KTO KARATAY ÜNİVERSİTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Prof. Dr. Mehmet ÇELİK Mekatronik Müh. Bl. Bşk. mehmet.celik@karatay.edu.tr 1
MEKATRONİK TEKNOLOJİSİNİN KISA TANIMI IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Dergisinde 1996 yılında kabul gören tanımına göre Mekatronik Endüstriyel ürün veya süreçlerin tasarımı ve üretiminde makine mühendisliğinin, elektronik mühendisliği ve akıllı bilgisayarlı kontrol teknolojileri ile görevdeş (sinergistic) bütünleşmesi (integration) olarak adlandırılmaktadır. ("The synergistic integration of mechanical engineering with electronics and intelligent computer control in the design and manufacturing of industrial products and processes. ) 2
Mechanical Engineering Electrical / Electronical Engineering Mekatronik iki klasik mühendislik dalı olan makine ve elektronik mühendisliklerinin yanı sıra bilgisayar bilimi ve yazılım mühendisliklerine de dayanan mühendislik tasarımı ve üretiminde kullanılan yeni bir yaklaşımdır. Software Engineering Teknoloji ve pazar koşullarının hızlı gelişim dinamiğine paralel olarak, ürün ve üretim sistemlerindeki bazı mekanik alt sistemler, yazılım destekli elektronik sistemlerle desteklenmiş ya da yer değiştirmiş; bu tür mekanik, elektronik ve yazılım bütünleşik sistemlere mekatronik sistemler denmiştir. 3
Mekanik ve elektronik bileşenlerden oluşan, verileri algılayıcıları (sensörler) yardımıyla çevre ortamdan algılayan, toplamış olduğu bu verileri kontrol donanımları (mikroişlemciler v.s.) ve hafızasındaki yazılımlar marifetiyle yorumlayan ve gerekli kararları alabilen, tahrik elemanları (aktüatörler) ile de gerekli tepkileri veren tüm makineler, cihazlar ve sistemler mekatronik sistemleri 4 oluşturmaktadır.
Mekatronik sistemler; kullanımda olan sistemlerin oldukça büyük bir kısmını kapsamaktadır. Otomatik sistem olarak adlandırılan tüm yapıların tasarım ve operasyon çeşitliliğine göre örnekler verebiliriz. İlk uygulamaları olarak; beyaz eşya makineleri ev otomasyonu, otomobillerde yakıt enjeksiyonu, hava yastığı, ABS (kilitlenmeyen fren sistemi), uçakların uçuş kontrol sistemleri, nümerik kontrollü takım tezgâhları (NC, CNC), sağlık alanı robot sistemleri, savunma sanayi uygulamaları vb. yapıları mekatronik sistem örnekleri olarak sıralayabiliriz. 5
Gelişmiş mekatronik ürünler basit makinalar yerine çevrelerini değiştirebilen bilgisayar sistemlerine dönüşmüştür; doğal olarak bu yapıdaki makina ve sistemler akıllı davranışlar göstermektedir. Mekatronik ürünlerde yer alan yazılımlar genellikle yapay zeka tekniklerini kullanmakta ve böylece mekatronik tasarım ürünleri, basit işlevsel makinalar yerine, çeşitli koşullara uyum sağlayabilen yetenekli sistemlere dönüşmektedir. 6
MEVCUT DURUM (DÜNYA & TÜRKİYE) Dünyadaki gelişmeler bugünün insan etkileşimli, bilgisayar gömülü mekatronik sistemlerinin de giderek insanla bütünleşmiş biyorobotik ve biyootomasyon gibi ürün ve süreçlere doğru bir dönüşüm geçireceğini göstermektedir. İnsan yaşamını ve işlevlerini kolaylaştırmak, daha etkin ve ekonomik hale getirmek amacıyla, mekatronik sistemlerin biyoteknoloji ile bütünleşmesi sonucu gelişecek bu sistemler de biyomekatronik sistemler dir. 7
8
Mekatronik ve geleceğin biyomekatronik sistemlerinin uygulamaları, Türkiye nin uluslararası rekabet gücü oluşturduğu ve giderek bu gücü artırmayı hedeflediği otomotiv ve beyaz eşyayı da içeren ev otomasyonu gibi alanların yanı sıra diğer sanayi sektörleri, sağlık, akıllı bina gibi sivil ve ayrıca askeri hizmet sektörleri için çok önemlidir. Gerek uluslararası pazarlarda rekabetçi paydaş olarak yer alma hedef ve zorunluluğu, gerekse yaşam kalitesinin yükseltilmesi hedefi, mekatronik alanını ülkemiz için stratejik kılmaktadır [1]. 9
ALT TEKNOLOJİ ALANLARINDAKİ ÖNGÖRÜLER Türkiye nin mekatronik ve giderek insanla bütünleşik mekatronik sistemlerin üreticisi ve ihracatçısı olabilmesi odaklanılması gereken teknoloji alanları şunlardır [1]: Robotik ve Otomasyon Teknolojileri Jenerik Alanlar: Her türlü mekatronik uygulamanın altyapısını oluşturan Temel Kontrol Teknolojileri ve Algoritmaları, Mikromekanik, Mikroelektronik, Tasarım ve Gömülü Yazılımlar gibi alanlar. 10
Mikro Elektromekanik Sistemler (MEMS) ve Sensörler Günümüzde sistemlerin çalışması için gereken işlev ve hız artmakla birlikte izin verilen boyut ve ağırlık gün geçtikçe azalmaktadır. Bu durum İşlev*Hız/ (Ağırlık*boyut ) oranını maksimize etmek üzere Minyatür Sistem Tasarım ve Entegrasyon Teknolojilerinin doğmasına neden olmuştur. Mikroelektromekanik Sistem (MEMS) Teknolojileri, Mikrobot (mikro robot) uygulamaları bu grupta değerlendirilebilecek teknolojiler arasındadır. Yakın gelecekte, insan vücuduna yerleştirilen görünmez MEMS'lerin bedene gereksinim duyulduğu zaman ve miktarlarda ilaç salmaları beklenmektedir [2]. 11
MEKATRONİK İÇİN SİSTEM MÜHENDİSLİĞİ YAKLAŞIMI Mekatronik çalışmalarını optimum şeklide koordine edebilmek için Sistem Mühendisliği yaklaşımını uygulamak gerekmektedir. Çünkü, Sistem Mühendisliği; Müşteri ihtiyaçlarını karşılamak üzere; insan, ürün ve süreç çözümleriyle bütünleştirilmiş ve yaşam döngüsü dengelenmiş bir sistem oluşturmak ve doğrulamak için gerekli tüm teknik işleri içeren disiplinler arası bir yaklaşımdır. Sistem ve Tasarım mühendisliği arasındaki temel farklar şu şekilde özetlenebilir. Sistem Mühendisliği Yaklaşımı Geniş bakış açısı Tasarlanan şeyin üst sistem (bulunduğu ortam) ve alt sistemler ile ilişkileriyle ilgilenir Sistem işlevlerini kavram aşamasından kullanım dışına almaya kadar tümüyle kapsar Tasarım Mühendisliği Yaklaşımı Derinlemesine bakış Tasarlanan şey için gerekli iç detaylarla ilgilenir Tasarlanan şeyin amaçlarını, gereklerini yerine getirmeye odaklanır Şekil : Tipik Bir Proje Organizasyonu 12
KTO Karatay Üniversitesinde Mekatronik çalışmalarını optimum şeklide koordine edebilmek için Sistem Mühendisliği yaklaşımı uygulanacaktır. Üniversitemizin Mekatronik mühendislik programlarında klasik üniversitelerde verilen programları iyileştiren, tasarıma yönelik ve belirli arakesiti olan derslerde yeniden yapılandırma ve içerik düzenlemesi yapılacaktır. 13
Özellikle sanayi uygulaması olan, laboratuarlarda deneysel etkinliklerin yanı sıra bilgisayar ve bilişim teknolojilerinin etkinliğinin arttırılması ile teknolojik açılımlar bize klasik mühendislik alanlarında insan yetiştirmeden ziyade daha esnek ve teknolojik donanıma sahip karmaşık sistemleri anlayıp modelleyebilen, tasarlayabilen ve/veya yönetebilen mühendisler yetiştirecektir. Bu kapsamda hazırlıkları yapılmakta olan Uygulamalı Sanayi ve Ticaret Ortak Eğitim programı ile öğrencilerin KTO Karatay Üniversitesinin misyonuna uygunşekilde yetişmesini sağlayacaktır. 14
Savunma harcamalarına büyük kaynaklar ayrılan ülkemizde hem bilimsel araştırma, yeni teknoloji üretme ve yeni ürün geliştirme süreçlerinin entegrasyonu, hem de bu çalışmalarla toplumsal refaha dönüştürülebilecek mekanizmaların kurulması için, savunma sanayisini önemli bir platform olarak belirlemek doğru bir yaklaşım olacaktır. Mekatronik bölümü dahilinde İnsansız Sistemler Çalışma Grubu kurulması planlanmaktadır. Savunma sanayisinde insansız hava araçları, insansız keşif gözetleme araçları, insansız mayın tarama-temizleme araçları vb. çalışmalar için büyük yatırımlar 15 yapılarak araştırmalar devam etmektedir.
MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİRİNCİ SINIF DERSLERİ 16
KAYNAKLAR [1] Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları, 2003-2023 Strateji Belgesi, Versiyon 19, 2 Kasım 2004, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu [2] Mekatronik Strateji Raporu, Vizyon 2023 Projesi Mekatronik Strateji Grubu, Ağustos 2004, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu [3] ME101 Fundamentals of Engineering HW1 Slides, 2010. 17