همه آنچه باید درباره «مکاترونیک» بدانید؛ فرصتی برای کارآفرینی

خبرگزاری آنا؛ «مکاترونیک» ابتدا سال ۱۹۶۹ توسط یک مهندس ژاپنی ابداع شد. این واژه به‌عنوان ترکیبی از «مکا» یعنی برای مکانیک یا مکانیزم و «ترونیک» برای الکترونیک وضع شد؛ بنابراین این دانش، ترکیبی از دو مهندسی یا فناوری مکانیک و الکترونیک است؛ البته برخی مهندسی کامپیوتر را هم در آن دخیل می‌دانند یعنی ترکیب این سه مهندسی کامپیوتر، الکترونیک و مکانیک، شاخه مکاترونیک را ایجاد کرده‌اند. اکنون با رشد صنعت کامپیوتر، ریزپردازنده‌ها، میکروپروسسور‌ها و میکروکنترلرها، انقلابی در صنعت ایجاد شده است.

برای معرفی رشته مکاترونیک به عنوان یکی از گرایش‌های رشته مهندسی مکانیک با محمدرسول نجفی مدیر گروه رشته مهندسی مکانیک دانشگاه قم و متخصص اتوماسیون تولید و سیستم‌های کنترل به گفت‌و‌گو نشسته‌ایم که از نظرتان می‌گذرد.

آنا: آقای دکتر! ابتدا درباره رشته مهندسی مکاترونیک و زیرشاخه‌های آن که در رشته مکانیک نقش پررنگ‌تری دارند، توضیح دهید.

نجفی: مهندسی مکاترونیک سه زیرشاخه اصلی دارد، کنترل صنعتی (Automation)، رباتیک و ابزار دقیق. اتوماسیون و کنترل صنعتی بیشتر با کنتاکتور‌ها و پی‌ال‌سی‌ها سروکار دارد و معمولاً برای کنترل سیستم‌های فشار قوی بکار می‌روند. برخلاف آن شاخه رباتیک فشار ضعیف است و بیشتر با میکروکنترلر سروکار دارد؛ و زیرشاخه ابزار دقیق نیز سنسور‌ها هستند، سنسور‌هایی برای اندازه‌گیری که درپلنت‌های مکانیکی، تولید، خطوط تولید، پتروشیمی‌ها، پلند‌های شیمی و... استفاده می‌شوند.

دروس تخصصی این رشته شامل مبانی مکاترونیک، کنترل اتوماتیک، مدار منطقی، ریزپردازنده‌ها که در واقع همان میکرو کنترلر‌ها هستند، رباتیک، تحلیل و طراحی مکانیزم‌ها، سیستم‌های اندازه‌گیری، ماشین‌های الکتریکی و در حالت پیشرفته‌تر هوش مصنوعی، شبیه‌سازی کامپیوتری، نیمه‌هادی‌ها، اتوماسیون در تولید، سیستم‌های بلادرنگ و بینایی ماشین هستند.

بیشتر دانشگاه‌ها رشته مکاترونیک را به‌عنوان یک رشته مستقل ندارند و تعداد دانشگاه‌های کمی هستند که دوره کارشناسی این رشته را دارند. مکاترونیک بیشتر در مقطع ارشد ارائه می‌شود و از رشته‌های مهندسی برق، مهندسی مکانیک و حتی مهندسی کامپیوتر می‌توان وارد گرایش مکاترونیک شد؛ البته در هنرستان‌ها نیز رشته مکاترونیک تدریس می‌شود و برای کسانی که بخواهند از نظر فنی در این زمینه قوی بشوند مناسب‌تر هستند.

یک مهندس مکاترونیک که علاقه و مهارت لازم را دارد، می‌تواند شغلی پیدا کند که موقعیت پیشرفت و درآمد بیشتری نسبت به مهندسان در بقیه گرایش‌ها مانند تبدیل انرژی یا طراحی جامدات و... داشته باشد و  به نظر می‌رسد مکاترونیک و زیرشاخه‌های آن در جهان و ایران آینده‌ درخشان‌تری داشته باشند

متأسفانه دانشگاه قم نیز در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد این رشته را ارائه نمی‌کند، اما خبر خوب این است که گروه مهندسی برق در حال رایزنی و مذاکره برای ارائه این رشته تحصیلی در مقطع ارشد است.

آنا: رشته مکاترونیک در عصر دیجیتال چه جایگاهی در جهان دارند؟

نجفی: امروزه در سراسر جهان شبکه‌های صنعتی بسیار رشد کرده‌اند و ما می‌توانیم یک واحد صنعتی را کاملاً از یک مرکز کنترل کنیم یعنی همه پی‌ال‌سی‌ها یا میکروکنترلر‌ها به یک کنترل‌کننده اصلی وصل شوند و بعد چند واحد صنعتی یا کارخانه دوباره از یک جا قابل پایش و قابل کنترل بشوند. به‌عنوان مثال فرض کنید یک کشور تمام صنعت نفت یا صنعت پتروشیمی و یا خودروسازی خودش را بتواند به‌طور متمرکز کنترل کند. این سیستم به اینگونه است که هر واحد صنعتی از یک سری تجهیز تشکیل شده است؛ تجهیز یعنی هر دستگاهی که دارای یک مغز کنترل‌کننده (پی‌ال‌سی یا میکروکنترلر) برای انجام کارش است و سپس تجهیزاتی که یک کارخانه را تشکیل می‌دهند به صورت شبکه‌ای مرکزی کنترل می‌شوند.

قابل توجه اینکه هرچه دخالت هوش مصنوعی در این سیستم بیشتر شود، اهمیت و پیشرفت آن افزایش می‌یابد و جایگاهش در آینده بسیار بسیار وسیع‌تر از جایگاه کنونی آن خواهد بود.

 آنا: آقای دکتر! جایگاه ایران در این حوزه و پیشرفت آن چگونه است؟

نجفی: در صنعت ایران به‌نسبت جهان هنوز به کارگیری اتوماسیون صنعتی، رباتیک و هوش مصنوعی خیلی پیشرفته نیست؛ البته در حوزه‌هایی که ایران پیشرو هست مانند نیروگاه‌ها و پتروشیمی‌ها از سیستم‌های پایش وضعیت استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که بسیار قابل توسعه است؛ زیرا اکنون تجهیزات پایشی در ایران بیشتر جنبه اعلام وضعیت یا اعلام هشدار و یا جنبه ایمنی دارند و هنوز به جایگاهی نرسیده‌ایم که بتوانیم در زمینه تولید، افزایش نرخ تولید، بهینه‌سازی و هوشمندسازی از آن استفاده کنیم؛ البته ایران در منطقه نسبتاً جایگاه خوبی دارد و تازه مراحل پیشرفت را طی می‌کند.

شاید هنوز در ایران خیلی مکاترونیک، اتوماسیون صنعتی، هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء به‌طور کامل به کار گرفته نشده‌اند؛ اما قابل پیش‌بینی است که کشور ما در حال توسعه است، در همین راستا در سال‌های آینده به دانش‌آموختگان این رشته و نیروی انسانی متخصص نیاز داریم.

آنا: چه چالش‌ها و فرصت‌هایی در این زمینه به خصوص در ایران وجود دارد؟

نجفی: وقتی شخصی در یک زمینه برای مثال صنعت، علم و یا حتی ورزش به یک سطح بالایی می‌رسد، پیشرفت در آن یکم سخت می‌شود، ولی وقتی یک صنعتی بکر هست و هنوز روی آن کاری انجام نشده امکان پیشرفت سریع در آن وجود دارد. این خودش یک فرصت هست! زیرا کشور ما هنوز در این زمینه به اندازه کافی رشد نکرده و موقعیت مناسبی است برای افرادی که به این زمینه علاقه‌مند هستند تا با یادگیری مهارت در این زمینه و سپس با توجه به نیازی که کشور دارد به سرعت رشد کنند.

و اما چالش‌های مسیر مکاترونیک؛ همانطور که گفته شد سیستم‌های اتوماسیونی و رباتیکی داخل کشور استفاده‌ی زیادی ندارند، پس برای دانشجویان مکاترونیک اکنون فرصت شغلی کمتری نسبت به سایر شاخه‌های مهندسی مکانیک وجود دارد؛ اما در همین راستا تعداد نیروی متخصص و رقیب شغلی در این زمینه کمتر است و عملاً می‌توان چالش را به فرصت تبدیل کرد و یک مهندس مکاترونیک که علاقه و مهارت لازم را دارد، می‌تواند شغلی پیدا کند که موقعیت پیشرفت و درآمد بیشتری نسبت به مهندسان در بقیه گرایش‌ها مثل تبدیل انرژی یا طراحی جامدات و... داشته باشد و همینطور لازم به ذکر است که به نظر مکاترونیک و زیرشاخه‌های آن در جهان و ایران آینده‌ درخشان‌تری داشته باشند.

چالش دیگر این است که رشته مکاترونیک حالت میان‌رشته‌ای (Multidiscipline) دارد و برای یک مهندس مکانیک یادگیری دروس مکانیک به تنهایی کافی نیست و برای موفقیت در مکاترونیک باید در مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر نیز تخصص پیدا کند و به‌عنوان مثال تخصص‌هایی مانند مدار منطقی، تحلیل مدار و برنامه‌نویسی میکروکنترلر‌ها را بلد باشد و از تکنولوژی‌های کنترلی وکنترل سرووموتور‌ها (Servo Motor) سر در بیاورد. یک نفر برای اشتغال بی‌دردسر در مکاترونیک یا باید تمام مهارت‌های مربوطه را داشته باشد و یا بتواند دیگر مهندسی‌ها را درک کند و زبانشان را برای همکاری متوجه بشود، مثلاً یک مهندس کامپیوتر باید اطلاعاتی را درباره موتور، گیربکس و حتی سیستم‌های انتقال قدرت داشته باشه و همینطور مهندسین مکانیک هم باید میکروکنترلر‌ها و نرخ انتقال اطلاعات آنها را بشناسد.

آنا: آقای دکتر با توجه به اینکه در گرایش کنترل تخصص دارید و با این فضا و چنین سیستم‌هایی آشنا هستید، چه راهکار‌هایی برای مقابله با چالش‌هایی که ذکر شد، دارید؟

نجفی: برای کمبود موقعیت شغلی که متأسفانه راهکاری وجود ندارد و باید آن را به گذر زمان و پیشرفت مکاترونیک در ایران سپرد؛ اما برای عملکرد بهتر و مقابله با چالش بین رشته‌ای بودن مکاترونیک بنده توصیه می‌کنم که دانشجویانی که علاقه‌مند هستند حتماً به صورت فوق برنامه مهارت‌های مرتبط را از رشته‌های دیگر کسب کنند و آن را به بعد از دوران تحصیلی موکول نکنند.

پیشنهادم این هست که اول در دوره‌های «برنامه‌نویسی آردوینو (Arduino)» که البته بیشتر جنبه آموزشی دارند، شرکت کنند و بعد از تسلط روی این مورد و انجام چند پروژه با استفاده از آردوینو، سراغ یادگیری زبان برنامه‌نویسی دیگری بروند که بیشتر در صنعت به کار می‌روند و مخصوص میکروکنترلر‌های صنعتی هستند، در مرحله بعد کسب مهارت در زمینه «پی‌ال‌سی (PLC)» و برنامه‌نویسی آنها است و البته بهتر است که در دوره‌های پروژه‌محور شرکت کنند که به مهارت‌های عملیشان نیز اضافه بشود، در کنار این دو مورد باید یک دوره‌ای را هم درباره طراحی و ساخت برد‌های الکترونیکی مثل «آلتیوم دیزاینر (Altium Designer)» بگذرانند که بتوانند در زمینه طراحی برد‌ها هم فعالیت کنند، در کنار این سه مهارت که گفته شد اگر اطلاعاتی درباره «کنترل موتور‌های الکتریکی، موتور‌های دی‌سی،‌ای‌سی، سروو موتور و استپر موتور (Stepper Motor)» کسب کنند که تعداد کمی از مهندسین به تمامی این موارد مسلط هستند، درنتیجه نسبت به بقیه رقبا برای جذب ارجح‌تر هستند و می‌توانند شغل مناسب و درخوری پیدا کنند.

آنا: کسانی که در رشته مکانیک تحصیل می‌کنند و قصد ادامه تحصیل در گرایش مکاترونیک دارند در دوران کارشناسی باید بیشتر به یادگیری کدام درس‌ها توجه داشته باشند؟

نجفی: مهندسی مکانیک سه شاخه اصلی دارد؛ شاخه جامدات، شاخه سیالات و شاخه کنترل. شاخه جامدات که درس‌های آن استاتیک، مقاومت مصالح یک و دو و طراحی اجزا یک و دو، دروس شاخه دیگر که حرارت و سیالات است ترمودینامیک یک و دو، مکانیک سیالات یک و دو و انتقال حرارت است و درس‌هایی که به مکاترونیک مرتبط‌‌تر هستند، شامل دروس دینامیک، دینامیک ماشین، ارتعاشات مکانیکی و کنترل اتوماتیک است. از دروس تخصصی مکانیک نیز سیستم‌های کنترل صنعتی، طراحی مکانیزم‌ها و سیستم‌های هیدرولیک و نیوماتیک هستند؛ البته که همیشه توصیه می‌کنم دانشجویان به سمت علاقه‌شان بروند؛ چراکه علاقه است که باعث می‌شود دانشجو بتواند دروس مربوط به هر گرایشی را بهتر پاس کند و با انگیزه بیشتری به سمت یادگیری مهارت‌های مرتبط به گرایش مورد نظرش برود.

آنا: دانش‌آموختگان رشته مکانیک که صرفاً به ساخت ربات علاقه دارند چطور باید فعالیت خود را آغاز کنند و از چه کسانی می‌توانند کمک بگیرند؟

نجفی: برای ساخت ربات ابتدا باید روی دروس مربوط به گرایش کنترل که گفته شد، تسلط داشته باشیم و نخستین درس برای ساخت ربات استاتیک است؛ زیرا ربات یک وسیله‌ای است که چندین لینک دارد و قبل از تحلیل‌های دینامیکی باید از نظر استاتیکی تحلیل بشود، در مرحله بعد باید مسلط به دینامیک و دینامیک ماشین باشند که مقدماتی برای تحلیل‌های دینامیکی هستند و بعد نوبت به درس کنترل اتوماتیک می‌رسد که در آن اصول طراحی کنترلر‌ها بیان می‌شود؛ البته در این صورت بیشتر موضوعات به صورت تئوری بررسی می‌شوند، بعد از تسلط روی این موارد باید سراغ یادگیری نرم افزار‌ها برویم.

 بهتر است علاقه‌مندان ابتدا روی نرم‌افزار‌های طراحی و مدل‌سازی سه بعدی مانند سالیدورکس (SolidWorks) یا کتیا (CATIA) برای طراحی قطعات ربات مسلط بشوند و بعد سراغ نرم‌افزار‌های شبیه‌سازی مثل نرم‌افزار ادمز (ADAMS) یا بخش متحرک‌سازی سالیدورکس (SolidWorks Motion study) بروند و بعد این نرم‌افزار شبیه‌سازی را با یک نرم‌افزار کنترلی لینک کنند که بتوانند هم قسمت‌های مکانیکی و هم قسمت‌های الکترونیکی را با هم مدل کنند و داخل دوره‌هایی درباره اینکه هر ربات توسط استپرموتور و یا سرووموتور (Servo Motor) کنترل می‌شود که معمولاً فنی‌حرفه‌ای‌ها و یا انجمن علمی دانشگاه این دوره‌ها را برگزار می‌کنند، شرکت کنند.

شاید هنوز در ایران خیلی مکاترونیک، اتوماسیون صنعتی، هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء به‌طور کامل به کار گرفته نشده‌اند؛ اما قابل پیش‌بینی است که کشور ما در حال توسعه است، در همین راستا در سال‌های آینده به دانش‌آموختگان این رشته و نیروی انسانی متخصص نیاز داریم

باید بگویم که هیچ چیزی جای تجربه فنی را نمی‌گیرد. کسانی که علاقه‌مند به ساخت ربات هستند باید برای کسب مهارت‌های بیشتر شروع به انجام پروژه در این زمینه، زیر نظر یک شخص و یا گروهی که در این زمینه تبحر دارند بکنند. این کار باعث می‌شود که یک دانشجوی علاقه‌مند اطلاعاتی بیش از دوره‌های آموزشی و کتاب‌ها به دست بیاورد. اینجا دانشجویانی داشتیم که بعد از دانش‌آموختگی‌شان شروع به کار در زمینه ساخت ربات و یا سیستم‌های اتوماسیون مثل پرینتر سه بعدی، سی‌ان‌سی ((CNC و برش لیزر کرده‌اند و این مواردی که ذکر شد سیستم و مکانیزم‌های شبیه به هم دارند و اگر شرکتی موفق به طراحی و ساخت یکی از این دستگاه‌ها بشود می‌تواند به راحتی بقیه را هم بسازد.

آنا: توصیه شما برای کسانی که می‌خواهند وارد این مسیر بشوند و ادامه بدهند و پیشرفت کنند چیست؟

نجفی: حتماً دوره‌های طراحی و ساخت بردها، دوره‌های راه‌اندازی موتور، برنامه‌نویسی آردوینو و میکروکنترلر‌ها و پی‌ال‌سی را به علاوه دوره‌هایی که ذکر شد بگذرانند و انجام یکی دو پروژه در زمان دانشجویی را جدی بگیرند تا با دست پر دانش‌آموخته شوند. برای استخدام اینطور نیست که کارفرما سابقه کارتان را بخواهد، چون شما با یادگیری نرم‌افزار‌های مربوطه و انجام چند پروژه فعالیت‌های پر و پیمانی داشته‌اید. در این شرایط یا به راحتی استخدام می‌شوید و یا به همراه یک گروه پروژه ساخت و شرکت خود را راه می‌اندازید.

آنا: حالا که راجع‌ به آغاز کار فرمودید، به نظر شما دانشجویی که در اول راه مکاترونیک است، این امکان را دارد که کارآفرینی کند یا حتماً باید در شرکتی مشغول بشود و برای دیگران کار کند؟

نجفی: در مورد رشته‌های مهندسی، کارآفرینی می‌تواند طیف خیلی وسیعی داشته باشد. به‌عنوان مثال برای دانش‌آموختگان رشته کامپیوتر یا آی‌تی (IT) کارآفرینی خیلی راحت‌تر است. امروزه اکثر استارت‌آپ‌ها هم در حوزه کامپیوتر و آی‌تی هستند؛ چراکه برای این کار دانشجو با یک لپ‌تاپ می‌تواند یک سایت و یا نرم‌افزاری طراحی و یک کسب و کار اینترنتی را آغاز کند؛ اما فرض کنید چند دانشجوی رشته متالوژی و کسانی که مهندسی مواد خوانده‌اند، جمع بشوند و یک صنعت ذوب آهن راه بیندازند! نمی‌شود، چون صنعت ذوب آهن صنعت بزرگی است و راه‌اندازی آن به این سادگی‌ها نیست. خب مهندسی مکانیک نه به این سختی است و نه به آسانی مهندسی کامپیوتر. مهندسان مکانیک نیز بهتر است در شرکت‌های بزرگ مانند شرکت ماشین‌سازی، شرکت معدنی، شرکت صنعتی، شرکت‌های پتروشیمی، نیروگاه‌ها و... به‌عنوان طراح، خدمات مهندسی و... مشغول به کار بشوند.

مکاترونیک در این زمینه یک فرصت است؛ زیرا ترکیبی از چند رشته است و ازآنجایی‌که تجهیزات مکانیکی خیلی بزرگ و حجیم و پرهزینه هستند؛ اما تجهیزات الکترونیکی که در مکاترونیک به کار می‌آیند نسبتاً کم هزینه‌تر و کم‌جا هستند. به عنوان نمونه کارآفرینی مکاترونیک می‌توان به اینکه خیلی از شرکت‌ها در زمینه خانه‌های هوشمند فعال هستند، اشاره کرد. حالا اگر این مهارت‌هایی که عرض کردم را داشته باشید هم امکان اینکه به راحتی توسط دیگران مشغول به کار بشوید زیاد است و هم اینکه خودتان بتوانید کسب و کاری را ایجاد بکنید. در نهایت کار ساده‌ای نیست؛ اما امکان‌پذیر است.

آنا: و سخن پایانی ...

نجفی: اول از همه چیز شخص باید علاقه خود را پیدا کن و برای پیشرفت در هر مبحث و موضوعی نسبت به آن علاقه و پشتکار داشته باشد، خیلی اوقات دانشجویان بعد از اتمام دوره تحصیلشان می‌بینند که در زمینه‌هایی که در اوقات فراغت به آن می‌پرداختند، موفق‌تر بودند؛ زیرا بیشتر به آنها علاقه داشتند؛ البته بعضی‌ها معتقدند که فرد باید در آن زمینه استعداد داشته باشد، بله استعداد هم دخیل است، ولی استعداد ما آدم‌ها خیلی با هم فرق ندارد، نمی‌توان گفت که یکی نابغه است و دیگری کندذهن، اکثر انسان‌ها استعداد‌های متوسطی دارند، ولی آدم‌های موفق دنبال علاقه‌شان رفتند و در آن راستا تلاش کردند و در نتیجه موفق شدند.

گفت‌وگو: مریم عربی مفرد، یگانه مطهری‌فر