الميكاترونيات

الهندسة الميكانيكية جزءٌ أساسي من هندسة الميكاترونيك، إذ تشمل دراسة الطبيعة الميكانيكية لكيفية عمل الأجسام. وتشير العناصر الميكانيكية إلى البنية الميكانيكية، والآلية، والجوانب الحرارية والمائعية، والهيدروليكية لنظام الميكاترونيك. كما تشمل دراسة الديناميكا الحرارية ، والديناميكا ، وميكانيكا الموائع ، والهوائيات ، والهيدروليكا . ويمكن لمهندس الميكاترونيك، الذي يعمل كمهندس ميكانيكي، التخصص في أنظمة الهيدروليكا والهوائيات ، حيث يعمل في صناعة السيارات. كما يمكن لمهندس الميكاترونيك تصميم المركبات بفضل خلفيته الميكانيكية والإلكترونية القوية. وتُعدّ معرفة تطبيقات البرمجيات، مثل التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب ، ضرورية لتصميم المنتجات. ويُغطي الميكاترونيك جزءًا من المنهج الميكانيكي الذي يُطبّق على نطاق واسع في صناعة السيارات.

تُمثل الأنظمة الميكاترونية جزءًا كبيرًا من وظائف السيارة. وتوجد حلقة التحكم المكونة من المستشعر - معالجة المعلومات - المُشغِّل - التغيير الميكانيكي (الفيزيائي) في العديد من الأنظمة. وقد يختلف حجم النظام اختلافًا كبيرًا. يُعد نظام منع انغلاق المكابح (ABS) نظامًا ميكاترونيًا، وكذلك المكابح نفسها. كما تُعد حلقة التحكم المكونة من التحكم في القيادة (مثل نظام تثبيت السرعة)، والمحرك، وسرعة قيادة السيارة في الواقع، وقياس السرعة، نظامًا ميكاترونيًا أيضًا. ^{[ 9 ]} وتتجلى الأهمية الكبيرة للميكاترونيات في هندسة السيارات من خلال حقيقة أن شركات تصنيع السيارات غالبًا ما تمتلك أقسام تطوير تحمل اسم "الميكاترونيات".

يختص هندسة الإلكترونيات والاتصالات بأجهزة الإلكترونيات وأجهزة الاتصالات ضمن أنظمة الميكاترونيك. يمتلك مهندس الميكاترونيك المتخصص في الإلكترونيات والاتصالات معرفة بأجهزة الحاسوب. يُعد نقل الإشارات التطبيق الرئيسي لهذا التخصص الفرعي من الميكاترونيك، حيث تُشكل الأنظمة الرقمية والتناظرية جزءًا هامًا من أنظمة الميكاترونيك. أما هندسة الاتصالات، فتُعنى بنقل المعلومات عبر وسيط ما.

ترتبط هندسة الإلكترونيات بهندسة الحاسوب والهندسة الكهربائية . وتتمتع هندسة التحكم بتطبيقات إلكترونية واسعة النطاق، بدءًا من أنظمة الطيران والدفع في الطائرات التجارية وصولًا إلى نظام تثبيت السرعة الموجود في العديد من السيارات الحديثة. ويُعد تصميم الدوائر المتكاملة واسعة النطاق ( VLSI ) أمرًا بالغ الأهمية لإنشاء هذه الدوائر. يمتلك مهندسو الميكاترونيك معرفة متعمقة بالمعالجات الدقيقة، ووحدات التحكم الدقيقة، والرقائق الإلكترونية، وأشباه الموصلات. ويمكن لتطبيقات الميكاترونيك في صناعة الإلكترونيات أن تُسهم في إجراء البحوث والتطوير على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، مثل الهواتف المحمولة، وأجهزة الحاسوب، والكاميرات، وغيرها. لذا، من الضروري لمهندسي الميكاترونيك تعلم تشغيل تطبيقات الحاسوب، مثل MATLAB و Simulink، لتصميم وتطوير المنتجات الإلكترونية.

هندسة الميكاترونيك هي تخصص متعدد المجالات، يشمل مفاهيم الأنظمة الكهربائية والميكانيكية. يعمل مهندس الميكاترونيك على تصميم محولات الطاقة العالية أو أجهزة إرسال وحدات الترددات الراديوية .

يشمل فرع الهندسة الصناعية تصميم الآلات وخطوط التجميع والإنتاج في مختلف الصناعات التحويلية. ويمكن تشبيه هذا الفرع إلى حد ما بمجال الأتمتة والروبوتات. يقوم مهندسو الميكاترونيك، الذين يعملون كمهندسين صناعيين، بتصميم وتطوير البنية التحتية للمصانع. ويمكن اعتبارهم أيضاً مهندسي الآلات. ويمكن العمل كمصمم صناعي لتصميم المخططات الصناعية وتخطيط إنشاء المصانع، أو كفني صناعي للإشراف على المتطلبات الفنية وصيانة المصانع.

يُعدّ علم الروبوتات أحد أحدث فروع هندسة الميكاترونيات الناشئة، وهو يُعنى بدراسة الروبوتات وكيفية تصنيعها وتشغيلها. ومنذ عام 2000، استقطب هذا الفرع من هندسة الميكاترونيات عددًا كبيرًا من المهتمين. يرتبط علم الروبوتات ارتباطًا وثيقًا بالأتمتة، إذ لا يتطلب هذا المجال تدخلًا بشريًا كبيرًا. في العديد من المصانع، وخاصة مصانع السيارات، تُستخدم الروبوتات في خطوط التجميع، حيث تقوم بمهام الحفر والتركيب والتجهيز. تُعدّ مهارات البرمجة ضرورية للتخصص في علم الروبوتات، ومعرفة لغة البرمجة ROBOTC ضرورية لتشغيل الروبوتات. يُعتبر الروبوت الصناعي مثالًا بارزًا على نظام الميكاترونيات؛ فهو يجمع بين جوانب الإلكترونيات والميكانيكا والحوسبة لأداء مهامه اليومية.

إنترنت الأشياء (IoT) هو ربط الأجهزة المادية ببعضها عبر شبكة، حيث تُدمج الإلكترونيات والبرمجيات وأجهزة الاستشعار والمحركات ، بالإضافة إلى إمكانية الاتصال الشبكي ، مما يُمكّن هذه الأجهزة من جمع البيانات وتبادلها . يُكمّل كلٌ من إنترنت الأشياء والميكاترونيات بعضهما بعضًا. فالعديد من المكونات الذكية المرتبطة بإنترنت الأشياء هي في جوهرها مكونات ميكاترونية. ويُجبر تطور إنترنت الأشياء مهندسي الميكاترونيات ومصمميها وممارسيها ومعلميها على البحث في كيفية فهم أنظمة ومكونات الميكاترونيات وتصميمها وتصنيعها. وهذا يُتيح لهم مواجهة قضايا جديدة مثل أمن البيانات وأخلاقيات الآلات والتفاعل بين الإنسان والآلة. ^{[ 10 ]}

تُعدّ معرفة البرمجة أمراً بالغ الأهمية. إذ يتعين على مهندس الميكاترونيك القيام بالبرمجة على مستويات مختلفة، مثل برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ، وبرمجة الطائرات المسيّرة ، وبرمجة الأجهزة ، وبرمجة آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC )، وغيرها. ومن لغات البرمجة المهمة التي ينبغي على مهندسي الميكاترونيك تعلّمها: جافا ، وبايثون ، وسي++ ، وسي .