¿QUÉ ES LA MECATRÓNICA?
La Ingeniería Mecatrónica es una disciplina que une la ingeniería mecánica, ingeniería electrónica,ingeniería de control e ingeniería informática, y sirve para diseñar y desarrollar productos que involucren sistemas de control para diseñar y desarrollar productos que involucren sistemas de control para el diseño de productos o procesos inteligentes, lo cual busca crear una maquinaria más compleja para facilitar las actividades del ser humano a través de procesos electrónicos en la industria mecánica, principalmente. Debido a que combina varias ingenierías en una sola, su punto fuerte es la versatilidad.
ÁREAS DEL CONOCIMIENTO
DEFINICIÓN
Un consenso común es
describir a la mecatrónica como una disciplina integradora de las áreas de
mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar mejores
productos, procesos y sistemas. La mecatrónica no es, por tanto, una nueva rama
de la ingeniería, sino un concepto recientemente desarrollado que enfatiza la
necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes áreas
de la ingeniería.
Con
base en lo anterior, se puede hacer referencia a la definición propuesta por Rietdijk: "Mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería
mecánica de precisión, de la electrónica, del control automático y de los
sistemas para el diseño de productos y procesos", la cual busca crear
maquinaria más compleja para facilitar las actividades del ser humano a través
de procesos electrónicos en la industria mecánica principalmente. Existen,
claro está, otras versiones de esta definición, pero ésta claramente enfatiza
que la mecatrónica está dirigida a las aplicaciones y al diseño.
Por
otro lado, más allá de las cuestiones técnicas, la mecatrónica también se ha
adoptado como una disciplina científica aplicada, en la cual se hace modelado,
análisis, síntesis y control de sistemas de naturaleza multidominio y se ha
tratado de homogeneizar la ciencia para este tipo de sistemas. Algunos ejemplos
de aspectos teóricos cuyo objeto de estudio son los sistemas mecatrónicos desde
un enfoque abstracto son el modelado por "bond graph", los sistemas
hamiltonianos con puertos, las técnicas de control basadas en la energía como
lo es el moldeo de energía, el diseño óptimo de estructura y control, y más
recientemente a un grado más de integración como lo son los sistemas híbridos.
ÁREAS DEL CONOCIMIENTO
La mecatrónica nace para
suplir tres necesidades latentes; la primera, encaminada a automatizar la
maquinaría y lograr así procesos productivos ágiles y confiables; la segunda
crear productos inteligentes, que respondan a las necesidades del mundo moderno;
y la tercera, por cierto muy importante, armonizar entre los componentes
mecánicos y electrónicos de las máquinas, ya que en muchas ocasiones, era casi
imposible lograr que tanto mecánica como electrónica manejaran los mismos
términos y procesos para hacer o reparar equipos.
Un ingeniero en mecatrónica
es un profesional con amplio conocimiento teórico, práctico y
multidisciplinario capaz de integrar y desarrollar sistemas automatizados y/o
autónomos que involucren tecnologías de varios campos de la ingeniería. Este
especialista entiende sobre el funcionamiento de los componentes mecánicos,
eléctricos, electrónicos y computacionales de los procesos industriales, y
tiene como referencia el desarrollo sostenible.
Tiene la capacidad de
seleccionar los mejores métodos y tecnologías para diseñar y desarrollar de
forma integral un producto o proceso, haciéndolo más compacto, de menor costo,
con valor agregado en su funcionalidad, calidad y desempeño. Su enfoque
principal es la automatización industrial, la innovación en el diseño y la
construcción de dispositivos y máquinas inteligentes.
Un
ingeniero mecatrónico se capacita para:
Diseñar, construir e
implementar productos y sistemas mecatrónicos para satisfacer necesidades
emergentes, bajo el compromiso ético de su impacto económico, social, ambiental
y político.
Generar soluciones basadas
en la creatividad, innovación y mejora continua de sistemas de control y
automatización de procesos industriales.
Apoyar a la competitividad
de las empresas a través de la automatización de procesos.
Evaluar, seleccionar e
integrar dispositivos y máquinas mecatrónicas, tales como robots, tornos de
control numérico, controladores lógicos programables, computadoras
industriales, entre otros, para el mejoramiento de procesos industriales de
manufactura.
Dirigir equipos de trabajo
multidisciplinario.
En
el plan de estudios de la ingeniería mecatrónica usualmente se encuentra:
Matemáticas:
lógica Matemática y conjuntos, cálculo diferencial e integral, álgebra lineal,
cálculo vectorial, ecuaciones diferenciales, variable compleja, probabilidad y
estadística, métodos numéricos.
Física:
mecánica clásica, electricidad y magnetismo, termodinámica, óptica, estática,
cinemática y dinámica de cuerpo rígido, mecánica de fluidos.
Eléctrica
y electrónica: electrónica digital, electrónica analógica,
filtros electrónicos, circuitos eléctricos en el dominio del tiempo y
frecuencia, sistemas embebidos, procesamiento digital de señales, electrónica
de potencia, sensores y actuadores, sistemas electromecánicos.
Computación:
programación estructurada, programación orientada a objetos, sistemas en tiempo
real, programación concurrente, simulación de sistemas.
Ingeniería
mecánica: ciencia e ingeniería de materiales, mecánica de
materiales, procesos de manufactura, diseño asistido por computadora (CAD),
manufactura integrada por computadora (CAM), elemento finito (CAE), análisis y
síntesis de mecanismos, diseño de elementos de máquinas, neumática e hidráulica,
vibraciones mecánicas, mantenimiento preventivo y correctivo.
Control
automático: sistemas lineales enfoque clásico, sistemas
lineales enfoque moderno, sistemas lineales digitales enfoque clásico y
moderno, sistemas no lineales, identificación de sistemas.
Mecatrónica:
diseño mecatrónico, robótica, optimización en ingeniería, sistemas de
manufactura flexible, automatización, control de sistemas mecatrónicos.
Ingeniería
industrial: contabilidad de costos, ingeniería
económica, administración de empresas, administración de proyectos,
investigación de operaciones, sistemas de calidad, desarrollo sustentable,
tecnología y medio ambiente.
Especialidad: El
estudiante de ingeniería en mecatrónica debe tener un grupo de materias
optativas que le permitan ser especialista en algún campo de aplicación de la
mecatrónica. Así, si el estudiante desea continuar con estudios de posgrado o
trabajar, tendrá una formación sólida. La especialidad debe contener
componentes importantes de teoría y práctica, convergiendo a un proyecto que
dará como resultado patentes y publicaciones científicas.
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En
el plan de estudios de la ingeniería mecatrónica usualmente se encuentra:
Matemáticas:
lógica Matemática y conjuntos, cálculo diferencial e integral, álgebra lineal,
cálculo vectorial, ecuaciones diferenciales, variable compleja, probabilidad y
estadística, métodos numéricos.
Física:
mecánica clásica, electricidad y magnetismo, termodinámica, óptica, estática,
cinemática y dinámica de cuerpo rígido, mecánica de fluidos.
Eléctrica
y electrónica: electrónica digital, electrónica analógica,
filtros electrónicos, circuitos eléctricos en el dominio del tiempo y
frecuencia, sistemas embebidos, procesamiento digital de señales, electrónica
de potencia, sensores y actuadores, sistemas electromecánicos.
Computación:
programación estructurada, programación orientada a objetos, sistemas en tiempo
real, programación concurrente, simulación de sistemas.
Ingeniería
mecánica: ciencia e ingeniería de materiales, mecánica de
materiales, procesos de manufactura, diseño asistido por computadora (CAD),
manufactura integrada por computadora (CAM), elemento finito (CAE), análisis y
síntesis de mecanismos, diseño de elementos de máquinas, neumática e hidráulica,
vibraciones mecánicas, mantenimiento preventivo y correctivo.
Control
automático: sistemas lineales enfoque clásico, sistemas
lineales enfoque moderno, sistemas lineales digitales enfoque clásico y
moderno, sistemas no lineales, identificación de sistemas.
Mecatrónica:
diseño mecatrónico, robótica, optimización en ingeniería, sistemas de
manufactura flexible, automatización, control de sistemas mecatrónicos.
Ingeniería
industrial: contabilidad de costos, ingeniería
económica, administración de empresas, administración de proyectos,
investigación de operaciones, sistemas de calidad, desarrollo sustentable,
tecnología y medio ambiente.
Especialidad: El
estudiante de ingeniería en mecatrónica debe tener un grupo de materias
optativas que le permitan ser especialista en algún campo de aplicación de la
mecatrónica. Así, si el estudiante desea continuar con estudios de posgrado o
trabajar, tendrá una formación sólida. La especialidad debe contener
componentes importantes de teoría y práctica, convergiendo a un proyecto que
dará como resultado patentes y publicaciones científicas.
CAMPO
OCUPACIONAL
El campo ocupacional actual
del ingeniero en mecatrónica está en empresas de la industria automotriz,
manufacturera, petroquímica, metal-mecánica, alimentos y electromecánica,
realizando sobre todo actividades de diseño, manufactura, programación de
componentes y sistemas industriales y equipo especializado, así como en la
promoción y activación de empresas de servicios profesionales.
· Automatización:
en
la gran mayoría de las empresas del sector industrial, comercial y de servicios
donde se utiliza con mayor incidencia los medios electrónicos y de
automatización; ejerciendo la profesión en empresas de tipo: minera,
manufactura, electricidad, comercio, comunicaciones y servicios; asimismo, por
cuenta propia puede desarrollar la actividad profesional en gestión de
empresas, ejecutando libremente servicios específicos requeridos por los
clientes.
· Manufactura
flexible: empresas dedicadas a la fabricación de sistemas y
componentes eléctricos o electrónicos. Empresas dedicadas a integrar proyectos
de automatización de procesos. Área de mantenimiento de sistemas automatizados
en: Industrias químicas, farmacéuticas, transformación de la madera, metal
mecánica, automotriz, textil y de la confección, proceso de alimentos, sector
eléctrico, empresas dedicadas a proporcionar servicios generales
especializados.
HISTORIA
La
mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a la investigación en el área de
cibernética realizada en 1936 por Alan Turing, en 1948 por Norbert Wiener y
Morthy, las máquinas de control numérico, desarrolladas inicialmente en 1946
por George Devol, los manipuladores, ya sean teleoperados, en 1951 por Goertz,
o robotizados, en 1954 por Devol, y los autómatas programables, desarrollados
por Bedford Associates en 1968.
En
1969, Tetsuro Mori, ingeniero de la empresa japonesa Yaskawa Electric ,
acuña el término mecatrónica, y en 1971 se le otorga el derecho de marca. En
1982 Yaskawa permite el libre uso del término.
En los años setenta, la
mecatrónica se ocupó principalmente de la tecnología de servomecanismos usada
en productos como puertas automáticas, máquinas automáticas de autoservicio y
cámaras "auto-focus". En este enfoque pronto se aplicaron métodos
avanzados de control. En los años ochenta, cuando la tecnología de la
información fue introducida, los ingenieros empezaron a incluir
microprocesadores en los sistemas mecánicos para mejorar su desempeño. Las
máquinas de control numérico y los robots se volvieron más compactos, mientras
que las aplicaciones automotrices como los mandos electrónicos del motor y los
sistemas anticerrado y frenando se hicieron extensas. Por los años noventa, se
agregó la tecnología de comunicaciones, creando productos que podían conectarse
en amplias redes. Este avance hizo posibles funciones como la operación remota
de manipuladores robóticos. Al mismo tiempo, se están usando novedosos
microsensores y microactuadores en nuevos productos. Los sistemas micro
electromecánicos como los diminutos acelerómetros de silicio que activan las
bolsas de aire de los automóviles.
EDUCACIÓN
En
muchos países hay instituciones que ofrecen carreras de pregrado y posgrado en
mecatrónica como lo son Nueva Zelanda, Australia, Canadá, Argentina, Chile,
Bolivia, Brasil, Colombia, Perú, Ecuador, Paraguay, Venezuela, República Checa,
Dinamarca, Francia, Alemania, Honduras, Hungría, India, Irán, Irlanda,
Islandia, Japón, Jordania, Malasia, México, Noruega, Pakistán, Polonia,
Portugal, Singapur, Eslovenia, Sudáfrica, Suecia, Turquía, Reino Unido, Estados
Unidos Costa Rica El Salvador, República
Dominicana, Guatemala y Panamá.
DISEÑO MECATRÓNICO
En el proceso de diseño para un producto o sistema con un controlador electrónico de forma convencional. Los componentes mecánicos son diseñados aisladamente del controlador electrónico, el cual es entonces diseñado y "sintonizado" para encajar con la mecánica. No hay razón para que esto deba llevar a una mecánica de solución general de diseño óptima (de hecho usualmente no lo hace). La partición entre las funciones, mecánica y electrónica
Se requieres individuos con amplias habilidades en ingeniería, y equipos bien integrados, cuyos miembros traigan una apreciación general de la amplitud del campo tecnológico, tanto como de su propio campo de especialización. Al cabo, estás no son las clases de ingenieros que nuestra tradicional educación en ingeniería (disciplinas separadas) ha estado produciendo.
Se podría decir, por tanto, que los practicantes modernos de la mecatrónica son los herederos del espíritu de los grandes hombres cuyas cualidades ya se mencionaron, se espera que el término "mecatrónica" ayude a resaltar la existencia de éste tipo de ingeniería, y a traer más ingenieros a intentar esta experiencia por ellos mismos.
¿ QUÉ PUEDE HACER LA MECATRÓNICA?
La habilidad para incorporar el control microprocesador en sus diseños, será útil mirar los objetivos para hacer esto en la creación de los productos y sistemas que puedan considerarse mecatrónicos.
Objetivos de diseño para sistemas mecatrónicos
- MEJORAMIENTO
- SIMPLIFICACIÓN:
- INNOVACIÓN
- DISCUSIÓN
- Mecanismo de precisión.
- Control de software mediante medios electrónicos, principalmente mediante micro computadores.
-
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- Necesarios para tecnología de producción precisa y avanzada.
Las primeras dos categorías señaladas: mejoramiento y simplificación, no son mutuamente exclusivas.
Se llama mecatrónica a la integración de mecánica, electrónica y software para crear ahorros de energía y de recursos y sistemas de alta inteligencia.
La mayoría de los productos desarrollados bajo parámetros mecatrónicos cumplen ciertas características.
Características comunes de estos productos mecatrónicos:
Concepto de mecatrónica
La mecatrónica de por sí no apunta a ser precisamente una tecnología y/o ingeniería, es la síntesis de tecnologías, usando no solamente tecnología mecánica convencional, sino también tecnología de ingeniería existente tal como electrónica, ingeniería de sistemas, etc. Libremente para los propósitos necesarios. O sea, se requieren dos conceptos básicos para mezclar las tecnologías en este rango amplio y organizarlas, el concepto de sistema y el de interfaces.
Las características del sistema mecatrónico son: mecanismo preciso de operación como elemento componente de la función principal, y del propósito más importante, y la función de información de control avanzada.
Donde los elementos componentes ejecutan cada una de las funciones independientemente. La comparación entre los elementos componentes del sistema mecatrónico y los del ser humano. El computador responde al cerebro, los sensores a los cinco sentidos, los ejecutores a los músculos, el mecanismo al esqueleto, y la fuente de energía al metabolismo. Ya que el robot es el típico sistema mecatrónica que logra hacer actividades humanas con la ingeniería, la meta del sistema mecatrónico es el desarrollado bien balanceado y la conexión orgánica. (Estructuración).
http://ingenieria.udea.edu.co/investigacion/mecatronica/mectronics/PRINCIPAL.htm
CREADO POR: HAROL AGUDELO Y ANDREA GIL
