Efektywne kształcenie inżynierów z wykorzystaniem laboratoryjnych systemów mechatronicznych i stosowaniem metodologii szybkiego prototypownia algorytmów sterowania.

Dawid Knapik, Krzysztof Kołek, Maciej Rosół, Andrzej Turnau

Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

W pracy przedstawiono metodykę nauczania opartą o wykorzystanie laboratoryjnych systemów mechatronicznych oraz narzędzi do szybkiego prototypowania algorytmów sterowania. Stosowana metoda jest odpowiedzią na zapotrzebowanie rynku pracy na inżynierów z doświadczeniem przy jednoczesnym uwzględnieniu możliwości uczelni wyższych. Opisana metoda jest z sukcesem wykorzystywana w nauczaniu na kierunku Automatyka i Robotyka.
Istotną kwestią w procesie edukacji na studiach technicznych jest podparcie wiedzy teoretycznej umiejętnościami praktycznymi. Niejednokrotnie przekazanie umiejętności praktycznych jest trudniejsze od nauczenia teorii. Praktyka wymaga m.in. kontaktu ze sprzętem, pracy w mniejszych grupach, czy zaawansowanej znajomości narzędzi i oprogramowania. Ważnym ograniczeniem przy tak określonych wymaganiach są możliwości finansowe jednostki naukowej.
W opracowanej metodzie wykorzystywane są systemy mechatroniczne umiarkowanego kosztu przedstawiające rozwiązania przemysłowe w skali zmniejszonej. Chodzi o: transport – suwnica bramowa, motoryzację – ABS, czy usługi – robot dwukołowy przenoszący towary. Systemy o skali zmniejszonej stają się bazą badawczo-dydaktyczną laboratoriów. Dzięki licznym czujnikom i członom wykonawczym obserwuje się i przeprowadza złożone procesy napotykane w praktyce inżynierskiej. Wymienione systemy laboratoryjne wyposaża się w interfejsy komunikacyjne łączące je ze standardowym komputerem osobistym, wzbogaconym oprogramowaniem dedykowanym pracy systemów w czasie rzeczywistym i testowaniu algorytmów sterowania. Jednocześnie ten sam komputer służy do opracowania algorytmów sterowania w technologii szybkiego prototypowania. Technologia wykorzystuje narzędzia automatycznej generacji kodu dla usprawnienia procesu projektowania układów sterowania. Uwidaczniają się dwie główne zalety rozwiązania. Pierwszą jest obniżony koszt stanowiska laboratoryjnego przez uniknięcie stosowania drogich sterowników. Drugą jest skupienie uwagi na rozwiązaniu postawionego problemu (np. filtracja pomiarów, opracowanie strategii sterowania, strojenie regulatorów) bez konieczności skomplikowanej implementacji i weryfikacji w niskopoziomowych narzędziach.