Mecatrónica

Ingeniería mecatrónica, también llamada mecatrónica, es una rama interdisciplinaria de la ingeniería que se enfoca en la integración de sistemas de ingeniería mecánica, eléctrica y electrónica, y también incluye una combinación de robótica, electrónica, informática, telecomunicaciones, sistemas, control e ingeniería de productos.

A medida que la tecnología avanza con el tiempo, varios subcampos de la ingeniería han logrado adaptarse y multiplicarse. La intención de la mecatrónica es producir una solución de diseño que unifique cada uno de estos diversos subcampos. Originalmente, el campo de la mecatrónica estaba destinado a ser nada más que una combinación de mecánica, electricidad y electrónica, por lo que el nombre es un acrónimo de las palabras "mechanics" y "electrónicaelectrónica"; sin embargo, a medida que la complejidad de los sistemas técnicos siguió evolucionando, la definición se amplió para incluir más áreas técnicas.

La palabra mecatrónica se originó en japonés-inglés y fue creada por Tetsuro Mori, un ingeniero de Yaskawa Electric Corporation. La palabra mecatrónica fue registrada como marca comercial por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Más tarde, la compañía liberó el derecho de usar la palabra al público y la palabra comenzó a usarse a nivel mundial. Actualmente la palabra se traduce a muchos idiomas y se considera un término esencial para la industria automatizada avanzada.

Mucha gente trata a la mecatrónica como un sinónimo moderno de automatización, robótica e ingeniería electromecánica.

La norma francesa NF E 01-010 da la siguiente definición: "enfoque que apunta a la integración sinérgica de mecánica, electrónica, teoría de control e informática dentro del diseño y la fabricación de productos, con el fin de mejorar y/u optimizar su funcionalidad".

Historia

La palabra mecatrónica fue registrada como marca comercial por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Más tarde, la compañía liberó el derecho de usar la palabra al público y la palabra comenzó a usarse a nivel mundial.

Con el advenimiento de la tecnología de la información en la década de 1980, se introdujeron microprocesadores en los sistemas mecánicos, lo que mejoró significativamente el rendimiento. En la década de 1990, los avances en inteligencia computacional se aplicaron a la mecatrónica de formas que revolucionaron el campo.

Descripción

Un ingeniero en mecatrónica une los principios de la mecánica, la electricidad, la electrónica y la computación para generar un sistema más simple, económico y confiable.

La ingeniería cibernética se ocupa de la cuestión de la ingeniería de control de los sistemas mecatrónicos. Se utiliza para controlar o regular dicho sistema (ver teoría de control). A través de la colaboración, los módulos mecatrónicos cumplen los objetivos de producción y heredan propiedades de fabricación flexibles y ágiles en el esquema de producción. Los equipos de producción modernos consisten en módulos mecatrónicos que se integran de acuerdo con una arquitectura de control. Las arquitecturas más conocidas involucran jerarquía, poliarquía, heterarquía e híbrida. Los métodos para lograr un efecto técnico se describen mediante algoritmos de control, que pueden o no utilizar métodos formales en su diseño. Los sistemas híbridos importantes para la mecatrónica incluyen sistemas de producción, impulsores de sinergia, rovers de exploración, subsistemas automotrices como sistemas de frenos antibloqueo y asistencia de giro, y equipos cotidianos como cámaras de enfoque automático, video, discos duros, reproductores de CD y teléfonos.

Estructura del curso

Los estudiantes de Mecatrónica toman cursos en varios campos:

• Matemáticas de ingeniería
• Ingeniería mecánica
• Ingeniería electrónica
• Ingeniería eléctrica
• Ciencias de los materiales e ingeniería
• Ingeniería informática
  • Sistemas de fabricación integrados y asistidos por computadora
  • Diseño asistido por computadora
    • Automatización de diseño electrónico
• Computer Science
• Ingeniería de sistemas
• Ingeniería de control
• Robot

Aplicaciones

Mecatrónica Aplicada

• Visión de la máquina
• Automatización y robótica
• Servo-mecánica
• Sistemas de detección y control
• Ingeniería automotriz, equipo automotriz en el diseño de subsistemas como sistemas de frenado antibloqueo
• Automatización del edificio / Automatización del hogar
• Controles de máquina de computadora, tales como máquinas impulsadas por ordenador como fresadoras CNC, chorros de agua CNC y cortadores de plasma CNC
• Sistemas de expertos
• Mercancías industriales
• Productos de consumo
• Sistemas mecatrónicos
• Mecatrónica médica, sistemas de imagen médica
• Sistemas dinámicos estructurales
• Transporte y sistemas vehiculares
• Mecatrónica como el nuevo idioma del automóvil
• Sistemas de ingeniería y fabricación
• Embalaje
• Electrónica
  • Computadoras
  • Microcontroladores / PLCs
  • Microprocesadores
• Biomechatronics

Implementaciones físicas

El modelado mecánico exige modelar y simular fenómenos físicos complejos en el ámbito de un enfoque multiescala y multifísico. Esto implica implementar y administrar métodos y herramientas de modelado y optimización, los cuales se integran en un enfoque sistémico. La especialidad está dirigida a estudiantes de mecánica que quieran abrir su mente a la ingeniería de sistemas, y sean capaces de integrar diferentes físicas o tecnologías, así como a estudiantes de mecatrónica que quieran incrementar sus conocimientos en técnicas de optimización y simulación multidisciplinar. La especialidad educa a los estudiantes en métodos de concepción robustos y/u optimizados para estructuras o muchos sistemas tecnológicos, y en las principales herramientas de modelado y simulación utilizadas en I+D. También se proponen cursos especiales para aplicaciones originales (compuestos de múltiples materiales, transductores y actuadores innovadores, sistemas integrados,...) para preparar a los estudiantes para el próximo avance en los dominios que cubren los materiales y los sistemas. Para algunos sistemas mecatrónicos, el problema principal ya no es cómo implementar un sistema de control, sino cómo implementar actuadores. Dentro del campo de la mecatrónica, se utilizan principalmente dos tecnologías para producir movimiento/movimiento.

Asunto

• Automatización y controles lógicos programados
• Electrónica de potencia y conducción
• Sistemas de control modernos y digitales
• Sistemas de robotización
• Sistemas mecatrónicos
• Control automatizado
• Aplicaciones informáticas para mecatrónicas
• Calculus
• Circuitos eléctricos
• Sistemas dinámicos
• Dinámica y vibraciones
• Inteligencia Artificial
• Matemáticas de ingeniería
• Numerical engineering methods
• Termostatología
• Física General
• Física General Práctica
• Medidas de señalización y procesamiento
• Química General
• Química General Práctica/Laboratorio
• Principios de las estadísticas
• Sensores y transformadores de potencia
• Laboratorio de Control Automatizado
• Laboratorio de circuito eléctrico
• Laboratorio de Dinámica y Vibración
• Capability and Driving Electronics Laboratory
• Electronics Lab for Mechatronics
• Laboratorio de procesamiento y microcontroladores
• Digital Logic Lab
• Laboratorio de Sistemas Hidráulicos y Antenas
• Fluid Capability Engineering Laboratory
• Procesamiento y microcontroladores
• Digital Logic
• Materiales de ingeniería y tecnología de fabricación
• mecánica
• Ingeniería de capacidades fluidas
• Matemáticas

Subdisciplinas

Mecánica

La ingeniería mecánica es una parte importante de la ingeniería mecatrónica. Incluye el estudio de la naturaleza mecánica de cómo funciona un objeto. Los elementos mecánicos se refieren a la estructura mecánica, el mecanismo, el termofluido y los aspectos hidráulicos de un sistema mecatrónico. El estudio de la termodinámica, la dinámica, la mecánica de fluidos, la neumática y la hidráulica. El ingeniero en mecatrónica que trabaja como ingeniero mecánico puede especializarse en sistemas hidráulicos y neumáticos, donde se pueden encontrar trabajando en industrias automotrices. Un ingeniero en mecatrónica también puede diseñar un vehículo ya que tiene una sólida formación en mecánica y electrónica. El conocimiento de las aplicaciones de software, como el diseño asistido por computadora y la fabricación asistida por computadora, es esencial para diseñar productos. La mecatrónica cubre una parte del plan de estudios de mecánica que se aplica ampliamente en la industria del automóvil.

Los sistemas mecatrónicos representan una gran parte de las funciones de un automóvil. El lazo de control formado por sensor—procesamiento de información—actuador—cambio mecánico (físico) se encuentra en muchos sistemas. El tamaño del sistema puede ser muy diferente. El sistema de frenos antibloqueo (ABS) es un sistema mecatrónico. El freno en sí también lo es. Y el circuito de control formado por el control de conducción (por ejemplo, el control de crucero), el motor, la velocidad de conducción del vehículo en el mundo real y la medición de la velocidad también es un sistema mecatrónico. La gran importancia de la mecatrónica para la ingeniería automotriz también es evidente por el hecho de que los fabricantes de vehículos a menudo tienen departamentos de desarrollo con "Mecatrónica" en sus nombres.

Electrónica y Electricidad

La ingeniería electrónica y de telecomunicaciones se especializa en dispositivos electrónicos y dispositivos de telecomunicaciones de un sistema mecatrónico. Un ingeniero en mecatrónica especializado en electrónica y telecomunicaciones tiene conocimiento de dispositivos de hardware de cómputo. La transmisión de señal es la principal aplicación de este subcampo de la mecatrónica. Donde los sistemas digitales y analógicos también forman parte importante de los sistemas mecatrónicos. La ingeniería de telecomunicaciones se ocupa de la transmisión de información a través de un medio.

La ingeniería electrónica está relacionada con la ingeniería informática y la ingeniería eléctrica. La ingeniería de control tiene una amplia gama de aplicaciones electrónicas desde los sistemas de vuelo y propulsión de aviones comerciales hasta el control de crucero presente en muchos automóviles modernos. El diseño VLSI es importante para crear circuitos integrados. Los ingenieros en mecatrónica tienen un conocimiento profundo de microprocesadores, microcontroladores, microchips y semiconductores. La aplicación de la mecatrónica en la industria de fabricación de productos electrónicos puede llevar a cabo investigación y desarrollo en dispositivos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, computadoras, cámaras, etc. Para los ingenieros en mecatrónica, es necesario aprender a operar aplicaciones informáticas como MATLAB y Simulink para diseñar y desarrollar productos electrónicos.

La ingeniería mecatrónica es un curso interdisciplinario, incluye conceptos de sistemas eléctricos y mecánicos. Un ingeniero en mecatrónica se dedica al diseño de transformadores de alta potencia o transmisores de módulos de radiofrecuencia.

Aeronáutica

La aviónica también se considera una variante de la mecatrónica, ya que combina varios campos, como la electrónica y las telecomunicaciones, con la ingeniería aeroespacial. Es la subdisciplina de la ingeniería mecatrónica y la ingeniería aeroespacial, que es una rama de la ingeniería que se centra en los sistemas electrónicos de las aeronaves. La palabra aviónica es una mezcla de aviación y electrónica. El sistema electrónico de la aeronave incluye el sistema de notificación y direccionamiento de las comunicaciones de la aeronave, la navegación aérea, el sistema de control de vuelo de la aeronave, los sistemas para evitar colisiones de la aeronave, el registrador de vuelo, el radar meteorológico y el detector de rayos. Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero de la policía o tan complicados como el sistema táctico para una plataforma de alerta temprana aerotransportada.

Mecatrónica Avanzada

Otra variante es el control de movimiento para mecatrónica avanzada, actualmente reconocida como una tecnología clave en mecatrónica. La robustez del control de movimiento se representará en función de la rigidez y como base para la realización práctica. El objetivo del movimiento se parametriza mediante la rigidez del control, que puede ser variable según la referencia de la tarea. La robustez del movimiento del sistema siempre requiere una rigidez muy alta en el controlador.

Industrial

La rama de ingeniería industrial comprende el diseño de maquinaria, ensamble y líneas de proceso de diversas industrias manufactureras. Esta rama se puede decir algo similar a la automatización y la robótica. Los ingenieros en mecatrónica que se desempeñan como ingenieros industriales diseñan y desarrollan la infraestructura de una planta de fabricación. También se puede decir que son arquitectos de máquinas. Uno puede trabajar como diseñador industrial para diseñar el diseño industrial y el plan para la creación de una industria manufacturera o como técnico industrial para revisar los requisitos técnicos y la reparación de la fábrica en particular.

Robótica

La robótica es uno de los subcampos emergentes más nuevos de la mecatrónica. Es el estudio de los robots que cómo se fabrican y operan. Desde el año 2000, esta rama de la mecatrónica está atrayendo a numerosos aspirantes. La robótica está interrelacionada con la automatización porque aquí tampoco se requiere mucha intervención humana. Un gran número de fábricas, especialmente en las fábricas de automóviles, los robots se encuentran en las líneas de montaje donde realizan el trabajo de perforación, instalación y ajuste. Las habilidades de programación son necesarias para la especialización en robótica. Conocimiento del lenguaje de programación: ROBOTC es importante para el funcionamiento de los robots. Un robot industrial es un excelente ejemplo de un sistema mecatrónico; incluye aspectos de electrónica, mecánica e informática para hacer su trabajo diario.

Ordenador

El Internet de las cosas (IoT) es la interconexión de dispositivos físicos, integrados con componentes electrónicos, software, sensores, actuadores y conectividad de red que permiten que estos objetos recopilen e intercambien datos. IoT y la mecatrónica son complementarios. Muchos de los componentes inteligentes asociados con el Internet de las Cosas serán esencialmente mecatrónicos. El desarrollo de IoT está obligando a los ingenieros, diseñadores, profesionales y educadores en mecatrónica a investigar las formas en que se perciben, diseñan y fabrican los sistemas y componentes mecatrónicos. Esto les permite enfrentarse a nuevos problemas como la seguridad de los datos, la ética de las máquinas y la interfaz hombre-máquina.

El conocimiento de la programación es muy importante. Un ingeniero en mecatrónica tiene que programar en diferentes niveles, por ejemplo: programación de PLC, programación de drones, programación de hardware, programación de CNC, etc. Debido a la combinación de ingeniería electrónica, las habilidades blandas del lado de la computadora son importantes. Los lenguajes de programación importantes para que los ingenieros en mecatrónica aprendan son Java, Python, C ++ y el lenguaje de programación C.