és optikai hagyományokkal. Ahogy a finommechanikai és optikai eszközök egyre jobban kiegészültek szenzorokkal és elektronikával, úgy egyre jobban rájuk húzható a mechatronika definíció. Gondoljunk egy optikát mozgató fókuszmotorral rendelkező tükörreflexes fényképezőgépre, amelyet mindenképp mechatronikai eszköznek kell tekinteni. A mechatronika európai ága alapvetően a gépészetből fejlődött ki és az elektronika itt jelzőként, mint egy új tulajdonság jelenik meg. Ezt fejezi ki mechatronikának a három körből álló szokásos ábrája, ahol a mechanika az alap és erre épül a másik két kör. Ennek az ábrának az első verziója német irodalmakban jelent meg először, még akkor, amikor senki sem beszélt mechatronikáról, mára ez vált a mechatronika szimbólumává. A hazai felsőoktatásban mechatronika európai, és ezért gépészeti megközelítése honosodott meg.

Fogalma

A mechatronika az intelligens gépek tudománya, amely a gépészet, az elektronika és az intelligens számítógépes irányítás egymás hatását erősítő (szinergikus) integrációja a gyártmányok és folyamatok tervezésében és létrehozásában.^[1]

A mechatronika tudományos alapja a Hamilton Elv, amely a klasszikus mechanikától az elektrodinamikán át egészen a kvantumelméletig alkalmas vegyes rendszerek egyenleteinek egységes felírására az Euler-Lagrange egyenlet kiterjesztésével.

Jellemzői

A mechatronikai legfontosabb jellemzője a különböző részterületek (gépész, villamos és informatika) között létrejövő szinergia
A szinergia az extenzív és intenzív fizikai mennyiséggel leírt vektor-mezők analógiájában jelenik meg. Ezért nagyon fontos az, hogy az elosztott paraméterű vektor-mezőről hogyan tudunk egységes szemlélettel áttérni a koncentrált paraméterű két- és négypólusokra, majd az így kialakított vegyes hálózatot hogyan tudjuk egységes szemlélettel számítani.
A koncentrált paraméterű, két- és négypólusokból álló vegyes (mechanikai, villamos, mágneses, hőtani, áramlástani, energetikai stb) hálózatok egységes kezelésére (számítására) legelterjedtebb eszköz a Bond Gráf.
A Bond Gráf egy olyan formális ábrázolási eszköz a mechatronikában, amely összetett (mechanikai, villamos, mágneses, hőtani, áramlástani, energetikai stb. komponenseket is tartalmazó) mechatronikai rendszerek egységes leírására ad lehetőséget. Az elkészített modellek uniformizáltan kezelik a különböző fizikai területeket, melyekből a dinamikát meghatározó differenciálegyenletek egyszerűen felírhatóak, illetve segítségünkre lehetnek a rendszer analízise, tesztelése és algoritmusok kidolgozása során.
A Bond Gráf alternatívája a Struktúra Gráf, amely az áramkörök Kirchhoff-egyenleteivel analóg hurok és csomóponti egyenletek felírását teszik lehetővé vegyes (mechanikai, villamos, mágneses, hőtani, áramlástani, energetikai stb. komponenseket is tartalmazó) rendszerekben.
A mechatronikus szakember központi feladata nem speciális részfeladatok megoldása, hanem a tervezés, gyártáselőkészítés, gyártás, üzembehelyezés, üzemeltetés, zavarelhárítás, karbantartás, javítás.
A mechatronika a részterületeket nem additív módon, hanem egymást kiegészítve, segítve kapcsolja össze. A szakma legismertebb folyóirata, az Oxfordban kiadott „Mechatronics” címlapján a következő jelszó olvasható: „Science of intelligent machines”, azaz az intelligens gépek tudománya. Ma már nem kétséges, hogy a jövő az olyan berendezéseké, gépeké, amelyek az automatikus működésük mellett intelligensek, azaz a változó bemenő jelekhez, működési feltételekhez, környezeti változásokhoz rugalmasan alkalmazkodó szabályozással rendelkeznek, adaptívak, „öntanulóak”.

Képzés

A Mechatronikai mérnöki szak képzését elindító intézmények^[2]:

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar, Mechatronikai Mérnök Alapszak, Mechatronikai Mérnök MSc
Debreceni Egyetem Műszaki Kar Mechatronikai Mechatronikai Mérnök Alapszak, Mechatronikai Mérnök MSc (A specializációk az autentikus japán szemléletet tükrözik)
Edutus Egyetem, Mechatronikai Mérnök Alapszak
Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem Műszaki és Informatikai Képzések Központ, Mechatronikai Mérnök Alapszak
Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar, Mechatronikai Mérnök Alapszak, Mechatronikai Mérnök MSc
Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar, Mechatronikai Mérnök Alapszak, Mechatronikai Mérnök MSc
Pannon Egyetem Mérnöki Kar, Mechatronikai Mérnök Alapszak
Soproni Egyetem, Simonyi Károly Műszaki, Faanyagtudományi és Művészeti Kar
Széchenyi István Egyetem Gépészmérnöki, Informatikai és Villamosmérnöki Kar, Mechatronikai mérnöki alapszak és Mechatronikai mérnöki mesterszak
Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Kar, Mechatronikai Mérnök Alapszak,

Egyéb kapcsolódó képzések

Dunaújvárosi Egyetem Műszaki Intézet, Gépészmérnöki képzés keretein belül mechatronika specializáció^[3]
Neumann János Egyetem GAMF Műszaki és Informatikai Kar, Gépészmérnöki és Járműmérnöki képzések keretein belül

Szakközépiskolák:

TSZC Bánki Donát – Péch Antal Szakgimnáziuma

Irodalom

Bradley, Dawson et al., Mechatronics, Electronics in products and processes, Chapman and Hall Verlag, London, 1991
Karnopp, Dean C., Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems, 4th Edition, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4 Bestselling system dynamics book using bond graph approach
Cetinkunt, Sabri, Mechatronics, John Wiley & Sons, Inc, 2007 ISBN 978-0-471-47987-1

Jegyzetek

↑ F. Harashima, M. Tomizuka and T. Fukuda (1996. 03). „Mechatronics - "What Is It, Why, and How?" An editorial” (angol nyelven). IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 1 (1), 1—4. o. DOI:10.1109/TMECH.1996.7827930..
↑ Felvi.hu. www.felvi.hu. (Hozzáférés: 2023. június 29.)
↑ DUE Műszaki Intézet (magyar nyelven). [2021. november 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2021. november 25.)