Stand 02. Januar 2014
Bedingt durch die aktuelle technologische Entwicklung werden die
traditionell gültigen Trennungen der klassischen ingenieurwissenschaftlichen Tätigkeitsfelder
aufgelöst und durch neue interdisziplinär strukturierte Tätigkeitsfelder, mit breiter
Kompetenzanforderung, ersetzt.
Die Mechatronik ("das Aalener Modell"), hervorgegangen aus der dem traditionellen
Studiengang Mikro - und Feinwertechnik / Mechatronik, ist ein multidisziplinärer und hoch
dynamischer moderner ingenieurwissenschaftlicher Studiengang, mit einem aktuellen
zukunftsorientierten Qualifikationsprofil.
Die Ingenieurstudenten/innen werden, im Studiengang Mechatronik, auf den Gebieten der
modernen Mikrosystemtechnik, der "klassischen " und "
elektronischen" Feinwerktechnik, sowie der hoch aktuellen zukunftsweisenden Mikrotechnik, Adaptronik,
Mechatronik und Mikromechatronik ausgebildet.
Das Fachgebiet der "klassischen" und "elektronischen" Feinwerktechnik umfasst alle Teile der angewandten Physik, der Mechanik, der Fein- und Mikrotechnik, der Elektrotechnik und Elektronik, der Technischen Optik sowie deren Mischgebiete und der elektronischen Informationsverarbeitung.
Die konsequente Weiterentwicklung der modernen Feinwerktechnik zu immer kleiner
werdenden Bauelementen mit den dazu notwendigen neuen mikromechanischen
Fertigungsverfahren (Rapid - Product - Development) und der modernen Fertigungsinformatik
führte zur Entstehung der modernen Mikro- und Mikrosystemtechnik.
Nach europäischer Definition sind Mikrosysteme intelligente miniaturisierte Systeme, die
Wahrnehmungs-, Verarbeitungs- und/oder Antriebsfunktionen durch die Kombination von elektrischen,
elektromagnetischen, mechanischen, optischen, chemischen, biologischen und/oder anderen
Funktionselementen auf einem monolithischen oder hybriden Systemen ausführen [Beernaert].
VDI / VDE - Richtlinien für
Mikro - und Feinwerktechnik.
Die
VDI / VDE - Richtlinien sind "Regeln der Technik" und stellen
Handlungsanweisungen dar, die in vielfältigsten Bereichen den Stand der Technik
repräsentieren und Regelungen empfehlen. In den Richtlinien werden
anwendungs- und theoriebezogene Fragen technisch - wissenschaftlicher und
technisch - wirtschaftlicher Art behandelt. Sie sollen aktuelle und zukünftige
Entwicklungen umreißen. In ihnen werden auch zukunftsweisende Empfehlungen
aufgestellt sowie Beurteilungs- und Bewertungskriterien gegeben. Sie behandeln
außerdem Themen, deren Entwicklung noch nicht beendet ist. Dennoch können sie
für die neue Themenfelder auch normähnlichen Charakter tragen, sowie weiterhin
europäische und internationale Normen praxisbezogen konkretisieren und
interpretieren.
Die Aufgabenstellungen der modernen Feinwerktechnik verlagerte sich immer mehr
von der "klassischen" Feinwerktechnik und Präzisionsmechanik in den Bereich
der Elektronik und Informatik. Für die Verbindung der klassischen Fachgebiete Mechanik,
Elektronik und Informatik hat sich daher der neue, auch international
verwendete synthetische Fachbegriff Mechatronik durchgesetzt.
Für miniaturisierte Systeme der Mechatronik verwendet man heute den Fachbegriff
Mikromechatronik.
Die Mechatronik (engl. Mechatronics) ist also eine moderne interdisziplinäre Ingenieurwissenschaft, entstanden aus multidisziplinären Verknüpfungen der etablierten Ingenieurwissenschaften der Mechanik (engl. Mechanics) und der Elektronik (engl. Elektronics) sowie der Informatik (engl. Informatics). Die Begriff "Mechatronics" wurde übrigens schon Mitte der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts in Japan von der Firma Yaskawa Electric Corporation erdacht und 1971 als Handelsnamen gesetzlich geschützt (Schutzdauer 30 Jahre).
Mechatronik ist natürlich viel mehr als nur die klassisch betriebene Entwicklung und Behandlung elektromechanischer oder mechanoelektronischer Systeme, mit der additiven und meist nachträglichen Ergänzung passiver mechanischer Strukturen mit softwareunterstützten elektronisch geregelten Komponenten. Mechatronische Systeme sind vielmehr geprägt durch die von Beginn an integrierte interdisziplinäre Projektierung, Konstruktion und Entwicklung komplexer multitechnischer Geräte, Systeme und Anlagen (Ingenieur - Mechatronik). Dadurch ergeben sich ganz neue, teilweise überraschende, technische Möglichkeiten zur Verlagerung der technischen Funktionalität von passiven mechanischen Strukturen zu aktiven softwaregesteuerten elektronischen Komponenten in Verbindung mit intelligenten Sensoren und Aktoren und der elektronischen Informationsverarbeitung sowie der zugehörigen Software.
Welche neuartigen technischen Geräte, Systeme und Anlagen durch diese
neuartige Funktionalität der modernen Mechatronik entstehen soll an den nachfolgenden Beispielen
für mechatronische Systeme aus verschiedenen Technikbereichen exemplarisch beschrieben werden.
Beispiele für mechatronische Systeme in der Fahrzeugindustrie sind das
elektronische Motormanagement, das Antiblockiersystem (ABS), die Antischlupfregelung (ASR)
und die Fahrdynamik-Regelung (FDR).
Beispiele für mechatronische Systeme aus dem Maschinen- und Anlagenbau sind weitgehend autonom arbeitende Roboter, Anlagen mit autonomen Einspannsystemen, sich selbsteinstellenden Werkzeugen und berührungsfreien geregelten Luft- oder Magnetlagern.
Beispiele für mechatronische Systeme aus der Elektro-, Elektronik- und
Computerindustrie sind neuartige Messgeräte und Messsysteme,
Sensoren, Aktoren, Videorecorder,
Videokameras, Camcorder, CD-Player, Speichermedien, Laufwerke, Drucker, Plotter oder
Kopierer.
In der dualen gewerblichen Berufsausbildung gibt es seit 04. März 1998 (Berufsbildungsgesetz BGBI. IS. 408) den anerkannten Ausbildungsberuf "Mechatroniker/in" (vereint das Berufsbild Industrie-Mechaniker/in und Industrie-Elektroniker/in) und seit 2003 den Ausbildungsberuf "Kfz-Mechatroniker/in" (vereint das Berufsbild Kfz-Mechaniker/in und Kfz-Elektriker/in). Fachkenntnisse in Maschinenbau, Elektrik, Elektronik, Optik und Informatik werden in diesen Ausbildungsgängen erworben. Die Industrie und das Handwerk, maßgeblich an der Einführung dieser Berufsbilder beteiligt, sieht einen sehr hohen Bedarf an ausgebildeten Fachkräften.
Der Verein
Deutscher Ingenieure (VDI) hat am 05. Februar 2003 den Entwurf der
Richtlinien VDI 2206 mit dem Titel:
Entwicklungsmethodik für
mechatronische Systeme (Design
methodology for mechatronic systems)
herausgegeben.
Die
Richtlinie VDI 2206 behandelt systematische Methoden und Werkzeuge für
die Entwicklung moderner mechatronischer Produkte. Sie beschreibt die
Entwicklung eines modernen mechatronischen Produkts ganzheitlich und stellt die
erforderlichen Methoden und Werkzeuge dar. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit
in der frühen Phase des Systementwurfs ist entscheidend für den Erfolg eines
neuen mechatronischen Produktes. Das Ergebnis des so erstellten Systementwurfs
ist dann die technisch abgesicherte Konzeption eines mechatronischen Systems.
Die Verifikation und die Validierung sichern die Konstruktion des
mechatronischen Systems ab. Hier können Sie Einsicht in das Inhaltsverzeichnis
der VDI-Richtlinie 2206 nehmen.
Die Richtlinie wenden sich in erster Linie an Entwickler in der Berufspraxis
aber auch an Studenten/Innen. Sie soll von Anfang an für eine ganzheitliche
Sichtweise über die einzelnen Fachdisziplinen hinaus sorgen und so auch die
Weiterqualifizierung fördern.
Eine für Mechatroniker/innen
empfehlenswerte Fachzeitschrift mit dem Titel "Mechatronik
F&M - Das Magazin für
interdisziplinäre Produktentwicklung" erscheint
im
Carl Hanser Verlag
München.
Die Entwickler/innen
moderner Gerätetechnik steht heute vor der sehr anspruchsvollen Aufgabe,
neueste Technologien aus den Fachgebieten Mechanik, Elektronik / Mikroelektronik
und
Informationstechnik, Aktorik, Sensorik, Optik sowie Mikrosystemtechnik und
Nanotechnik zu beherrschen und zusammenzuführen.
Das Magazin "Mechatronik F&M" vermittelt kompetent das anwendbare Fachwissen aus diesen
Disziplinen und ihren Schnittstellen. Aktuelle Beiträge aus Industrie und
Forschung berichten über Neu- und Weiterentwicklungen, die einen unmittelbaren
Markt- und Kundennutzen bieten.
"Mechatronik
F&M" richtet sich als z.Z. einzige deutschsprachige Fachzeitschrift an
Designer, Entwickler, Konstrukteure und Messtechnik-Fachleute im Gerätebau
(einschließlich Telekommunikation, Unterhaltungs- und Hausgerätetechnik), im
Automobilbau und in der Medizintechnik.
"Mechatronik F&M"
ist auch Organ der VDE / VDI - GMM (Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro-
und Feinwerktechnik), mit Mitteilungen der VDI / VDE - GMA
(Gesellschaft
für Mess- und Automatisierungstechnik), der SGMT (Schweizerischen Gesellschaft
für Mikrotechnik) sowie der NVFT (Nederlandse Vereniging voor Fijnmechanische
Techniek) .
Wenn Sie mehr über die Begriffe Feinwerktechnik, Mechatronik, Mikrosystemtechnik und Mikromechatronik erfahren wollen , klicken Sie auf den nachfolgenden Hyperlink.
Systematik der Mikro- und Feinwerktechnik / Mechatronik
Hinweis:
Die Diagramme, hinter dem oberen Hyperlink, zeigen in einer graphische Darstellung den
interdisziplinären technischen Zusammenhang zwischen den beiden Fachbegriffen
Feinwerktechnik und Mechatronik sowie den Fachbegriffen Mikrosystemtechnik und
Mikromechatronik, und ihre enge Beziehung zu weiteren technischen Fachgebieten und
Produkten.
Mitte
der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts wurde in den USA der neue Fachbegriff
Adaptronik (engl. adaptronics), für einen neuen technischer
Wissenschaftszweig und ein neues interdisziplinäres Ingenieurgebiet
eingeführt. Die Adaptronik (lat. adapto = anpassen) befasst sich mit
multitechnischen Systemen die sich autonom an veränderliche technische und natürliche Umweltbedingungen
ständig dynamisch anpassen. Der Begriff Adaptronik hat sich für solche
Systeme in der Fachwelt weitgehend durchgesetzt.
Die
Adaptronik umfasst heute auch die, schon vor der Einführung des neuen Namens,
bekannten technischen Wissenschaftszweige wie z. B. die Adaptive Regelung (adaptive control),
die technische Kypernetik oder die adaptive Optik um nur einige der bekanntesten
zu nennen.
Ein sehr aktueller Wissenschaftszweig der Adaptronik ist z. B. die ASAC (active
structural acoustic control), die sich mit mechanischen Struktursystemen
befasst, die sich autonom an wechselnde Randbedingungen oder
Umgebungsbedingungen anpassen können. Zweck dieser aktiven Struktursysteme ist
die Optimierung der dynamischen Eigenschaften von Maschinen und Geräten, z. B.
eine Reduktion auftretender Schwingungen bei einer Werkzeugmaschine und damit
eine Reduktion der Geräuschabstrahlung. Der gewünschte Effekt zu der
Kompensation störender Schwingungseigenmodi wird mit strukturintegrierter
Aktorik und Sensorik unter Zuhilfenahme digitaler adaptiver
Regler erreicht. Physikalisch wird die Übertragungsfunktion der mechanischen
Struktur genutzt, um mit einem Aktor und einem Sensor, die beide ein Teil der
mechanischen Struktur sind, genau einen Schwingungseigenmode der Struktur mit
einer Gegenschwingung auszulöschen. Im
Unterschied zu klassischen Reglern, welche aus den separaten Komponenten
Sensorik, Aktorik und Steuerung bestehen, werden in der Adaptronik
multifunktionale Elemente gefordert.
Aus Sicht der Technischen Kypernetik kann auch gesagt werden, dass
in der Mechatronik die Regelung eines technischen Prozesses
mit Hilfe einer definiert vorgegebenen Sollgröße erfolgt, während in der Adaptronik die Regelung mit Hilfe einer
Sollgröße erfolgt die sich gegenüber veränderlichen technischen Umweltbedingungen selbstanpassend verhält so,
dass eine selbstanpassende oder "adaptive" Regelung erst möglicht wird.
Die Strukturmechanik ein weiteres Teilgebiet der Adaptronik befasst sich
mit dem Entwurf, der Berechnung und der Fertigung adaptiven
Leichtbaukonstruktionen, insbesondere für Anwendungen in der Luft- und
Raumfahrt. Da Luft- und Raumfahrzeuge so leicht wie möglich sein müssen, ist
es sehr vorteilhaft, ihre tragenden mechanischen Strukturen auf der Basis neuartiger
Verbundwerkstoffe zu konstruieren, die bei geringem Gewicht hohen mechanischen
und thermischen Belastungen standhalten. In der Adaptronik eröffnet nun die
Verwendung von multifunktionalen Werkstoffen wie Piezokeramiken oder Gedächtnislegierungen
als Aktoren und Sensoren und deren Kopplung über adaptive Regler völlig neuartige Anwendungsgebiete. Die
Intelligenz dieser Strukturen besteht also darin, dass sie ihre Geometrie, d. h.
ihren statischen Zustand, und/oder ihren Schwingungszustand, d. h. ihre
dynamische Charakteristik, durch integrierte Sensoren und Stellglieder und eine
Regelung beeinflussen können.
Diese neuen Methoden und Erfahrungen der Adaptronik aus der Luft- und
Raumfahrt werden auch zur Verbesserung der Strukturen landgebundener Fahrzeuge
und Schiffe sowie des allg. Maschinen- und Gerätebaus nutzbringend eingesetzt.
Die Mechatronik ist so gesehen ein weiteres Teilgebiet der Adaptronik mit
teilweise fliesenden Grenzen mit anderen adaptronischen Teilgebieten. Für mechatronische Systeme, mit denen wir es zu tun haben, die sich an die
technische oder natürliche Umwelt ständig selbständig anpassen müssen, also
adaptomechatronische Systeme, sollte
nach Meinung des Autors (Prof. E. R. Schießle) auch der Oberbegriff Adaptronik
oder mindestens Mechatronische Adaptronik (z. B. in Unterscheidung zu
einer Biologischen Adaptronik) oder besser Adaptive Mechatronik oder in Kurzform
Adaptomechatronik eingeführt und verwendet werden.
Adaptronik im mechatronischen Sinn kann so auch als Kunstwort
aus Adaption (Anpassung) und Mechatronik (Mechanik + Elektronik + Optik +
Informatik) definiert werden.
Wenn Sie eine graphische Darstellung über den Zusammenhang zwischen den Begriffen Mechatronik und Adaptronik sehen wollen , klicken Sie auf den nachfolgenden Hyperlink.
Systematik zur Mechatronik und Adaptronik
Hinweis:
Die graphische Darstellung, hinter dem oberen Hyperlink, zeigt mit teilweise neu eingeführten Fachbezeichnungen den
interdisziplinären technischen Zusammenhang zwischen den Fachgebieten Mechatronik,
Adaptive Mechatronik (Adaptomechatronik)
und Technische Adaptronik nach Meinung des Autors (Prof. E. R. Schießle).
Diese neue wichtige fachübergreifende Ingenieurdisziplin Adaptronik ist
in das Lehrangebot des Studiengangs Mechatronik (nach dem "Aalener
Modell") in geeigneter Weise in Vorlesungen und Übungen für die Ausbildung von
Mechatronik - Ingenieuren/innen anteilig fachorientiert voll integriert.
Für die Abiturienten/innen von mathematisch-naturwissenschaftlichen oder
technischen Gymnasien, für die gewerblich ausgebildeten Industriemechaniker/innen (z.B.
Fachrichtung Geräte- und Feinwerktechnik oder Maschinen- und Systemtechnik), für die
Industrieelektroniker/innen (z.B. Fachrichtung Gerätetechnik oder Produktionstechnik) und
für die Mechatroniker/innen, mit Fachhochschulreife oder Abitur, bietet der in seiner
historischen Entwicklung einzigartige Studiengang Mechatronik
(das "Aalener Modell") an der Hochschule Aalen
die ideale Plattform für ein multidisziplinäres modernes Studium zum Diplom-Ingenieur/in
für den sehr interessanten interdisziplinären Einsatz in der freien Wirtschaft
und in Behörden.
Die multidisziplinäre Ausbildung ermöglicht erst den sinnvollen
interdisziplinären Einsatz
in technisch multidisziplinären Teams. Sie ist eine unerlässliche Voraussetzung für die effektiv Zusammenarbeit
unserer Ingenieure/innen mit den hochqualifizierten Spezialisten aus den verschiedensten anderen
technischen Fachrichtungen. Eine zunehmend zwingende Forderung der Industrie an eine moderne Hochschulausbildung.
Damit kommt gerade diesem aktuellen Studiengang zukünftig unter technischen, wirtschaftlichen und
ökologisch Gesichtspunkten eine herausragende Bedeutung zu.
Ein Studium das auch aufgrund seiner fachlichen Inhalte und der späteren beruflichen Tätigkeit
sehr gut für Frauen geeignet ist !
Bachelor- und Masterstudiengängen
Die Einführung der Bachelor- und Masterstudiengängen
ist im sog. Bologna-Prozess der Wissenschaftsminister europäischer Länder
beschlossen worden, um einen einheitlichen europäischen Bildungsraum
aufzubauen.
An allen Universitäten, Technischen Universitäten, Technischen Hochschulen, Pädagogischen
Hochschulen und Fachhochschulen in Europa wird bis 2010 das international übliche,
zweistufige Ausbildungssystem mit Bachelor- und Master-Abschluss eingeführt.
Die Hochschule Aalen, für Technik und
Wirtschaft, stellt ab Wintersemester 2005 / 06 alle Studiengänge auf die
Studienabschlüsse, Bachelor und Master, um.
Von Seiten der Industrie, welche die Einführung der konsekutiven
Studienabschlüsse Bachelor und Master gefordert hat, wurde immer wieder darauf
hingewiesen, dass der Bachelor als erster berufsqualifizierender Abschluss keine
Qualitätsverluste im Vergleich zum Diplom aufweisen darf, ein Forderung die vom
Studiengang Mechatronik konsequent umgesetzt wurde.
Allgemeine Abschlussbezeichnungen für Bachelor und Master
- Grade
In Deutschland wird bei den Abschlussbezeichnungen zwischen forschungs- und anwendungsorientierten Studiengängen unterschieden.
Forschungsorientierten Studiengängen (Abschlussbezeichnungen ohne fachliche Zusätze)
Bachelor-Grad für Geistes-, Sozial- oder Wirtschaftswissenschaften: Bachelor of Arts (B.A.)
Master-Grad für Geistes-, Sozial- oder Wirtschaftswissenschaften: Master of Arts (M.A.)
Bachelor-Grad für Naturwissenschaften: Bachelor of Science (B.Sc.)
Master-Grad für Naturwissenschaften: Master of Science (M.Sc.)
Anwendungsorientierten Studiengängen ( Abschlussbezeichnungen mit fachlichen Zusätze)
Ingenieurwissenschaften: Bachelor of Engineering (B.Eng.) / Master of Engineering (M.Eng.)
Wirtschaftswissenschaften: Bachelor of Business Administration (BBA) / Master of Business Administration (MBA)
Informatik: Bachelor of Computer Science / Master of Computer Science
Ausagekräftigere Abschlussbezeichnungen im Studiengang Mechatronik wären nach Prof. E.R. Schießle:
Bachelor of Mechatronics (BM) / Master of Mechatronics (MM)