Cơ điện tử là gì? Tương lai của ngành cơ điện tử sẽ ra sao

Cơ điện tử là gì? Dựa theo thực tế thì cơ điện tử là một khái niệm rất rộng trong đó được chia nhỏ thành nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau. Để các bạn đọc dễ dàng nắm bắt và hình dung hơn thì hãy cùng IAS tìm hiểu thông qua bài viết này nhé. 

1. Cơ điện tử là gì?

Cơ điện tử hay kỹ thuật cơ điện tử là một nhánh kỹ thuật liên ngành chú trọng vào các ngành kỹ thuật điện tử và kỹ thuật cơ khí cũng như nghiên cứu các lĩnh vực liên quan đến robot học, điện tử học, kỹ thuật máy tính, viễn thông, kỹ thuật hệ thống, kỹ thuật điều khiển và Product engineering. Mục tiêu của ngành kỹ thuật cơ khí nhằm tạo ra giải pháp thiết kế  nhằm hợp nhất các phân ngành lại với nhau. Ban đầu, lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử được dự định chỉ bao gồm sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử. Tuy nhiên, với tính phức tạp của các hệ thống công nghệ phát triển không ngừng, định nghĩa của ngành được mở rộng sang nhiều lĩnh vực công nghệ khác. Nhiều người xem cơ điện tử là một từ thông dụng hiện đại đồng nghĩa với tự động hóa, robot học và kỹ thuật cơ điện (Electromechanical engineering). Kỹ thuật cơ điện tử là một khái niệm được dùng phổ biến để mô tả về một lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên ngành, nhưng vẫn chưa có một khái niệm nào được chấp nhận là đầy đủ khi nói về nó. Nhưng xét về tính chung, phổ biến thì kỹ thuật cơ điện tử vẫn được cấu thành từ những ngành kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện và điện tử, kỹ thuật lập trình, cảm biến và truyền thông.

2. Tiềm năng phát triển của cơ điện tử

Cơ điện tử là một lĩnh vực công nghệ cao mà hiện nay đang có nhu cầu về nhân sự lớn, đặc biệt sau khi làn sóng công nghiệp 4.0 khi mà tự động hóa – robot đã trở thành xu hướng trong mọi lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay. Nhiều nhà máy đang dần chuyển đổi mô hình sang sử dụng các hệ thống thông minh như người máy và nâng cấp các công nghệ cao, dây chuyền lắp ráp. Những giải pháp thông minh này đã mang giúp doanh nghiệp tăng năng suất và cải tiến chất lượng sản phẩm. Tất cả ứng dụng trên đều yêu cầu cao về ỹ thuật cơ điện, từ đó kỹ thuật cơ điện đã dựa vào những nhu cầu này để phát triển. Trên thực tế, nhiều địa phương đã xác nhận “cơ điện tử” là một nghề cần ưu tiên cao với cơ hội việc làm mở rộng. Công nghệ luôn tiến bộ không ngừng, tiềm năng phát triển của nó là vô hạn. Một số công việc, vị trí trước mắt hiện tại của cơ điện tử bạn có thể tham khảo:

• Tạo ra và tương tác với các loại robot tự động trong các dây chuyền của nhà máy cho hệ thống, dây chuyền của các sản phẩm gia công, thực phẩm, đồ uống.
• Cơ điện tử cũng có thể phụ trách các vấn đề liên quan đến máy bay không người lái, hệ thống điều khiển cho các chuyến đi trong công viên giải trí, phát triển nguyên mẫu,…
• Cơ điện tử cũng có thể làm việc với vai trò thiết kế và bảo trì thiết bị tự động trong các ngành nghề như sản xuất, hàng không, khai thác mỏ, robot, quốc phòng, vận tải,…

3. Học cơ điện tử ra thì làm gì?

Dưới đây là một số vị trí bạn có thể học trong ngành cơ điện tử, được các trường, các khóa học ngắn giảng dạy mà bạn có thể theo học:

• Kỹ sư thiết kế điện tử.
• Kỹ sư tự động hóa.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên người máy.
• Kỹ sư thiết kế cơ khí.
• Kỹ sư thiết bị
• Kỹ sư phần mềm
• Kỹ sư thiết kế và xử lý sự cố hệ thống điều khiển.

Những lựa chọn trên đây đều là những ngành nghề tính đến hiện tại hay trong tương lai đều vẫn được ưa chuộng, luôn cần đến. Mà bạn sẽ không phải đắn đo môi trường này sẽ bị đào thải, hay khó xin việc. Để dễ hình dung hơn, thì dưới đây là chi tiết theo từng lĩnh vực bạn có thể kham khảo:

Trong sản xuất hiện đại và công nghệ robot

Khi lựa chọn công việc này bạn sẽ có cơ hội làm việc cùng với những sản xuất công nghệ cao và robot. Vai trò của bạn lúc này là xây dựng các giải pháp về tự động hóa để cải thiện chất lượng, số lượng và năng suất sản xuất. Bạn có trách nhiệm trong việc khắc phục và quản lý những sự cố liên quan đến robot, thiết bị điện và tự động hóa.

Trong dịch vụ viễn thông và thông tin

Ở lĩnh vực này bạn cần có trách nhiệm trong việc cài đặt, bảo trì, sửa chữa điện thoại di động, mạng máy tính, cáp quang, thiết bị truyền hình,… Một vài vị trí bạn có thể chọn lựa như kỹ sự điện áp cao, kỹ thuật viên hiện trường, kỹ thuật viên mạng,…

Trong nông nghiệp, thực phẩm, lâm nghiệp

Đối với lĩnh vực nay bạn có thể đảm nhận vị trí trong quá trình vận hành và canh tác. Ví dụ như: thiết kế nhà kính để tăng sản lượng lương thực; thiết kế hệ thống tưới tiêu; sử dụng những nguyên tắc kỹ thuật đảm bảo tính bền vững của rừng.

Nghề cơ điện tử trong vận tải và Logistics

Những năm đổ lại đây thì lĩnh vực Logistics đã thu hút được nhiều bạn trẻ lựa chọn, đây là công việc đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành nền kinh tế. Khi tốt nghiệp cơ điện tử bạn cũng có thể tham gia vào nhiều vị trí trong chuỗi cung ứng, làm việc với máy móc, cơ sở hạ tầng máy tính, quy trình và thiết bị vận chuyển phức tạp,… >>> Xem thêm: Xu hướng phát triển Robot công nghiệp tự động hóa sản xuất hiện nay

Kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng

Phần mềm hệ thống nhúng là các chương trình được viết, thiết kế, lập trình chuyên biệt cho các thiết bị số và hoạt động song song với các thiết bị đó. Hiện nay có 6 loại kiến trúc phần hệ thống nhúng phổ biến là: 

• Vòng lặp kiểm soát đơn giản
• Hệ thống ngắt điều khiển
• Đa nhiệm tương tác
• Đa nhiệm ưu tiên
• Vi nhân (Microkernel) và nhân ngoại (Exokernel)
• Nhân khối (monolithic kernels)

Với sự đa dạng và khác biệt, các lâp trình viên cho nhiều lựa chọn hơn khi chọn phần mềm hệ thống nhúng để sử dụng. Hãy cùng tham khảo bài viết dưới để hiểu thêm về 6 loại kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng này nhé. 

1. Vòng lặp kiểm soát đơn giản

Một vòng lặp kiểm soát là một hệ thống quản lý quá trình được thiết kế để duy trì một quá trình diễn biến tại một vị trí mong muốn.

Theo thiết kế này thì phần mềm được tổ chức thành một vòng lặp đơn giản. Vòng lặp gọi đến các chương trình con, mỗi chương trình con quản lý một phần của hệ thống phần cứng hoặc phần mềm.

Mỗi bước trong vòng lặp sẽ hoạt động cùng với các bước khác để quản lý hệ thống.

2. Hệ thống ngắt điều khiển

Hệ thống nhúng thường được điều khiển bằng các ngắt, các tác vụ của hệ thống nhúng được kích hoạt bởi các loại sự kiện khác nhau.

Ví dụ: một ngắt có thể được sinh ra bởi một bộ định thời sau một chu kỳ được định nghĩa trước, hoặc bởi sự kiện khi cổng nối tiếp nhận được một byte nào đó.

Hệ thống ngắt điều khiển thường được sử dụng trong các hệ thống có bộ quản lý sự kiện đơn giản, ngắn gọn và cần độ trễ thấp. Thường được thực hiện một tác vụ đơn giản trong một vòng lặp chính.

Đôi khi, các tác vụ phức tạp hơn sẽ được thêm vào một cấu trúc hàng đợi trong bộ quản lý ngắt để được vòng lặp xử lý sau đó. Lúc này, hệ thống gần giống với kiểu nhân đa nhiệm với các tiến trình rời rạc.

3. Phần mềm hệ thống nhúng đa nhiệm tương tác

Hệ thống đa nhiệm không ưu tiên gần giống với kỹ thuật của vòng lặp kiểm soát đơn giản, chỉ khác ở chỗ trừ việc vòng lặp này được ẩn giấu thông qua một giao diện lập trình API.

Các nhà lập trình định nghĩa một loạt các nhiệm vụ, mỗi nhiệm vụ chạy tỏng một môi trường riêng của nó, khi không cần thực hiện nhiệm vụ đó thì nó gọi đến các tiến trình con tạm nghỉ bằng cách gọi “pause”, “wait”, “yield”,…

Đối với hệ thống đa nhiệm tương tác, việc thêm một phần mềm mới được thực hiện dễ dàng hơn bằng cách lập trình một tác vụ mới hoặc thêm vào hàng đợi thông dịch.

4. Đa nhiệm ưu tiên

Hệ thống đa nhiệm ưu tiên thường có một đoạn mã ở mức thấp thực hiện việc chuyển đổi giữa các tác vụ khác nhau thông qua một bộ định thời.

Đoạn mã này thường nằm ở mức mà hệ thống được coi là có một hệ điều hành và vì thế cũng gặp phải tất cả những phức tạp trong việc quản lý đa nhiệm.

Bất kỳ tác vụ nào có thể phá hủy dữ liệu của một tác vụ khác đều cần phải được tách biệt một cách chính xác. Việc truy cập tới các dữ liệu chia sẻ có thể được quản lý bằng một số kỹ thuật đồng bộ hóa như hàng đợi thông điệp (message queues), các phương thức truyền tin thị giác (semaphores)…

Hệ thống này thường được đưa ra là sử dụng một hệ điều hành thời gian thực. Lúc đó, các nhà lập trình có thể tập trung vào việc phát triển các chức năng của thiết bị chứ không cần quan tâm đến các dịch vụ của hệ điều hành nữa.

5. Vi nhân (Microkernel) và nhân ngoại (Exokernel)

• Vi nhân (Microkernet)

Vi nhân (Microkernet) là một bước tiếp cận gần hơn tới khái niệm hệ điều hành thời gian thực. Lúc này, nhân hệ điều hành thực hiện việc cấp phát bộ nhớ và chuyển CPU cho các luồng thực thi.

Còn các tiến trình người dùng sử dụng các chức năng chính như hệ thống file, giao diện mạng lưới,…

Kiến trúc này thường được áp dụng trong các hệ thống mà việc chuyển đổi và giao tiếp giữa các tác vụ là nhanh.

 

• Nhân ngoại (Exokernel)

Nhân ngoại (Exokernel) là tiến hành giao tiếp hiệu quả bằng cách sử dụng các lời gọi chương trình con thông thường.

Phần cứng và toàn bộ phần mềm trong hệ thống luôn đáp ứng và có thể được mở rộng bởi các ứng dụng.

6. Nhân khối (Monolithic kernels)

Nhân khối đầy đủ với các khả năng phức tạp được chuyển đổi để phù hợp với môi trường nhúng. Giúp các nhà lập trình có được một môi trường giống với hệ điều hành trong các máy để bàn như Microsoft Windows, Linux,…

Tuy nhiên, nhân khối đòi hỏi đáng kể các tài nguyên phàn cứng làm tăng chi phí cho hệ thống. Mặc dù ch phí phần cứng tăng nhưng các loại hệ thống nhúng này đang phát triển rất mạnh. Bởi vì:

• Hệ thống có cổng kết nối đến các chip nhúng thông dụng.
• Cho phép sử dụng lại các đoạn mã sẵn như các trình điều khiển thiết bị, web servers, firewalls,…
• Hệ thống có thể phát triển với một tập nhiều loại đặc tính, chức năng. Sau khi phân phối sản phẩm, hệ thống có thể được cấu hình để loại bỏ một số chức năng không cần thiết.
• Có chế độ người dùng để dễ dàng chạy các ứng dụng và gỡ rối, quy trình được thực hiện dễ dàng hơn, lập trình có tính linh động.

Một số nhân khối thông dụng hiện nay là Embedded Linux và Windows CE, đặc biệt là trong các thiết bị nhúng mạnh như Wireless router hoặc hệ thống định vị GPS.

>>> Xem thêm: Hệ thống nhúng là gì? ứng dụng trong thực tế