Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác, điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm. Đây là ngành rất quan trọng và không thể thiếu trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại. Cơ điện tử không là một cuộc cách mạng về công nghệ mà chỉ là sản phẩm của quá trình phát triển, cơ điện tử tạo ra sự thay đổi lớn khi biết phối hợp từ các công nghệ đã có.
Cùng với sự phát triển của công nghệ và máy móc hiện đại, các robot đang không ngừng phát triển về số lượng cũng như khả năng của chúng. Robot ngày càng thông minh, đảm nhận thay thế những công việc mà con nguời không thể thực hiện như đi vào vùng phóng xạ, giải cứu nguời trong hoả hoạn… Thế hệ tương lai sắp tới đón nhận robot vào những công việc trong gia đình như trông nhà, dọn dẹp nhà cửa, theo dõi sức khoẻ… Mỗi robot có bộ phận xử lý trung tâm (não bộ) (ngày nay còn được tích hợp thêm trí thông minh nhân tạo), các cơ cấu tác động (tay để cầm nắm, bánh xe di chuyển…), và các bộ phận cảm nhận (cảm biến) ghi nhận kích thích để gửi về bộ phận xử lÍ trung tâm. Robot chính là một sản phẩm của ngành CƠ ĐIỆN TỬ
DẪN NHẬP
Mỗi ngành như cơ khí, điện tử, tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng. Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động của máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn và thông minh hơn. Các kỹ sư cơ khí không thể làm máy móc thông minh hơn, trong khi những kỹ sư tin học có thể tạo ra trí thông minh nhân tạo nhưng họ không biết về cơ khí, những kĨ sư điện tử có thể kết nối và điều khiển tín hiệu, nhưng họ không thể kết nối giữa trí thông minh nhân tạo để điều khiển thiết bị cơ khí. Chính yêu cầu này đã hình thành nên ngành Cơ điện tử để tạo ra sản phẩm mới đáp ứng các yêu cầu đặt ra trên cơ sở phối hợp nền tảng sẵn có của các ngành với nhau.
Với khả năng am hiểu về cơ khí, điện tử, tin học, và các công nghệ hiện đại… người kĩ sư cơ điện tử đưa vào các sản phẩm cơ khí hệ thống điều khiển linh hoạt bằng điện tử, và thông qua hệ thống điện tử, kết nối với hệ thống xử lí thông tin – trí thông minh nhân tạo để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh.
THÔNG TIN MÔ TẢ
Sự phù hợp nghề:
Ngành này cần vận dụng đôi tay để gia công lắp đặt thiết bị, gõ phím lập trình, cần vận dụng mắt để xem các kết quả đo lường. Vì vậy ngành này đỏi hỏi:
- Mắt không quá mờ
- Hai tay có khả năng gõ bàn phím, đủ lực để cầm nắm và gắn các thiết bị lại với nhau.
Đặc điểm hoạt động nghề
Đối tượng lao động: dây chuyền sản xuất tự động, hệ thống máy tự động, qui trình công nghệ kĩ thuật,
Mục đích lao động:
- Mục đích chế tạo – sản xuất: tạo ra những thiết bị (hoạt động cơ khí) có độ hoạt động linh động cao, có trí thông minh và xử lí những thao tác phức tạp
- Mục đích vận hành: vận hành các hệ thống chế tạo sản xuất một cách ổn định/ hiệu quả cao.
Công cụ lao động: công cụ lập trình phần cứng, các thiết bị công nghệ kĩ thuật trong hệ thống sản xuất công nghệp: PLC, cảm biến, hệ thống khí nén, thủy lực, điện tử, điện – điện tử, các hệ thống sinh công – truyền lực
Điều kiện lao động: tùy thuộc vào vị trí công việc và môi trường sản xuất công nghiệp
Nội dung của ngành:
Đặc trưng của ngành:
Cơ điện tử ( Mechatronics) là một chuyên ngành mới được hình thành trong thời gian gần đây. Các hệ thống công nghệ trước đây chủ yếu hoạt động trên các kết cấu cơ khí thuần túy kết với với các mạch điện tử điều khiển đơn giản, các hệ thống này vận hành để đáp ứng một số thao tác cơ bản. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp sản xuất đòi hỏi có một công nghệ cao uyển chuyển, linh hoạt, thông minh hơn các công nghệ trước đây, chính vì vậy cơ điện tử ra đời.
Nhiều định nghĩa về Cơ điện tử khác nhau đã được nhiều nhà khoa học và công nghệ đưa ra với các cách nhìn và quan điểm khác nhau. Tuy vậy một nét chung nhất được thừa nhận và cũng là bản chất của cơ điện tử là sự “liên kết cộng năng của nhiều lĩnh vực để tạo ra những sản phẩm mới có những tính năng vượt trội”. Sự liên kết cộng năng này mang lại nhiều cơ hội và không ít thách thức cho sự phát triển của chính cơ điện tử. Hay có thể hiểu một cách giản đơn: cơ điện tử về cơ bản là sự kết hợp phức hợp của các ngành cơ khí, điện tử, và tin học.
Đặc trưng về sản phẩm cơ điện tử:
Bất kì sản phẩm cơ điện tử nào cũng có bộ phận cơ khí (khung sườn, bánh xe, mô tơ…), cần có hệ thống điện truyền – nhận thông tin, và các chương trình hoạt động được lập trình trước đó. Như vậy, cơ điện tử về cơ bản là sự kết hợp phức hợp của các ngành cơ khí, điện tử, và tin học.
- Các sản phẩm cơ điện tử thường là các sản phẩm cuối cho người dùng (end-user products) Ngay từ khi hình thành khái niệm “cơ điện tử” các chuyên gia Nhật Bản đã định hướng cho khái niệm này là sản phẩm kết hợp cơ và điện tử hơn là nói đến một hệ thống công nghệ cao. Có nghĩa là các sản phẩm cơ điện tử là các sản phẩm cho người sử dụng cuối cùng như các đồ dùng, thiết bị gia dụng được chế tạo hàng loạt, hoặc các sản phẩm chất lượng cao như ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thiết bị y tế, các bộ phận cơ thể nhân tạo thay thế cho con người vv… Các sản phẩm này được thiết kế và chế tạo một cách tiện ích nhất, phù hợp với các yêu cầu riêng cho người sử dụng và người sử dụng không quan tâm đến các công nghệ được dùng trong nó mà họ mua và dùng các sản phẩm này vì nó tốt hơn, kinh tế hơn, tiện dụng hơn phù hợp với những yêu cầu riêng của mình. Do vậy, các sản phẩm cơ điện tử phải tuân thủ quy luật thị trường là tính kinh tế và thoả mãn yêu cầu người dùng hơn là chỉ đạt chỉ tiêu kỹ thuật đơn thuần.
- Các sản phẩm cơ điện tử có các công nghệ thích ứng tinh xảo, có tính thông minh và thiết kế cơ khí cô đọng bền chắc.
Với các công nghệ micro và nano hiện nay các sản phẩm cơ điện tử có thể đưa các cảm biến, vi xử lý và cơ cấu chấp hành vào bất kỳ vị trí không gian hẹp cô đọng nào trong cấu trúc cơ khí của sản phẩm. Điều này tạo nên các sản phẩm cơ điện tử có độ thông minh cao mà lại đặt được vào một cấu trúc hoàn hảo cô đọng cả về kích thước, trọng lượng và tiêu thụ năng lượng.
Sinh viên Cơ điện tử đang thực tập xây dựng chương trình hoạt động cho hệ thống MPS
- Độ tự do của thiết kế cơ điện tử lớn hơn
Thiết kế các sản phẩm cơ điện tử là một thiết kế tổng hợp tối ưu nên nó là một thiết kế cho phép thay đổi được tất cả các bộ phận cơ khí, đầu đo, cơ cấu chấp hành, vi xử lí điều khiển để đạt được một thiết kế hoàn hảo cân bằng. Cấu trúc cơ khí cũng có thể thay đổi, các bộ phận điện tử, điều khiển cũng có thể thay đổi linh hoạt cho từng loại sản phẩm. Như vậy thiết kế cơ điện tử là một thiết kế cộng tác để đạt được một sản phẩm có tính cạnh tranh cao. Ngược lại khi tích hợp các hệ thống tự động các chuyên gia tự động phải chấp nhận đối tượng điều khiển (quá trình cơ khí) như một thực thể cố định. Các đầu đo, cơ cấu chấp hành cũng là các sản phẩm có sẵn và bộ phận có thể thay đổi được là bộ điều khiển và thuật toán điều khiển. Độ tự do trong thiết kế tích hợp các hệ thống tự động bó hẹp hơn nhiều so với độ tự do của thiết kế các sản phẩm cơ điện tử.
Thế nào là công nghiệp cơ điện tử?
Ta có các ngành công nghiệp cơ khí, điện tử, công nghiệp tự động hoá, công nghiệp công nghệ thông tin, công nghiệp chế tạo đầu đo, cơ cấu chấp hành, vậy có nền công nghiệp cơ điện tử hay không? Có ý kiến cho rằng cơ điện tử là sự tích hợp của các ngành công nghệ có sẵn nên việc chế tạo các sản phẩm cơ điện tử hoàn toàn có thể dựa trên các ngành công nghiệp hiện có nêu trên.Nói vậy cũng đúng vì thực tế hiện nay việc chế tạo, sản xuất các sản phẩm cơ điện tử đang phải dựa vào các nhà máy sản xuất của các ngành công nghiệp hiện có.Tuy nhiên một khi số lượng và chủng loại sản phẩm cơ điện tử ngày càng nhiều trên thị trường thì hiển nhiên sẽ hình thành ngành công nghiệp cơ điện tử. Vậy công nghiệp cơ điện tử là gì và nó có những đặc trưng gì khác với các ngành công nghiệp hiện hành?
Có thể hiểu công nghiệp cơ điện tử là ”ngành công nghiệp cung cấp các sản phẩm, kĩ năng và dịch vụ cơ điện tử chất lượng cao cho người tiêu dùng”.
Ngành công nghiệp cơ điện tử cũng như các ngành công nghiệp khác bao gồm các mảng chức năng chính sau:
+ Hệ thống quản lí điều hành và các dịch vụ hỗ trợ sản xuất
+ Mảng vận hành hệ thống sản xuất và chế tạo các sản phẩm về thiết bị cơ điện tử
+ Mảng tiếp thị sản phẩm
+ Mảng đào tạo
Trong dây chuyền sản xuất các sản phẩm cơ điện tử hiện nay thường bao gồm các hệ thống điện, hệ thống khí nén, hệ thống điện tử, hệ thống PLC, hệ thống cảm biến, hệ thống thuỷ lực, CNC và hệ thống robot. Trong đó, mảng chế tạo các bộ phận và hệ thống cơ điện tử thường bao gồm các bộ phận thiết kế, phát triển các phần mềm ứng dụng, chế tạo các chi tiết, lắp ráp và thử nghiệm kiểm tra chất lượng sản phẩm. Khác với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp cơ điện tử đòi hỏi tư duy thiết kế và chế tạo liên ngành. Phần thiết kế có độ tự do lớn bảo đảm tính liên kết hoàn hảo của hệ thống trong khi phần chế tạo các phần tử, chi tiết lại được thực hiện ở các ngành công nghiệp độc lập. Thiết kế sản phẩm cơ điện tử là loại “thiết kế hướng tới thị trường” khác với các lợi thiết kế sản phẩm truyền thống là “thiết kế cho đạt các chỉ tiêu kĩ thuật”, hoặc thiết kế để “cơ giá thành rẻ nhất”. Thiết kế cơ điện tử đòi hỏi áp dụng các công nghệ cao cho các chức năng vượt trội nhưng giá thành có sức cạnh tranh và lợi ích thoả mãn người tiêu dùng.
Do các sản phẩm cơ điện tử là các sản phẩm hướng tới các yêu cầu có cá tính của người tiêu dùng, cho nên ngành công nghiệp cơ điện tử phải có tính mềm dẻo cao để bảo đảm được thời gian đưa các sản phẩm ra thị trường nhanh kịp thời với các cơ hội kinh doanh nảy sinh liên tục trong quá trình phát triển của xã hội loài người.
Khả năng chuyên môn: (kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo):
Kiến thức:
- Kiến thức về vật liệu cơ khí,các đặc tính cơ học, cấu trúc và nguyên lí máy để thiết kế cơ khí
- Kiến thức ứng dụng về điện và điện tử: điện tử cơ bản, điện tử tương tự, điện tử công suất, vi mạch số… để thiết kế các hệ thống mạch điện tử phối hợp kích hoạt các bộ phận truyền động cơ khí.
- Kiến thức về công nghệ thông tin và lập trình điều khiển (trên máy vi tính) hoặc trên các thiết bị hỗ trợ khác, am hiểu các phần cứng điều khiển liên quan để ra lệnh cho hệ thống mạch điện tử điều khiển các bộ phần truyền động, làm bộ máy hoặc dây chuyền hoạt động theo chương trình đã được lập trình sẵn (tự động)
- Có kĩ năng gia công cơ khí: tiện (tiện trụ), phay (phay mặt), hàn điện
- Có kĩ năng xây dựng và thiết kế mạch điện tử ứng dụng (mạch số, mạch công suất điều khiển động cơ…), in – rửa – hàn mạch điện tử
- Có kĩ năng ứng dụng các thiết bị truyền động: động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, thủy lực, khí nén…
- Có kĩ năng lập trình điều khiển: chính yếu là kĩ năng lập trình điều khiển PLC của hãng SIEMEN (S7-200, S7-300, S7-400), lập trình vi điều khiển họ ASM, lập trình gia công CNC, lập trình C
- Có kĩ năng thiết kế hệ thống cơ điện tử: tay máy robot, robot thông minh, thiết kế dây chuyền sản xuất tự động hóa MPS, PCS, các quy trình sản xuất linh hoạt…
Robot hàn trong công nghiệp, một sản phẩm của cơ điện tử
So sánh:
Điểm khác biệt của cơ điện tử so với các ngành khác: mỗi ngành như cơ khí, điện tử, tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng. Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động của máy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn và thông minh hơn. Các kĩ sư cơ khí không thể làm máy móc thông minh hơn, trong khi những kĩ sư tin học có thể tạo ra trí thông minh nhân tạo nhưng họ không biết về cơ khí, những kĩ sư điện tử có thể kết nối và điều khiển tín hiệu, nhưng họ không thể kết nối giữa trí thông minh nhân tạo để điều khiển thiết bị cơ khí. Chính yêu cầu này đã hình thành nên ngành Cơ điện tử để tạo ra sản phẩm mới đáp ứng các yêu cầu đặt ra trên cơ sở phối hợp nền tảng sẵn có của các ngành với nhau.
Với khả năng am hiểu về cơ khí, điện tử, tin học, và các công nghệ hiện đại… người kĩ sư cơ điện tử đưa vào các sản phẩm cơ khí hệ thống điều khiển linh hoạt bằng điện tử, và thông qua hệ thống điện tử, kết nối với hệ thống xử lí thông tin – trí thông minh nhân tạo để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh.
TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN
Ý nghĩa kinh tế – chính trị – xã hội: cơ điện tử góp phần phát triển các hệ thống sản xuất theo hướng hiện đại, nâng cao hiệu quả và năng suất lao động, tạo nên lợi thế cạnh tranh cho các sản phẩm được chế tạo và sản xuất trong nước. Cơ điện tử góp phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước.
Sự phát triển của lĩnh vực trong giai đoạn hiện nay: Cơ điện tử được xác định là một ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển khoa học – công nghệ của Việt nam hiện nay và trong thời gian tới. Chính vì vậy, cơ điện tử ngày càng mở rộng qui mô và tầm ảnh hưởng. Và trong thời gian ngắn, cơ điện tử đã thu được nhiều thành quả nghiên cứu và chế tạo các sản phẩm.
Hướng phát triển trong thời gian tới: một số hướng phát triển điển hình
- Xu thế phát triển của cơ điện tử trên thế giới là tích hợp ngày càng nhiều công nghệ cao, sản phẩm ngày càng “thông minh” hơn và kích thước ngày càng nhỏ hơn.
- Công nghệ micro/nano thu nhỏ các thiết bị máy móc xuống kích thước của phân tử các sản phẩm công nghệ tương lai.
- Nâng cao “trí thông minh” cho các sản phẩm cơ điện tử
Cơ hội nghề nghiệp và Vị trí lao động: do cơ điện tử đang được đầu tư phát triển, và khả năng ứng dụng của cơ điện tử vào công nghiệp sản xuất là rất rộng, do dó người thuộc chuyên môn cơ điện tử có rất nhiều cơ hội nghề nghiệp.
Người kĩ sư cơ điện tử phải nắm bắt được các thành phần thuộc các lĩnh khác như cơ khí, điện tử, công nghệ thông tin, công nghệ cao… và quan trọng hơn là biết cách phối hợp giữa các thành phần để thiết kế lên một hệ thống tương tác hoàn chỉnh. Và với những kiến thức và kĩ năng đó người kĩ sư cơ điện tử có thể đảm nhận thiết kế xây dựng các sản phẩm cơ điện tử với các vị trí công việc liên quan như: thiết kế cơ khí, thiết kế điện tử, thiết kế bộ điều khiển trung tâm, xây dựng chương trình hoạt động thông minh…
- Kĩ sư cơ điện tử có kĩ năng và kiến thức để thiết kế và xây dựng qui trình sản xuất tạo ra các sản phẩm tự động thông minh. Ví dụ: các robot thông minh, máy giặt thông minh, xe hơi thông minh.
- Kĩ sư cơ điện tử tham gia xây dựng các thuật toán sản xuất trong các nhà máy sản xuất, các thuật toán này được chuyển thành cá lệnh lập trình qua các ngôn ngữ sử dụng như PLC, vi điều khiển…
- Xác định và lắp đặt các thiết bị kĩ thuật phù hợp trên hệ thống sản xuất tự động.
Ngoài công việc chuyên môn như trên, người kĩ sư cơ điện tử còn có thể thích ứng vào công việc của các lĩnh vực cơ khí, điện tử, công nghệ thông tin, công nghệ cao… chẳng hạn như: điều hành và tổ chức quản lí hoạt động sản xuất, xây dựng qui trình sản xuất sản phẩm, vận hành và điều hành hoạt động của các thiết bị công nghệ tự động…
