رشته مهندسی مکاترونیک

مقدمه ای برای معرفی رشته مهندسی مکاترونیک : نام مکاترونیک از دوکلمه ی مکانیک و الکترونیک ریشه می گیرد و روشی چند رشته ای و جدید برای طراحی و ایجاد محصولی است که مبانی رشته های مهندسی برق، مکانیک، کامپیوتر، مواد، شیمی و صنایع را با هم در می آمیزد. سیستم های مکاترونیکی نوعا از اجزا سنتی مکانیک و الکتریک تشکیل شده اند ولی به دلیل بکارگیری حسگرها، عملگرها و سیستم های کنترل کامپیوتری از آن ها به عنوان سیستم های هوشمند نیز یاد می شود.
مکاترونیک را می توان یک فرآیند نوین مهندسی نامید که با طراحی و ساخت محصولات و سیستم های هوشمندی سر و کار دارد و شامل ترکیبی از عملگرهای مکانیکی و الکترونیکی هستند. به طور خلاصه سیستم های مکاترونیک را میتوان سیستم های هوشمند الکترومکانیک نامید.
کسانی که در رشته ی مکاترونیک مهارت کسب می کنند باید اطلاعت کلی از شماری از تکنیک ها به دست آورند و قابلیت اداره ی کل فرآیند طراحی را داشته باشند. آنها باید قادر باشند از منابع اطلاعاتی سایرین بهره برده و از ترکیب ویژه ی فناوری هایی که اقتصادی ترین ، جدیدترین، زیبا ترین و مناسب ترین راه حل را برای مساله مورد نظر ارائه می دهند استفاده نمایند. صنعت به مهندسان مکاترونیک برای ساخت سریع محصولات جدید با بازدهی و کیفییت بالا و قیمت پایین نیازمند است.
در آزمون کارشناسی ارشد این رشته دروس زبان عمومی-تخصصی و ریاضیات الزامی می باشد اما در مورد سه درس دیگر دانشجویان می توانند سه درس از بین ۸درس دینامیک، کنترل، هوش مصنوعی، مدارهای منطقی و ریزپردازنده ها، الکترونیک۱و۲، برنامه نویسی و الگوریتم انتخاب نمایند. همانطور که از دروس اختیاری این رشته برمی آید متقاضیان اصلی این رشته دانش آموختگان رشته های برق، مکانیک و کامپیوتر می باشند.
علاوه بر دانشگاه آزاد اسلامی، دانشگاه های خواجه نصیر الدین طوسی(۱۰ نفر روزانه،۵ نفر شبانه) و سمنان(۴ نفر روزانه، ۱نفر شبانه) در سال ۸۵ در این رشته دانشجو پذیرش کرده اند.
امروزه کمتر محصول صنعتى را مى توان یافت که ترکیبى از حوزه هاى مختلف مهندسى نباشد. اگر بیشتر به محیط زندگى خود و محصولاتى که در زن دگى روزمره از آنها استفاده مى شود دقت کنیم، از ساعت مچى دیجیتالى تا ماشین لباسشویى در آشپزخانه، خودروى شخصى یا عمومى که با آن به محل کار مى رویم، چاپگرها و اسکنرها در محیط ادارى و غیره، همگى نمونه هایى از ترکیب حوزه هاى مختلف مهندسى و به خصوص مکانیک و الکترونیک است. اگر هم با محصولات جدیدتر صنعتى آشنا باشیم، تجمیع نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر با حوزه هاى فوق را به وضوح مى توان در بسیارى از محصولات از جمله ماشین هاى لباسشویى و خشک کن جدید هوشمند، دوربین هاى خودتنظیم، روبوت هاى صنعتى، خودروهاى مجهز به سیستم ترمز ضدقفل، دیسک درایوهاى کامپیوتر، فرهاى مایکروویو، تلفن هاى همراه، سیستم پخش دیجیتال، محصولات دفاعى مدرن و تجهیزات پزشکى شناسایى کرد که مثال هایى از ترکیب حوزه هاى مهندسى مذکور است.
در واقع، پیشرفت روزافزون علوم فناورى اطلاعات، الکترونیک به خصوص الکترونیک قدرت، ریزپردازنده ها و همچنین سیستم هاى هوشمند، به همراه نیاز روزافزون به تولید محصولات صنعتى با کیفیت بهتر، هزینه کمتر و زمان تولید کوتاه تر، افق جدیدى را در طراحى و ساخت محصولات الکترومکانیکى، به همراه آورده است. این فناورى که براساس تجمیع مهندسى مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر و سیستم هاى کنترل است، مکاترونیک نامیده مى شود. این واژه ترکیبى از دو بخش «مکا» مخفف مکانیسم و «ترونیک» مخفف الکترونیک است. واژه مکاترونیک براى اولین بار در اواخر دهه ۶۰ میلادى توسط یک مهندس ژاپنى، که در زمینه کنترل کامپیوترى موتورهاى الکتریکى در شرکت یاسکاوا الکتریک تحقیق مى کرد معرفى شد. تاکنون تعریف هاى گوناگونى از مکاترونیک ارائه شده است که مهمترین آن عبارت است از: «یک ترکیب هم افزایانه از مهندسى مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر، سیستم هاى کنترل و فناورى اطلاعات در طراحى و ساخت محصولات و فرآیندهاى صنعتى با دقت بالا».
در واقع مکاترونیک یک تفکر جدید در طراحى و تولید محصولات صنعتى است که به مهندسان اجازه مى دهد تا با یکپارچه سازى حوزه هاى تخصصى یاد شده، از اولین مراحل طراحى و تولید، به خلق محصولاتى با کیفیت بهتر، قابلیت اعتماد بالاتر، هزینه کمتر و در زمان کوتاه تر، بیندیشند. عناصر اصلى یک سیستم مکاترونیکى عبارتند از فرآیند مکانیکى یا الکترومکانیکى، حسگرها، محرکه ها، ریزپردازنده ها و نرم افزار کنترل کننده سیستم. در طراحى کلاسیک، اجزاى مختلف یک سیستم به طور جداگانه طراحى شده و سپس تجمیع صورت مى گیرد ولى در مکاترونیک، اجزاى مکانیکى و الکتریکى به همراه استراتژى کنترلى از ابتدا به صورت یک سیستم یکپارچه در نظر گرفته مى شوند و این به معناى مهندسى همزمان در طراحى است. نکته مهم در اینجا تفاوت مهندسى الکترومکانیک با مکاترونیک است. در مهندسى مکاترونیک، با آن که عموماً با سیستم هاى الکترومکانیکى سروکار داریم، نکته اساسى در حاکمیت همزمان بودن طراحى، یکپارچه سازى و حتى بهینه سازى است، در حالى که مهندسى الکترومکانیک لزوماً این معنا را نمى دهد. به عنوان مثال، در تفکر مکاترونیکى دیگر جایز نیست یک سیستم را از ابتدا طراحى کنید بدون آنکه به استراتژى کنترلى آن اندیشیده باشید. در اینجا ممکن است این سئوال پیش بیاید که منظور از یکپارچه سازى چیست؟ به طور کلى باید گفت که یکپارچه سازى در دو بعد مطرح است: طراحى و تولید. در مرحله طراحى اجزا، اگر هماهنگى با سایر اجزاى سیستم در نظر گرفته شود قطعاً نتایج بهترى در پى خواهد داشت. به طور کلى، روند طراحى مکاترونیکى با تحلیل بازار و نیازهاى مشترى آغاز و سپس مشخصات مورد نیاز محصول براساس تحلیل هاى انجام شده، تعیین مى شود. با آغاز روند طراحى، مرزهاى بین حوزه هاى گوناگون مهندسى کم رنگ شده و یکپارچه سازى این حوزه ها ضرورى مى نماید چرا که محدودیت ها و تصمیم گیرى ها در یک حوزه در واقع تابعى است از محدودیت ها و تصمیم گیرى ها در حوزه هاى دیگر. به عنوان مثال در بحث کنترل موتورهاى الکتریکى، امروزه دیگر براى کاهش زمان و هزینه تولید و بهبود کیفیت، طراحى موتور و درایو الکتریکى و کنترل کننده دیجیتال و حسگرها، همگى با هم در نظر گرفته مى شوند. یکى از مسائل صنعتى _ تحقیقاتى، روش هاى کنترل سرعت بدون استفاده از حسگرهاى سرعت، به منظور کاهش هزینه است، یعنى یک موتور الکتریکى را به یک مهندس کنترل مى دهند تا یک کنترل کننده سرعت بدون استفاده از حسگر سرعت، طراحى کند. کارهاى زیادى در این زمینه انجام شده ولى بعد از مدت ها به این نتیجه رسیده اند که بهتر است از همان ابتدا، هنگام طراحى موتور الکتریکى، استراتژى کنترل بدون حسگر در نظر گرفته شود، یعنى موتور را طورى طراحى کنیم تا کنترل آن بدون حسگر خارجى تا حد زیادى آسان شود. واضح است که این یکپارچه سازى باعث کاهش هزینه و زمان تولید محصول صنعتى خواهد شد.
بعد دیگر یکپارچه سازى، در مرحله تولید است. شماى کلى یک سیستم کلاسیک الکترومکانیکى شامل فرآیند مکانیکى، محرکه ها و حسگرها و همچنین پردازشگر اصلى است. در واقع الگوریتم کنترلى در پردازشگر اصلى اجرا مى شود. بسیارى از فرآیندهاى صنعتى کلاسیک در قالب فوق نمایش داده مى شوند.
در سیستم هاى مکاترونیکى، یکپارچه سازى اجزا در مرحله تولید، به دو روش انجام مى شود: یکپارچه سازى سخت افزارى و یکپارچه سازى نرم افزارى. در یکپارچه سازى سخت افزارى، فرآیند مکانیکى به همراه حسگرها، محرکه ها و پردازشگرها، به عنوان یک سیستم جامع در نظر گرفته مى شوند. در اینجا معمولاً خود حسگرها و یا محرکه ها داراى پردازشگرهاى محلى هستند که عموماً به آنها حسگرها و یا محرکه هاى هوشمند اطلاق مى شود. در اینجا اجزاى سیستم داراى ارتباطات محلى بوده که این ارتباطات، معمولاً از طریق خطوط ارتباطى باس یا به صورت بى سیم است. در یکپارچه سازى نرم افزارى، یک سیستم نظارتى یا به عبارتى کنترل کننده مرکزى، به منظور مدیریت کل فرآیند، تشخیص خطا و بهینه سازى، بر کل سیستم نظارت مى کند که در واقع به معناى پردازش اطلاعات در یک سطح بالاتر است. معمولاً این سیستم نظارتى یک سیستم هوشمند است که این امر تصمیم سازى براى بهبود عملکرد سیستم فیزیکى را قابل اجرا مى سازد. در اینجا مى توان به این نکته پى برد که یکى از دلایل منحصر به فرد بودن محصولات مکاترونیکى، به کارگیرى قدرت محاسباتى بالا در خلق سیستم هایى است که داراى کیفیت و قابلیت اعتماد بسیار بالا هستند.
محصولات مکاترونیکى
فناورى مکاترونیک در بسیارى از زمینه ها کاربرد روزافزونى پیدا کرده است که در اینجا به بعضى از آنها اشاره مى کنیم. در صنایع خودروسازى، استفاده از موتورهاى با کنترل الکترونیکى به جاى کنترل کننده سنتى آن یعنى کاربراتور، باعث بهبود عملکرد موتور و کاهش مصرف سوخت و آلودگى شده است. همچنین سیستم ترمزهاى ضدقفل، سیستم تهویه هواى اتوماتیک، فرمان هاى با کمک الکتریکى _ هیدرولیکى، خودروهاى الکتریکى _ ترکیبى و… از دیگر کاربردهاى فناورى مکاترونیک در صنایع خودروسازى هستند. در زمینه محصولات صنعتى با مصارف خانگى، مى توان به ماشین هاى لباسشویى و یا خشک کن جدید اشاره کرد که عملکرد آنها با استفاده از کنترل هوشمند به منظور مصرف بهینه انرژى، صرفه جویى در مصرف آب و همچنین افزایش کیفیت، بهبود فراوانى یافته است.
در محصولات صنعتى با کاربرد ادارى، مى توان به چاپگرها و اسکنرهاى لیزرى، دستگاه هاى کپى دیجیتال و یا دیسک درایوهاى جدید اشاره کرد که از جمله محصولات مکاترونیکى هستند. در زمینه صنایع دفاعى مى توان به سیستم هاى هدایت موشک و یا سلاح هاى هوشمند اشاره کرد. همچنین از دیگر محصولات مکاترونیکى، دوربین هاى خودتنظیم، ماشین هاى ابزار کامپیوترى و روبوت هاى صنعتى هستند که تاثیر فراوانى در کاهش هزینه و زمان تولید و بهبود کیفیت محصولات تولیدى گذاشته اند.
آموزش مکاترونیک
با توجه به گسترش نیاز روزافزون صنعت به استخدام نیروهاى ماهر در مهندسى مکاترونیک، تربیت نیروى انسانى در این زمینه بیش از پیش اهمیت یافته است. نکته مهم و اساسى در آموزش مکاترونیک این است که یک مهندس مکاترونیک باید داراى تخصص هاى چندحوزه اى باشد، بدین معنا که تسلط به اصول اساسى مهندسى مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر و کنترل، براى او ضرورى است چرا که باید قابلیت طراحى در حوزه هاى مختلف و در نهایت تجمیع و یکپارچه سازى این حوزه ها را داشته باشد. هم اکنون در تعداد قابل توجهى از دانشکده هاى مهندسى برق و مکانیک در دنیا، گرایش مکاترونیک در سطوح کارشناسى و بالاتر ایجاد شده است.
هسته اصلى محتوى آموزشى مهندسى مکاترونیک، ترکیبى از دروس اساسى گرایش هاى سیستم هاى کنترل، الکترونیک، کامپیوتر و مهندسى مکانیک است.

پذیرش دانشگاه ها
در سال ۱۳۸۷ دانشگاه تبریز ( ۱۰ نفر روزانه و ۵ نفر شبانه ) ، دانشگاه سمنان ( ۵ نفر روزانه و ۱ نفر شبانه ) ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ( ۵ نفر روزانه ) ، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی ( ۱۲ نفر روزانه و ۶ نفر شبانه ) و دانشگاه صنعتی شریف ( ۸ نفر روزانه و ۲ نفر شبانه ) اقدام به ثبت نام پذیرفته شدگان در رشته مهندسی مکاترونیک در مقطع کارشناسی ارشد کرده اند. در ادامه به بررسی و معرفی این دوره پرداخته می شود.
طبق مصوبه سال ۱۳۸۰ شورای عالی برنامه ریزی وزارت علوم ، تحقیقات و فناوری فارغ التحصیلان دوره های کارشناسی مهندسی مکانیک ، مهندسی برق ، مهندسی کامپیوتر و مهندسی پزشکی می توانند در آزمون ورود به دوره کارشناسی ارشد مهندسی مکاترونیک شرکت نمایند.

کاربردهای مکاترونیک
اتوماسیون و روباتیک، حسگرها و سیستم‌هاى کنترل،مهندسى اتومبیل، در طرح زیرسیستم‌ها از قبیل سیستم‌هاى ترمزگیرى ضدقفل،مهندسى کامپیوتر.
محصولات مکاترونیکى
فناورى مکاترونیک در بسیارى از زمینه ها کاربرد روزافزونى پیدا کرده است که در اینجا به بعضى از آنها اشاره مى کنیم. در صنایع خودروسازى، استفاده از موتورهاى با کنترل الکترونیکى به جاى کنترل کننده سنتى آن یعنى کاربراتور، باعث بهبود عملکرد موتور و کاهش مصرف سوخت و آلودگى شده است. همچنین سیستم ترمزهاى ضدقفل، سیستم تهویه هواى اتوماتیک، فرمان هاى با کمک الکتریکى _ هیدرولیکى، خودروهاى الکتریکى _ ترکیبى و… از دیگر کاربردهاى فناورى مکاترونیک در صنایع خودروسازى هستند.
در زمینه محصولات صنعتى با مصارف خانگى، مى توان به ماشین هاى لباسشویى و یا خشک کن جدید اشاره کرد که عملکرد آنها با استفاده از کنترل هوشمند به منظور مصرف بهینه انرژى، صرفه جویى در مصرف آب و همچنین افزایش کیفیت، بهبود فراوانى یافته است.
در محصولات صنعتى با کاربرد ادارى، مى توان به چاپگرها و اسکنرهاى لیزرى، دستگاه هاى کپى دیجیتال و یا دیسک درایوهاى جدید اشاره کرد که از جمله محصولات مکاترونیکى هستند.
در زمینه صنایع دفاعى مى توان به سیستم هاى هدایت موشک و یا سلاح هاى هوشمند اشاره کرد. همچنین از دیگر محصولات مکاترونیکى، دوربین هاى خودتنظیم، ماشین هاى ابزار کامپیوترى و روبوت هاى صنعتى هستند که تاثیر فراوانى در کاهش هزینه و زمان تولید و بهبود کیفیت محصولات تولیدى گذاشته اند.
سابقه مکاترونیک در ایران
در سنوات اخیر به منظور گسترش و پیشبرد و ارتقای علمی – تخصصی و ایجاد شبکه ارتباطی میان صاحب نظران، محققان و کارشناسان و بهبود بخشیدن به امور آموزشی و پژوهشی در زمینه‌های مرتبط با علم مکاترونیک، انجمن مکاترونیک در ایران تشکیل گردیده‌است . انجمن مکاترونیک ایران متولی آکادمیک این رشته در ایران است. این انجمن نخستین مجلهء علمی پژوهشی مکاترونیک ایران را نیز در دستور کار دارد.
امروزه زمینه تخصصی مکاترونیک در همه جای جهان شناخته شده‌است . تعداد مجلات علمی و کنفرانس‌های مختص رشته مکاترونیک نیز به صورتی فراگیر در حال گسترش است . در حــوزه صنعت نـیز شرکـت‌های بین المـللی با بهره گیری از این تخصص اقدام به تولید و عرضه محصولاتی کرده‌اند که طیف آن از دوربین‌های پیشرفته، ربات‌های انسان گون، دستگاه‌های پزشکی و خودروهای هوشمند گرفته تا محصولات بدیع نظامی و هوا فضایی است. علم مکاترونیک در ایران نیز سابقه‌ای ۱۵ تا ۲۰ ساله دارد و با توجه به کاربرد روزافزون محصولات پیچیده و مرکب در صنایع کشور، ضرورت ایجاد ساختارهای جدید برای توسعه دانش مکاترونیک و تربیت نیروهای متخصص روز آمد اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌است.
فناورى مکاترونیک در بسیارى از زمینه ها کاربرد روزافزونى پیدا کرده است .در صنایع خودروسازى، استفاده از موتورهاى با کنترل الکترونیکى به جاى کنترل کننده سنتى آن یعنى کاربراتور، باعث بهبود عملکرد موتور و کاهش مصرف سوخت و آلودگى شده است. همچنین سیستم ترمزهاى ضدقفل، سیستم تهویه هواى اتوماتیک، فرمان هاى با کمک الکتریکى _ هیدرولیکى، خودروهاى الکتریکى _ ترکیبى از دیگر کاربردهاى فناورى مکاترونیک در صنایع خودروسازى هستند
با توجه به ماهیت میان رشته‌ای دانش مکاترونیک و حجم وسیعی از تولیدات عملی کشور که عملاً ارتباط مستقیمی با تخصص مکاترونیک دارند، تأسیس دوره‌های آموزشی مکاترونیک در هنرستان‌های فنی، آموزشکده‌ها و دانشگاه‌ها، به عنوان محملی برای تشویق و تسهیل تعاملات عملی و فناوری ضروری به نظر می‌رسید. با توجه به تولید دستگاه‌های هوشمند، نیاز به این رشته نمود بسیاری پیدا کرد. امروزه از لوازم خانگی، خودروها تا صنایعی مثل پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و سیمان نیز از کاربردهای این علم استفاده می‌کنند. این رشته به سه گرایش طراحی مکاترونیکی ربات، خودکارسازی(اتوماسیون) و رابط انسان با ماشین تقسیم می‌گردد. در حقیقت توسط این علم می‌توان سیستم‌های مکانیکی را به صورت خودکار درآورد. سیستم‌های ترمز ABS در اتومبیل، دستگاه‌های CNC و کلیه سیستم‌های اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز این علم دانست.

آموزش مکاترونیک
واژه مکاترونیک براى اولین بار در اواخر دهه ۶۰ میلادى توسط یک مهندس ژاپنى آقای تتسورو موری (Tetsuro Mori) مهندس ارشد شرکت یاسکاوا (YASKAWA) که در زمینه کنترل کامپیوترى موتورهاى الکتریکى تحقیق مى کرد معرفى شد.
تاکنون تعریف هاى گوناگونى از مکاترونیک ارائه شده است که مهمترین آن عبارت است از: «یک ترکیب هم افزایانه از مهندسى مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر، سیستم هاى کنترل و فناورى اطلاعات در طراحى و ساخت محصولات و فرآیندهاى صنعتى با دقت بالا».
در واقع مکاترونیک یک تفکر جدید در طراحى و تولید محصولات صنعتى است که به مهندسان اجازه مى دهد تا با یکپارچه سازى حوزه هاى تخصصى یاد شده، از اولین مراحل طراحى و تولید، به خلق محصولاتى با کیفیت بهتر، قابلیت اعتماد بالاتر، هزینه کمتر و در زمان کوتاه تر، بیندیشند. عناصر اصلى یک سیستم مکاترونیکى عبارتند از فرآیند مکانیکى یا الکترومکانیکى، حسگرها، محرکه ها، ریزپردازنده ها و نرم افزار کنترل کننده سیستم. در طراحى کلاسیک، اجزاى مختلف یک سیستم به طور جداگانه طراحى شده و سپس تجمیع صورت مى گیرد ولى درمکاترونیک، اجزاى مکانیکى و الکتریکى به همراه استراتژى کنترلى از ابتدا به صورت یک سیستم یکپارچه در نظر گرفته مى شوند و این به معناى مهندسى همزمان در طراحى است. نکته مهم در اینجا تفاوت مهندسى الکترومکانیک با مکاترونیک است. در مهندسى مکاترونیک، با آن که عموماً با سیستم هاى الکترومکانیکى سروکار داریم، نکته اساسى در حاکمیت همزمان بودن طراحى، یکپارچه سازى و حتى بهینه سازى است، در حالى که مهندسى الکترومکانیک لزوماً این معنا را نمى دهد. به عنوان مثال، در تفکر مکاترونیکى دیگر جایز نیست یک سیستم را از ابتدا طراحى کنید بدون آنکه به استراتژى کنترلى آن اندیشیده باشید.
در اینجا ممکن است این سئوال پیش بیاید که منظور از یکپارچه سازى چیست؟ به طور کلى باید گفت که یکپارچه سازى در دو بعد مطرح است: طراحى و تولید.
در مرحله طراحى اجزا، اگر هماهنگى با سایر اجزاى سیستم در نظر گرفته شود قطعاً نتایج بهترى در پى خواهد داشت. به طور کلى، روند طراحى مکاترونیکى با تحلیل بازار و نیازهاى مشترى آغاز و سپس مشخصات مورد نیاز محصول براساس تحلیل هاى انجام شده، تعیین مى شود. با آغاز روند طراحى، مرزهاى بین حوزه هاى گوناگون مهندسى کم رنگ شده و یکپارچه سازى این حوزه ها ضرورى مى نماید چرا که محدودیت ها و تصمیم گیرى ها در یک حوزه در واقع تابعى است از محدودیت ها و تصمیم گیرى ها در حوزه هاى دیگر. به عنوان مثال در بحث کنترل موتورهاى الکتریکى، امروزه دیگر براى کاهش زمان و هزینه تولید و بهبود کیفیت، طراحى موتور و درایو الکتریکى و کنترل کننده دیجیتال و حسگرها، همگى با هم در نظر گرفته مى شوند.
مکاترونیک فصل مشترک علوم مکانیک ، الکترونیک و محاسبات کامپیوتری می باشد که از ترکیب این دانش ها پدید آمده است. این مهندسی موجب می شود تا بتوانیم سیستم هایی ساده تر و با قابلیت اطمینان بیشتر طراحی کنیم
یکى از مسائل صنعتى _ تحقیقاتى، روش هاى کنترل سرعت بدون استفاده از حسگرهاى سرعت، به منظور کاهش هزینه است، یعنى یک موتور الکتریکى را به یک مهندس کنترل مى دهند تا یک کنترل کننده سرعت بدون استفاده از حسگر سرعت، طراحى کند. کارهاى زیادى در این زمینه انجام شده ولى بعد از مدت ها به این نتیجه رسیده اند که بهتر است از همان ابتدا، هنگام طراحى موتور الکتریکى، استراتژى کنترل بدون حسگر در نظر گرفته شود، یعنى موتور را طورى طراحى کنیم تا کنترل آن بدون حسگر خارجى تا حد زیادى آسان شود. واضح است که این یکپارچه سازى باعث کاهش هزینه و زمان تولید محصول صنعتى خواهد شد.
بعد دیگر یکپارچه سازى، در مرحله تولید است. شماى کلى یک سیستم کلاسیک الکترومکانیکى شامل فرآیند مکانیکى، محرکه ها و حسگرها و همچنین پردازشگر اصلى است. در واقع الگوریتم کنترلى در پردازشگر اصلى اجرا مى شود. بسیارى از فرآیندهاى صنعتى کلاسیک در قالب فوق نمایش داده مى شوند.
در سیستم هاى مکاترونیکى، یکپارچه سازى اجزا در مرحله تولید، به دو روش انجام مى شود:
یکپارچه سازى سخت افزارى و یکپارچه سازى نرم افزارى.
در یکپارچه سازى سخت افزارى، فرآیند مکانیکى به همراه حسگرها، محرکه ها و پردازشگرها، به عنوان یک سیستم جامع در نظر گرفته مى شوند. در اینجا معمولاً خود حسگرها و یا محرکه ها داراى پردازشگرهاى محلى هستند که عموماً به آنها حسگرها و یا محرکه هاى هوشمند اطلاق مى شود. در اینجا اجزاى سیستم داراى ارتباطات محلى بوده که این ارتباطات، معمولاً از طریق خطوط ارتباطى باس یا به صورت بى سیم است.
در یکپارچه سازى نرم افزارى، یک سیستم نظارتى یا به عبارتى کنترل کننده مرکزى، به منظور مدیریت کل فرآیند، تشخیص خطا و بهینه سازى، بر کل سیستم نظارت مى کند که در واقع به معناى پردازش اطلاعات در یک سطح بالاتر است. معمولاً این سیستم نظارتى یک سیستم هوشمند است که این امر تصمیم سازى براى بهبود عملکرد سیستم فیزیکى را قابل اجرا مى سازد. در اینجا مى توان به این نکته پى برد که یکى از دلایل منحصر به فرد بودن محصولات مکاترونیکى، به کارگیرى قدرت محاسباتى بالا در خلق سیستم هایى است که داراى کیفیت و قابلیت اعتماد بسیار بالا هستند.
امروزه کمتر محصول صنعتى را مى توان یافت که ترکیبى از حوزه هاى مختلف مهندسى نباشد. اگر بیشتر به محیط زندگى خود و محصولاتى که در زندگى روزمره از آنها استفاده مى شود دقت کنیم، از ساعت مچى دیجیتالى تا ماشین لباسشویى در آشپزخانه، خودروى شخصى یا عمومى که با آن به محل کار مى رویم، چاپگرها و اسکنرها در محیط ادارى و غیره، همگى نمونه هایى از ترکیب حوزه هاى مختلف مهندسى و به خصوص مکانیک و الکترونیک است.
اگر هم با محصولات جدیدتر صنعتى آشنا باشیم، تجمیع نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر با حوزه هاى فوق را به وضوح مى توان در بسیارى از محصولات از جمله ماشین هاى لباسشویى و خشک کن جدید هوشمند، دوربین هاى خودتنظیم، روبوت هاى صنعتى، خودروهاى مجهز به سیستم ترمز ضدقفل، دیسک درایوهاى کامپیوتر، فرهاى مایکروویو، تلفن هاى همراه، سیستم پخش دیجیتال، محصولات دفاعى مدرن و تجهیزات پزشکى شناسایى کرد که مثال هایى از ترکیب حوزه هاى مهندسى مذکور است. در واقع، پیشرفت روزافزون علوم فناورى اطلاعات، الکترونیک به خصوص الکترونیک قدرت، ریزپردازنده ها و همچنین سیستم هاى هوشمند، به همراه نیاز روزافزون به تولید محصولات صنعتى با کیفیت بهتر، هزینه کمتر و زمان تولید کوتاه تر، افق جدیدى را در طراحى و ساخت محصولات الکترومکانیکى، به همراه آورده است.
این فناورى که براساس تجمیع مهندسى مکانیک، الکترونیک، کامپیوتر و سیستم هاى کنترل است، مکاترونیک نامیده مى شود. این واژه ترکیبى از دو بخش «مکا» مخفف مکانیسم و «ترونیک» مخفف الکترونیک است.درواقع مکاترونیک فصل مشترک علوم مکا نیک ، الکترونیک و محاسبات کامپیوتری می باشد که از ترکیب این دانش ها پدید آمده است. این مهندسی موجب می شود تا بتوانیم سیستم هایی ساده تر و با قابلیت اطمینان بیشتر طراحی کنیم. سیستم هایی که در عین سادگی و اقتصادی بودن ، بسیار دقیق و هوشمند عمل نمایند و به نحوی خود را با شرایط محیطی وفق دهند.