جریان چیه؟
زندگی بدون برق قابل تصور نیست
گفت‌وگو با دکتر امینی، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی برق
روزنامه: چرا رشته مهندسی برق به عنوان یک رشته دانشگاهی وجود دارد؟ مهندسی برق چه نیازی را از جامعه برطرف می‌کند؟
تقریبا در هرجایی از زندگی ردپایی از برق را می‌توان دید؛ از تولید برق در نیروگاه‌ها و انتقال آن به شهرها و وسایل برقی متنوعی که در خانه‌ها استفاده می‌شود تا کامپیوتر و موبایل و حتی اتومبیل‌های برقی، انرژی‌های نو و تجهیزات پزشکی. از طرفی رشته برق با خیلی از رشته‌های دیگر ارتباط و اشتراک دارد؛ مثلا مهندسی کامپیوتر، ریاضی و … . خلاصه می‌توان گفت بدون برق تصور زندگی مدرن تقریبا غیرممکن است و توسعه و پیشرفت این زندگی نیاز به مهندسین و متخصصین برق دارد.
روزنامه: دانش‌آموزی که می‌خواهد مهندسی برق را به عنوان رشته تحصیلی در دانشگاه انتخاب کند، چه ویژگی و شخصیتی داشته باشد؟
لازمه و پیش‌نیاز تحصیل در مهندسی برق پایه ریاضیات و فیزیک قوی است. بچه‌های برق باید بتوانند با استدلال‌های درست مسائل را تحلیل کنند و برایشان راه‌حل ارائه دهند. در واقع برق نسبت به سایر مهندسی‌ها ریاضی‌تر به شمار می‌رود، یعنی یک الگوریتم مشخص به همراه چند جدول و هندبوک و … وجود ندارد که براساس آن بتوان مسائل مختلف را حل کرد بلکه توانایی مدل‌سازی، تحلیل و استفاده از ابزار ریاضی مناسب برای حل مسئله لازم است.
روزنامه: آینده تحصیلی و پژوهشی رشته مهندسی برق چگونه است؟ گرایش‌های رشته مهندسی برق در تحصیلات تکمیلی چیست؟
برق گرایش‌های متنوعی دارد. گرایش الکترونیک به طراحی مدارهای مختلف و قطعاتی مثل آی‌سی و … می‌پردازد که امروزه در همه دستگاه‌های الکترونیک وجود دارد. گرایش فتونیک بیشتر به اپتیک و دستگاه‌های اپتیکی ارتباط دارد. گرایش قدرت به بحث تولید و توزیع برق و انرژی‌های تجدیدپذیر و موتورها و ژنراتورهای الکتریکی و ولتاژهای بالا مربوط می‌شود.
گرایش مخابرات به دو زیرشاخه میدان و سیستم تقسیم می‌شود. مخابرات سیستم به طراحی سیستم‌های مخابراتی برای ارتباط بین دستگاه‌های مختلف می‌پردازد و مخابرات میدان بیشتر با تولید و انتشار امواج و فرستنده‌ها و گیرنده‌ها سر و کار دارد. گرایش کنترل هم تقریبا یک گرایش مشترک بین تمام رشته‌های مهندسی است و به مدل‌سازی، تحلیل و کنترل سیستم‌های دینامیکی برای بدست آوردن خروجی مطلوب با استفاده از ابزارهای ریاضی در دسترس می‌پردازد، حالا این سیستم دینامیکی هر چیزی و در هر شاخه‌ای می‌تواند باشد. گرایش دیگر هم سیستم‌های دیجیتال است که اشتراک زیادی با سخت‌افزار کامپیوتر دارد. مهندسی پزشکی هم در ارتباط با دستگاه‌های مختلفی است که کاربرد پزشکی دارند و طبعا در این گرایش اطلاعات پزشکی و فیزیولوژی هم نیاز است.
روزنامه: یک فارغ‌التحصیل مهندسی برق در چه جاهایی می‌تواند مشغول به کار شود و چه کارهایی انجام می‌دهد؟
اولا تعدادی از دانشجوهای ما هر ساله به خارج از کشور می‌روند و تحصیلات و پژوهش و کار خود را در آنجا دنبال می‌کنند. در کل فارغ‌التحصیلان برق کارهای متنوعی انجام می‌دهند؛ راه‌اندازی کسب‌وکارهای اینترنتی، کارهای مدیریتی، کارهای مالی، ساخت دستگاه‌های الکترونیکی و برقی، کار در نیروگاه‌ها، شرکت‌های فنی مهندسی، کارهای نظامی، فعالیت‌های تحقیق و توسعه در شرکت‌ها و سازمان‌های مختلف. شما هر صنعت و کسب‌وکاری که داشته باشید، بعید است که در آن نیاز به یک مهندس برق وجود نداشته باشد. حالا کار مهندس برق می‌تواند طراحی و تحلیل باشد، می‌تواند تحقیق و توسعه باشد، ساخت باشد، مدیریت باشد و …
روزنامه: سخن و توصیه آخر شما درباره انتخاب رشته برای دانش‌آموزها چیست؟
واقعیت این است که بچه‌ها موقع انتخاب رشته دید و شهود خاصی نسبت به رشته‌های مختلف ندارند، یعنی تجربه و پختگی لازم برای شناخت درست رشته و علایق و توانایی‌ها و استعدادهای خودشان را ندارند. به نظر من حتی اگر دانشجو در پایان دوران کارشناسی بداند که واقعا می‌خواهد وارد چه حوزه‌ای شود، کار بزرگی انجام داده، چون مثل همین داستان انتخاب رشته بعدا در انتخاب گرایش و ادامه تحصیل هم وجود دارد.
بهتر است بچه‌ها بیشتر به علاقه خودشان توجه کنند و فعلا زیاد آینده کاری را مدنظر قرار ندهند، چون تا موقع فارغ‌التحصیلی شرایط ممکن است خیلی تغییر کند. مزیت برق تنوع زیاد آن است که باعث می‌شود کمی درس‌هایش نسبت به سایر رشته‌ها سنگین‌تر باشد. البته همین عامل باعث افزایش قابلیت‌های فارغ‌التحصیلان برق هم می‌شود.
بلاتشبیه مقدمه
وقتی گفتند که برای همایش انتخاب رشته یک متن بنویس و رشته مهندسی برق را معرّفی کن، به خاطرات ۴ سال پیش خودم مراجعه کردم. وقتی تازه وارد دانشگاه شده بودم، یکی از سؤالاتی که فراوان با آن مواجه می‌شدم، این بود که «مهندسی برق یعنی چه؟»، «مهندسان برق چه‌کار می‌کنند؟». الآن اگر بخواهم به این سؤال پاسخ دهم، می‌گویم همه کار! هر کاری که به نحوی با یک «سیگنال» در ارتباط باشد (اگر واژه سیگنال برایتان غریبه است، آن را به صورت یک تابع از زمان در نظر بگیرید). این سیگنال می‌تواند سیگنال انرژی الکتریکی باشد که به خانه شما می‌رسد، می‌تواند موجی باشد که از طریق آنتن‌های مخابراتی به موبایل‌تان وارد می‌شود، می‌تواند ولتاژ دوسر یکی از مقاومت‌هایMotherboard کامپیوترتان باشد و حتّی می‌تواند سیگنالی باشد که فعالیت نورون‌های مغز شما را نشان دهد. مهندسی برق در همه این حوزه‌ها وارد می‌شود و تلاش دارد تا زمینه‌های مختلف زندگی بشر را بهبود ببخشد.
اگر بخواهیم مقداری تحت‌اللفظی به واژه «مهندسی برق» نگاه کنیم، باید آن را بشکنیم به «مهندسی» و «برق». خب، «مهندسی» که معلوم است، از هندسه می‌آید و یعنی اندازه‌گیری ولی این معنای لغوی الآن خیلی معتبر نیست و می‌توانیم بگوییم مهندسی یعنی به‌کارگیری خلاقانه علوم برای طراحی یا توسعه ماشین‌ها یا فرآیندها. «برق» هم که همه آشنایش هستید.
تقریبا محال است که وارد مهندسی برق بشوید و نسبت به هیچ‌کدام از شاخه‌های مختلف آن و فعالیت‌های متنوعی که در این رشته انجام می‌شود، علاقه‌مند نشوید. بسیاری از زمینه‌هایی که امروزه در تکنولوژی بسیار نام آن‌ها را می‌شنوید، در مهندسی برق قابل پیگیری‌اند. موضوعاتی مانند علوم اعصاب (Neuroscience)، بلاک‌چین، یادگیری ماشین (Machine Learning)، علوم داده (Data Science)، فوتونیک، شبکه‌های نوری، روباتیک، تراهرتز، مدارهای مجتمع بسیار فشرده (VLSI)، روش‌های نوین رمزنگاری، امنیت شبکه، نانوفوتونیک و نانوالکترونیک، سیستم‌های کنترل پیشرفته، ابررساناها (Superconductors)، کنترل شبکه‌ای، بینایی کامپیوتری (Computer Vision) و… همه از موضوعاتی هستند که در آزمایشگاه‌های مختلف دانشکده مهندسی برق روی آن‌ها پژوهش انجام می‌شود.
چهارسال، هفت شاخه، صدوچهل واحد!
اخیرا تغییرات قابل توجه و مثبتی در چارت آموزشی دانشکده برق رخ داده که چارت را بسیار بهتر و منعطف‌تر کرده است. این برنامه آموزشی جدید قرار است از امسال اجرایی شود.
احتمالا شنیده‌اید که مهندسی برق چهار گرایش دارد: مخابرات، قدرت، الکترونیک و کنترل. این سخن در برق شریف درست نیست! یعنی تنها تا حدی درست است. در برنامه آموزشی جدید دانشکده مفهوم گرایش جای خود را به مفهومی به نام «شاخه» داده است. تفاوت مفهوم شاخه با گرایش آن است که دروس تخصصی یک شاخه کمتر از گرایش‌اند و در نتیجه حق انتخاب شما برای برداشتن دروس اختیاری بیشتر شده. همچنین شما می‌توانید دروس اختیاری خود را از شاخه‌های دیگر انتخاب کنید و با دو شاخه در طول دوران کارشناسی خود آشنا شوید.
شاخه‌های کارشناسی مهندسی برق عبارت‌اند از:
شاخه الکترونیک: این شاخه به طراحی و پیاده‌سازی مدارهای الکترونیکی می‌پردازد. در مدارهای الکترونیکی نیمه‌هادی‌ها نقش مهمی دارند و بخش قابل توجهی از دروس شاخه الکترونیک، به بررسی رفتار نیمه‌هادی‌ها در شرایط مختلف و استفاده از این رفتار برای طراحی مداری با ویژگی‌های مطلوب مربوط می‌شود
شاخه سیستم‌ها و شبکه‌های مخابراتی: در این شاخه پردازش و تحلیل سیگنال‌ها و سیستم‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این شاخه دانشجویان با ابزارهای ریاضی مختلفی آشنا می‌شوند که به کمک آن‌ها می‌توان از یک سیگنال اطلاعات مختلفی را استخراج کرد. همچنین مفاهیم شبکه، یعنی بستری برای انتقال اطلاعات بین دو یا چند سیستم در این شاخه مورد بررسی قرار می‌گیرد.
شاخه سیستم‌های دیجیتال: این شاخه نزدیک‌ترین شاخه مهندسی برق به مهندسی کامپیوتر است و درس‌های این شاخه اشتراکات زیادی با دروس رشته کامپیوتر دارند. منطق صفر و یک و طراحی سیستم‌های مبتنی بر این منطق اصلی‌ترین بخش این شاخه است. مدارهای منطقی، ریزپردازنده، ساختار داده، الگوریتم و یادگیری ماشین، مباحث پایه‌ای دروس این شاخه را تشکیل می‌دهد.
شاخه مایکروویو و فوتونیک: این شاخه نزدیک‌ترین شاخه مهندسی برق به فیزیک است. اصلی‌ترین مبحث این شاخه الکترومغناطیس میدان و موج است که در دروس مختلف به طور کامل مورد بررسی قرار می‌گیرد. انتشار امواج، آنتن‌ها، مایکروویو، فیبر نوری، اپتیک و فوتونیک مباحث پایه‌ای دروس این شاخه است.
شاخه بیوالکتریک: در این شاخه مفاهیم علوم پایه و مهندسی برق با علوم زیستی و پزشکی پیوند می‌خورد و تلاش می‌کند تا از ابزارهای مهندسی برای حل مسائل پزشکی بهره ببرد. در این شاخه علاوه بر درس‌های مهندسی برق لازم است دانشجویان درباره فیزیولوژی نیز اطلاعاتی کسب کنند. پردازش سیگنال، علوم اعصاب و بیوسنسور مباحث اصلی دروس این شاخه را تشکیل می‌دهد.
شاخه سیستم‌های انرژی الکتریکی: تولید انرژی الکتریکی، انتقال این انرژی از نیروگاه به شهر و توزیع انرژی الکتریکی در سطح شهر سه مبحث پایه‌ای دروس این شاخه هستند. ماشین‌های الکتریکی، شبکه‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، خطوط انتقال قدرت، تولید انرژی به روش های نوین، حفاظت سیستم‌های انرژی الکتریکی و تأسیسات الکتریکی مباحث اصلی دروس این شاخه را تشکیل می‌دهد.
شاخه کنترل و سیستم‌های دینامیکی: هدف این شاخه کنترل خودکار سیستم‌ها و تغییر رفتار سیستم برای نزدیک کردن خروجی سیستم به خروجی مطلوب است. دانشجویان در این شاخه با روش‌های تحلیل و مدل‌سازی سیستم‌ها، چگونگی کنترل این سیستم‌ها، انواع کنترل‌کننده‌های خودکار و روش‌های طراحی کنترل‌کننده‌ها آشنا می‌شوند.
امّا تفاوت این شاخه‌ها از ترم ۶ به بعد روشن می‌شود و در ۵ ترم ابتدایی شما باید تعدادی دروس پایه (مانند ریاضی۱ و ۲، فیزیک ۱ و ۲ و معادلات دیفرانسیل) و دروس تخصصی دانشکده‌ای بردارید. این دروس به گونه‌ای چیده شده‌اند که با برداشتن آن‌ها به شناخت مناسبی از تمامی شاخه‌های مهندسی برق می‌رسید. برخی از مهم‌ترین درس‌های ۵ ترم اول مهندسی برق عبارت‌اند از:
آشنایی با مهندسی برق: در این درس در قالب سخنرانی‌ها و بازدیدهای متنوع از آزمایشگاه‌ها و صنایع با زمینه‌های مختلف مهندسی برق آشنا می‌شوید.
مدارهای الکتریکی و آزمایشگاه: در حقیقت این درس در ترم دو اولین درس تخصصی برقی شماست و در آن با مفاهیم پایه‌ای مدارهای الکتریکی آشنا می‌شوید. مفاهیم مدار در بسیاری از دروس دیگر کارشناسی مورداستفاده شما خواهد بود.
مدارهای منطقی: پایه‌ای‌ترین درس شاخه سیستم‌های دیجیتال که در آن با مفاهیم اصلی سیستم‌های دیجیتال آشنا می‌شوید و می‌توانید مدارات منطقی را تحلیل، ساده‌سازی، طراحی و پیاده‌سازی کنید.
الکترونیک۱ و ۲: در این دو درس با مفاهیم بنیادین گرایش الکترونیک و عناصر مهم و پرکاربرد در مدارهای الکترونیکی آشنا می‌شوید.
الکترومغناطیس: مهم‌ترین درس شاخه مایکروویو و فوتونیک! که در آن تئوری الکترومغناطیس را به طور کامل یاد می‌گیرید و دید عمیقی نسبت به مفاهیم انتزاعی این شاخه پیدا خواهید کرد.
سیگنال‌ها و سیستم‌ها: می‌توان گفت که این درس از جهاتی مهم‌ترین درس کل کارشناسی مهندسی برق است. در این درس شما دید سیستمی پیدا خواهید کرد و با خواص مختلف سیگنال‌ها و سیستم‌ها و چگونگی توصیف آن‌ها در حوزه‌ی زمان و فرکانس آشنا خواهید شد. مفاهیم این درس در جای‌جای مهندسی (و حتی زندگی!) مورد استفاده‌اند.
کنترل سیستم‌های خطی: در این درس اولین بار با مفاهیم کنترلی آشنا می‌شوید و توانایی مدل‌کردن یک سیستم، تحلیل رفتار آن و نیز طراحی یک کنترل‌کننده برای کنترل آن را پیدا خواهید کرد.
تبدیل انرژی الکتریکی و تحلیل سیستم‌های انرژی الکتریکی: دو درس از شاخه سیستم‌های انرژی الکتریکی. در درس تبدیل انرژی، با ژنراتورها و ماشین‌های الکتریکی آشنا می‌شوید و در درس تحلیل سیستم‌های انرژی الکتریکی هم با شبکه قدرت، خطوط انتقال، سیستم توزیع و مسائل مربوط به طراحی شبکه آشنا می‌شوید.
یک پلّه بالاتر
گرایش‌های مهندسی برق در مقطع کارشناسی ارشد تقریبا با شاخه‌های این رشته در مقطع کارشناسی منطبق‌اند. در مقطع کارشناسی ارشد، ۶ گروه آموزشی وجود دارد که برخی از آن‌ها به تعدادی گرایش تقسیم شده‌اند. در زیر گروه‌های آموزشی مقطع کارشناسی ارشد فهرست شده‌اند:
مخابرات: گرایش مخابرات سیستم، گرایش مخابرات میدان و موج (مایکروویو و نوری)، گرایش مخابرات امن و رمزنگاری
الکترونیک: گرایش افزاره‌های میکرو و نانوالکترونیک، گرایش مدارهای مجتمع الکترونیک
قدرت: گرایش سیستم‌های قدرت، گرایش الکترونیک قدرت و ماشین‌های الکتریکی
کنترل
مهندسی پزشکی (بیوالکتریک)
سیستم‌های الکترونیک دیجیتال
If You Are Intelligent, Where Is Your Money?
فارغ‌التحصیلان رشته‌ی مهندسی برق می‌توانند در شرکت‌های مختلف خصوصی و دولتی که در زمینه‌های مختلف مهندسی برق فعالیت می‌کنند، مشغول به کار شوند. در صنایع مختلف کشور مثل صنایع مربوط به تولید و انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، صنایع مخابرات، صنایع نظامی (رادار، صنایع موشکی و…)، همچنین در بخش‌های اتوماسیون کارخانه‌های مختلف نیاز به مهندسان برق وجود دارد. شرکت‌هایی که در زمینه‌های روباتیک، الکترونیک، پردازش و تحلیل داده‌های حجیم (Big Data) و مهندسی پزشکی فعالیت می‌کنند هم همواره مشتاق به جذب فارغ‌التحصیلان زبده در این رشته هستند. همچنین تکنولوژی های پیشرفته در هوشمندسازی، اقتصاد دیجیتال، انرژی، نانو و زیست فناوری، هسته‌ای، هوافضا، هوش مصنوعی و دیتا ماینینگ همه و همه نیاز به مهندس برق خبره داشته و دارند. علاوه براین به دلیل آنکه اغلب دانشجویان مهندسی برق در دوران دانشجویی خود مهارت زیادی در زمینه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری پیدا می‌کنند، می‌توانند در شرکت‌های فعال در این زمینه‌ها هم مشغول به کار شوند.
آیا برق به درد من می خورد؟ آیا من به درد برق می خورم؟
طبعا کسی که می‌خواهد در رشته مهندسی برق درس بخواند، باید در ریاضیات و فیزیک مهارت داشته باشد. در درس‌های مختلفی از مهندسی برق شما به حساب دیفرانسیل و انتگرال، حساب برداری، جبر خطی، تئوری احتمالات و بهینه‌سازی نیاز پیدا می‌کنید و در نتیجه لازم است بتوانید به خوبی از پس این بخش‌های ریاضی بربیایید. البته همه مطالب موردنیازتان در درس‌های ریاضی۱ و ۲، معادلات دیفرانسیل و ریاضیات مهندسی به شما آموزش داده می‌شود، مهم آن است که علاقه و حوصله لازم برای یادگیری عمیق این دروس را داشته باشید. همچنین به دلیل ماهیت رشته مهندسی برق لازم است دید و شهود خوبی نسبت به فیزیک الکتریسیته داشته باشید و در نتیجه باید درس فیزیک۲ را جدی بگیرید.
اما بخشی از مهارت‌هایی که موردنیاز شماست، وابسته به شاخه‌ای است که برای تحصیل در سه ترم پایانی انتخاب می‌کنید. شاخه‌ی الکترونیک نیازمند دید سیستمی و دقت بالاست، همچنین باید توانایی محاسباتی نسبتا بالایی داشته باشید تا در درس‌های این شاخه به مشکل نخورید. شاخه سیستم‌ها و شبکه‌های مخابراتی نیازمند دید سیستمی و همچنین توانایی ریاضیاتی بالاست. تئوری آمار و احتمالات و همچنین آنالیز فوریه در این شاخه بسیارمهم است. شاخه سیستم‌های دیجیتال نیازمند مهارت بالایی در برنامه‌نویسی است. در درس‌های مختلفی از این شاخه باید برنامه‌های کامپیوتری مختلفی بنویسید، در نتیجه باید به خوبی بتوانید کد بزنید و همچنین کدتان را اشکال‌یابی (دیباگ) کنید. شاخه مایکروویو و فوتونیک نیازمند درک قوی و شهود عمیقی از نظریه الکترومغناطیس و حسابان برداری است. شاخه بیوالکتریک نیازمند آن است که علاوه بر توانایی‌های ریاضیاتی و مهندسی به پزشکی هم علاقه‌مند باشید و رابطه نسبتا خوبی با علوم زیستی و فیزیولوژی داشته باشید. در شاخه سیستم‌های انرژی الکتریکی علاوه بر دید مهندسی برق، نیازمند یک دید اقتصادی هم هستید تا بتوانید طراحی‌هایی انجام دهید که از نظر اقتصادی هم بهینه باشند. همچنین یک دید قوی از شبکه و نیز سیستم سه‌فاز در این شاخه موردنیاز است. در نهایت در شاخه کنترل و سیستم‌های دینامیکی نیازمند دید سیستمی و همچنین ریاضیات خوب و قوی هستید تا بتوانید به خوبی سیستم‌ها را مدل کنید و آن‌ها را کنترل کنید.
نکته دیگری که باید به آن دقت کنید، توانایی کار با مفاهیم انتزاعی است! شما هیچ‌وقت نه جریان الکتریکی را توی دستان‌تان حس می‌کنید و نه هیچ وقت چیزی به نام ولتاژ را جلوی چشمان‌تان می‌بینید. هیچ کسی هم تا کنون ادعا نکرده که خطوط میدان مغناطیسی در اطراف یک سیم حامل جریان را دیده ولی شما باید این مفاهیم انتزاعی را یاد بگیرید، با آن‌ها مسأله حل کنید، از آن‌ها امتحان بدهید و در آن‌ها غرق شوید! تنها در این صورت است که می‌توان گفت شما یک مهندس برق هستید!
در کنار همه این مهارت‌ها خلاقیت بسیار مهم است. این را بدانید که دروس دانشگاهی گرچه بسیار مهم و لازم هستند ولی این آفت را دارند که خلاقیت شما را تا حد زیادی تضعیف می‌کنند و سعی می‌کنند برای حل هر مسأله صرفا یک راه آزمایش‌شده و مطمئن را جلوی پای شما بگذارند. حقیقت آن است که بخش قابل توجهی از پیشرفت‌های علم و تکنولوژی بر اثر ارائه راه‌حل‌های خلاقانه‌ای بوده که هیچ‌کس به آن‌ها فکر نکرده بود.