Análisis en profundidad

Mecatrónica: Qué es y dónde se aplica

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Esta disciplina, que tiene su origen en el ámbito de la modelización, la simulación y la creación de prototipos de sistemas de control, permite a las industrias manufactureras ser más competitivas y ha adquirido una importancia significativa en la industria.

Publicado el 27 Ene 2023

Mecatrónica.

Mecatrónica: este término, claramente un cruce entre mecánica y electrónica, apareció por primera vez en un documento de la empresa japonesa Yaskawa Electric Company, hacia finales de los años 60. Electrónica y mecánica juntas, entonces. Pero la mejor definición, en opinión de muchos, es la que dieron Fukada y Harashima en 1996: “La mecatrónica son aquellos sistemas que presentan una integración sinérgica de la ingeniería mecánica, la electrónica y los sistemas de control inteligente”.

La importancia de esta definición radica en destacar cómo los tres componentes fundamentales que conforman los sistemas mecatrónicos no están subordinados entre sí, sino que se equilibran ya en el diseño.

¿Cuál es la diferencia entre dispositivos mecatrónicos y electromecánicos?

Una diferencia significativa: en este último, el movimiento es generado por fenómenos físicos de naturaleza eléctrica. En la mecatrónica, en cambio, es la electrónica. En la práctica, en los dispositivos mecatrónicos, los componentes electrónicos se integran en los sistemas mecánicos hasta el punto de convertirse en parte integrante de ellos.

Mecatrónica: orígenes y principales campos de aplicación

El desarrollo de la mecatrónica ha seguido el proceso evolutivo de las técnicas de diseño y control, con la participación de microordenadores, ordenadores integrados y microcontroladores.

Así surgieron los elementos mecatrónicos, entendiendo por tales los actuadores (reguladores, convertidores y transformadores de energía) que controlan el movimiento; los sensores, que detectan las variables de estado de un proceso; y los dispositivos de control , que procesan, según ciertas reglas, las variables de estado detectadas y envían instrucciones de mando a los actuadores para que intervengan correctamente en el proceso en curso, según sea necesario.

La mecatrónica tiene su origen en el modelado, la simulación y la creación de prototipos de sistemas de control y control de movimiento y en la necesidad de las industrias manufactureras de ser más competitivas. La productividad, la flexibilidad y la calidad del producto son requisitos cada vez más cruciales; el proceso de diseño tradicional, caracterizado por una rígida sucesión de fases en las que los aspectos mecánicos, eléctricos e informáticos se tratan por separado y secuencialmente, es incapaz de satisfacer estas necesidades. El enfoque mecatrónico, en cambio, considera conjuntamente los distintos procesos de diseño.

Dónde se aplica

Los principales campos de aplicación de la mecatrónica son la robótica, la automatización industrial, la biomecatrónica, la aviónica, los sistemas mecánicos automáticos para vehículos de motor y los accionamientos eléctricos.

meccatronica

La innovación conseguida mediante la sustitución de dispositivos mecánicos por dispositivos electrónicos con una funcionalidad similar es sin duda una interpretación reductora de la mecatrónica. Una visión más amplia es cuando las piezas mecánicas se diseñan en función del rendimiento que pueden alcanzar los dispositivos electrónicos seleccionados adecuadamente.

En la interpretación japonesa del término, la mecatrónica se refiere a la aplicación conjunta y coordinada de un conjunto de tecnologías implicadas, todas ellas, en la fabricación de dispositivos mecánicos concretos. La manipulación controlada es uno de los sectores innovadores en los que conviene utilizar el enfoque mecatrónico para elevar la calidad de las prestaciones y mejorar la rentabilidad.

Qué permite el uso de la mecatrónica

La mecatrónica permite abordar de forma orgánica e interdisciplinar los problemas relacionados con el diseño de sistemas complejos y altamente integrados: robots, máquinas herramienta, dispositivos servocontrolados para vehículos, aeronaves, etc. El uso de la mecatrónica permite:

– realizar el movimiento controlado pertinente sin sobredimensionar ni la estructura mecánica ni los componentes

– hacer que el sistema sea más rentable

– lograr un mejor rendimiento funcional, menores costes de funcionamiento y mantenimiento

– al mismo tiempo facilitar a los usuarios el control y el diagnóstico de procesos cada vez más complejos

La base de este tipo de aplicación es la posibilidad de crear movimientos elementales controlables con precisión y con un rendimiento dinámico adecuado mediante actuadores ajustables.

Mecatrónica en el sector de la automoción

Uno de los sectores en los que más se ha desarrollado la mecatrónica en los últimos años es el de la automoción. Un ejemplo entre muchos es el sistema de inyección electrónica que sustituyó al antiguo carburador. A partir de mediados de los años 70, se empezó a investigar qué componentes de un automóvil podían mejorarse en términos de rendimiento sustituyendo los componentes mecánicos por componentes mecatrónicos. Esto dio lugar a los sistemas de control electrónico de la frenada conocidos como ABS (sistema de frenado automático) y TCS (sistema de control de la tracción).

El ABS, que ahora también es estándar en los coches pequeños, relaciona la velocidad de rotación de los neumáticos con la aceleración detectada por los sensores, modulando en consecuencia la presión del circuito hidráulico para evitar el bloqueo de las ruedas. El TCS funciona de forma opuesta, ajustando la inyección electrónica para evitar el deslizamiento de los neumáticos durante la aceleración.

Más recientemente se ha introducido el Control Dinámico del Vehículo (VDC), que también puede controlar la rotación angular y la aceleración centrífuga resultante.

A estos sistemas hay que añadir el ordenador de a bordo (que muestra los principales componentes del estado del vehículo, desde la velocidad hasta el consumo instantáneo), el ASR, que integra la tracción, el frenado y el control de estabilidad, garantizando la intervención electrónica para minimizar la inestabilidad del vehículo.

mecatrónica

Las competencias necesarias para trabajar en mecatrónica

En lo que respecta a la educación, la mecatrónica se considera una rama de la ingeniería que combina sinérgicamente disciplinas de ingeniería: mecánica, electrónica, informática, software, automatización, diseño de sistemas

La figura de referencia es la de “técnico superior de tecnologías digitales para la industria“, Debe poseer conocimientos especializados sobre la lógica de la transformación digital, la gestión del big data, la nube y el Internet de las cosas.

Las capacidades incluyen saber cómo intervenir a distancia, cómo interpretar la información de funcionamiento de las plantas para prevenir averías y cómo utilizar las tecnologías de realidad aumentada para aumentar la eficacia del mantenimiento. También se requiere experiencia en técnicas de fabricación aditiva, diseño mecatrónico y modelado de software, así como aptitudes para la gestión de proyectos.

Las áreas industriales en las que se requiere la figura de técnico superior en tecnología digital

Ciclo de vida inteligente

Que incluye el proceso de desarrollo de un nuevo producto, la gestión del ciclo de vida y la gestión de proveedores relacionada con estos dos primeros aspectos;

Cadena de suministro inteligente

Que incluye las actividades inherentes a la gestión integrada de la cadena de suministro, es decir, la planificación de los flujos físicos (ventas, existencias, canales de distribución, producción, etc.), la gestión de eventos (seguimiento y reacción ante las desviaciones de lo planificado), así como la gestión de proveedores en el marco de estas dos actividades;

Fábrica inteligente

Que engloba los principales procesos de fabricación (producción, logística interna y externa, mantenimiento, calidad, seguridad y conformidad).

Los nuevos técnicos industriales también deben poseer un alto nivel de “comprensión digital” para interactuar con los nuevos sistemas de fabricación. También se les exige que sean capaces de comprender, completar y desarrollar nuevos sistemas digitales, tecnologías punta, aplicaciones y herramientas. También necesitan la capacidad de emplear y diseñar nuevas soluciones de inteligencia artificial y análisis de datos, y ser capaces de leer de forma crítica y compleja la información obtenida. En ciberseguridad, es necesario comprender cómo lo digital mejora toda la cadena de valor de la fabricación.

Por Pierluigi Sandonnini.

Prohibida su reproducción total o parcial.

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