Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

Prepis

1 Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

2 (a) Názov študijného odboru: (b) Stupne vysokoškolského štúdia, v ktorých sa odbor študuje a štandardná dĺžka štúdia študijných programov pre tieto stupne vysokoškolského štúdia: Študijný odbor MECHATRONIKA sa môže podľa Sústavy študijných odborov vydanej rozhodnutím Ministerstva školstva SR š. 2090/2002-sekr. Zo dňa 16. Decembra 2002 študovať v : Prvom stupni vysokoškolského štúdia (Bc.) so štandardnou dĺžkou 3 roky Druhom stupni vysokoškolského štúdia ( Ing. ) so štandardnou dĺžkou 2 roky. Predpokladá sa, že absolvent ukončil prvostupňové štúdium v študijnom odbore mechatronika, aplikovaná mechanika, strojárstvo, elektrotechnika, automatizácia, alebo v niektorom príbuznom študijnom odbore. Pre uchádzačov, ktorí ukončili prvostupňové v niektorom vzdialenejšom študijnom odbore, možno navrhnúť študijný program so štandardnou dĺžkou štúdia až 3 roky. Treťom stupni vysokoškolského štúdia (PhD.) (c) Obsah študijného odboru: (c1) Všeobecná časť Absolventi študijného odboru Mechatronika sú spôsobilí vykonávať podľa dosiahnutého stupňa profesiu - Mechatronik (Mechatronic Bc.) 1. stupeň, - Mechatronický inžinier (Mechatronic Engineer) 2. stupeň, - Mechatronics System Philosophiae doctor PhD., (Mechatronic Scientist) 3. stupeň. Mechatronik ovláda problematiku základov mechanických sústav, dokáže riešiť problémy realizácie mechatroniky, má znalosti o mechanických a elektronických komponentoch a moduloch, teórie riadenia a informatiky. Mechatronický inžinier ovláda metódy výpočtu, simulácie a verifikácie modelových riešení projekcie a konštrukcie mechatronických sústav, dokáže modelovať virtuálne mechatronické systémy a ich interakciu na prostredie, pozná 1

3 metódy riadenia mechatronických sústav a využitia smart materiálov pre mechatronické sústavy. Mechatronics System Philosophiae doctor PhD. ovláda vedecké metódy výskumu a vývoja mechatronických sústav s orientáciou na vývoj prístrojov, zariadení a sústav. Študijný odbor Mechatronika je svojou podstatou interdisciplinárny a preto organizácia štúdia musí umožňovať variantnosť študijných programov. Vzhľadom na tento interdisciplinárny charakter odboru, na to, že vzdelávanie v tomto odbore budú poskytovať fakulty strojnícke a elektrotechnické a fakulty špecializované na mechatroniku alebo automatizáciu a informatiku, predpokladá sa väčšia diferenciácia v obsahu štúdia a celková minimálna zhoda vzdelávania v študijnom odbore mechatronika bude 40%. Vyšší podiel zhodného obsahu bude v študijných programoch bakalárskeho štúdia a väčšia variabilita v študijných programoch inžinierského štúdia. (c2) Opis prvého stupňa Študijný odbor je zameraný na prípravu odborníkov strojársko-elektrotechnického zamerania so znalosťou základov informatiky a automatizácie pre prevádzku, výrobu, skúšobníctvo a čiastočne aj navrhovanie mechatronických sústav. Ide o stroje, strojné zariadenia a sústavy vyznačujúce sa vysokou funkčnosťou, pohybovou a manipulačnou schopnosťou, ktoré sú ovládané a riadené modernou automatizačnou a počítačovou technikou, číslicovými, väčšinou distribuovanými riadiacimi systémami. Pri výučbe v tomto študijnom odbore je mechatronika chápaná ako interdisciplinárny vedný odbor, zaoberajúci sa počítačovo riadenými elektromechanickými sústavami, vyznačujúcimi sa účelovým riadením zovšeobecneného pohybu ich časti, riadením energetických interakcií a transformácie rôznych foriem energie. Ich neoddeliteľnou súčasťou sú subsystémy riadenia a regulácie, ktorých podstatou je mikroprocesorové riadenia v reálnom čase v vysokou flexibilitou a spoľahlivosťou. Mimoriadny dôraz v priebehu štúdia je kladený na systémový prístup k chápaniu funkcie mechatronických objektov, reprezentovaný jednotnými formami matematicko-fyzikálneho popisu jednotlivých komponentov týchto systémov, následne verifikovanými experimentmi na reálnych objektoch. Absolventi odboru Mechatronika (1. stupeň) dokážu analyzovať problémy a možnosti, ktoré sa otvárajú v rôznych oblastiach priemyslu navrhovať časti 2

4 mechtronických sústav tak, aby spĺňali požiadavky na ne kladené a tiež vytvárať takého sústavy a implementovať ich. Absolventi musia vedieť pracovať s manažérmi, s užívateľmi mechatronických systémov a špecialistami iných profesií. Vyžaduje to aj znalosti o podnikaní, organizáciách a manažmente. Absolvent bakalárskeho štúdia v študijnom odbore Mechatronika získa vzdelanie v prírodovedných a vo všeobecných technických disciplínách. Rozhodujúce je vzdelanie v technológiách a metodikách odboru zameraných na stavbu a prevádzkovanie strojov, prístrojov, zariadení a sústav spadajúcich do triedy mechatronických sústav a ich súčastí. Zároveň získa schopnosti a zručnosti vo využívaní informatiky v úlohách odboru a zručnosti v laboratórnej práci. Súčasťou vzdelania je znalosť cudzích jazykov a primerané vedomosti z oblasti ekonomiky, práva a ďalších. Štúdiom odboru absolvent získa schopnosť špecializovať sa a predpoklady trvalo sa vzdelávať. Uplatnenie v praxi Absolventi sa uplatnia pri zabezpečovaní prevádzky moderných elektromechanických, elektrohydraulických a iných mechatronických sústav s počítačovým riadením, ďalej v podnikoch zaoberajúcich sa stavbou strojov, prístrojov a zariadení patriacich do triedy mechatronických sústav a výrobou ich súčastí, ako aj v skúšobníctve, servise a pri vývoji týchto sústav a komplexov. Teoretické vedomosti (1. stupeň) A/ Všeobecný základ Matematika (lineárna algebra, matematická analýza, diferenciálny a integrálny počet, diferenciálne rovnice, diskrétna matematika) Fyzika (všeobecný kurz fyziky, základy fyziky tuhých látok a fyzikálnej chémie) Základy informatiky (základy databázových systémov a sietí, základy konštruovania počítačov, programovanie, operačné systémy, CAD) B/ Disciplíny odboru (dominanty) Mechanika (statiky, kinematika, dynamika, pružnosť a pevnosť, experimentálna mechanika) Elektrotechnika (elektrické obvody a systémy, elektromagnetické pole, elektronika, meranie elektrických a neelektrických veličín, elektrické akčné členy) 3

5 Stavba strojov ( materiály a technológie v mechatronike, dynamika strojov, akčné členy a prostriedky automatizácie) Systémy automatického riadenia (všeobecná teória systémov, modelovanie a simulácia dynamických sústav, základy teórie automatického riadenia, technické prostriedky riadenia) Súbežné simulácie mechatronických systémov (modelovacie prostredie, nástroje a techniky) Praktické schopnosti a zručnosti (1. stupeň) Absolvent mechatroniky (1. stupeň) získa schopnosť - špecifikovať, navrhovať a implementovať mechatronické komponenty a jednoduchšie mechatronické sústavy. - hodnotiť tieto systémy podľa všeobecných atribútov kvality, - pracovať s nástrojmi, používanými pri konštruovaní a dokumentovaní - prevádzkovať mechatronické sústavy účinne a efektívne Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (1. stupeň) Absolvent mechatroniky (1. stupeň) dokáže - prezentovať rôznym druhom poslucháčstva technické problémy a ich riešenia, - pracovať efektívne ako člen vývojového tímu, - porozumieť a vysvetliť kvantitatívne rozmery problému, - organizovať si vlastné učenie a vývoj, - udržiavať kontakt s posledným vývojom vo svojej disciplíne a pokračovať vo vlastnom profesionálnom vývoji. Vymedzenie jadra znalostí (1. stupeň) Nosné témy jadra znalostí študijného odboru (1. stupeň) Nosná téma jadra znalostí 1. stupňa vysokoškolského štúdia je reprezentovaná súhrnnou skladbou predmetov v bakalárskom štúdiu v odbore Mechatronika: 4

6 - disciplíny základných vied - disciplíny odboru - disciplíny spoločenskovedné, sociálne a ekonomické Korpus vedomostí tvoria: A/ vedomosti z disciplín prírodovedného inžinierskeho základu - základy inžinierstva, BOZP - matematika - fyzika - základy informatiky - voliteľné disciplíny študijného programu B/ vedomosti z disciplín charakterizujúcich študijný odbor (dominanty) - presná mechanika vrátane stavby mechanizmov - elektrotechnické systémy - stavba strojov - systémy automatického riadenia vrátane informačnej techniky - voliteľné disciplíny študijného programu C/ vedomosti z disciplín ekonomických, spoločenských, etických a právnych - občianske právo - environmentálne inžinierstvo - bezpečnosť technických systémov - dejiny filozofie - základy podnikovej ekonomiky - hospodárske právo V rámci cvičení a projektov študenti získavajú schopnosti a zručnosti aplikovať 5

7 poznatky v praxi. Vyučovanie jazykov a telesná výchova sa nezapočítavajú do celkového rozsahu kontaktnej výučby, lebo majú charakter doplnkovej služby študentom. Znalosti uvedené v korpuse musia byť súčasťou obsahu každého študijného programu v tomto študijnom odbore. Študijný program teda musí pokrývať celý obsah študijného odboru. Hĺbka rozpracovania však môže byť rôzna, nie však menej ako sa vymedzuje v jadre. Indikátorom priznania spôsobilosti inštitúcie priznávať akademický titul bakalár je kumulatívna hodnota kreditov študijného programu na úrovni 40% celkového počtu ECTS kreditov, zodpovedajúcich 100% ECTS kreditov študijného odboru. Štátna skúška (1. stupeň) - obhajoba záverečnej práce (abstrakt v jazyku anglickom), rozsah práce študenta v kreditovom vyjadrení musí byť úmerný významu z hľadiska príspevku k profilu absolventa, - overenie spôsobilosti riešiť zadania z mechatroniky, - kolokviálna skúška z oblasti poznania študijného odboru Mechatroniky. Možné študijné programy bakalárskeho štúdia v odbore mechatronika Voľna kapacita voliteľných disciplín (40 %) umožňuje variabilitu študijných programov. V bakalárskom štúdiu to môžu byť najmä tieto študijné programy: 1/ Mechatronika Študijný program predpokladá komplexné štúdium mechatronických sústav s väčším rozsahom štúdia mechanických častí, akčných členov, mikromechatroniky a senzorových systémov. 2/ Informatické a riadiace systémy v mechatronike Študijný program poskytuje komplexné poznatky o mechatronických sústavách s hlbším osvojením si problematiky stavby a prevádzky riadiacich systémov a aplikácie informačných technológií v prevádzke, výrobe, skúšobníctve a pri návrhu mechatronických sústav. 6

8 (c3) Opis druhého stupňa Absolventi druhého stupňa vysokoškolského štúdia mechatroniky dokážu analyzovať, navrhovať, konštruovať a udržiavať rozsiahle technické riešenia zahŕňajúce mechatronické sústavy, vykonávať výskum s vysokou mierou tvorivosti a samostatnosti. Dôraz sa musí klásť na to, aby absolvent získal hlboké znalosti v oblasti mechatroniky umožňujúce mu riadiť tímy pracovníkov v tejto oblasti, samostatne viesť aj veľké projekty a prevziať zodpovednosť za komplexné riešenia. Aby absolvent bol schopný budovať solídny vedecký prístup, študenti musia získať skúsenosti s formuláciou hypotéz, experimentálnym návrhom, overovaním hypotéz a analýzou získaných údajov. Absolvent môže budovať vedeckú perspektívu v celej škále aplikácií, v ktorých uplatňuje pokročilé metódy a techniky návrhu a vývoja mechatronických sústav. Odbor mechatronika je zameraný na prípravu odborníkov strojárskoelektrotechnického zamerania so znalosťami inžinierskej informatiky a automatizácie na riešenie inžinierských úloh spojených s komplexným systémovým návrhom, skúšobníctvom, výrobou a prevádzkou mechatronických sústav riadených počítačovými, spravidla distribuovanými systémami. Ide o navrhovanie, konštrukciu a projektovanie strojov, strojných zariadení a sústav vyznačujúcich sa vysokými funkčnými, pohybovými a manipulačnými schopnosťami a mechanickou presnosťou, ktoré majú byť ovládateľné a riaditeľné modernou automatizačnou a počítačovou technikou s uplatňovaním aj prvkov umelej inteligencie. Pri výučbe v tomto študijnom odbore je mechatronika chápaná ako interdisciplinárny vedný odbor, zaoberajúci sa analýzou a syntézou systémov s účelovým, zväčša inteligentným riadením zovšeobecneného pohybu ich častí, riadením energetických interakcií a transformácie rôznych foriem energie. Ich kľúčovou a neoddeliteľnou súčasťou sú subsystémy riadenia a regulácie, ktoré oproti subsystémom s interakciou energetickou sú sústavami s interakciou informačnou. Podstatou riadiacich systémov je riadenie v reálnom čase s vysokou flexibilitou a spoľahlivosťou. Mimoriadny dôraz je v priebehu štúdia na jednej strane kladený na tvorivý a systémový prístup k analýze a syntéze mechatronických objektov, na druhej strane je prístup k analýze a syntéze odvodený od matermaticko-fyzikálneho popisu jednotlivých funkčných blokov týchto systémov, následne verifikovaných experimentmi na reálnych objektoch. Predpokladá sa, že absolvent ukončil prvostupňové v niektorom z vyššie uvedených študijných odborov, prípadne príbuzných odborov (študijný program so štandardnou dĺžkou štúdia 2 roky). Pre uchádzačov, ktorí ukončili prvostupňové v niektorom vzdialenejšom študijnom odbore, možno navrhnúť študijný program so 7

9 štandardnou dĺžkou štúdia 3 roky. Absolvent inžinierského štúdia Mechatroniky na základe svojich teoretických vedomostí, praktických návykov a skúseností získaných počas štúdia sa po absolvovaní štúdia uplatní vo vedecko-výskumných vývojových a projekčných organizáciách pri riešení problematiky komplexných mechatronických systémov a zariadení pre vytváranie a riadenie pohybu a premenu energií v podnikoch zaoberajúcich sa projektmi a realizáciou moderných elektromechanických, elektrohydraulických, mikromechatronických a iných mechatronických sústav s distribuovanými systémami riadenia, ako aj v skúšobníctve a komplexnom zabezpečovaní kvality týchto sústav. Má predpoklady, aby po získaní praktických riadiacich skúseností sa stal koordinátorom predovšetkým vývojových tímov mechatronických sústav vo výrobných organizáciách. Skladba a náplň študijných disciplín poskytuje absolventovi predpoklady uplatniť sa ako systémový pracovník schopný orientovať sa v rôznych oblastiach a tvorivo aplikovať nadobudnuté vedomosti pri komplexnom návrhu mechatronickej sústavy. Bude schopný analyzovať mechanické vlastnosti sústavy z hľadiska princípov riadenia jeho pohybov až po systémovú tvorbu hardvéru a softvéru riadiaceho systému. Je možné predpokladať, že absolventi sa dobře uplatnia na riadiacich a prevádzkových postoch vo firmách vyrábajúcich a servisne zabezpečujúcich komplexy, ktoré je možné charakterizovať ako mechatronické. Uplatnenie v praxi Absolventi sa uplatnia predovšetkým ako tvoriví projektanti, výskumnovývojoví pracovníci, koordinátori a manažéri pracovných teamov pri navrhovaní a vývoji moderných mechatronických systémov a taktiež pri zabezpečovaní prevádzky týchto systémov, ďalej v podnikoch zaoberajúcich sa stavbou strojov, prístrojov, zariadení a systémov spadajúcich do triedy mechatronických sústav a výrobou ich súčasti, ako aj v skúšobníctve a servise týchto sústav. Teoretické vedomosti (2 stupeň) Súhrnná skladba disciplín v inžinierskom stúdiu v odbore Mechatronika bude: - disciplíny základných vied - disciplíny odboru - disciplíny spoločenskovedné sociálne 8

10 ekonomické Nie sú započítané ročníkové projekty a diplomová práca, ani telesná výchova a cudzie jazyky. Korpus vedomostí tvoria: A/ vedomosti z disciplín prírodovedného a inžinierskeho základu - aplikovaná matematika - fyzika (iba voliteľné) voliteľné disciplíny študijného programu B/ vedomosti z disciplín charakterizujúcich študijný odbor (dominanty) - aplikovaná mechanika - elektrotechnika - stavba strojov - systémy automatického riadenia - inžinierska informatika voliteľné disciplíny študijného programu C/ vedomosti z disciplín ekonomických, spoločenských, etických a právnych (ESEP) - systémy riadenia kvality - psychológia - obchod a marketing - systémové inžinierstvo Absolvent odboru mechatroniky (2. stupeň) - nachádza a prezentuje vlastné riešenia problémov pri výskume, vývoji, projektovaní a konštruovaní mechatronických sústav, - tvorivo aplikuje získané poznatky v praxi, - kriticky analyzuje a aplikuje princípy odboru, pričom preukazuje 9

11 efektívne rozhodovanie v súvislosti s výberom a použitím metód, techník a prostriedkov, - vie zavádzať zložité technické riešenia, používať moderné metódy a prostriedky pri riešení problémov. Praktické schopnosti a zručnosti (2 stupeň) Absolvent odboru mechatronika (2. stupeň) získa schopnosť - analyzovať procesy z pohľadu mechatroniky - špecifikovať, navrhovať, implementovať a udržiavať rozsiahle integrované riešenia zahrňujúce rôzne druhy aplikácie, - riadiť procesy z pohľadu vývoja, a implementácie, mechatronických sústav, - preukázať dôkladné porozumenie nosných oblastí znalostí mechatroniky spolu so schopnosťou kritického úsudku v celom spektre problémov súvisiacich s mechatronickými sústavami, - pracovať v projektoch, ktoré zahŕňajú identifikáciu problému, analýzu, návrh a implementáciu rozsiahlych riešení spolu s testovaním a priemernou dokumentáciou, pričom si uvedomuje jednotlivé aspekty kvality. Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (2. stupeň) Absolvent odboru Mehatronika (2. stupeň) dokáže - pracovať efektívne ako jednotlivec, ako člen a ako vedúci tímu, - identifikovať mechanizmy pre kontinuálny vlastný profesionálny vývoj a učenie sa, - udržiavať kontakt s posledným vývojom vo svojej disciplíne - riadiť sa praktikami v súlade s profesionálnym, právnym a etickým rámcom disciplíny - zvyšovať si kvalifikáciu ďalším štúdiom, napr. doktorandským. Vymedzenie jadra znalostí (2. stupeň) Nosné témy jadra znalostí študijného odboru (2. stupeň) 10

12 A/ Všeobecný základ Matematika (numerická matematika, parciálne diferenciálne rovnice, pravdepodobnosť a štatistika, teória informácie ) Aplikovaná fyzika (fyzika tuhých látok, fyzika vákua) B/ Disciplíny odboru (dominanty) Mechanika (analýza a syntéza priestorových mechanických sústav, kmitanie mechanických sústav, MKP) Elektrotechnika (snímače a akčné členy, výkonová elektronika pohonov, mikroelektronika a optoelektronika, mikroelektromechanické prvky a sústavy) Stavba strojov (navrhovanie mechanických častí mechatronických sústav, smart a inteligentné systémy, tekutinové pohony a servosystémy, robotika, modelovanie sústav s rozloženými parametrami) Systémy automatického riadenia (mikroprocesorové systémy, distribuované riadiace systémy, nelineárne systémy riadenia, optimalizácia a adaptívne systémy, programové riadenie, riadenie systémov s rozloženými parametrami) Inžinierska informatika ( architektúra počítačov a číslicová komunikácia, počítačová grafika a vizualizácia, systémy reálneho času a spoľahlivostné systémy, počítačová bezpečnosť, ochrana údajov a diagnostika, umelá inteligencia, paralelné a distribuované systémy a algoritmy vyššie programovacie jazyky ) Pokročilé metódy navrhovania mechatronických systémov. C/ Disciplíny ESEP Systémy riadenia kvality Psychológia Obchod a marketing Systémové inžinierstvo Bezpečnosť technických systémov Štátna skúška (2. stupeň) - obhajoba diplomovej práce (abstrakt v jazyku anglickom) 11

13 - overenie spôsobilosti riešiť inžinierske zadania - kolokviálna skúška z oblasti poznania študijného odboru: Mechatronika. Možné študijne programy inžinierskeho štúdia v odbore mechatronika (len ako príklady) Kapacita voliteľných disciplín (60 %) umožňuje variabilitu študijných programov. V inžinierskom štúdiu to môžu byť najmä tieto študijné programy: 1/ Mechatronika Študijný program Mechatronika je orientovaná na prípravu odborníkov strojárskoelektrotechnického zamerania pre riešenie vedecko-inžinierskych úloh, spojených s komplexným systémovým návrhom, skúšobníctvom, výrobou a prevádzkou mechatronických sústav, t.j. sústav zložených z rôznych nosičov energie a riadených počítačovými, väčšinou distribuovanými systémami, v ktorých pohonnými jednotkami sú elektomechanické alebo tekutinovonechanické akčné členy v kombinácii s prvkami výkonovej elektroniky. Ide teda o navrhovanie, konštrukciu a projektovanie strojov, strojných zariadení a systémov vyznačujúcich sa vysokou funkčnou, pohybovou a manipulačnou mechanickou presnosťou, ktoré majú byť ovládateľné a riaditeľné modernou automatizačnou a počítačovou technikou s uplatňovaním prvkov umelej inteligencie. Vzhľadom na to, že jedným z nosičov energie každej mechatronickej sústavy je mechanická konštrukcia pohybového podsystému, študenti získavajú poznatky o konštrukčnom usporiadaní týchto podsystémov, o moderných metódach analýzy, modelovania a simulácie ich kinematiky a dynamiky. Študenti zamerania musia dokonale zvládnuť princípy činnosti a riadenia rôznych typov akčných členov, do hĺbky zvládnuť predovšetkým navrhovanie a prevádzku elektormechanických akčných členov a získajú tiež poznatky o riadení zovšeobecnených pohybov mechatronických sústav distribuovanými riadiacimi systémami. Teoretická časť štúdia je založená na moderných prístupoch využívajúcich simulačné experimenty s postupne vytváranými a verifikovanými modelmi reálnych objektov a ich riadenia. Mimoriadny dôraz je v priebehu štúdia na jednej strane kladený na systémový prístup k analýze a syntéze odvodený od matematicko-fyzikálneho popisu jednotlivých funkčných blokov týchto systémov. Cieľom praktickej časti štúdia je osvojovanie a rozvíjanie schopnosti pripraviť, realizovať, štatisticky vyhodnotiť a hlavne dôsledne fyzikálne interpretovať reálne experimenty. V rozširujúcej časti štúdia (hlavne systémom voliteľných predmetov dosiahne absolvent schopnosť samostatnej tvorivej návrhársko-konštrukčnej činnosti 12

14 vedúcej k samostatnému návrhu komplexných mechatronických sústav. 2/ Mikromechatronika Študijný program Mikromechatronika je synergickou integráciou mechanických a elektronických sústav, ktorých rozmery sú vyjadrené mierkami mikrosveta. Mikromechatronika vyžaduje kombináciu prvkov ako sú mikroprocesory, mikrosenzory a mikroaktuátory, funkčne zabezpečovanú inteligentným programovým vybavením. Mikromechatronické sústavy sa vyznačujú vysokou funkčnou spoľahlivosťou, nízkymi výrobnými nákladmi, vysokou reprodukovateľnosťou charakteristík a nízkou spotrebou energie. Návrh a konštrukcia mikrosystémov vyžaduje okrem hlbokých znalostí fyzikálnych princípov funkcie mikroprvkov aj schopnosť využívať výkonné návrhové počítačové systémy a simulátory. Predpokladom je poznanie a ovládanie technológií mikroelektroniky a mikroobrábania. Mikromechatronika predstavuje jedno z budúcich štádií mechatroniky, v ktorom popri klasických kompozitných materiáloch budú čoraz viac nachádzať uplatnenie aj nové materiály vrátane biologických. 3/ Riadenie mechatronických sústav Študijný program Riadenie mechatronických systémov v rámci interdisciplinárneho študijného odboru Mechatronika je komplementárny so študijným programom Mechatronika, na ktorý obsahovo a metodologicky nadväzuje. Zaoberá sa vedeckoinžinierskymi úlohami tvorby a prevádzky informačno-riadiacich systémov, ako súčasti mechatronických a robotických systémov. Vyznačuje sa interdisciplinárnym prístupom, integráciou teoretických a praktických poznatkov z oblasti automatického riadenia, senzorických systémov, aktuátorov a distibuovaných riadiacich systémov. Riadenie mechatronických sústav sa študuje ako riadenie synergickej interakcie senzorov, riadených pohonných jednotiek, mechanických štruktúr a prostredia na báze inteligentných riadiacich algoritmov realizovaných modernou počítačovou technikou a účelovo navrhovanou elektronikou. Štúdium riadenia pohybu mechanizmov, výkonových a silových interakcií a vnútorných procesov premeny energií v mechatronických systémoch a komplexoch vyžaduje zároveň dobrú prípravu študentov z oblasti elektromechaniky, pohonov a servomechanizmov, kinematiky a dynamiky mechanizmov. 4/ Informatické systémy v mechatronike Študijný program Informatické systémy v mechatronike poskytuje vzdelanie v aplikovanej vedecko-technickú disciplíne zameranej na problematiku informačných systémov a informačných procesov, ktoré prebiehajú v mechatronike, automatizácií a riadení, ako aj v priemyslovom inžinierstve. 13

15 Informatické zabezpečenie mechatronických sústav, predstavuje vedné disciplíny, ktoré formalizujú a informačne zastrešujú etapy analýzy, syntézy a prevádzky mechatronických sústav a umožňujú tiež hodnotenie (kvality) inžinierskych riadiacich procesov. Informačné procesy sa odvíjajú najmä z úloh mikroprocesorového riadenia dynamických systémov v reálnom čase, s cieľom dosiahnuť ich efektívnu činnosť vo všetkých etapách projektovania výroby a prevádzky mechatronických sústav. Opierajú sa o matematicko-inžinierske štúdium v programoch bakalárskeho štúdia. V aplikáciách na mechatronické sústavy a procesy sa používajú najmä metódy modelovania a simulácie pomocou počítačov, s cieľom uskutočniť simulačné experimenty, vedúce k návrhu dynamických mechatronických zariadení a overeniu ich prevádzkových vlastností. Tým sa umožní aj hodnotenie kvality inžinierskych procesov. Simulačné experimenty sa overujú na reálnych projektoch. Porovnaním sa umožní identifikácia a hodnotenie vlastností projektovaných zariadení, a tým aj špecifické získavanie nových poznatkov. Produktom teoretického štúdia simulačných experimentov, ako aj inžinierstvo overovania na reálnych objektoch budú expertné systémy, simulačné programy a databázové systémy, a to ako pre objekty so sústredenými parametrami, tak aj pre distribuované dynamické objekty. Uplatnia sa rozvíjať aj nové teórie a nástroje, ktoré poskytuje umelá inteligencia, napríklad neurónové procesory, klasifikátory a pod. Všeobecné teoretické základy informatiky sa v mechatronických aplikáciách uplatnia pri návrhu implementácií a udržiavaní rozsiahlych programových a informačných systémov. 5/ Prístrojová, regulačná (informačná) a automatizačná technika. V rámci študijného odboru si študenti osvojujú súbory znalosti z elektrotechniky pre prístroje a automatizáciu, meranie, monitorovanie a riadenie, komponenty a moduly prístrojov, technológia prístrojovej techniky, teória spojitého a nespojitého riadenia, snímanie technických veličín automatizácie, prostriedky pre riadenie, elektrické, hydraulické a penumatické, mechatronika, metodológia prístrojov, mikromechanika, automatizované výrobné systémy a ďalšie s cieľom podporovať svoj budúci profil. Získajú zručnosť pri laboratórnych meraniach z viacerých disciplín. Absolvent získa prehĺbené znalosti a praktické skúsenosti v disciplínách: Teória automatického riadenia, Prostriedky automatického riadenia, identifikácia a simulácia systémov. NC stroje a systémy, Technológie automatizovaných výrob, Výrobné systémy pre automatizované závody, Počítačom podporované systémy riadenia, Systémy s umelou inteligenciou. Absolventi nachádzajú uplatnenie v oblasti vedy, výskumu a automatizácie 14

16 strojárskych a nestrojárskych výrob. Môžu pôsobiť v realizácií projektov ako vývojoví konštruktéri prvkov, uzlov a zariadení automatizačnej techniky, pri navrhovaní skúšobných zariadení, ako aj inžinieri pre oživovanie, skúšanie a servis pneumatických, hydraulických a elektrických zariadení. Absolventi sú schopní navrhovať, vyrábať a prevádzkovať meracie, regulačné a automatizačné zariadenia a majú poznatky o meraní, monitorovaní a riadení, o riešení problémov presnej mechaniky, spoľahlivosti a bezpečnosti prístrojovej techniky, o komponentoch a moduloch prístrojových systémoch ako aj o ich projektovaní Schopnosť absolventov je daná vedomosťami z oblasti presnej mechaniky, prístrojového inžinierstva, merania, monitorovania a riadenia, komponentov a modulov prístrojovej techniky. Majú tiež poznatky z mechatroniky, prístrojovej elektroniky, projektového riadenia, konštruovania presných mechanizmov, senzorov a prevodníkov, inžinierstva kvality a spoľahlivosti a bezpečnosti. 6/ Biomechatronika Biomechatronika je vedecko-aplikačný odbor, ktorý sa zaoberá problematikou mechatronických výrobkov aplikovaných na bioobjekty. Rieši problémy súvisiace s návrhmi, vývojom, výrobou a aplikáciami biomechatronických výrobkov. Z hľadiska objektov, na ktorý sa tieto výrobky aplikujú, je možné biomechatroniku členiť na biomechatroniku človeka, fauny a flóry. (c4) Obsah tretieho stupňa Absolvent ovláda vedecké metódy výskumu a vývoja mechatroniky. Štúdium je orientované na absolventov inžinierskeho, respektíve magisterského štúdia, inklinujúcich k riešeniu teoretických inžiniersko-vedeckých problémov v oblastiach mechatroniky, elektrotechniky, elektroniky, mechaniky, strojárstva, informatiky a automatického riadenia až do úrovne umelej inteligencie. Predpokladom úspešného zvládnutia štúdia je schopnosť doktoranda abstraktne myslieť, jeho záujem a schopnosť aplikovať poznatky týchto odborov pri riešení technických problémov, ovládanie moderných analytických a numerických metód a metód matematického modelovania. Doktorand sa naučí charakterizovať a chápať fyzikálne javy a experimentálne poznatky o týchto javoch, hľadať adekvátne modely a nové aplikácie v špecifikovaných disciplínách, vo vede, výskume a praxi. Doktorandské štúdium umožní doktorandovi získať ucelené teoretické vedomosti a praktické skúsenosti a zvládnuť metodiky vedeckej práce, a pripraví ho na samostatnú vedeckú prácu v oblastiach synergeticky kooperujúcich s elektrotechnikou, mechanikou, informatikou, automatizáciou a riadením, 15

17 meracou technikou a senzorovou technikou. Absolvent doktorandského štúdia v odbore Mechatronika získa poznatky založené na súčasnom stave vedeckého poznania a vlastnou tvorivou činnosťou prispeje k novým poznatkom v tejto oblasti. Teoretické vedomosti (3. stupeň) Absolvent odboru Mechatroniky (3. stupeň) - vedecky báda a prináša vlastné riešenia problémov v oblasti mechatroniky Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (3. stupeň) Absolvent odboru Mechatroniky (3. stupeň) si osvojí - zásady vedeckej práce, väzby výskum-vývoj-výroba-použitierecyklácia, vedecké formulovanie problému (technické zadanie), právne a environmentálne aspekty nových produktov, etické a spoločenské stránky vedeckej práce, prezentácia výsledkov, rozvoj študijného odboru a prínos pre prax. Vymedzenie jadra znalostí (3. stupeň) Nosné témy jadra znalostí študijného odboru (3. stupeň) Nosné témy jadra znalostí 3. stupeň t.j. PhD. Stupňa vysokoškolského štúdia sú viazané na Vedu o mechatronike. Tento stupeň štúdia principiálne bude prebiehať podľa individuálnych študijných plánov, pričom korpus vedomostí, schopností a zručností sa bude podriaďovať konkrétnej téme dizertačnej práce. Matematika Fyzika Východiskom pre korpus vedomostí sú tieto disciplíny: Teória automatického riadenia Riadené kmitanie mechanických sústav 16

18 Experimentálne metódy v mechanike Senzory a senzorové systémy Pohybové systémy Vybrané state z dynamiky strojov Riadiace systémy Robotika Umelá inteligencia Mikrosystémová technika Modelovanie mechatronických systémov Súbežné simulácie mechatronických systémov (integračné multidisciplinárne prostredie) CAD Informatika v mechatronike Vedecká časť: - Výskum aktuálneho otvoreného vedeckého problému z odboru. - Zásady vedeckej práce, väzby výskum-vývoj-výroba-použitierecyklácia, vedecké formulovanie problému (technické zadanie), právne a environmentálne aspekty nových produktov, etické a spoločenské stránky vedeckej práce, prezentácia výsledkov, rozvoj študijného odboru a prínos pre prax. Znalosti uvedené v jadre majú rozsah 1/3 v študijnej časti a 2/3 vo vedeckej časti. Dizertačná skúška a obhajoba dizertačnej práce (záverečná práca) musí spĺňať kritérium, aby študent preukázal schopnosť samostatne získavať teoretické a praktické poznatky. (d) Zdôvodnenie potreby vzniku študijného odboru: Stále viac nových strojov, prístrojov a zariadení obsahuje množstvo vzájomne viazaných MECHAnických a elektronických prvkov. Mechatronické výrobky sa 17

19 však nesmú zamieňať s elektromechanickými, ktoré taktiež obsahujú elektronické prvky, napr. usmerňovače, zosilovače, alebo regulátory. Mechatronickými sa stávajú až vtedy, ak vykazujú naviac i určitý stupeň inteligencie, ktorý bolo možné vytvoriť až rozvojom mikroelektroniky. Medzi mechatronické výrobky patria nielen rôzne priemyselné roboty a iné výrobné zariadenia, ale aj dopravné zariadenia, prístroje určené pre automatizáciu kancelárií a domácnosti, lekárske prístroje, výrobky pre spestrenie voľného času, pre zaistenie bezpečnosti, nehovoriac už o zariadeniach vojenského rázu. Podľa štatistík svetová produkcia týchto výrobkov rastie o 30% ročne na rozdiel od výrobkov klasických nemechatronických výrobkov, ktorá skôr stagnuje. Základný stupeň inteligentného chovania zaisťuje mechatronickým výrobkom ich programovateľnosť, ako napr. pri pohybe ramena priemyselného manipulátora, alebo pri činnosti poštového známkovacieho automatu samo-regulovateľnosť, akú vykyzuje napr. automatický pilot, alebo zariadenie zabraňujúce zrážkam s prekážkami u samočinne riadeného vozidla. Perspektívne sa pri mechatronických výrobkoch dá stále častejšie očakávať inteligentné chovanie vyššieho stupňa, ako napr.: diagnostika vlastných chýb opravovanie sa pomocou vlastnej rekonfigurácie učenie sa na základe získaných skúsenosti s cieľom zlepšiť vlastné chovanie v budúcich podobných situáciách organizácia vlastnej spolupráce s inteligentnými strojmi reorganizovať sa s cieľom zlepšenia vlastných schopností prispôsobiť sa zmenám okolia Zvyšovaním inteligentnej úrovne je možné zvyšovať univerzálnosť, prispôsobivosť, energetickú efektívnosť, prevádzkovú bezpečnosť a jeho ekologickosť. Japonci si ako prví uvedomili, že pri projektovaní mechatronického výrobku sa nedá optimálny výsledok dosiahnuť tak, že tím strojných a elektrotechnických inžinierov vyprodukuje svoje časti výrobkov viac, či menej nezávisle jeden na druhom a až potom sa ich snažia spojiť. Uvedomili si, že aj v prípade mechatronických výrobkov sa dajú najlepšie výsledky dosiahnuť len postupom zhora dole vychádzajúceho zo špecifikácie projektovaného výrobku a zaoberajúceho sa jeho stále podrobnejšími detailmi. Týmto vznikla potreba pre tento účel vytvoriť a pestovať nový interdisciplinárny inžiniersky odbor integrujúci poznatky nielen z mechaniky, elektroniky a informatiky, ale aj z ďalších odborov. 18

20 Mechatronický prístup návrhu výrobkov a procesov sa už od veľmi včasného stupňa návrhu usiluje využívať schopnosti, inteligenciu a pružnosť, ktoré sú poskytované implementáciou elektroniky, softwéru a informačných technológii. Kľúčové aktivity mechatroniky sú sústredené predovšetkým na: zdokonalenie priemyselných výrobkov a procesov na báze mechatronickej technológie za účelom ich zrýchlenia a zlacnenia, vývoj priemyselných riešení moderných strojov a prístrojov integráciou mechaniky, elektroniky a informatiky (obrábacie stroje, textilné stroje, magnetické ložiská, diagnostika atď.), návrh nových spotrebných výrobkov (automobily, videorekordéry, pracovné nástroje, hračky, atď.) s využitím mechatroniky s cieľom dodania ďalších nových funkcií a implementácie užívateľsky priateľských a entuziastických atribútov na zvýšenie atraktívnosti pre spotrebiteľa, vytvorenie nových techník pre prácu v interdisciplinárnych oblastiach ako napr. lekárske a biologické prístroje, neuroinformatika, mikro a nanotechnika, atď., podpora nových koncepcií na realizáciu inteligentných a ľudsky prívetivých strojov. Z toho je zrejmé, že mechatronika predstavuje základ pre vývoj moderných výrobkov, pre výrobný priemysel a že interdisciplinárni inžinieri majú pred sebou perspektívu vysokej kvality pracovného uspokojenia zo zvýšenými pracovnými vyhliadkami. V dôsledku týchto trendov ekonomická úspešnosť už dlhšiu dobu nespočíva na objeme výroby, ale je stále viac závislá na schopnosti výrobcov reagovať na požiadavky trhu a na osvojenie si integračných prístupov vo fáze návrhu výrobku, alebo procesu. Toto sú dôvody pre zavedenie mechatronických prístupov, ktorých zmyslom je dosiahnutie efektívnej výroby s maximálnym ekonomickým ziskom. Okrem toho mechatronické princípy umožňujú efektívnejšie využívanie materiálov a energie a neutralizáciu alebo minimalizáciu vplyvu na životné prostredie. Na zvyšujúci sa počet strojných inžinierov vo všetkých odvetviach priemyslu (automobily, poľnohospodárstvo, potravinárstvo, obrábacie stroje, lekárske prístroje, atď.) sú kladené dôležité a potrebné úlohy, ktorých riešenie vyžaduje kombináciu znalosti z rozličných odborov. V dôsledku úspešnosti Japonských mechatronických výrobkov na trhoch celého sveta sa vlády v Európe a USA začali mechatronikou vážne zaoberať. V tejto súvislosti nasledovali zásahy do organizácie priemyselného výskumu a do osnov školstva. V Európe je mechatronika od roku 1986 považovaná za jednu z najpotrebnejších zložiek európskych výskumných a vzdelávacích programov. Za spoluúčasti 150 firiem vzniká vo Fínskom technickom výskumnom centre v Tampere program rozvoja mechatroniky, ktorý si vyžiadal približne 100 človekorokov. Výsledkom programu bola nová generácia mnohých výrobkov, napríklad rôzne hydro a pneumaticko -elektrické prvky zabudované do 19

21 papierenských a ťažobných strojov, do vrtných súprav, žeriavov, výťahov a pod. (e) Príklady podobných študijných odborov v zahraničí: Vo svete existujú prognózy, ktoré hovoria o tom, že mechatronika je budúci odbor inžinierstva, pretože v budúcnosti nebudú existovať čisto mechanické stroje. V priemysle vyspelých krajín začína vzrastať dopyt po inžinieroch z oblasti mechatroniky. Preto na niektorých vysokých školách začína vyučovanie v novom študijnom odbore, mechatronike. Napríklad v Japonsku existuje najmenej desať univerzít, ktoré ponúkajú mechatronický program. Medzi najvýznamnejšie patria: Univerzita v Chuo, Univerzita v Kobe, Tokijská Metropolitná univerzita, Tokijská univerzita, univerzita v Nagoye, Univerzita v Tohoko, Tokijský technický inštitút a ďalšie. Mechatronické programy týchto univerzít sú podporované vládou, Japonskou vedeckou spoločnosťou, ministerstvom medzinárodného obchodu a priemyslu (MITI) a ministerstvom školstva. Typickou charakteristikou týchto univerzít je, že každá z nich má laboratórium, alebo inštitút, ktoré sa venujú štúdiu mechatroniky. V Nemecku prvou školou, ktorá zaviedla vyučbu mechatroniky bola Fachhochschule Bochum. Podobne aj ďalšie nemecké univerzity Fachhochschule Karlsruhe a Gerhard Mercator University Duisburg, Hochschule Aachen, TU Mníchov a ďalšie. Pretože absolventov bude aj tak nedostatok, niektoré ďalšie vysoké školy tiež zavádzajú štúdium mechatroniky. Aj v USA prebieha výučba mechatroniky na niekoľkých univerzitách Arcansas University, Lousians State University, Vanderbilt University v Nashville, Stanford University, Georgia Instute of Technology, North Caroliny State University a iné. Vo Veľkej Británii sú to napr. Loughborough University a University of Leeds. V Dánsku je študijný program mechatroniky na University of South Denmark. V Holandsku je známa University of Twente, v Belgicku Catholieke Universitaet Leuven, v Rakúsku Johannes Kepler Universität Linz, v Poľsku Politechnika Warszawska, v Českej republike VUT Brno, TU Liberec. Doterajšia výchova inžinierov vychádza z jednotlivých disciplín a z prístupu zdola hore. Je budovaná na základných princípoch a prístupoch jednotlivých disciplín a rozvíja sa v izolácií od iných predmetov. S príchodom nových technológií nadobúda vo fáze návrhu na význame systémový prístup. Tento prístup kladie väčší dôraz na hlavné účelové funkcie výrobku ako na jednotlivé komponenty a moduly, a tým sa viac sústreďuje na to čo jednotlivé moduly a komponenty môžu robiť, než z čoho sú zložené. Tento prístup v spájaní technológií je prístupom zhora dole a tvorí aj filozofiu mechatroniky. Výsledkom takéhoto prístupu je optimálne riešenie výrobku. 20

22 (f) Vymedzenie príbuzných študijných odborov a rozdielov medzi nimi: aplikovaná mechanika, strojárstvo, elektrotechnika, dopravné stroje a zariadenia, automatizacia výrobná technika biomedicínske inžinierstvo elektronika informatika 21