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 , automatización e ingeniería de productos . [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, el campo de la mecatrónica estaba destinado a ser nada más que una combinación de mecánica, electricidad y electrónica, de ahí que el nombre sea una combinación de las palabras " mecánica " y "electrónica " ; sin embargo, a medida que la complejidad de los sistemas técnicos siguió evolucionando, la definición se amplió para incluir áreas más técnicas.
La palabra mecatrónica tiene su origen en el japonés-inglés y fue creada por Tetsuro Mori, un ingeniero de Yaskawa Electric Corporation . La palabra mecatrónica fue registrada como marca por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. La empresa luego cedió el derecho de uso de la palabra al público y la palabra comenzó a usarse globalmente. Actualmente la palabra está traducida a muchos idiomas y se considera un término esencial para la industria automatizada avanzada. [4]
Mucha gente trata la mecatrónica como una palabra de moda moderna, sinónimo de automatización , robótica e ingeniería electromecánica . [5]
La norma francesa NF E 01-010 define lo siguiente: «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 de un producto, con el fin de mejorar y/o optimizar su funcionalidad». [6]
La palabra mecatrónica fue registrada como marca por la empresa en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Posteriormente, la empresa cedió el derecho de uso de la palabra al público y esta comenzó a utilizarse a nivel mundial.
Con la llegada de la tecnología de la información en la década de 1980, se introdujeron los 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 los sistemas mecatrónicos. Se utiliza para controlar o regular dicho sistema (véase teoría de control ). A través de la colaboración, los módulos mecatrónicos realizan los objetivos de producción y heredan propiedades de fabricación flexibles y ágiles en el esquema de producción. El equipo de producción moderno consta de módulos mecatrónicos que se integran de acuerdo con 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 de cómo funciona un objeto. Los elementos mecánicos se refieren a la estructura mecánica, el mecanismo, los aspectos termofluídicos e 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 los puede encontrar trabajando en las industrias automotrices. Un ingeniero mecatrónico también puede diseñar un vehículo, ya que tiene una sólida formación 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 mecánico que se aplica ampliamente en la industria automotriz.
Los sistemas mecatrónicos representan una 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 propio freno 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 automotriz también es evidente por el hecho de que los fabricantes de vehículos a menudo tienen departamentos de desarrollo con "Mecatrónica" en sus nombres.
La ingeniería electrónica y de telecomunicaciones se especializa en dispositivos electrónicos y dispositivos de telecomunicaciones de un sistema mecatrónico. Un ingeniero mecatrónico especializado en electrónica y telecomunicaciones tiene conocimiento de dispositivos de hardware informático. La transmisión de señales es la principal aplicación de este subcampo de la mecatrónica. Donde los sistemas digitales y analógicos también forman una 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 los 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 los microprocesadores, microcontroladores, microchips y semiconductores. La aplicación de la mecatrónica en la industria de fabricación de productos electrónicos puede llevar a cabo investigaciones y desarrollos en dispositivos electrónicos de consumo, como teléfonos móviles, ordenadores, 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 una carrera interdisciplinaria que incluye conceptos de sistemas eléctricos y mecánicos. Un ingeniero mecatrónico 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 la 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 el sistema de comunicación, direccionamiento y notificación de aeronaves , navegación aérea , sistema de control de vuelo de aeronaves , sistemas de prevención de colisiones de aeronaves , registrador de vuelo , radar meteorológico y detector de rayos . Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero policial o tan complicados como el sistema táctico para 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 como una función de la rigidez y una 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 sistema de movimiento siempre requiere una rigidez muy alta en el controlador. [9]
La rama de la ingeniería industrial incluye el diseño de maquinaria, líneas de montaje y procesos de varias industrias manufactureras. Se puede decir que esta rama es algo similar a la automatización y la robótica. Los ingenieros mecatrónicos que trabajan 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 planificar la creación de una industria manufacturera o como técnico industrial para supervisar los requisitos técnicos y la reparación de la fábrica en particular.
La robótica es uno de los subcampos emergentes más nuevos de la mecatrónica. Es el estudio de los robots y cómo se fabrican y operan. Desde el año 2000, esta rama de la mecatrónica atrae a un gran número de 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, se encuentran robots en las líneas de montaje, donde realizan el trabajo de taladrar, instalar y ajustar. Las habilidades de programación son necesarias para la especialización en robótica. El 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 realizar sus trabajos diarios.
El Internet de las cosas (IoT) es la interconexión de dispositivos físicos, con electrónica , software , sensores , actuadores y conectividad de red integrados que permiten a estos objetos recopilar e intercambiar datos . El IoT y la mecatrónica son complementarios. Muchos de los componentes inteligentes asociados con el Internet de las cosas serán esencialmente mecatrónicos. El desarrollo del 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 hacer frente a nuevos problemas como la seguridad de los datos, la ética de las máquinas y la interfaz hombre-máquina. [10]
El conocimiento de la programación es muy importante. Un ingeniero en mecatrónica tiene que hacer programación 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 informática son importantes. Los lenguajes de programación importantes que debe aprender un ingeniero en mecatrónica son Java , Python , Rust , C ++ y el lenguaje de programación C.
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