La ingeniería mecatrónica , también llamada mecatrónica , es una rama interdisciplinaria de la ingeniería que se centra en la integración de la ingeniería mecánica , la ingeniería eléctrica , la ingeniería electrónica y la ingeniería de software , [1] y también incluye una combinación de robótica , informática , telecomunicaciones , sistemas , control. e ingeniería de producto . [2] [3]
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, se pretendía que el campo de la mecatrónica no fuera más que una combinación de mecánica, electricidad y electrónica, de ahí que el nombre sea un acrónimo de las palabras " mecánica " y " electrónica "; sin embargo, a medida que la complejidad de los sistemas técnicos seguía evolucionando, la definición se había ampliado para incluir áreas más 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 registrada por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Posteriormente, la empresa cedió al público el derecho de utilizar la palabra y la palabra comenzó a utilizarse en todo el mundo. Actualmente la palabra se traduce a muchos idiomas y se considera un término esencial para la industria automatizada avanzada. [4]
Mucha gente considera la mecatrónica como una palabra de moda moderna, sinónimo de automatización , robótica e ingeniería electromecánica . [5]
La norma francesa NF E 01-010 da la siguiente definición: "enfoque que tiene como objetivo la integración sinérgica de la mecánica, la electrónica, la teoría del control y la informática en el diseño y la fabricación del producto, con el fin de mejorar y/u optimizar su funcionalidad". [6]
La palabra mecatrónica fue registrada como marca registrada por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Posteriormente, la empresa cedió al público el derecho de utilizar la palabra y la palabra comenzó a utilizarse en todo el mundo.
Con la llegada 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 maneras que revolucionaron el campo.
Un ingeniero en mecatrónica une los principios de la mecánica, la electricidad, la electrónica y la informática para generar un sistema más simple, económico y confiable. [7]
La ingeniería cibernética se ocupa de la cuestión de la ingeniería de control de sistemas mecatrónicos. Se utiliza para controlar o regular dicho sistema (ver teoría del control ). A través de la colaboración, los módulos mecatrónicos logran los objetivos de producción y heredan propiedades de fabricación flexibles y ágiles en el esquema de producción. Los equipos de producción modernos constan de módulos mecatrónicos que están integrados según una arquitectura de control. Las arquitecturas más conocidas implican 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 , unidades de sinergia, vehículos 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.
La ingeniería mecánica es una parte importante de la ingeniería mecatrónica. Incluye el estudio de la naturaleza mecánica del funcionamiento de 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 mecatrónico que trabaja como ingeniero mecánico puede especializarse en sistemas hidráulicos y neumáticos , donde se les puede encontrar trabajando en la industria del automóvil. Un ingeniero en mecatrónica también puede diseñar un vehículo, ya que tiene una sólida formación en mecánica y electrónica. El conocimiento de 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 programa de estudios de mecánica que se aplica ampliamente en la industria del automóvil.
Los sistemas mecatrónicos representan gran parte de las funciones de un automóvil. El circuito 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 la 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. [8] La gran importancia de la mecatrónica para la ingeniería de automóviles también se desprende del hecho de que los fabricantes de vehículos suelen tener departamentos de desarrollo con la palabra "Mecatrónica" en sus nombres.
La ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones se especializa en dispositivos electrónicos y dispositivos de telecomunicaciones de un sistema mecatrónico. Un ingeniero mecatrónico especializado en electrónica y telecomunicaciones tiene conocimientos de dispositivos hardware informáticos. La transmisión de señales 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 profundo conocimiento 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 .
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 las aeronaves incluye un sistema de direccionamiento y notificación de comunicaciones de aeronaves , navegación aérea , sistema de control de vuelo de aeronaves , sistemas para evitar colisiones de aeronaves , registrador de vuelo , radar meteorológico y detector de rayos . Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero de la policía o tan complicados como el sistema táctico de una plataforma de alerta temprana aerotransportada .
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 está parametrizado por la rigidez del control, que puede ser variable según la referencia de la tarea. La robustez del sistema de movimiento siempre requiere una rigidez muy alta en el controlador. [9]
La rama de ingeniero industrial incluye el diseño de maquinaria, montaje 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 trabajan como ingenieros industriales diseñan y desarrollan la infraestructura de una planta de fabricación. También se puede decir que son arquitectos de máquinas. Se puede trabajar como diseñador industrial para diseñar el diseño industrial y el plan para el establecimiento de una industria manufacturera o como técnico industrial para revisar los requisitos técnicos y la reparación de una fábrica en particular.
La robótica es uno de los subcampos emergentes más nuevos de la mecatrónica. Es el estudio de los robots cómo se fabrican y operan. Desde el año 2000, esta rama de la mecatrónica atrae a numerosos aspirantes. La robótica está interrelacionada con la automatización porque aquí tampoco se requiere mucha intervención humana. En un gran número de fábricas, especialmente en las de automóviles, los robots se encuentran en líneas de montaje donde realizan tareas de perforación, instalación y montaje. 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 sistema mecatrónico; incluye aspectos de electrónica, mecánica e informática para realizar sus trabajos del día a día.
El Internet de las cosas (IoT) es la interconexión de dispositivos físicos, integrados con electrónica , software , sensores , actuadores y conectividad de red que permiten a estos objetos recopilar e intercambiar datos . IoT y la mecatrónica son complementarios. Muchos de los componentes inteligentes asociados al Internet de las cosas serán esencialmente mecatrónicos. El desarrollo de la IoT está obligando a los ingenieros, diseñadores, profesionales y educadores de la mecatrónica a investigar las formas en que se perciben, diseñan y fabrican los sistemas y componentes mecatrónicos. Esto les permite afrontar nuevos problemas como la seguridad de los datos, la ética de las máquinas y la interfaz hombre-máquina. [10]
Es muy importante tener conocimientos de programación. 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 sociales desde el lado de la computadora son importantes. Los lenguajes de programación importantes que debe aprender un ingeniero en mecatrónica son los lenguajes de programación Java , Python , C++ y C.
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