STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ ŽĎÁR NAD SÁZAVOU PROJEKT IMPLEMENTACE MECHATRONIKY DO VÝUKY TECHNICKÝCH OBORŮ VZDĚLÁVACÍ MODUL PRO VÝUKU MECHATRONIKY PRO STUDIJNÍ OBOR 26-41-L/01 MECHANIK ELEKTROTECHNIK SE ZAMĚŘENÍM NA MECHATRONIKU A AUTOMATIZACI
Obsah Obsah...2 Charakteristika oboru vzdělání ve vztahu k mechatronice (Šuhaj)...3 1. Uplatnění mechatroniky v jednotlivých profesích...3 2. Spolupráce se sociálními partnery...4 Zdůvodnění obsahu výukového modulu mechatroniky (Fiksa, Gemrot)...6 Co je mechatronika? (Ločárková, Růža)...8 Obsah vzdělávacího programu Mechatronika (Ing. Plíšek, Ing. Vondráková)...15 Bloky učiva a výsledky vzdělávání (Ing. Buchta, Mokrý)...23
Charakteristika oboru vzdělání ve vztahu k mechatronice (Šuhaj) 1. Uplatnění mechatroniky v jednotlivých profesích Mechatroniky jako jednoho z nových současných trendů lze velice dobře využít i v jednotlivých profesích, které naše střední škola technická má ve své nabídce. To platí zejména v maturitních - čtyřletých oborech, ale velice dobře se uplatní i v tříletých učebních oborech. Obor mechanik elektrotechnik - zaměření na mechatroniku a automatizaci. V tomto oboru je využití mechatroniky velice rozsáhlé, neboť možnosti využití pneumatické popř. hydraulické regulace obvodů s připojením na PLC automaty s možností jejich naprogramování do jednotlivých nejen školních úloh, ale i pro rozsáhlé využití v praktické činnosti. Obor mechanik strojů a zařízení U tohoto oboru je hlavní využití mechatroniky převážně v seřizování a instalaci pneumatických a hydraulických komponentů do obslužných linek, naprogramování a chod podávacích automatů u jednotlivých CNC strojů a jejich synchronizace s ostatními obráběcími centry. Obor mechanik seřizovač pro strojní obrábění Zde je možné uplatnění mechatroniky v seřízení CNC strojů ve výrobním procesu převážně u pneumatického a hydraulického upínání nástrojů a obrobků, u seřizování robotů pro podávání a vyjímání polotovarů a hotových výrobků s jejich následnou automatickou kontrolou. Obor technik modelářských zařízení Zde lze velice dobře navázat na základy programování, které žáci v průběhu studia probírají. Mechatronika ať v podobě pneumatiky a nebo hydrauliky je vhodným doplněním znalostí, které žáci mohou ve svém dalším odborném růstu velice dobře využít. Obor elektrikář V tomto oboru lze využít znalostí žáků jak z problematiky slaboproudé tak i silnoproudé elektrotechniky. Lze zde rozšiřujícím učivem hlavně v programování PLC automatů rozšířit učivo v programování pneumatických a hydraulických komponentů ve výrobních linkách a procesech. Obor nástrojař I u tohoto oboru je vzhledem ke stále rostoucí automatizaci a modernizaci této velice žádané profese dosáhnout začleněním jednotlivých prvků mechatroniky a to hlavně pneumatiky vhodným programům pro upínání nástrojů na jednotlivé stroje. Zařazováním hydraulických prvků do výroby složitých nástrojařských výrobků a komponentů.
Obor obráběč kovů CZ.1.07/1.1.01/02.0043 V vzhledem k tomu, že i v tomto oboru žáci probírají základy programování z důvodu jejich možného zařazení na CNC stroje je zde možné uplatnění mechatroniky v seřízení CNC strojů ve výrobním procesu převážně u pneumatického a hydraulického upínání nástrojů a obrobků, u seřizování robotů pro podávání a vyjímání polotovarů a hotových výrobků s jejich následnou automatickou kontrolou. Obor zámečník I tento obor má k problematice mechatroniky velice blízko, jelikož základy znalosti jednotlivých pneumatických a hydraulických prvků jsou pro odborníky tohoto zaměření nezbytné. Znalost začleňování komponentů do sestav, vyhledávání a opravy jednotlivých prvků, znalost funkce jsou nezbytným předpokladem budoucího odborníka v tomto oboru. Obor modelář V této profesi výroba modelů převážně na CNC strojích vyžaduje odborníky, kteří znají problematiku mechatroniky a to ať pneumatiky, tak i hydrauliky. Znalost naprogramování obslužných robotů, upínání nástrojů je z pohledu mechatroniky a jejího využití velice žádanou. Obor autolakýrník Má ve své podstatě základy pneumatiky jako základ. Seřizování stříkacích pistolí, vstupního a výstupního tlaku je pro začínajícího autolakýrníka základní prioritou. V současné době, ve větších firmách, však jsou stále častěji ruční práce nahrazovány jedno i víceúčelovými roboty a proto základní výuka mechatroniky je vhodným doplňkem učiva tohoto oboru. Obor kovář Tato profese má pro využití mechatroniky také své opodstatnění, jelikož převážná část kovacích lisů je v současné době hydraulických a znalost seřízení kovací síly, ustavení kovadel a nastavení dalších parametrů kování vyžaduje nemalé znalosti z regulace hydraulických obvodů, jejich funkce a zapojení Obor slévač Tento obor má velkou možnost využití mechatroniky zejména v pneumatice a to při výrobě forem na vytřásadlech, kde se využívá převážně pneumatiky. Nastavení zdvihu při vytřásání pěchování je ve své podstatě základem pro správnou výrobu formy pro budoucí odlitek. 2. Spolupráce se sociálními partnery Střední škola technická Žďár nad Sázavou zajišťuje přípravu žáků v učebních a studijních oborech metalurgického, strojírenského a elektrotechnického zaměření. Vzdělávací nabídku obsahově i odborným zaměřením průběžně přizpůsobuje potřebám trhu práce. Výsledkem je zájem zaměstnavatelů o absolventy všech učebních a studijních oborů.
Škola již několik roků spolupracuje s významnými podnikatelskými svazy, jako je např. Svaz průmyslu, Svaz strojírenské technologie, Svaz sléváren a jeho sekce Svaz modeláren. Svaz modeláren udělil naší škole statut přidruženého člena s pověřením zprostředkovat vzájemné kontakty a spolupráci mezi svazem a školami v Plzni, Ostravě a Uničově, které na základě pověření zaměstnavatelských svazů zajišťují výuku oborů slévač, modelář a technik modelářských zařízení. Střední škola technická rozvíjí spolupráci s nejvýznamnějšími firmami v regionu, jako jsou např. ŽĎAS, a.s.: v této v našem regionu největší firmě je zastoupení mechatroniky velice rozšířené. Například lze jmenovat CNC obráběcí centra špičkové úrovně vybavená robotikou. Stroje, které firma vyrábí jsou také ve většině případů osazovány špičkovými pneumatickými ahydraulickými komponenty světových výrobců. DEL, a.s.: tato firma se zabývá převážně realizací a osazováním strojů celých elektro vybavení. I ona má ve svém programu výrobu robotnických center s využitím pneumatiky a hydrauliky v mechatronice. HETTICH, ČR k.s.: zastoupení mechatroniky je ve firmě velice obsáhlé. Lze jmenovat automaty na kompletování polotovarů ve finální výrobky, použití mechatroniky v třískovém a beztřískovém obrábění kovů, odlévání plastů a barevných kovů na automatech a poloautomatech MEDIN, a.s.: i v tomto podniku je mechatronika zastoupena u číslicově řízených strojů ať mechanizovanými roboty, nebo robotickými centry TOKOZ, a.s.: tato firma má ve svém výrobním programu mnoho procesů přímo souvisejících s mechatronikou. Je možno jmenovat CNC obráběcí centra, lisy u kterých je využívána pneumatika a hydraulika, montážní linky na sestavování finálních výrobků z jednotlivých komponentů vyráběných v podniku SANBORN, a.s., WERA WERK, s.r.o. Ustavila Oborovou radu při Střední škole technické Žďár nad Sázavou, která sdružuje nejvýznamnější firmy z regionu spolupracující se školou. Škola rovněž spolupracuje s Okresní hospodářskou komorou a Úřadem práce ve Žďáře nad Sázavou. Dvakrát ročně škola organizuje pro zástupce firem schůzky, na kterých firmám poskytuje informace o organizaci výuky, projednává vzdělávací nabídku v návaznosti na potřeby firem, souvislou odbornou praxi žáků ve firmách a vzájemnou spolupráci při vzdělávání. Cílem výše uvedených aktivit školy je zapracovat poznatky získané od sociálních partnerů do výchovně vzdělávací práce, stanovit její obsah a tím přiblížit výuku praktickým potřebám. Vývoj na trhu práce ukazuje, že Střední škola technická je schopna pružně reagovat na vzniklé potřeby a dokáže výchovně vzdělávací práci organizovat tak, aby absolventi získali vědomosti a dovednosti potřebné k úspěšnému výkonu zvolené profese. Významnou aktivitou v této oblasti je možnost organizace odborné praxe žáků 3.ročníků učebních oborů ve firmách. Zkušenosti ukazují, že praxe je velkým přínosem nejen pro žáky, ale také pro školu. Došlo k významnému prohloubení spolupráce i k rozšíření poznatků o vývoji
profesí v jednotlivých firmách. Posílila se zpětná vazba při posuzování úrovně vědomostí a dovedností absolventů, které jsou firmami hodnoceny velmi dobře. Poznatky ze spolupráce jsou zapracovány do ŠVP ve formě odborných kompetencí a v předpokládaných výsledcích vzdělávání. Jejich obsah respektuje požadavek zaměstnavatelů na univerzálnější přípravu absolventů a na posílení odborného vzdělávání v oblasti programování a automatizace. Zdůvodnění obsahu výukového modulu mechatroniky (Fiksa, Gemrot) Co je mechatronika? Mechatronika je prolínající kombinací několika inženýrských oborů. Nejčastěji bývá mechatronika umístěna mezi strojírenství, elektroniku a výpočetní techniku, které dohromady umožnují vývoj jednodušších, ekonomičtějších, spolehlivějších a víceúčelových systémů. Výraz mechatronics poprvé použil Tetsuro Mori, inženýr japonské firmy Yaskawa, v roce 1969. Jedná se o spojení slov Mechanical systems a Electronics Ve svém překladu znamená strojnictví a elektroniku. Studium mechatroniky typicky zahrnuje zejména matematiku, strojírenství, teorii obvodů, elektroniku, pohony, telekomunikace, teorii řízení a prostředky řízení, zpracování signálu, robotiku a další specializace. Mechatronika Obsah vzdělávání: Základy elektroniky, činnosti elektronických obvodů, ověřování funkce jednotlivých zapojení a funkčních celků. Výroba, montáž, provoz, obsluha, seřizování, oživování, diagnostikování, opravy elektronických prvků a zařízení z oblastí elektroniky v rozsahu dle zaměření oboru. Uplatnění: Maturitní obory se širokou uplatnitelností ve všech typech státního i soukromého sektoru při výrobě, montáži, opravách a servisní činnosti v rozsahu dle zaměření oboru. V oblasti slaboproudé elektroniky, výpočetní techniky, programovatelných automatů, počítači řízených strojů, center a linek. V rámci projektu Implementace mechatroniky do výuky technických oborů na SŠT Žďár nad Sázavou bude realizována výuka mechatroniky podle odborného zaměření ve čtyřletých maturitních oborech:
mechanik seřizovač se zaměřením pro mechatroniku mechanik elektrotechnik se zaměřením na elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení mechanik seřizovač pro strojní obrábění technik modelových zařízení Absolventi výše uvedených maturitních oborů se uplatní při programování PLC řídících systémů, při provozu, diagnostice a údržbě mechatronických systémů s pohony různých druhů, snímači a číslicovými řídicími systémy. Budou ovládat činnost základních pneumatických a hydraulických prvků a budou schopni číst schémata pneumatických a hydraulických obvodů, prakticky je zapojovat a obvody užívat v praxi. ve tříletých učebních oborech: strojní mechanik nástrojař modelář slévač obráběč kovů kovář autolakýrník Absolventi výše uvedených tříletých oborů budou seznámeni s problematikou využití mechatroniky na takové úrovni, aby byli schopni samostatně řešit základní obsluhu pneumatických a hydraulických systémů a aby byli schopni řešit jednoduché úkony údržby a diagnostiky mechatronických zařízení. Pneumatika V současnosti moderní průmyslové provozy si prakticky nelze představit bez využívání stlačeného vzduchu a pneumatická zařízení se úspěšně využívají v nejrůznějších průmyslových odvětvích. Studium pneumatiky zahrnuje následující moduly výuky. Vlastnosti vzduchu Ventily
Pohony Vakuum Hospodárné využití stlačeného vzduchu Pneumatické obvody Řízení pneumatických prvků Údržba pneumatických prvků Hydraulika Hydraulika je používána především v těžkém strojírenství, u lisů, na jeřábech a na mobilních stavebních strojích. Další důležitou oblastí použití hydrauliky jsou obráběcí stroje a výrobní linky, používající hydraulické upínání a hydraulické mechanismy pro manipulaci s výrobky při transportu. Studium pneumatiky zahrnuje následující moduly výuky. Vlastnosti kapalin Hydraulické rozvaděče Hydraulické pohony Hospodárné využití hydraulických systémů Hydraulické obvody Řízení hydraulických prvků Údržba hydraulických prvků Následující odstavce Vám přináší základní informace o odborném obsahu mechatroniky v oboru Mechanik elektrotechnik, který se dále dělí na dva studijní obory Mechatronika a Elektrotechnická zařízení. Co je mechatronika? (Ločárková, Růža) Mechatronika je prolínající kombinace několika inženýrských oborů. Nejčastěji bývá mechatronika umístěna mezi strojírenství, elektroniku a výpočetní techniku, které dohromady umožňují vývoj jednodušších, ekonomičtějších, spolehlivějších a víceúčelových systémů. Jiná definice uvádí kombinaci strojírenství, elektrotechniky, elektroniky a informační technologie.
Výraz mechatronics poprvé použil Tetsuro Mori - inženýr japonské firmy Yaskawa - v roce 1969. Jedná se o spojení slov Mechanical systems a Electronics Ve svém překladu znamená strojnictví a elektroniku. Spolu s vývojem prvních řídicích počítačů a posléze mikroprocesorů začaly vznikat už v 70-tých a 80-tých letech v našich podnicích jednotlivé výrobní stroje, automaty i celé automatické linky, které v hojné míře využívaly k ovládání mechanismů i k řízení technologického procesu tehdy dostupné prostředky výpočetní techniky. Tyto přirozené tendence byly spojovány s pojmy mechanizace, automatizace a racionalizace. Nové informační technologie umožnily snížit na minimum četnost zásahů obsluhy do ovládání strojů a zařízení a přinesly podstatně dokonalejší kontrolu technologického procesu. Dá se říci, že už i tyto automatické výrobní linky nesly většinu znaků mechatronických systémů v současném chápání tohoto pojmu. Významným znakem mechatronických systémů je i vysoký stupeň jejich inteligence spočívající v programovatelnosti, adaptabilitě, optimálním řízení, diagnostice, samoopravitelnosti apod. Vysoká spolehlivost mechatronických výrobků bývá samozřejmostí. Využití informační technologie v jemné mechanice, v mikrotechnice (objevil se pojem mikromechatronika) pro účely medicíny, optiky, zpracování dat ad. Použití inteligentních materiálů (smart materiály). V současnosti je neodmyslitelnou součástí jakéhokoliv průmyslového odvětví ovládací technika. Proto rozvoj výrobních sil je nyní charakterizovaný snahou o dokonalou automatizaci výrobních procesů. Žádný technický směr se bez ovládání, řízení a regulace nemůže rozvíjet a úspěšně prosperovat. Proto je snaha osvobozovat člověka od namáhavé a monotónní práce, neboť v automatizaci jsou zatím značné rezervy ke zvyšování produktivity a efektivity činnosti v jednotlivých odvětvích. Automatizační technika prošla v poslední době bouřlivým vývojem, jak z pohledu součástkové základny a prostředků, tak z pohledu poznání, aplikované teorie a metodiky aplikací. Radikálně se změnily i technické prostředky pro vývoj a tvorbu aplikací. Osobní počítače a systémy pro automatické navrhování a projektování jsou dnes zcela běžné ve většině oborů. Dnes není automatizace něčím unikátním, co je výsadou drahého komfortu rozsáhlých výrobních linek a náročných technologických procesů. Kvalitní a inteligentní řízení je dostupné i pro obyčejné stroje, pomocné mechanismy a technologická zařízení ve všech oborech. S inteligentní automatizační technikou se běžně setkáváme v nevýrobní automatizaci, zejména v malé energetice a v technice budov, kde přináší značné úspory. Obtížně bychom hledali obor, kde není automatizační technika využívána. Jednou ze stěžejních odborností nového odvětví mechatronika je výuka řízení a ovládání procesů pomocí pneumatických, hydraulických a elektrických komponentů. Elektropneumatické a elektrohydraulické obvody Tyto obvody se vyznačují tím, že stlačený vzduch nebo tekutina je v nich použita pouze pro přenos energie, tedy k vykonání požadované práce. Řízení jednotlivých úkonů, tedy přenos signálu, je zde realizován elektricky. Řízení pomocí elektrických zařízení lze rozčlenit na řízení
pomocí různých kontaktů a relé a řízení pomocí programovatelných automatů, případně dálkové řízení po průmyslové sběrnici. Pneumatické a hydraulické mechanismy jsou nedílnou součástí mnoha výrobních, montážních a balících strojů a linek, což lze demonstrovat na výukovém trenažéru. Jedná se o montážní linku, kde řada přímočarých a kyvných pohonů, úchopných hlavic nebo vakuových mechanismů, přisouvá jednotlivé díly do dosahu robota, který následně sestavuje montážní celek. Principy elektrického řízení - Ovládání a regulace Základním a hlavním rozdílem mezi ovládáním a regulací systému je, že ovládání je řízení systému bez zpětné kontroly měřením, kdežto regulace je pochod, při kterém je regulovaná veličina průběžně srovnávána s jinou veličinou, podle které je upravována na požadovanou hodnotu. Ovládání je proces, při kterém jedna nebo více veličin jako vstupní veličiny působí podle zvláštních zákonitostí systému na jiné veličiny veličiny výstupní. Charakteristické pro ovládání je přenos působení přes jednotlivé přenosové členy v otevřeném obvodu, tj. bez zpětné vazby. Ovládání je řízení bez zpětné kontroly měřením, sloužící k ovlivňování velkých energií malými. Systém se zobrazuje obdélníkem blokem. Vstupující veličiny se označují písmenem u, vystupující veličiny, které zasahují do ovládaného toku energie nebo hmoty se značí y. Regulace je udržování hodnoty regulované veličiny podle daných podmínek zjištěných měřením. Automatická nebo-li samočinná regulace je automatické udržování hodnot regulované veličiny podle daných podmínek zjištěných měřením. (Je to pochod, který probíhá v uzavřeném regulačním obvodu bez zásahu člověka). Ruční regulace probíhá v zařízení, kde spojovacím článkem mezi měřicím členem a regulačním orgánem je člověk. Kritéria pro výběr pracovního média: - síla - spolehlivost - dráha - regulovatelnost - rychlost - druh pohybu (lineární, rotační atd. ) - stavební rozměry - ovladatelnost - rychlost - akumulace - citlivost - spotřeba energie Příklady prvků používané v elektropneumatických a elektrohydraulických systémech Komponenty pro spínání Elektromechanická relé
Polovodičová relé Nízkonapěťová spínací zařízení Monitorovací produkty Koncové spínače Tlačítka CZ.1.07/1.1.01/02.0043 Komponenty pro řízení systému Regulátory teploty Napájecí zdroje Časovače Čítače Programovatelná relé Digitální panelové zobrazovače Senzory Fotoelektrické senzory Indukční senzory Rotační enkodery Měřicí čidla Kamerové senzory a systémy Senzory s optickými vlákny Identifikační systémy Pohony a řízení pohybu Jednotky pro řízení pohybu Servosystémy Frekvenční měniče Bezpečnostní komponenty
Nouzové zastavení Bezpečnostní koncové spínače Bezpečnostní dveřní spínače Bezpečnostní senzory Bezpečnostní řídicí jednotky a reléové jednotky Programovatelné bezpečnostní systémy Bezpečnostní relé Programovatelné automaty Programovatelné automaty jsou programovatelné řídicí systémy umožňující řízení průmyslových a technologických systémů a procesů, u starších typů a u menších systémů specializované na úlohy převážně logického typu. Jsou známé pod označením PLC (Programmable Logic Controller). Menší typy bývají řešeny jako kompaktní celky, větší se zásadně konstruují jako modulární. V automatizační technice se programovatelné automaty používají zhruba od r.1970. Původně byly určeny pro řízení strojů, jako náhrada za pevnou reléovou logiku. Postupně se jejich možnosti rozšiřovaly a dnes se s nimi můžeme setkat v nejrůznějších oborech, kde mnohdy vytlačují dříve používané přístroje. Jsou to nejenom tradiční strojírenské výrobní technologie včetně manipulační a dopravní techniky, ale i energetika (regulace v elektrárnách, v kotelnách v klimatizačních jednotkách i chladících zařízeních). Uplatnění mají programovatelné automaty rovněž i v chemických výrobách, farmacii, v zemědělských výrobnách atd. Od relé k PLC Myšlenka přechodu od pevné reléové logiky k programové realizaci v PLC, je v dnešní době čím dál více aktuální. Při realizaci pevnou logikou jsou logické funkce realizovány pevným zapojením logických prvků. V reléové technice to jsou kontakty tlačítek, relé a stykačů, koncových spínačů a dvoupolohových spínačů s kontaktním výstupem pro různé veličiny (např. polohy, teploty, hladiny, tlaku). Ovládány jsou cívky relé a stykačů, elektromagnetické spojky, elektropneumatické a elektrohydraulické převodníky pro ovládání akčních členů a pohonů, spínače elektrických motorů, topných těles, svítidel a jiných elektrických spotřebičů. Při realizaci programovatelným automatem jsou všechny prvky, které mají vstupní charakter připojeny na vstupní svorky PLC. Z výstupních svorek jsou ovládány všechny prvky akčního charakteru, ale i signálky, případně další pomocné proměnné, např. pro aktivaci řádků tlačítek nebo pater přepínačů při multiplexovaném vyhodnocení (šetří se tak počty vstupů). Vztahy mezi vstupními a výstupními svorkami a časové závislosti jsou realizovány uživatelským PLC programem.
Relé, stykače a tlačítka jsou v některých případech nenahraditelné a nemá smysl se bránit jejich použití i v případech, kdy je k řízení použit PLC. Z bezpečnostních důvodů, se ale takovéto systémy realizují s bezpečnostními záložními okruhy, např. obvod CENTRAL STOP. Nemá smysl bránit se příležitostnému vytváření logických funkcí prostým propojením kontaktů, obzvláště, pokud tím ušetříme počty vstupů a výstupů PLC a snížíme tak jeho cenu. Rozsáhlejší funkce, se ale kontaktní a reléovou technologií již nerealizují a svěřují se důsledně programu PLC. Proč právě PLC Hlavní předností PLC je možnost rychlé realizace systému. Technické vybavení nemusí uživatel vyvíjet. Stačí navrhnout a včas objednat vhodnou sestavu modulů programovatelného automatu (konfiguraci) pro danou aplikaci, vytvořit projekt, napsat a odladit uživatelský program a vše uvést do chodu. Důvodem vzniku PLC byla malá odolnost počítačů v průmyslovém prostředí. Programovatelné automaty jsou odolnější v mnoha oblastech. Vyšší odolnost vůči vibracím - například u počítače by nevydržel pevný disk a také jeho celková konstrukce je stavebnicová a při vibracích se "rozpadá". U automatu disk není a jeho mechanická konstrukce je pevnější. Vyšší odolnost vůči prachu a vlhkosti - do počítače je prach vháněn ventilátorem a zde se usazuje (kvůli rovnoměrnému proudění vzduchu v počítači). V kombinaci s vysokou vlhkostí může způsobit zkrat. U automatů ventilátor není, protože mají podstatně nižší spotřebu a není je tedy nutno chladit. Konstrukce automatu je dělána tak, aby se nedal snadno vyzkratovat. Vyšší odolnost při výkyvech napájení - elektrická síť továrny může kolísat (například při rozběhu nebo zastavení stroje, který odebírá větší množství proudu). Zdrojové jednotky jsou dělány tak, aby vydržely (některé) proudové špičky, záložní baterie je schopna nahradit výpadky proudu. Vyšší odolnost vůči elektromagnetickým polím - u automatu není tolik součástek, které by se dali zmagnetovat a většina výrobců se snaží tyto prvky odstínit. Všechny nevýhody počítačů se dají vylepšit (odpružení disku, vzduchotěsné oddělení od okolního prostředí s vlastním chlazením atd., ale narůstá nám zde cena, která je jedním z hlavních faktorů. I PLC mají své nevýhody. Jednou z hlavních je nižší rychlost (oproti počítačům). Současné automaty například nedokáží pracovat s obrazem. U takovýchto výrob (například osazování desek plošných spojů) musíme postupovat opačně, to znamená přizpůsobovat výrobu počítačům (průmyslovým). U této výroby nemáme problém s vibracemi, ale snažíme se o čisté prostředí bez prachu, počítače mají vlastní elektrický okruh, který je zálohován atd. Kromě vysoké odolnosti hardwarové, mají automaty i vyšší odolnost softwarovou. Software je "ušit na míru" danému automatu a je tak stabilnější než běžné OS u počítačů. Od PLC vyžadujeme vysokou spolehlivost. PLC zajišťují často i funkce ochran, někdy jsou PA navzájem zálohovány. Charakteristické vlastnosti PLC
Dříve PA jen pro logické řízení, tj. zpracování dvou stavových veličin. Dnešní PA rozšířeny o regulační funkce zpracovávají i signály analogové, eventuálně i číslicové. Jádrem PA je mikropočítač, tj. mikroprocesor + paměť + vstup/výstupní obvody + další. Mikroprocesor vykonává veškeré logické a aritmetické operace. Uživatel nemusí znát mikroprocesor ani použitý OS. Chod PA je řízen systémovým SW (který je dodán od výrobce) tak, aby uživatelský SW byl co nejjednodušší. Program je psán ve speciálním jazyku, problémově orientovaném, přizpůsobeným pro daný automat (standardizace teprve začíná). Nezbytným příslušenstvím PA je programovací přístroj. Slouží k editaci (vytváření) programů, k monitorování a ke kontrole chodu PA, k dokumentaci a k manipulaci s programy. Univerzálnost automatu je dosažena volitelným počtem a sortimentem vstupně/výstupních jednotek. Pro náročné a speciální algoritmy jsou specializované jednotky ( inteligentní periferie ), například ovládání krokových motorků, vícenásobné regulátory a další. Pro tento obor byl na naší škole vyčleněn prostor pro realizaci specializované linky s prvky pneumatiky a hydrauliky, která slouží pro výuku praktického vyučování a odborného výcviku v dané odbornosti. Tato linka může být dále využívána pro výuku rekvalifikantů z úřadů práce a pro školení pracovníků, pracujících v mechatronických provozech. Absolvent studia získá v rámci odborného zaměření znalosti v problematice řešení mechatronických systémů. Těžiště odborných znalostí a dovedností se nachází průřezově v oblastech elektroniky, měření elektrických a neelektrických veličin, strojírenství, základních IT technologií, programování a komplexní automatizace. V úzké vazbě na praktické ověřování v OV zvládne absolvent studia kompetence z problematiky: metod teorie řízení, jako je řízení nelineárních a diskrétních systémů, včetně vizualizaceprocesů principů automatizace řízení a regulace řídících systémů senzoriky, programování a robotizace servis a programování CNC strojů, digitálních pohonů a číslicové techniky diagnostiky poruch technických zařízení, strojů a přístrojů výroba a návrh desek plošných spojů výroba elektronických a elektrotechnických modulů práce operátora mechatronických provozů a systémů aplikace CAD a PLC technologií využití moderních materiálů a technologií návrhu a údržby obvodů řízení dynamiky a statiky plynů a kapalin aplikací pneumatických a hydraulických pohonů, čidel a převodníků
měření elektrických a neelektrických veličin CZ.1.07/1.1.01/02.0043 V rámci průřezových témat absolvent zvládne posoudit kvalitu a množství vykonané práce, orientuje se v základech ekonomiky, principech činnosti firmy a státu, základech managementu, má přehled o Světě práce a dokáže své poznatky uplatňovat v praxi. Studijní obor Mechanik elektrotechnik Mechatronik se vyznačuje velkou šíří vědomostního základu, který je ve vyšších ročnících vhodně rozvíjen odbornou specializací. Cílem je vychovat absolventa, který pružně reaguje na požadavky trhu práce, ovládá dokonale svou profesi, dále se vzdělává a prohlubuje své praktické a teoretické znalosti získané za dobu studia. Obsah vzdělávacího programu Mechatronika charakteristika a profil absolventa (Ing. Plíšek, Ing. Vondráková) Program Mechatronika lze vymezit jako interdisciplinární inženýrský obor spojující poznatky z mechaniky, elektroniky, informatiky a dalších oborů. Zabývá se vývojem a návrhy mechatronických výrobků, vyšetřuje jejich vlastnosti a chování. Pod pojmem mechatronický výrobek rozumíme takový výrobek, jehož funkci vedle mechanických prvků zajišťují i prvky elektronické. Mechatronické výrobky nelze ztotožnit s výrobky elektromechanickými, i když obsahují elektronické prvky. Mechatronickým výrobkem se stává až tehdy, vykazuje-li určitý stupeň inteligence. Základní stupeň inteligentního chování zajišťuje mechatronickým výrobkům jejich programovatelnost (např. pohyb ramene robota) a samoregurovatelnost (např. automatický pilot). Inteligentní chování výrobku znamená, že k vyššímu stupni inteligentního chování lze přiřadit tyto vlastnosti: diagnostika vlastních chyb, jejich vyhodnoceni a následné opravení sama sebe. Dále umí tato zařízení učit se na základě získaných zkušeností, poskytovat rady uživatelům, organizovat vlastní spolupráci s jinými inteligentními stroji apod. Program Mechatronika je určen pro žáky ve strojírenských a elektrotechnických oborech i oborech příbuzných. Absolvováním programu si žáci rozšíří svoje znalosti a dovednosti v oboru, zvýší svoji flexibilitu a zároveň zvýší svoji uplatnitelnost na trhu práce. Program je určen pro žáky studijních oborů ukončených maturitní zkouškou a také pro žáky učebních oborů, jejichž vzdělání je ukončeno závěrečnou zkouškou s výučním listem. Program bude zpracován v modulovém uspořádání, kdy výuka bude uzpůsobena skladbou modulů potřebám jednotlivých studijních a učebních oborů.
Absolvent žádaného a perspektivního studijního oboru Mechanik elektronik mechatronik bude vzděláván tak, aby v praxi využíval veškeré znalosti a dovednosti získané v uvedeném studijním programu. Zařazení do oborů: Studijní obory: mechanik elektrotechnik mechatronik mechanik elektrotechnik elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení mechanik seřizovač technik modelových zařízení Učební obory: strojní mechanik elektrikář nástrojař obráběč kovů modelář, slévač, kovář, autolakýrník Výuku mechatroniky bude zařazena v předmětech Studijní obory: Mechatronika mechanik elektrotechnik mechatronik mechanik elektrotechnik elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení mechanik seřizovač technik modelových zařízení Automatizace
mechanik elektrotechnik mechatronik CZ.1.07/1.1.01/02.0043 mechanik elektrotechnik elektrická zařízení Technická dokumentace mechanik elektrotechnik mechatronik mechanik elektrotechnik elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení mechanik seřizovač Elektrotechnika mechanik elektrotechnik mechatronik mechanik elektrotechnik elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení Odborný výcvik mechanik elektrotechnik mechatronik mechanik elektrotechnik elektrická zařízení mechanik strojů a zařízení mechanik seřizovač technik modelových zařízení Učební obory: Technologie strojní mechanik elektrikář nástrojař obráběč kovů modelář, slévač, kovář, autolakýrník
Strojnictví strojní mechanik nástrojař obráběč kovů CZ.1.07/1.1.01/02.0043 Automatizace elektrikář Návrh modulů pro studijní program Mechatronika: Tekutinové mechanismy - Úvod do problematiky pneumatických a hydraulických mechanismů Pneumatika - seznámení se zařízením na přípravu a úpravu stlačeného vzduchu, s prvky pneumatických obvodů Elektropneumatika - zapojovat a provozovat elektropneumatické systémy Hydraulika - seznámení se zařízením na přípravu a úpravu stlačené kapaliny, s prvky hydraulických obvodů Elektrohydraulika - porozumět elektrohydraulickým obvodům Servotechnika - porozumět principům, činnosti a konstrukcí elektrohydraulických převodníků a servopohonů umět je zapojovat a používat. a principům regulace polohy, rychlosti, síly Proporcionální technika - porozumět obvodům s reléovým řízením a výkonovou elektrohydraulikou, Řízení pneumatických a hydraulických obvodů PLC automatem - Porozumět struktuře a funkci programovatelného automatu, vytvářet samostatně jednoduché programy Měřící technika - seznámit se s principem měření neelektrických veličin Robotika seznámení s členěním manipulačních zařízení, kinematickou strukturou robotů, jejich konstrukcí a způsoby řízení Zařazení dalších témat po vzájemné dohodě Absolventi celého programu Mechatronika získají v rámci odborného zaměření znalosti v problematice řešení mechatronických systémů. Těžiště odborných znalostí a dovedností se nachází průřezově v oblastech elektroniky, měření elektrických a neelektrických veličin, strojírenství, základních informačních a komunikačních technologií, programování a komplexní automatizace.
Přehled klíčových kompetencí CZ.1.07/1.1.01/02.0043 získávat a podávat potřebné informace, vyjadřovat se výstižně a logicky řešit problémy osobní i odborné být schopen obhájit vlastní řešení chápat jazyk jako prostředek komunikace, dokázat jej vhodně využívat v nejrůznějších komunikativních situacích uvědomovat si význam osobního projevu pro společenské a pracovní uplatnění kultivovaně se ústně i písemně vyjadřovat, uplatňovat společenskou a řečovou etiketu disponovat dovednostmi potřebnými pro sebereflexi, utvořit si adekvátní sebevědomí vytvořit si pozitivní, demokratické společnosti odpovídající hodnotovou orientaci osvojit si vědomosti a dovednosti potřebné k aktivnímu občanskému životu být připraven plnit své občanské povinnosti, respektovat zákony a etické normy demokratické společnosti uvědomovat si svou národní identitu, svá lidská práva a respektovat práva ostatních být schopen využívat matematických postupů při řešení reálných situací být schopen využívat osobní počítač s aplikačním programovým vybavením při řešení odborných problémů mít kladný vztah k vlastní profesi orientovat se na trhu práce mít představu o aspektech soukromého podnikání Přehled odborných kompetencí uplatňovat zásady technické normalizace a standardizace při tvorbě technické dokumentace využívat při řešení úloh z mechatroniky normy a další zdroje informací zpracovávat návrhy jednoduchých tekutinových mechanizmů sestavených ze standardních prvků vytvořit technickou dokumentaci k navrženým mechanizmům vytvořit technickou dokumentaci pomocí výpočetní techniky číst a vytvářet výkresy sestavení a schémata aj. produkty grafické technické komunikace používané ve strojírenství a elektrotechnice znát základní elektrotechnické veličiny a uplatňovat je při řešení praktických problémů
řešit obvody stejnosměrného a střídavého proudu a uplatňovat je v mechatronice vytvářet popisy jednotlivých technologických operací při využití mechatroniky vytvářet programy pro vykonávání jednodušších pracovních operací na číslicově řízených strojích navrhovat způsoby a podmínky kontroly jakosti používat měřidla, měřicí přístroje a diagnostické přístroje aplikovat vhodně běžné způsoby kontroly a měření základních technických veličin a elektrických parametrů a charakteristik elektrotechnických prvků a zařízení využívat výsledků měření pro kontrolu, diagnostiku a zprovozňování elektrotechnických strojů a zařízení provádět základní práce při nastavování a diagnostice automatických systémů využívat aplikační programy pro podporu projektové a konstrukční přípravy výroby využívat aplikační programy pro podporu péče o technický stav strojů znát a dodržovat základní právní předpisy týkající se bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a požární prevence realizovat nařízení vyplývající z prevence bezpečnosti práce a ochrany zdraví používat osobní ochranné pracovní prostředky podle platných právních norem a předpisů znát význam, účel a užitečnost vykonávané práce, její finanční, popř. společenské ohodnocení nakládat s materiály, energiemi, odpady, vodou a jinými látkami ekonomicky a s ohledem na životní prostředí. chápali kvalitu jako významný nástroj konkurenceschopnosti a dobrého jména podniku dodržovat stanovené normy (standardy) a předpisy související se systémem řízení jakosti zavedeným na pracovišti dbát na zabezpečování parametrů (standardů) kvality procesů, výrobků nebo služeb, zohledňovat požadavky klienta (zákazníka, občana) zvažovat při plánování a posuzování určité činnosti (v pracovním procesu i v běžném životě) možné náklady, výnosy a zisk, vliv na životní prostředí, sociální dopady zpracovávat v souladu se servisní a provozní dokumentací strojů a zařízení plány jejich ošetřování a údržby navrhovat s použitím servisní dokumentace strojů a zařízení způsoby zjišťování jejich technického stavu či závad rozhodovat o způsobu opravy závad běžných konstrukčních uzlů a agregátů strojů a zařízení