Мехатроника и гидропневмоавтоматика

доктор технических наук, профессор
Шошиашвили Михаил Элгуджевич

Официальный сайт кафедры: https://www.npi-tu.ru/university/faculty/mf/kafedry/?kaf=kafedra-mekhatronika-i-gidropnevmoavtomatika

Кафедра основана в 2011 году путем слияния кафедр «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» и «Гидропневмоавтоматика и гидропривод». В 2015 году к кафедре присоединилась часть кафедры «Автоматизация и управление технологических процессов и производств» с технологического факультета.

Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропривод» основана в 1933 г. как кафедра горной механики с подготовкой горных инженеров по специальности «Горная электромеханика» (первым заведующим был профессор Мельников В.А.). В сентябре 1946 года заведующим кафедрой был назначен к.т.н., доцент Журавлев П.В. Он и заведовал кафедрой до 1971 г. С 1971 года кафедрой руководил заслуженный работник Высшей школы РФ, профессор, доктор технических наук, академик Международной Академии наук Высшей школы Водяник Г.М.. В этот период кафедра была преобразована в кафедру «Гидропневмоавтоматика и гидропривод». С 2003 г. по 2011 г. кафедрой руководит доктор технических наук, профессор Шошиашвили М.Э.

Кафедра «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» основана в 1935 г. как кафедра горной электротехники. Первым заведующим был профессор, доктор технических наук Беловидов Б.С., возглавлявшим кафедру в течении 35 лет. Затем кафедра была преобразована в кафедру «Электрификация и автоматизация горных работ». С 1970 г. по 1997 г. кафедрой руководил заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук, академик Академии высшей школы и информатизации Загороднюк В.Т. В этот период кафедра была преобразована в кафедру «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника». В 1997 г. кафедру возглавил профессор, доктор технических наук Глебов Н.А., являвшийся до сентября 2011 г. заведующим кафедрой.

С 1 сентября 2011 г. объединенную кафедру возглавляет доктор технических наук, профессор Шошиашвили Михаил Элгуджевич.

На кафедре работают 28 преподавателей. Из них 4 доктора, профессора и 16 кандидатов технических наук, доцентов. Все это позволило кафедре приступить к двухуровневой системе вузовского образования по направлениям «Энергетическое машиностроение», «Мехатроника и робототехника», «Автоматизация технологических процессов и производств».

Благодаря кадровому и научному потенциалу кафедра представляет собой межвузовский учебный и исследовательский центр по мехатронике, автоматике и гидропневмоавтоматике, является организатором и участником международных научных мероприятий и проектов в области мехатроники и энергомашиностроения и нацелена на подготовку современных инновационно-ориентированных инженерно-технических кадров.

Кафедра участвует в проекте по развитию системы подготовки кадров для оборонно-промышленного комплекса по тематике «Практико-ориентированная подготовка высококвалифицированных проектных групп для углубленного обучения в области авиационных гидропневматических и мехатронных систем» и взаимодействует с предприятием-партнером Публичное акционерное общество «Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева».

С 2018 года по направлению 15.03.06 «Мехатроника и робототехника», направленность «Мехатроника» дополнительно ведется обучение иностранных граждан на английском языке.

С 2018 года кафедра участвует в международном проекте. Erasmus+ Project 585596-EPP-1-2017-1-DE-EPPKA2-CBHE-JP Fostering Internationalization in AgRicultural Engineering in Iran and Russia [FARMER], реализуемого нашим университетом совместно с ведущими вузами России, Европы и Ирана. Целью проекта является разработка учебного плана магистерской подготовки по направлению «Агромехатроника». Студенты, прошедшие обучение по данному направлению, получат двойной диплом Российского и Европейского образцов. Первый набор на данное направление подготовки состоится в 2019 году. Описание дополнительных дисциплин в рамках проекта Erasmus+

Характеристика направлений подготовки

Направление подготовки "Мехатроника и робототехника" Мехатроника и робототехника являются определяющими в формировании нового технологического базиса – основы экономики высокоразвитых стран начала XXI века. Они во многом обусловливают состояние и уровень развития оборонных отраслей промышленности, имеют первостепенное значение для обеспечения национальной безопасности и определяют уровень технического перевооружения и технологический прогресс в важнейших сферах экономики.

Мехатpоника – область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств. Мехатронная система – единый комплекс электромеханических, гидравлических и пневматических электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта.

Направленность «Мехатроника» дает фундаментально-прикладное образование в новой области науки и техники, посвященной созданию и эксплуатации машин с компьютерным управлением на базе знаний электроники, микропроцессорной техники, механики, всех типов приводов, информатики, систем управления машинами и агрегатами.

Студенты решают проблемы изучают вопросы, связанные с созданием новой техники, на основе современных мировых достижений. Сюда входит рассмотрение вопросов межличностных и технических коммуникаций, трансфера технологий и инноваций, информационных обменов, внешнеэкономической деятельности в промышленности, перспективных технологий и оборудования различных уровней, экспертизы и сервиса, деятельности в области международных стандартов и сертификации.

Сфера профессиональной деятельности выпускника по направлению «Мехатроника и робототехника» – компьютерное управление машин во всех отраслях современного мирового производства: строительные машины и кондитерское производство, подводные аппараты и электропоезда, авиация и швейная техника, автомобили и горные машины, металлургия и нефтегазовое оборудование, спутники и космические станции, теплицы и перерабатывающая техника и многое другое. Выпускники обладают знаниями по организации и ведению международной научно-технической деятельности предприятия в области мехатронных средств автоматизации.

Направление «Автоматизация технологических процессов и производств». Направление подготовки дает возможность приобретения умения работы с новыми техническими средствами автоматизации применительно к различным отраслям промышленности (химической, пищевой и нефтегазовой). Современный специалист по автоматизации – это элита инженерного корпуса. Подготовка по данному направлению во многом совпадает с подготовкой по мехатронике в области создания и построения интеллектуальных устройств и систем для управления различными технологическими процессами и производствами. Особенностью подготовки является обучение основам автоматиз ированного проектирования (подготовка бакалавров) и овладение сложными комплексами САПР на базе учебно-научно-производственного комплекса «Автоматизация» (подготовка магистров и аспирантов).

Область профессиональной деятельности выпускников включает:

совокупность средств, способов и методов науки и техники, направленных на автоматизацию действующих и создание новых автоматизированных и автоматических технологий и производств;
обоснование, разработку, реализацию и контроль норм, правил и требований к продукции различного служебного назначения, ее жизненному циклу, процессам ее разработки, изготовления, управления качеством, применения (потребления), транспортировки и утилизации;
разработку и исследование средств и систем автоматизации и управления различного назначения, в том числе жизненным циклом продукции и ее качеством, применительно к конкретным условиям производства на основе отечественных и международных нормативных документов;
исследования в области проектирования и совершенствования структур и процессов промышленных предприятий в рамках единого информационного пространства;
создание и применение алгоритмического, аппаратного и программного обеспечения систем автоматизации, управления и контроля технологическими процессами и производствами, обеспечивающих выпуск высококачественной, безопасной, конкурентоспособной продукции освобождающих человека полностью или частично от непосредственного участия в процессах получения, трансформации, передачи, использования, защиты информации и управления производством;
исследования с целью обеспечения высокоэффективного функционирования средств и систем автоматизации, управления, контроля и испытаний заданным требованиям при соблюдении правил эксплуатации и безопасности.

Объектами профессиональной деятельности выпускников являются:

продукция и оборудование различного служебного назначения предприятий и организаций, производственные и технологические процессы ее изготовления;
системы автоматизации производственных и технологических процессов изготовления продукции различного служебного назначения, управления
ее жизненным циклом и качеством, контроля, диагностики и испытаний;
средства технологического оснащения автоматизации, управления, контроля, диагностирования, испытаний основного и вспомогательного производств, их математическое, программное, информационное и техническое обеспечение, а также методы, способы и средства их проектирования, изготовления, отладки, производственных испытаний, эксплуатации и научного исследования в различных отраслях национального хозяйства;
исследования в области автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством.

Направление подготовки «Энергетическое машиностроение» с направленностью «Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты» характеризуется широкой подготовкой студентов в области компьютерных технологий с изучением основ компьютерного моделирования, конструирования и проектирования гидравлических и пневматических автоматизированных систем и их элементов. Практические навыки, полученные в лабораториях кафедры и на практических занятиях, позволяют выпускникам быть на уровне самых высоких требований, предъявляемых к инженерам по гидропневмоавтоматике и гидроприводу. Они всесторонне подготовлены для работ по исследованию, созданию, наладке гидропневматических систем различных технологических машин, мехатронных и робототехнических комплексов.

Сфера профессиональной деятельности выпускника по направлению «Энергетическое машиностроение»

с направленностью «Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты»

Выпускники этого направления, имея необходимую подготовку в области фундаментальных знаний и информационных технологий, широко используют свои знания в научно-исследовательском секторе предприятий, институтов и фирм при разработке новых и перспективных систем и специального программного обеспечения в области гидропневоприводов и гидропневмоавтоматики.

Областью профессиональной деятельности бакалавров и магистров по направлению «Энергетическое машиностроение» с направленностью «Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты» является: конструирование, исследование, монтаж и эксплуатация энергетических машин, агрегатов, установок и систем их управления, в основу рабочих процессов которых положены различные формы преобразования энергии.

Объектами профессиональной деятельности по направлению «Энергетическое машиностроение» с направленностью «Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты» являются машины, установки, двигатели и аппараты по производству, преобразованию и потреблению различных форм энергии, в том числе:

гидро- и пневмоприводные системы энергетических установок стационарной и мобильной техники, робототехнических систем, нефтегазового оборудования; исполнительные устройства систем управления машин, установок, двигателей и аппаратов;
вспомогательное оборудование, обеспечивающее функционирование гидравлической и пневматической техники;
нормативно-техническая документация и системы стандартизации, методы и средства испытаний и контроля качества изделий и систем.

Множество машин и механизмов, технологических систем и комплексов приводится в движение, используя энергию жидкостей и газов. Современная техника немыслима без гидравлических и пневматических систем: от станков до самолетов, от бульдозеров и экскаваторов до роботов и мехатронных систем – такой диапазон их применения и такова необъятная сфера деятельности выпускников этого направления.

После окончания обучения выпускники кафедры будут обеспечены рабочими местами, а также могут получить послевузовское образование в аспирантуре.

Учебно-методическая работа кафедры направлена на углубление теоретических знаний студентов, выработки ими научного мышления и практического решения производственных задач.

Все виды занятий по изучаемым дисциплинам кафедры обеспечены методической литературой, основная часть которой разработана сотрудниками кафедры и издана типографским способом. Ежегодно издается и обновляется около 10 учебных пособий и методических указаний к лабораторным, практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию. Установлено сотрудничество с библиотекой университета в вопросах комплектования учебной литературой. Разработаны и совершенствуются пакеты программ для моделирования и расчета гидравлических и электронных схем и устройств, систем автоматического управления и регулирования, пакеты САПР и АСНИ.

На кафедре имеется специализированная лаборатория и учебно-консультац ионный центр итальянской фирмы CAMOZZI.

Практико-ориентированная учебная и научная деятельность кафедры осуществляется в рамках двух учебно-научно-производственных комплексов "ЮРГПУ (НПИ) - ЗАО "ИРИС" - малое инновационное предприятие "Мехатроника"" и "ЮРГПУ (НПИ) - ООО фирма "Пластик Энтерпрайз"".

В рамках УНПК и учебно-консультационного центра студенты проходят производственные и научно-исследовательские практики, овладевают навыками и опытом работы на реальном оборудовании, выполняют курсовые и дипломные работы.

В сотрудничестве с Межрегиональным центром повышения квалификации при ЮРГПУ (НПИ) кафедра осуществляет профессионыльную переподготовку специалистов предприятий и организаций, а также преподавателей вузов и колледжей по направлениям "Мехатроника", "Гидравлика и гидропривод".

Научно-инновационная деятельность

Научно-исследовательская и инновационная деятельность кафедры осуществляется в рамках научного направления «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов» (руководитель - д.т.н., профессор Глебов Н.А.).

На кафедре ведутся исследования по созданию автоматических приборов, систем и роботов, силовых и энергосберегающих гидравлических приводов и энергетических установок мехатронного типа.

Разработаны агрегаты, системы и комплексы, не имеющие аналогов в отечественной и зарубежной практике:

лазерная система автоматизированного управления проходческими щитовыми комплексами для строительства подземных сооружений, тоннелей и горных выработок;
мехатронная система укладки асфальта при строительстве и ремонте шоссейных дорог;
робот для торкретирования (покрытия набрызгом бетона) горных выработок, а также обработки стен зданий;
робототехническая система для укладки крупногабаритных труб колонной трубоукладчиков в траншею при строительстве и ремонте газопроводов;
осевые двухступенчатые вентиляторы встречного вращения со встроенным в ступицы рабочих колес торцевым электродвигателем серийно выпускаются для охлаждения компьютеров и электронных систем управления. Эти вентиляторы мощностью до 14 кВт используются для местного проветривания при проходке штолен и пусковых шахт для ракет;
трехступенчатый осевой вентилятор встречного вращения ВОТ-8, который по сравнению со своими аналогами имеет наилучшие показатели по максимальному и среднему КПД, по удельному весу на кВт мощности, по уровню шума;
центробежные вентиляторы-пылеочистители ВЦП для очистки от пыли и снега воздуха, засасываемого ДВС танков и бронетранспортеров или подаваемого для охлаждения электрооборудования. Гарантированы: степень очистки от снега 95%, от крупных частиц пыли 80. ..85%, от мелко-дисперсной пыли 60...70%, расход воздуха на очистку не более 8...10% от подачи вентилятора;
электрогидродинамические нагреватели ЭГН для разогрева твердеющих на морозе горюче-смазочных материалов, перевозимых или хранящихся в цистернах. Большое их преимущество состоит в том, что они являются ещё и насосами для откачки из цистерн разогретого материала;
радиальные двухступенчатые вентиляторы РДВ для транспорта на воздушной подушке, для подводных лодок, для подачи воздуха в отсеки космических кораблей при монтажных работах;
универсальное запорно-регулирующее устройство с блоком управления предназначено для работы в водораспределительных и водоотводящих системах с диаметром труб от 50 до 1000 мм при максимальном давлении до 1,5 МПа. Устройство может работать при большой степени загрязнения и агрессивности воды;
эжекторный ручной пылесос, предназначенный для механизации вспомогательных работ, а именно: уборки пыли, мелкого мусора, очистки электрических шкафов станков с ЧПУ, электрооборудования;
малошумная вентиляторная установка, предназначенная для проветривания изделий при их монтаже с соблюдением очень жестких требований по шуму;
программный комплекс (виртуальный тренажер) для расчёта динамики водораспределения. Предназначен для создания схем водораспределения различной сложности, моделирования динамики водораспределения, моделировать различные штатные и аварийные ситуации;
программный комплекс для моделирования работы в динамике гидроприводов машин различного назначения HydroCAD. Предназначен для моделирования и анализа работы гидроприводов машин различного назначения в динамике. Комплекс рекомендуется к применению на предприятиях, занимающихся проектированием и разработкой гидроприводов, а также в учебном процессе студентов технических ВУЗов;
центробежный малошумный насосный агрегат. Предназначен для перекачивания неагрессивных жидкостей и имеет параметры: подача до 80 м3/ч; напор до 32 м. Отличие от имеющихся аналогов: обеспечивает работоспособность при повышенных давлениях на входе; имеет низкие вибро-шумовые показатели;
гидравлические устройства с механическими мышцами. Основные преимущества механических мышц при работе в составе запорно-регулирующей гидравлической или газовой арматуры: возможность формирования оптимальной формы запорно-регулирующего элемента арматуры с точки зрения гидродинамики позволяет существенно снизить вибро-шумовые характеристики арматуры;
система диагностирования и прогнозирования технического состояния мехатронных модулей движения;
интеллектуальная система планирования и управления перемещением робота-манипулятора в неизвестной среде;
адаптивная система управления манипулятором с упругими звеньями;

Предложены методы построения интеллектуальной системы планирования перемещения мобильного робота в неизвестной среде.

Созданы и прошли испытания: лазерный нивелир, лазерный задатчик вертикали, лазерный сканирующий дальномер, которые используются при автоматизации в строительстве.

В рамках Государственного Оборонного заказа выполнены и выполняются следующие работы:

разработка и изготовление испытательного гидравлического стенда, позволяющего контролировать гидравлические, энергетические, виброшумовые и другие параметры при проведении исследований с возможностью создания подпора на входе испытуемого объекта в широком диапазоне значений;
разработка и изготовление системы охлаждения электроприводов мощностью 500 кВт ..4 МВт;
разработка и изготовление силовой гидравлической части комплекса для контроля оболочек из композитных материалов (3 комплекса);
разработка и изготовление тренажера системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей;
разработка и изготовление опытного образца насоса с рабочим органом «механическая мышца».

Через аспирантуру и докторантуру ведется подготовка научных кадров высшей квалификации. Подготовлено более 15 докторов технических наук, 70 кандидатов технических наук.

Сотрудниками кафедры опубликовано более 30 монографий, научных книг и брошюр. Получено 134 авторских свидетельств и патентов, из них 39 внедрены в промышленность. Сотрудниками кафедры получено 12 медалей за научные разработки.

Международные связи

Организованы научные связи со многими вузами России и зарубежных стран. Кафедра тесно сотрудничает с техническими университетами городов Мюнхен, Дрезден, Дортмунд, Ильменау, Брауншвайг (Германия). Сотрудники кафедры организуют и принимают участие в международных, всероссийских и вузовских научных конференциях.

За последние пять лет под руководством профессора Булгакова А.Г. и Глебова Н.А. успешно защитили кандидатские диссертации 6 представителей стран дальнего зарубежья (Ирак, Ливан, Вьетнам).

Студенты кафедры осваивают иностранные языки и имеют постоянную языковую практику, обучаются по программе «Второй диплом мехатроники» совместно с ведущими университетами Европы, проходят практику на ведущих машиностроительных и электромеханических концернах Германии, принимают участие в ежегодных международных конкурсах, олимпиадах, научных конференциях и занимают призовые места.

Сотрудники кафедры проходят стажировки в ведущих вузах Европы.

Выпускники кафедры получают возможность обучаться в докторантуре или найти престижную высокооплачиваемую работу за рубежом.

Характеристика дипломных проектов

Дипломные проекты студенты разрабатывают по заданиям предприятий и научной тематике кафедры и имеют исследовательский характер. В процессе выполнения и защиты дипломного проекта студенты показывают умение самостоятельно и творчески решать поставленные инженерные задачи, находить оптимальные решения повышения производительности труда и качества продукции, экономической эффективности, условий безопасности и экологической чистоты технологического процесса.

Значительная часть проектов имеет научную новизну и практическую ценность, рекомендуется ГАК к опубликованию в печати и внедрению в производство.

Трудоустройство выпускников

Трудоустройство выпускников осуществляется на предприятиях и в организациях в соответствии с видами профессиональной деятельности, к которым готовятся выпускники кафедры:

- проектно-конструкторская;

- научно-исследовательская;

- производственно-технологическая.

Выпускники кафедры работают по специальности на ведущих машиностроиительных и электромеханических заводах, горных, нефтегазодобывающих и строительных производствах и сельском хозяйстве, научных и производственных организациях страны ближнего и дальнего зарубежья. Рекламации на подготовку выпускников отсутствуют.

Материально-теническое обеспечение

На кафедре имеются 10 специализированных лабораторий, 3 компьютерных класса, подключенных к сети Internet, один из которых используется для выполнения научно-исследовательских работ. Все лаборатории оснащены современными лабораторными стендами и исследовательскими комплексами. В учебном процессе используются все виды программного обеспечения - системные, прикладные и инструментальные.

На кафедре имеется специализированная лаборатория и учебно-консультационный центр итальянской фирмы CAMOZZI.

Научно-техническая библиотека ЮРГПУ (НПИ) обеспецивает выход чтудентов в общероссийские электронно-библиотечные системы "ЛАНЬ" и "КнигоФонд".