Til NTNUs hovedside

Anvendelser av kybernetikken

 

NTNU-brosjyren om Institutt for Teknisk Kybernetikk (pdf)

Kybernetikk er et samlebegrep for en rekke teknikker som har et felles teoretisk metodegrunnlag for overvåkning og styring av mange slags systemer. Det er vanskelig å tenke seg et annet teknologisk fagområde med like vidt anvendelsesområde som kybernetikken. Man kan nok hevde at de "rene vitenskapene" som matematikk og fysikk har enda videre anvendelsesområde, og disse fagområdene er også viktige "verktøyleverandører" til kybernetikken. Noen av anvendelsesområdene for kybernetikken er nevnt nedenfor.

Kybernetikken i dagliglivet. Kybernetiske prinsipper blir anvendt i mange sammenhenger som er viktige i dagliglivet, som for eksempel

  • Styring av elektrisitetsproduksjonen, slik at strømmen svinger med 50 Hz, og produksjonen justerer seg etter forbruket.
  • Termostatstyring av en varmeovn er kanskje den enklest tenkelige kybernetiske anvendelsen.
  • Styring og overvåkning av vannforsyning, rensing av drikkevann og kloakk, etc.
  • Styring av posisjonen på lesearmen på en CD-spiller.
  • Styring og overvåkning av heiser.
  • Styring av husholdningsapparater, som for eksempel vaskemaskiner.
Kybernetikk i transportsektoren.
  • Styring av fly og båter, for å få disse til å følge pilotens/styrmannens signaler.
  • Dynamisk posisjonering av skip.
  • Blokkeringsfrie bremser, "anti-spinn" og "cruise control" i biler.
  • Sikkerhetssystemer for overvåkning av fly i lufta og på bakken på flyplasser, eller overvåkning av togtrafikk.
Kybernetikk i industrien.
  • Styring av roboter til montering av utstyr, fra bilproduksjon til montering av elektroniske kretskort.
  • Styring og overvåkning av kjemiske prosesser innen produksjon av for eksempel aluminium, fullgjødsel, plast eller olje og gass.
Kybernetikk i medisin.
  • Signalbehandling og datavisualisering i ultralydsdiagnostikk.
  • Styrbare proteser.

Studiet

Studiet varer i fem år. Man studerer fortrinnsvis alle fem årene ved Institutt for Teknisk Kybernetikk, men det er også mulig å bli tatt opp i fjerde årskurs med bakgrunn fra en treårig høyskoleutdanning som elektro- eller automasjonsingeniør. Institutt for Teknisk Kybernetikk har som målsetning å utdanne 100 sivilingeniører hvert år.

Målsetning med studiet

Undervisningen har som mål å gi et godt teoretisk grunnlag, styrket av praktisk laboratoriearbeid. Kunnskapene til de uteksaminerte sivilingeniører skal være av en slik art at de kan videreutvikle seg selv og det arbeidsmiljø de i fremtiden blir tilknyttet. Det skal legges vekt på evnen til å løse nye og kompliserte oppgaver og å se teknologien i en større sammenheng.

Utdanningen skal gi en forståelse for alle de deler som skal til for å lage et overvåknings- og styresystem. Et slikt system vil dog ofte være så omfattende at det er nødvendig å spesialisere seg innenfor en mindre del av fagområdet. For å kunne overvåke og/eller styre et system må man:

  • Forstå systemet, og kunne uttrykke denne forståelsen på en form som gjør at man kan anvende kybernetiske verktøy både til å analysere systemets oppførsel, og til å finne ut hvordan man skal påvirke systemet for å oppnå den oppførselen man ønsker. Matematisk modellering er derfor sentralt i kybernetikken. Modelleringen kan være basert på fundamental forståelse av det aktuelle systemet, eller være basert på observasjoner av systemets oppførsel uten å forklare denne ut fra fundamentale sammenhenger i systemet.
  • Observere viktige variable i systemet. Instrumentering og måleteknikk er derfor sentrale fagemner. Ofte må måledatene gjennomgå en omfattende behandling og analyse før man kan trekke ut den informasjonen man er ute etter. Dette kan skyldes at det er mye støy på måledataene som må filtreres vekk. I andre tilfelle skyldes det at man ønsker informasjon om noe som ikke kan måles direkte. I slike tilfelle kan man bli nødt til å kombinere en eller flere sekundære målinger med kunnskap om systemet for å trekke ut den informasjonen man egentlig ønsker.
  • For å styre eller regulere et system må man kunne påvirke systemet. Hvordan man påvirker systemet er selvsagt helt avhengig av hva slags system det dreier seg om. Det kan for eksempel dreie seg om å sette en riktig ventilåpning i en kjemisk prosess, gi en riktig styrestrøm til en robotmotor, eller injisere riktig mengde medisin i en pasient på et sykehus.
  • Det vil vanligvis være nødvendig å behandle store datamengder, og utføre forskjellige regneoperasjoner på disse, med meget strenge krav til responstider i databehandlingen. Sanntids datateknikk hører derfor hjemme på Institutt for Teknisk Kybernetikk, og er et viktig fagområde på instituttet.
  • Overvåking og styring av komplekse systemer vil dermed vanligvis forutsette et komplekst teknisk system for innhenting av data, datakommunikasjon, utføring av beregninger basert på måledata, og utsending av styresignaler. Design av slike systemer må ta tilstrekkelig hensyn til sikkerhet i alle deler av systemet – samt selvfølgelig også sikkerheten til det systemet man overvåker eller styrer. I et kjemisk prosessanlegg kan det være tusenvis av måle- og styresignaler som utveksles mellom prosessen og styresystemet.
  • I mange styre- eller overvåkningssystemer utgjør operatørene (dvs. menneskene) en viktig del. Operatørkommunikasjon er derfor viktig. Dette kan dreie seg om å presentere store datamengder på en forståelig måte (datavisualisering), eller å forsikre seg om at operatørene blir gjort oppmerksom på kritisk informasjon (f. eks. alarmer og filtrering av mindre viktige alarmer). Det er også viktig at operatørene kan betjene styresystemet på en enkel og forståelig måte, slik at man kan gjøre de ønskede endringer på systemet.

Undervisningen

Studiet er de to første årene preget av matematikk, fysikk og tekniske basisfag samt grunnleggende samfunnsfag. Fagene i 3. årskurs er i hovedsak metodefag. I 4. årskurs velger du blant anbefalte fagretninger som er satt opp for å gi studentene anbefalte fagvalg ut fra erfaringer om hva arbeidsgiverne vil ha. Kybernetikk-studiet er, i sterkere grad enn mange andre studier det er naturlig å sammenligne med, preget av praktiske laboratoriearbeider. Utvikling av og praktisk bruk av informasjonsteknologi inngår i alle fagene. Prosjekt- og laboratoriearbeidet er i stor grad innarbeidet som en del av fagene hvor oppgavene ofte er virkelige (nedskalerte) fysiske prosesser. I 4. årskurs gjennomføres en prosjektoppgave med løsning av en relevant industriell oppgave. I forbindelse med prosjektarbeidet får studentene også undervisning og øving i både skriftlig og muntlig presentasjonsteknikk. Oppgavene spenner over alt fra konstruksjon av elektronikk og dataprogrammer til teoretiske /matematiske studier eller modellering av biologiske systemer.

Valgbarefagretninger i 4. og 5. årskurs

Robotteknikk

Bruk av roboter er en viktig forutsetning for å kunne heve produktiviteten i norsk industri. Roboter brukes i rutinearbeid og i helsefarlige omgivelser, f.eks. i sprøytelakkering, fabrikkproduksjon (samlebånd) og er nødvendige for å utføre arbeid på store havdyp, i oljeindustrien og ute i verdensrommet.

Navigasjon og fartøystyring

Norge har lange tradisjoner innen sjøfart og offshore. Det er et stort marked for navigasjonssystemer, autopiloter og skipsstyringsystemer. Norske firma dominerer verdensmarkedet med flere produkter som er utviklet ved Instituttet. Det arbeides også med styringssystemer for rorbasert rullstabilisering av skip, styring av sivile og millitære ubåter, vibrasjonsdempning av hurtigbåter, autopiloter for fly, raketter og romskip samt banestyring av skip ved hjelp av satellitter og digitale kart. Fagfeltet navigasjon og fartøystyring har siden 1991 vært utpekt og prioritert som et styrkeområde ved NTNU.

Fiskeri og havbrukskybernetikk

Fangst og dyrking i havet er en stor og voksende næring i Norge med et betydelig teknologibehov. I fagkombinasjonen Akvakybernetikk inngår aktiviteter som matematisk modellering og analyse av marinøkologiske systemer med tanke på bærekraftig utnyttelse av ressursene, utvikling av databasert instrumentering for måling av oseanografiske og biologiske prosesser i havet, utvikling av observasjonsmetodikk og metoder for styring av fisks atferd, modellbasert styring og automatisering av intensiv marin yngelproduksjon, forskning på nye prinsipper for miljøsikkert havbruk i naturlige omgivelser, mm. Det forventes at anvendelse av kybernetiske disipliner i fiskeri- og havbrukssektoren vil få stor betydning for den fremtidige teknologiske utviklingen av næringen både i Norge og internasjonalt.

Medisinsk kybernetikk

Medisinsk kybernetikk foregår i nært samarbeide med Det medisinske fakultet og Regionsykehuset i Trondheim. Kursene som undervises er lagt opp med formål å vise bla. hvordan signal- og bildebehandling og virtual reality kan anvendes innen medisin. Ultralyd diagnose, datastyrte proteser, mikrokirurgi osv. er eksempler på anvendelser.

Industriell datasystemer

For å heve produktiviteten i prosessindustrien og oljeindustrien er automatisering og instrumentering viktig. Fagkombinasjonen omhandler design av instrumenteringssystemer, bruk av distribuerte datasystemer, prosjektering, dokumentasjon, teknisk sikkerhet, sikringssystemer og operatørkommunikasjon. I industrielle produkter har man ofte et spesialbygd datasystem innebygd i produktet. Dette er vanlig i f.eks. bensinpumper, stereoanlegg, biler, måleutstyr og regulatorer, og det benyttes alltid i større regulerings- og instrumenteringssystemer. Denne typen datautstyr kalles industrielle datasystemer og har krav på seg som er vesentlig forskjellig fra de man har i vanlig administrativ databehandling. Kommunikasjonen mellom mennesker og datasystemer er viktig i industriell datasystemteknikk. Bruk av 3D-rom (virtual reality) hvor operatøren deltar aktivt i styresystemet er et eksempel på dette.

Prosesskybernetikk

Med prosesskybernetikk forstås metoder for regulering, optimalisering, overvåking, diagnose og planlegging anvendt innen prosessindustrien. I tillegg til olje- og gassproduksjon, omfatter prosessindustrien også
  • Treforedling (Norske Skog, Peterson, Borregaard,…).
  • Farmasøytisk industri (Nycomed, Alpharma)
  • Lettmetaller, som aluminium og magnesium (Norsk Hydro, Elkem).
  • Ferrolegeringer (Elkem, Fesil, Tinfos).
  • Oljeraffinering (Statoil Mongstad, Esso Slagentangen og inntil videre Shell Sola)
  • Plastproduksjon (Borealis, Norsk Hydro).
  • Annen petrokjemisk industri (Statoil Tjeldbergodden, Statoil Kårstø)
  • Øvrig kjemisk industri (Dyno, Jotun, Reichhold, Kronos Titan, …)

Felles for de fleste av disse industriene er at de opererer i et internasjonalt marked med sterk konkurranse. Effektiv drift av prosessanleggene er derfor svært viktig, samtidig som sikkerhets- og miljøhensyn må ivaretas. Dette vil i praksis stille store krav både til prosessreguleringssystemet og øvrige systemer for optimalisering og planlegging innen bedriften.

Kybernetikkstudiene ved UNIK

Institutt for teknisk kybernetikk samarabeider med universitetsstudiene på Kjeller. Dette betyr at studenter ved NTNU kan ta 4. og 5. årskurs ved UNIK og fremdeles bli sivilingeniør i teknisk kybernetikk ved NTNU.

Jobbmuligheter

Som kybernetiker vil du ha svært gode jobbmuligheter innen mange ulike fagmiljøer. Eksempler på hva kybernetikere arbeider med, er:
  • Programmering av industrielle datastyringssystmer.
  • Utvikling og programmering av industriroboter.
  • Utvikling og programmering av styresystemer for skip, fly og ubåter.
  • Utvikling av medisinsk-teknisk utstyr.
  • Regulering-/optimaliseringsoppgaver innenfor energiforsyningen.
  • Salg og markedsføring av kybernetiske systemer
  • Utvikling av regulerings- og instrumenteringssystmer for tekniske prosesser prosessindustrien.
  • Matematisk modellering av biologiske systemer (f.eks. hjertet) og økologiske systemer (f.eks. ozonlaget)
  • Høyere teknologisk undervisning på universiteter og ingeniørhøgskoler o.l.

Sivilingeniører utdannet i teknisk kybernetikk er sterkt etterspurte på arbeidsmarkedet bla. på grunn av god data- og systemteknisk bagrunn. Kybernetikerne er tverrfaglige og jobber bla. med problemer mot marin, maskin, kjemi, data- og elektroteknikk, medisin, biologi og økonomi.


Redaktør: Instituttleder Professor Rolf Henriksen, Kontaktadresse: Webmaster, Sist oppdatert: 24-Jan-2005 .