Mekatronik Nedir?

Çağımızın yeni ve popüler bilimi olarak kabul edilen Mekatronik, Makine, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar mühendisliğinin birleşiminden doğan; yazılım ve kontrol mühendisliği konularını da aynı çatı altında toplayan disiplinlerarası bir kavramdır. Akıllı makineler tasarlamak üzere, tasarım ile süreç ve ürün imalatında, Makine mühendisliğinin, Elektronik ve Bilgisayar ile sıkı kaynaşması olarak da ifade edilebilen Mekatroniğin kapsamı, mekanik tasarım ve analiz, robotik sistemler, görüntü işleme, kontrol mühendisliği, yapay sinir ağları ve yapay zeka ile sanal gerçeklik olarak sıralanabilir.

Mekatronik; başta Makine olmak üzere, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar bilim dallarını, teknolojik talep ve sorunlara çözüm getirmek üzere, müşteri istekleri doğrultusunda, bir bütünlük içinde algılayan ve aynı potada eriten yeni bir interdisipliner mühendislik felsefesi olarak tanımlanabilir.

Mekatronik Mühendisliği Nedir?

Mekatronik, ağırlıklı olarak tasarım ile ilgili bir kavram olarak ele alındığından, doğal olarak ilgili tanımlamalarda, mühendislik boyutunun özellikle ön plana çıkarıldığı görülmektedir. Bunun için öncelikle mühendislik ve mekatronik mühendisliği kavramlarının açıklanmasında yarar vardır.

Mühendislik, genel olarak, kuramsal doğruluğu kanıtlanmış kavramların uygulamaya aktarılmasındaki güçlükleri ve sorunları aşma etkinliği olarak tanımlanır. Mekatronik mühendisliği ise kısaca, mühendislik ilkeleri içinde, Makine, Elektrik-Elektronik mühendisliği ve Bilgisayar teknolojisinin eş amaçlı tümleşik bir yapıda gerçekleştirilmesi ve uygulanması olarak tanımlanabilir. Mekatronik Mühendisliği, Makine, Elektrik-Elektronik mühendisliği ve yazılım teknolojisinin, bir ürün içinde entegre olması, bütünleşmesini kapsayan bir mühendislik dalıdır. Bu üç mühendislik konusunun bir ürün üzerinde bütünleşmesi, mekatronik mühendisliğinin temel ilkesidir. Bu ilke, eğitimin ve tasarımın başlangıcından itibaren, bu mühendislik dallarının bir arada bulunmasını gerektirmektedir. Klasik makina ya da elektrik mühendisliği eğitimini görmüş bir kişinin mekatronik ürünler üretmesi beklenmemelidir. Bunun için kişinin makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar mühendisliğinin ilgili konularının, bir eğitim sistemi içinde öğütülmesinden oluşmuş Mekatronik mühendisliği eğitimi almış olması gerekir.

Makine, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar gibi mühendislik alanlarının ilgili konularının, bununla ilgili eğitimin başından başlayarak sinerji oluşturacak biçimde bir araya gelmesiyle ortaya çıkmış ve son derece hızlı gelişen bir mühendislik disiplini olduğu söylenebilir.

Mekatronik mühendisi, ilgili disiplinlerde uzmanlık kazanan, tüm tasarımı ve her düzeyde tasarım sürecini denetleyebilen, yönlendirebilen ve katkıda bulunan kişidir. Mekatronik mühendisi, ilgili disiplinlerdeki uzmanlarla iletişim kurabilen, bu uzmanlık konularındaki bilgilere erişebilen, bu bilgileri yorumlayabilen ve bu bilgileri ekonomik, yenilikçi, ve müşteriyi üst düzeyde tatmin eden bir ürüne dönüştürmek amacı ile kullanabilen uzmandır. Mekatronik mühendisi, müşterinin istekleri doğrultusunda çeşitli mühendislik alanlarındaki bilgi ve birikimi, ürüne dönüştürmek üzere tasarım süreci içerisinde kaynaştırabilme yeteneğine sahip takım lideridir. Bu özellikleri dolayısıyla Mekatronik mühendisleri öncelikle, farklı mühendislik alanlarından oluşmuş mühendislik takımı üyeleriyle çok iyi iletişim yeteneğine sahip olmalı ve teknolojik tasarım sürecini çok iyi bilmelidir. Dolayısıyla Mekatronik mühendisi, karşılaştığı teknolojik sorunları, disiplinlerarası boşluğu doldurmak üzere, ilgili alanlardaki uzmanlarla iletişim kurarak, çağdaş teknolojinin de desteğiyle çözebilen kişidir. Ancak Mekatronik mühendisinden tek başına endüstrinin bütün teknolojik tasarım ve üretim sorunlarını çözecek bir süpermen olması beklenmemelidir. Mekatronik mühendisliğini öne çıkaran husus, günümüzün karmaşık ve sürekli değişen mühendislik tasarım ve üretim sorunlarının, ancak bir takım çalışması ile çözülebileceğinin bütün kesimlerce anlaşılmış olmasıdır. Bu bakımdan, Mekatronik mühendisinin endüstrideki diğer mühendislerin de işini üstlenecek bir konumda görülmesi doğru değildir. Mekatronik mühendisi için, endüstriyel tasarım sürecinde bir araya gelmiş bulunan farklı alanlardan mühendislerin zekâ ve yeteneklerinin koordinasyonunu sağlayan bir takım lideri tanımı daha doğrudur.

Dünyada özellikle 1980’li yıllardan sonra, endüstriyel ürünlerin tasarım ve üretiminde köklü değişiklikler meydana gelmiştir. Gelişen ve değişen dünya pazarları ve teknoloji düzeyi sonucu, endüstriyel ürünlerin nitelik ve işlevlerinde de önemli değişiklikler meydana gelmiştir. Hızla gelişen teknoloji ve sürekli değişen pazar koşulları, daha ekonomik ve kaliteli ürünler isterken, müşteri beklentileri ise daha esnek ve çok işlevli ürünler yönünde gelişmiştir. Müşterilerin hızla değişen istekleri ve yoğun rekabet sonucu, ürün ömürleri çok kısalmıştır. Böylesine çetin koşullar karşısında alışılmış tasarım ve imalat teknolojileri yetersiz kalmış, bu ihtiyacı gidermek üzere yeni kavram ve yöntemler doğmuştur. Bunlardan birisi de mekatronik kavramıdır. Mekatronik kavramlar, özellikle tasarım felsefesini ve mühendislik eğitimini etkilemiş, endüstriyel teknoloji üretimi ve mühendislik eğitiminde temel değişikliklere neden olmuştur. Robotik teknolojilerin her alanda yaygın şekilde kullanıldığı günümüzde mekatronik, teknolojinin bir gereği ve hatta zorunluluğudur. Nitekim, mekatroniği tasarım ve üretimde etkili kullanan ülkeler, endüstriyel ve sosyal yaşamda önemli değişim ve ilerlemeler sağlamışlardır. Bunun en çarpıcı örneği, Japonya’dır. Başarılı mekatronik uygulamalarının ürün/süreç gelişiminde kullanıldığı Japon ürünleri, son otuz yılda bütün dünyada önemli bir yer kazanmıştır. Bu bağlamda Çin de, mekatroniğin ekonomik gelişmedeki rolünü görmüş ve 1987’den beri bu konuya giderek artan oranda ağırlık vermeye başlamıştır. Bu iki devin yanında, diğer bölge ülkeleri de, ekonomilerini gelecek yüzyılda belirli bir trende oturtmak için mekatroniğe giderek daha fazla ağırlık vermektedirler. Mekatronik ile ilgili gelişmeler Asya ülkeleri ile sınırlı olmayıp, bunun yanında, ABD ve Avrupa Birliği ülkelerinin de, devlet-üniversite-endüstri iş birliği şeklinde nitelendirilebilecek Japonya örneğinden hareketle, son yıllarda mekatroniğe giderek daha fazla ağırlık verdikleri bilinmektedir. Türkiye’nin, uluslararası rekabette ayakta kalabilmesi ve 21. yüzyılda hak ettiği yeri alabilmesi, bir bakıma, dünya ölçeğinde endüstriyel tasarım ve üretim yapmasına bağlıdır. Bunun sağlanabilmesi için ise Türkiye’nin, devlet-üniversite-endüstri iş birliği çerçevesinde mekatroniğe gereken önemi vermesi kaçınılmazdır. Hatta mekatroniğin; Türkiye’de akademik ve endüstriyel çevrelerde yayılıp gelişmesi için konu ulusal bir bilim politikası çerçevesinde ele alınmalı; gerekirse bu alan öncelikli ve ayrıcalıklı ilan edilerek her kesim tarafından desteklenmelidir.

Çağın mühendislik teknolojisi olarak nitelendirilen mekatronik, modern yaşamda sağladığı büyük kolaylıklardan dolayı, son yıllarda bütün dünyada çok geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Nitekim, bugün günlük yaşamda kullanılan sıradan araç-gereçlerden, uzay teknolojisine kadar çok geniş bir yelpazede, mekatronik ürün pazarı gittikçe genişlemektedir.

Bir ürün veya makinenin, mekatronik olarak nitelendirilebilmesi için bu ürünün mekanik işlevsellik ile tümleşik algoritmik denetimi beraberce içeren, algılayabilen, akıl yürüten, karar verebilen ve bu karar doğrultusunda hareket edebilen bir ürün veya sistem olması gerekir. Mekatronik ürünler, kendilerine tanımlanan çevreyi gözlemlemekte, çevredeki değişimleri algılamakta, ve algıladığı bilgileri yorumlayarak gerekli motor sistemler yardımı ile çevresini değiştirebilmektedir. Kısaca akıllı makineler olarak isimlendirilebilen bu ürünlerde yer alan yazılımlarda, genellikle yapay zekâ teknikleri kullanılmaktadır.

Mühendislik tasarımı, sistem dinamiği ve akıllı kontrol, hassasiyet mühendisliği ve tasarım, üretim süreçlerinin gözlemlenmesi-modellenmesi ve kontrolü, hareketli robot sistemleri, kuvvet elektroniği, mikro sistem tasarımı ve uygulamaları, endüstriyel kontrol tasarımı, algılayıcılar ve tahrik ediciler ile robotik sistemler, görüntü işleme, kontrol mühendisliği, yapay sinir ağları ve yapay zekâ ve sanal gerçeklik gibi alanlar, mekatronik mühendisliğinin ilgi alanlarından başlıcalarıdır.

Üretim mühendisliği, mikro sistemler, endüstriyel otomasyon, robotlar, mikro robotlar, akıllı silah ve silah sistemleri ile otomotiv endüstrisi ise mekatronik mühendisliğinin önde gelen uygulama alanları olarak sıralanabilir. Bu uygulama alanlarından günlük hayatımızda yer etmiş bazı örnekler ise şöyle sıralanabilir: Taşıtlarda hava yastığı güvenlik sistemleri, ABS fren sistemleri, uzaktan kumandalı kapı kilitleri, sürüş ve seyir denetimi, motor ve güç sistemleri denetimi, yolcu güvenlik sistemleri, NC, CNC, AC vb. tezgahlar ve otomatik üretim tezgahları, tıpta kullanılan başta MR ve ultrasonik tıbbî cihazlar, fotoğraf makinaları, video kameraları, video, CD ve DVD göstericileri, CD kayıt ve benzeri kişisel kullanım amaçlı elektronik cihazlar, endüstride kaynak robotları, fabrika içi kendinden yönlenmeli araçlar (AGV), uzay araştırmalarında kullanılan robotlar, askerî amaçlı mayın imha robotları, bomba taşıyıcıları ve benzeri gezer robotlar, hava taşıt sistemleri, garaj kapısı otomatik açma sistemleri, güvenlik sistemleri, iklimlendirme denetim sistemleri vb. ev ve büro uygulamaları, çamaşır, bulaşık makinaları vb. ev uygulamaları, çeşitli el takımları, el ve otomatik kumandalı hidrolik frenler ve benzeri malzeme taşıma ve inşaat makinaları ile video oyunları ve sanal gerçeklik uygulamalarında gerçek girdi denetim sistemleri, ev robotları, güvenlik sistemleri ile tarım, bankacılık, madencilik gibi daha birçok alanda kullanılan otomasyon teknolojileri gibi bu şekilde çok geniş bir uygulama alanına sahip olan mekatronik, gelecekte de bilim ve mühendisliğin vazgeçilmez en önemli yapı taşlarından biri olacaktır.

Mekatronik ilgi ve uygulama alanları dışında, öğretimi yapılan bir disiplin olarak ele alındığında ilgilendiği akademik konular şöyle sıralanabilir:

a) Makine Mühendisliği: Tasarım ve üretim, sistem dinamiği,

b) Kontrol Mühendisliği: Kontrol sistem tasarımı, gerçek zamanlı sistemler,

c) Elektrik-Elektronik Mühendisliği: Eyleyiciler ve sensörler,

d) Bilgisayar Mühendisliği :Algoritma uygulaması ve kodlama ile yapay zekâ ve iletişim.

Türkiye’de Mekatronik Eğitimi

Mekatronik, Türkiye gündemine 1993 yılında girmiş olmasına rağmen, bu konudaki gelişmeler oldukça yavaş bir seyir izlemiştir. Mekatroniğin akademik ve endüstriyel çevrelerde yaygınlık kazanması 2000’li yılların başında mümkün olabilmiştir. Bu tarihten sonra, Türkiye’de bugün mekatronik, sınırlı kapasite ile de olsa, lise düzeyinden, üniversite lisansüstü düzeye kadar hemen her kademede eğitimi yapılan bir disiplin haline gelmiştir.

İlk kez 1960’ların sonunda Japonya’da ortaya çıkan Mekatronik, bütün dünyada hızla yayılmış günümüzde de akademik ve endüstriyel çevrelerde çok önemli bir yer edinmiştir. Bugün mühendislik tasarım, üretim ve eğitim sürecini derinden etkilemiş olan mekatroniğe bütün dünyada büyük ilgi vardır. (İlk defa teknik lise zamanımda katıldığım teknik gezide görmüştüm.)21. yüzyılın karmaşık teknolojik sorunlarının ancak, disiplinler arası bir yaklaşım içinde algılanabilip, yorumlanabileceği gerçeği ile gittikçe genişleyen mekatronik ürün pazarı, mekatroniğin bugün olduğu gibi gelecekte de kritik bir mühendislik alanı olacağını göstermektedir.

Mekatronik; ilgi ve uygulama alanları ile eğitim sistemi gibi noktalar bakımından başlangıçtan günümüze önemli değişimler geçirmiştir. Benzer şekilde Mekatroniğin önümüzdeki yıllarda, geleceğin bilim dalları ve meslekleriyle ilgili olarak önemli değişimler yaşayacağı beklenmektedir.

Mikro-mekatronik, nano-mekatronik, opto-mekatronik, internet tabanlı mekatronik, akıllı/aptal-mekatronik, eğlence amaçlı mekatronik, eğitim amaçlı mekatronik, tıbbî mekatronik ve askerî mekatronik gibi alanlar, mekatroniğin gelecekteki ilgi alanları olarak tahmin edilmektedir.

1960’lı yılların sonunda Japonya’da ortaya çıkan ve çağdaş dünyanın gündemine 1980’li yıllarda giren Mekatronik, Türkiye gündemine 1993 yılında girmiştir. Disiplinler arası bir mühendislik felsefesi olarak Mekatronik, teknoloji tasarım, üretim ve eğitimini derinden etkilemiştir. Bu misyonu ile Mekatroniğin, ülkemizde de geleneksel kitle eğitim modeli üzerine kurulmuş ve dar meslekî disiplinlere sıkıştırılmış meslekî ve teknik eğitim sistemimize ilâve bir dinamizm kazandırması beklenebilir. Bu bağlamda, Türkiye’nin teknolojik tasarım ve üretimde uluslararası rekabet şansının, önemli oranda Mekatronikte göstereceği başarıya bağlı olduğu söylenebilir. Bunun için de, mekatronik eğitiminin her kademede yaygınlık kazanması önem taşır. Ancak başarılı bir mekatronik eğitimi için öncelikle geleneksel mesleklerde dar disiplinlere sıkıştırılmış Türk meslekî ve teknik eğitim sisteminin, okula dayalı ve teorik ağırlıklı yapısının değiştirilmesi gerekir. Bunun yerine, çağdaş ve yeni meslek alanlarında ve ilgili meslek alanları arasında ilişki ve geçişe olanak tanıyan disiplinlerarası bir yaklaşımla, okul-endüstri işbirliğini esas alan bir meslekî ve teknik eğitim sistemi oluşturulmalıdır. Bunu tamamlayıcısı olarak meslekî ve teknik eğitim sisteminin, lise düzeyinden üniversiteye kadar bütüncül bir yaklaşımla, birbirinin başlangıcı ve devamı şeklinde ele alınması da önemlidir. Bundan başka, birçok ülkede olduğu gibi Türkiye’de de, Mekatroniğin öncelikli ve kritik alan olarak ilan edilmesi ve bu eğitimin devlet-üniversite-endüstri işbirliği ile sürdürülmesi de büyük önem arz eder.

Türkiye’de hemen her düzeyde sürdürülen mekatronik eğitimi, başta sınırlı kapasite, öğretim programlarının niteliği, öğretim elemanı ve gerekli alt yapı eksikliği gibi sorunlarla karşı karşıyadır. Bu sorunlar, mekatroniğin Türkiye’de gelişip yaygınlaşması ile bu sektörde kısa vadeli insan kaynağı problemine neden olmaktadır. Ancak önemli bir diğer bir problem de, şu anda imalat sektöründe çalışan iş gücünün, Mekatronikte yetiştirilmesi sorunudur. Bunun için, imalat sektöründe çalışan her düzeydeki teknik elemanın mekatronik tasarım ve üretim alanında iş başında eğitimi sağlanmalıdır.

Türkiye’nin 21. yüzyılda her bakımdan hak ettiği yeri alabilmesi ancak, dünya ölçeğinde teknolojik eğitim, tasarım ve üretim yapması ile olanaklıdır. Bunun sağlanması ise, büyük oranda, çağın bilimi olan mekatronik eğitim, tasarım ve üretimde gösterilecek başarıya bağlıdır. Türkiye, meslekî ve teknik eğitim sistemi ile teknolojik tasarım ve üretimine mekatronik bir boyut kazandırabilir; genç ve ucuz iş gücü avantajını da iyi kullanabilirse, gelecekte bölgenin ve AB’nin üretim üssü olabilir. Bunun için her şeyden önce başarılı bir mekatronik eğitimi, kritik öneme sahiptir. Türkiye’de her düzeyde mekatronik eğitiminin yaygınlık kazanabilmesi ve başarılı olabilmesi için, devlet-üniversite-endüstri kesimleri bir araya gelerek birlikte, eğitim programlarını hazırlamalı, atölye ve laboratuvarları oluşturmalı, eğiticileri eğitmeli ve bu konudaki eğitim standartlarını belirlemelidir.