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La mecatrónica como respuesta

01/04/2019

La mecatrónica ha evolucionado en los últimos 25 años y ha dado lugar a una generación especial de productos inteligentes. Pero ¿Qué es la mecatrónica?, es una etapa natural en el proceso evolutivo del diseño de la ingeniería moderna. Para algunos ingenieros, la mecatrónica no es nueva, y para otros es un enfoque filosófico del diseño, que sirve de guía para sus actividades. Ciertamente, la mecatrónica es un proceso evolutivo, no revolucionario. No existe una definición que abarque todo de la mecatrónica, pero en realidad no es necesaria. Se entiende que la mecatrónica se trata de la integración sinérgica de los sistemas mecánicos, eléctricos y de computadora.

Se puede entender que la mecatrónica alcanza varias disciplinas caracterizando los componentes constituyentes que la comprenden, esto incluye el modelado de sistemas físicos, la utilización de sensores y actuadores, el trabajo con señales y sistemas, la utilización de computadoras y sistemas lógicos, y las herramientas de software y adquisición de datos. Y muy importante, la implicación de ingenieros y científicos de muchos campos del conocimiento.
En varias áreas técnicas se puede observar la integración de productos o procesos y la electrónica. Esto es especialmente cierto para los sistemas mecánicos que se desarrollaron desde los años 80. Estos sistemas cambiaron de sistemas electromecánicos con partes eléctricas y mecánicas discretas, a componentes electrónicos y mecánicos integrados.
Sistemas con sensores, actuadores, y microelectrónica digital. Estos sistemas integrados, como se ve en la Tabla 1, se denominan sistemas mecatrónicos.
La palabra, mecatrónica, se compone de 'mecha' del mecanismo y la 'tronics' de la electrónica.

Algunas definiciones de mecatrónica
Harashima, Tomizuka y Fukada en 1996: La mecatrónica se define como la integración sinérgica de la ingeniería mecánica, con la electrónica y el control informático inteligente en el diseño y fabricación de productos y procesos industriales.
Ese mismo año, Auslander y Kempf sugirieron otra definición: La mecatrónica es la aplicación de la toma de decisiones complejas al funcionamiento de los sistemas físicos.
Shetty y Kolk aparecieron en 1997: La mecatrónica es una metodología utilizada para el diseño óptimo de productos electromecánicos.
Más recientemente, encontramos la sugerencia de W. Bolton: Un sistema mecatrónico no es solo una combinación de sistemas eléctricos y mecánicos y es más que un sistema de control; es una integración completa de todos ellos.
Todas las definiciones coinciden en que la mecatrónica es un campo interdisciplinario, en el que las siguientes disciplinas actúan juntas:

  • Sistemas mecánicos (elementos mecánicos, máquinas, mecánica de precisión).
  • Sistemas electrónicos (microelectrónica, electrónica de potencia, tecnología de sensores y actuadores).
  • Tecnología de la información (teoría de sistemas, automatización, ingeniería de software, inteligencia artificial)

A fines de la década de 1970, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Industria de Máquinas (JSPMI) clasificó los productos de mecatrónica en cuatro categorías:

1. Clase I: Principalmente productos mecánicos con electrónica incorporada para mejorar la funcionalidad. Los ejemplos incluyen máquinas -herramienta de control numérico y unidades de velocidad variable en máquinas de fabricación.
2. Clase II: Sistemas mecánicos tradicionales con dispositivos internos significativamente actualizados que incorporan electrónica. Las interfaces de usuario externas están inalteradas. Los ejemplos incluyen los sistemas de fabricación automatizados.
3. Clase III: Sistemas que conservan la funcionalidad del sistema mecánico tradicional, pero los mecanismos internos son reemplazados por la electrónica. Un ejemplo es el reloj digital.
4. Clase IV: Productos diseñados con tecnologías mecánicas y electrónicas a través de la integración sinérgica. Los ejemplos incluyen fotocopiadoras, lavadoras y secadoras inteligentes, etc.

Funciones de los sistemas mecatrónicos
Los sistemas mecatrónicos permiten muchas funciones nuevas y mejoradas.

División de funciones entre mecánica y electrónica
Para diseñar sistemas mecatrónicos es fundamental la interacción para la realización de funciones entre la parte mecánica y electrónica, como ya se ha comentado. En comparación con las realizaciones mecánicas puras, la utilización de elementos electrónicos como amplificadores y actuadores con energía auxiliar eléctrica llevó a conseguir simplificaciones considerables en los dispositivos, como se puede ver en los relojes, las máquinas de escribir eléctricas y las cámaras. Otra simplificación considerable en la mecánica fue el resultado de la introducción de microcomputadoras en relación con unidades eléctricas descentralizadas, como puede verse en electrónica. Como por ejemplo máquinas de escribir, máquinas de coser, sistemas de manejo de ejes múltiples y cajas de engranajes automáticas.

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