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21 Feb 2019, 13:53

Mechatronik – ein multidisziplinärer Ansatz in der Technik

Mechatronik-Ingenieure erarbeiten Lösungen

Nach einer schnellen Suche im Internet wissen Sie, dass Mechatronik eine Mischung aus Mechanik, Elektronik und Steuerungstechnik ist und aus recht naheliegenden Gründen häufig mit Robotik und Industrial Engineering in Verbindung gebracht wird. Das ist zwar die akademische Definition, aber wenn es um Menschen geht, sieht das wahrscheinlich ein wenig anders aus. Es geht darum, die Fertigkeiten zu erwerben und zu perfektionieren, die nötig sind, um eine Aufgabe zu erledigen. Wir müssen ein typisches Mechatronik-Projekt nicht genau unter die Lupe nehmen, um zu sehen, dass es wahrscheinlich alle drei genannten Elemente umfasst. In diesem Zusammenhang geht es bei der Mechatronik in erster Linie um die Anwendung, egal ob es sich um Robotik oder einen ganz anderen Bereich handelt.

In der Technik geht es darum, sich die Hände schmutzig zu machen. Warum sollte es also bei Platinen anders sein? Ist es nicht! Selbst der engagierteste Elektroingenieur freut sich, wenn seine Kreation genau das tut, was sie soll. Maschinenbauingenieure verwenden CAD-Tools, um Systeme zu entwerfen und zu modellieren, lange bevor sie wirklich hergestellt werden – und Software ist das Herzstück von allem. Es gibt sogar einige bemerkenswerte Bemühungen, alle drei dieser Design-Bereiche in einer einzigen Umgebung zu vereinen.

In den letzten hundert Jahren sind aus rein mechanischen Steuerungssystemen größtenteils elektrische geworden. Tatsächlich kann man sich Steuerungssysteme ohne mechanische oder elektrische Elemente nur schwer vorstellen. Fliehkraftregler wurden entwickelt, um die proportionale Steuerung bei Dampfmaschinen mit einfacher mechanischer Rotation zu realisieren. Heute steuern ECUs alle Bereiche eines Verbrennungsmotors. Es ist offensichtlich, dass für die Entwicklung von Steuerungssystemen schon immer Maschinenbauwissen erforderlich war. Seit geraumer Zeit ist dafür auch die Elektrotechnik notwendig. Elektronik und Mechanik sind zunehmend abhängig voneinander geworden. Das unterstreicht nur, warum es heute wichtiger ist als je zuvor, einen multidisziplinären Ansatz in der Technik zu verfolgen.

Genau wie der Fliehkraftregler schließlich durch komplexere Systeme ersetzt wurde, die eine proportionale Steuerung in zuverlässigerer und reproduzierbarer Weise ermöglichen, haben sich auch die Steuerungssysteme selbst verändert – heute sind sie kaum noch „greifbar“. Algorithmen, die auf leistungsstarken Verarbeitungsengines laufen, haben die sorgfältig gewichteten, rotierenden Metallteile ersetzt. Mit Software kann man nun fast alle Systeme steuern, und es ist Jahre her, dass Technik einfach durch die Dinge definiert werden konnte, die wir sehen und berühren können. Das Programmieren hat die Technik verändert, und die Mechatronik definiert sie nochmals neu.

Da Software ohne Hilfe kein Ventil öffnen und auch nicht den Druck in einer Kraftstoffleitung erkennen kann, hängt sie sehr stark von Schnittstellen zur Welt ab, die nur physische Geräte bieten können. Ihre Augen, Ohren und Hände sind Sensoren, Betätigungselemente, Motoren und andere Formen von Wandlern. Diese müssen sorgfältig in das Gesamtsystem integriert werden – und darum geht es heute in der Systemtechnik. Sie wird treffend durch den Begriff Mechatronik definiert.

Wer sind Mechatronik-Ingenieure?

Man erkennt leicht, warum Maker und Systemintegratoren auch als Mechatronik-Ingenieure bezeichnet werden könnten. Sie kennen keine Grenzen, wenn es darum geht, ein System zu erstellen, mit dem eine Tür per Smartphone geöffnet oder geschlossen werden kann. Viele werden nicht einmal den Unterschied zwischen den beteiligten Disziplinen sehen, aber die Branche kann das und ihr gefällt, was sie sieht. Die Nachfrage nach Mechatronik-Ingenieuren wächst, weil sie im Grunde Lösungsentwickler sind.

Der Bedarf an hochqualifizierten Fachkräften für elektronische und mechanische Designs bleibt bestehen, aber der Bedarf an Ingenieuren, die die Produkte dieser Experten der jeweiligen Bereiche nutzen und ohne Weiteres auf reale Probleme anwenden können, wird immer mehr steigen. Diese Macher-Mentalität wird in letzter Zeit von einer größeren Verfügbarkeit an konfigurierbaren Lösungen gestärkt. So wird der praxisorientierte Ansatz für ergebnisorientierte Technik eingesetzt.

Technik in Bestform

Es sind nicht nur Arbeitgeber, die die Vorteile der Verbindung der Disziplinen schätzen. Die Branche vereinfacht es insgesamt, alle Elemente der Technik schneller und produktiver zu vereinen. Kostengünstige Computing-Projekte wie der Raspberry Pi und Arduino gesellen sich zu einer Vielzahl von Single-Board-Computern, die speziell für mechatronische Anwendungen konzipiert wurden. Die Halbleiterindustrie entwickelt sich schon seit vielen Jahren in diese Richtung. Dazu gehören Platinen-Supportpakete, Referenzdesigns und andere Formen oder Plattformen, die Ingenieuren dabei helfen sollen, Lösungen zu entwickeln, ohne zu sehr in die Materie eindringen zu müssen. Dies ist wahrscheinlich am offensichtlichsten und relevantesten bei Motorsteuerungen, die eine Herausforderung darstellen können, wenn man von Grund auf beginnen muss. Wenn man aber eine vorvalidierte Motorsteuerungsplattform von einem Mikrocontrollerlieferanten nutzt, gestaltet sich diese Aufgabe viel einfacher.

Durch die Zusammenführung verschiedener Disziplinen in einem einzigen Design-Team können Ingenieure mit ihren sich ergänzenden Fähigkeiten zusammenarbeiten. Jeder wird die Talente der anderen schätzen und sie bis zu einem gewissen Grad im Designprozess unterstützen können.

Das Internet der Dinge als Triebkraft

Der Grund für das erneute Interesse an Mechatronik (der Begriff ist immerhin schon fast 50 Jahre alt) ist das Internet der Dinge (IoT). Beim Internet der Dinge dreht sich eigentlich alles um das Internet der Daten, da Daten – oder, allgemein gesagt, Informationen – heutzutage die Welt antreiben. Die Automatisierung wird vollständig durch Steuerungssysteme ermöglicht, die mit Daten arbeiten. Bei einer Dampfmaschine steht die Motorlast für die „Daten“. Je höher die Last, desto mehr musste der vom Fliehkraftregler gesteuerte Motor leisten. Die Daten, die diesen Prozess antreiben, kommen von immer weiter weg. Es ist nicht mehr einfach nur die Motorlast, sondern die Produkte in den Regalen, die Fahrzeuge auf den Straßen, und sogar die Sonne am Himmel. Durch die Mechatronik können Daten gesammelt und entsprechend genutzt werden – sie bildet einen geschlossenen Kreislauf.

Schulen, Hochschulen und Universitäten haben erkannt, wie wichtig eine multidisziplinäre Herangehensweise an das Lernen ist. Es gibt immer mehr Lehrpläne, die sich ergänzende Fähigkeiten umfassen. Zudem entstehen immer mehr Mechatronik-Studiengänge, und Schulen in Großbritannien führen sogenannte „T-Levels“ ein, die ungefähr einem regulären Abitur entsprechen, aber viel stärker auf Konstruktion und Technologie ausgerichtet sind.

Der Vormarsch der Mechatronik-Ingenieure wird vermutlich anhalten. Das eröffnet enorme Chancen für alle technikinteressierten Menschen, weil sie nicht Jahre damit verbringen müssen, eine einzige Disziplin zu meistern. Stattdessen können sie Ihre speziellen Fertigkeiten anwenden, um in vielen Bereichen versiert zu werden.

Favourite things are Family, Music and Judo. Also, I have the ability to retain and quote useless facts, something that pleases me but can annoy others. My engineering hero - Isambard Kingdom Brunel

21 Feb 2019, 13:53

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