HISTORIA DE LA MECATRONICA Y SU EVOLUCIÓN CON EL TIEMPO
En el pasado, la división del trabajo propició el ambiente para la primera revolución industrial que trajo como consecuencia el desarrollo de la sociedad y, en especial, el desarrollo de los países que crearon máquinas para el aumento de la cantidad y calidad de los productos de consumo masivo. A mediados de los años cuarenta del siglo pasado, la introducción del transistor semiconductor inicia la segunda revolución industrial, la miniaturización de los componentes electrónicos acoplados en circuitos integrados, dio origen al computador digital, un producto que cambió la mentalidad en la industria y en la sociedad. En esas dos épocas, los países que emplearon, pero especialmente que produjeron las tecnologías, se pusieron a la vanguardia de la sociedad. En la actualidad, la mecatrónica es un concepto nuevo en torno a las tecnologías, que concita los productos específicos en esas dos revoluciones: la integración de las máquinas a los computadores digitales, para crear un nuevo ambiente en el tercer milenio.1. DefiniciónLa palabra Mechatronic es una combinación de “Mecha” de Mechanisms y “tronics” de electronics, que ganó aceptación y empezó a usarse a principio de los años ochenta por la industria moderna. En sentido amplio, mecatrónica es una jerga técnica que describe la filosofía en la tecnología de la ingeniería, en lugar de un simple término técnico. Muchas definiciones se han propuesto para la mecatrónica, pero su amplitud conceptual no ha permitido normalizar ninguna de ellas; las definiciones más comunes enfatizan en la sinergia: La mecatrónica es la integración de la ingeniería mecánica con la ingeniería eléctrica y electrónica, basada en el control inteligente computarizado para el diseño y manufactura de productos y procesos. 2. Evolución y componentesHistóricamente pueden distinguirse tres etapas en la evolución de la mecatrónica. La primera etapa corresponde a la introducción de la palabra en el medio industrial y su aceptación; se caracteriza porque cada una de las tecnologías que la integran se desarrolla independientemente. La segunda etapa se inicia a comienzos de los años 1980s, y se caracteriza por la integración sinérgica de sus diferentes tecnologías (como la integración de la óptica a la electrónica para conformar la opto electrónica y el diseño integrado de hardware/software). La tercera etapa puede considerarse como la que inicia la era de la mecatrónica, y se basa en el desarrollo de la inteligencia computacional y los sistemas de información. Una característica importante de esta última etapa es la miniaturización de los componentes en forma de micro actuadores y micro sensores, integrados en sistemas micro electromecánicos o en micro mecatrónica. Un brazo robot industrial empleado en la automatización de la manufactura, es un ejemplo de tecnología mecatrónica en acción. La mecánica contribuye en el diseño y selección de componentes para la estructura, tales como materiales, mecanismos, articulaciones, transmisiones y motores, y realiza los análisis de la estática, la cinemática, la dinámica, cargas, momentos de inercia, confiabilidad y seguridad. La electricidad y electrónica contribuyen en el diseño y selección de componentes como sensores, transductores, circuitos eléctricos, circuitos integrados, redes, servomecanismos, interfaces, amplificadores, convertidores de señales, acondicionadores de señales, sistemas de potencia y sistemas de visión. Los sistemas de información realizan la integración de los dos componentes anteriores, y contribuyen con software para la simulación, modelamiento, supervisión, diseño de sistemas de control, programación de trayectorias, optimización, y dibujo y diseño asistidos por computador de la estructura del robot. La figura 1, muestra los componentes de un sistema mecatrónico aplicado a la robótica.
LA INVASION QUE PROVOCA LA MECATRONICA EN EL CAMPO DE LA TECNOLOGIA
La mecatrónica es un concepto desarrollado por una firma japonesa fabricante de robots, hace más de 15 años. En un principio, se definió como la integración de la mecánica y la electrónica en una máquina o producto, pero luego se consolidó como una especialidad de la ingeniería e incorporó otros elementos como los sistemas de computación, los desarrollos de la microelectrónica, la inteligencia artificial, la teoría de control y otros relacionados con la informática.
Aunque la robótica hace parte de la mecatrónica, el propósito de esta nueva ingeniería no es sólo hacer robots, sino la fabricación de lo que los expertos denominan "productos inteligentes", es decir, que son capaces de procesar información para su funcionamiento, gracias a la instalación de dispositivos y sensores electrónicos especiales.
La información en un producto mecatrónico llega a un conjunto de sensores electrónicos instalados en los aparatos, que van a un sistema especial que la procesa y manda las órdenes a través de lo que se conoce como un actuador, que en muchas máquinas es un motor.
Hoy día, usted puede tener en su casa gran variedad de productos y electrodomésticos de sistemas mecatrónicos. Ya pasó la historia en que las "tontas" caseteras dejaban enredar eternamente la cinta en sus cabezas, en que usted se desgastaba midiendo el agua y el jabón para lavar su ropa o graduando constantemente el aire acondicionado. Ahora, estos aparatos inteligentes, fabricados con ingeniería mecatrónica están dotados de sistemas procesadores de información como chips o microcomputadores, que les permiten funcionar autónomamente, de acuerdo con las condiciones del medio y además, avisarle a usted cuando algo anda mal.
Las lavadoras, por ejemplo, están diseñadas para que sean capaces de medir el nivel de agua que requieren, de acuerdo a la cantidad de ropa; de medir la turbiedad del agua y escoger el momento justo para cambiarla; identificar el ciclo de lavado, así como la cantidad y el tipo de detergente y suavizante que más se ajuste a las prendas, mientras usted sólo debe encargarse de mantener llenos los recipientes que la máquina trae para esto.
Algo similar sucede con los sistemas de aire acondicionado, que ahora, pueden proporcionar al usuario el clima que desee, de acuerdo a las condiciones que éste le programe.
"Lavadoras inteligentes"
En los últimos años ha surgido una nueva generación de productos como componentes, dispositivos, equipos, máquinas y sistemas producidos con enfoque mecatrónico.
La lista de estos productos es cada vez mayor. Algunos otros ejemplos son las secadoras inteligentes, los juguetes y las máquinas de juego, los robots, las máquinas de control numérico, los cajeros electrónicos, las sillas de ruedas que reconocen comandos de voz, los marcapasos, las prótesis, los órganos artificiales, los automóviles equipados con sistemas de encendido electrónico, suspensión activa, control de ruido y emisión de gases, entre otros.
Los productos hechos con ingeniería mecatrónica poseen mecanismos de alta precisión; son controlados por dispositivos electrónicos reprogramables, para que funcionen en diferentes condiciones; hacen uso óptimo de los materiales y energía que consumen; los diseños son más estéticos y ergonómicos y tienen lo que se podría llamar una relación inteligente con el medio ambiente.
Según el Director de Investigaciones de la Corporación Universitaria Autónoma de Occidente, CUAO, de Cali, Colombia, ingeniero Mecánico, magister en Sistemas de Control de la Universidad de Sao Paulo y candidato a Doctorado en Automática e Informática Industrial de la Universidad Politécnica de Valencia, Freddy Naranjo Pérez, la mecatrónica es una ingeniería concurrente y paralela y con una nueva concepción de diseño, es decir, que implica que las etapas de los diferentes procesos de producción se realicen en forma simultánea.
Un ingeniero mecatrónico debe estar preparado para diseñar y desarrollar máquinas, equipos, procesos o productos de consumo de alta tecnología; seleccionar y poner en funcionamiento equipos y soluciones tecnológicas a gran escala, de bajo costo y en relación con la ecología y desarrollar y utilizar programas de computador para aplicaciones en automatización de equipos, máquinas y procesos industriales.
Ingenieros del futuro
En los últimos diez años comenzaron a aparecer carreras universitarias con el nombre de mecatrónica, en países como Inglaterra y Finlandia, donde esta especialidad de la ingeniería está muy avanzada.
En Colombia ya es posible estudiar ingeniería mecatrónica, pues recientemente la CUAO creó el primer programa universitario de pregrado en esta ingeniería, el cual es dirigido por el ingeniero Naranjo Pérez.
Actualmente existen programas semejantes al de la CUAO en Estados Unidos, Japón, y algunos paises de Europa y América Latina. Curiosamente, aunque Japón es el país que tiene los mayores y mejores laboratorios de mecatrónica, no es el que más programas universitarios ofrece.
En América Latina la mecatrónica entró por Brasil, en la Universidad de Sao Paulo, donde se creó el primer programa de pregrado de esta especialidad, en latinoamérica. Algunas facultades de mecánica y electrónica en Colombia, Argentina, México y Estados Unidos ofrecen cursos de mecatrónica.
En Colombia hay muy pocos centros de investigación en ingeniería, por lo que tampoco hay un buen desarrollo de la mecatrónica, "No sólo en esta, sino en otras ingenierías, Colombia necesita innovar en tecnologías y aprovechar los retos de la apertura para incorporar mayores desarrollos tecnológicos y aumentar la competitividad de las empresas";"La ingeniería mecánica y la Electrónica tendrán entonces que reformularse, pues es evidente que sentirán el impacto de la mecatrónica"
TENDENCIAS DE LA MECATRONICA
La educación en la mecatrónica ha seguido diferentes direcciones de acuerdo con las necesidades de desarrollo del país que la considera, pero se pueden destacar tres orientaciones fundamentales: desarrollo de software y hardware para computadores digitales, desarrollo de máquinas y sistemas inteligentes, y desarrollo de la automatización industrial.
Computadores digitales
El control de sistemas mecánicos está sufriendo un cambio sin precedentes, porque el determinante primario para la función del sistema está a cargo del software de control. Este cambio ocurre por la influencia del desarrollo de la tecnología electrónica y ciencia computarizada sobre los sistemas mecánicos. El software en tiempo real es componente esencial de los sistemas mecatrónicos.
Los desarrollos en electrónica hacen posible aislar o identificar cuatro componentes para el desarrollo de los sistemas de control: El sistema mecánico objeto, el sistema de medición, el sistema de control y el sistema de actuación, como se aprecia en la figura 2. Una vez aislados la instrumentación de los motores, el sistema de computación se puede implementar para hacer efectivo el sistema de control del sistema mecánico. Los controladores digitales se basan en la configuración de circuitos electrónicos integrados en microprocesadores y/o microcontroladores; que son el alma del computador digital. En sentido estricto, mecatrónica es el control automático de productos y sistemas electromecánicos.
Máquinas inteligentes
La Inteligencia Artificial –AI– y los Sistemas Expertos –ES– son dos tipos de tecnologías blandas que integradas a los computadores digitales, juegan un papel muy importante en el diseño, fabricación y uso de productos cada vez más sofisticados como los aviones modernos, barcos modernos, robots industriales, vehículos automotrices, el telescopio espacial Hubble o la automatización de los sistemas de manufactura. El control computarizado es la característica que distingue a estos productos. Se dice que una máquina es inteligente cuando su operación y control son auxiliados por un computador digital con software inteligente.
El desarrollo de los Sistemas de Manufactura Inteligentes –IMS– apunta hacia la implementación de la Manufactura Integrada por Computador –CIM–, como una modalidad de las fábricas del futuro, en la cual las funciones de fabricación y administración se encuentran integradas para el mejoramiento de la calidad de los productos, mejoramiento de la productividad y mejoramiento de la competitividad.
Automatización industrial
En Alemania el término mecatrónica es poco usado en el campo de la educación, la ciencia y la investigación, a diferencia de los demás países industrializados de Europa. Pero en los Sistemas de Automatización alemanes se emplean el mismo contenido técnico y de procedimiento que, con el término mecatrónica, se emplea en el resto del mundo. Los Sistemas Modulares de Producción MPS se han diseñado en Alemania para la instrucción en mecatrónica porque integran los fundamentos de las tecnologías mecánicas y electrónicas en una nueva unidad. La modularidad de los MPS está estructurada para permitir total flexibilidad en el nivel de entrenamiento de complejidad, procesamiento de los módulos, estaciones para instalaciones y procesos. Los usuarios pueden desarrollar desde un simple circuito de flujo de información, hasta supervisión y control total de una planta industrial. La integración computarizada de los diferentes módulos, permite el entrenamiento en mecatrónica o automatización industrial, porque el MPS puede modelar a escala una fábrica, simular y programar en tiempo real las diferentes funciones como: manejo de materiales, almacenamiento, transporte, maquinado, ensamblaje, control y calidad.
Mecatrónica y educación
Desde su inicio, la mecatrónica ha estado presente en la educación contemporánea a todos los niveles. En Japón es usual que los estudiantes de nivel elemental elaboren proyectos de creación de nuevos juguetes basados en la integración de diferentes disciplinas. En Alemania, Estados Unidos y Brasil, los estudiantes de secundaria y universidad realizan concursos para presentar innovaciones tecnológicas de diferentes productos de uso popular e industrial.
Los principales centros educativos del mundo han aproximado e integrado las diferentes áreas de las tecnologías para crear nuevas áreas interdisciplinarias y multidisciplinarias. Es así, como la educación de la mecatrónica ha explorado diferentes tendencias para crear nuevos perfiles en la formación cultural y profesional de la juventud que ha de desempeñarse en el tercer milenio, en los que las tecnologías computarizadas están al orden del día.
El aprendizaje de la mecatrónica principia en la escuela cuando el educando comienza a distinguir los fundamentos de la mecánica, de la electricidad y de la electrónica; el proceso sigue su curso cuando aprende a operar el computador digital y a utilizarlo para el accionamiento de sistemas electromecánicos. El estudiante desarrolla mecatrónica en el aula o en el laboratorio, cuando realiza proyectos en los cuales necesariamente debe integrar un grupo de personas con diferentes habilidades, y diferentes disciplinas del aprendizaje. La mecatrónica establece un nuevo paradigma del trabajo en grupo.
Los fundamentos de las ciencias básicas que debe manejar un futuro ingeniero o tecnólogo de la mecatrónica, se basan en el conocimiento de las tres leyes de Newton de la mecánica clásica y de la ley de la gravitación universal; el conocimiento del campo magnético y de la ley de inducción de Faraday que permite crear una fuerza electromotriz inducida; y el conocimiento de la ley de Ampere para generar una fuerza magnetomotriz en un conductor; además de la habilidad para diseñar circuitos eléctricos y electrónicos basados en la lógica digital, y la de programar y operar microcomputadores. Pero, principalmente, debe ser capaz de aportar creatividad e innovación en el desarrollo de los productos.
La mecatrónica es el paradigma establecido por el desarrollo de las tecnologías computarizadas aplicadas en la supervisión, programación y control de sistemas y productos electromecánicos. Su influencia en la educación, consolida la necesidad de integrar grupos de personas con habilidades y técnicas diferentes, para interactuar con mentalidad flexible hacia una nueva unidad, en una sociedad cada vez más cambiante por la influencia de los computadores.
¿ QUE ES LA INGENIERIA MECATRONICA ?
No hay que estudiar 3 ingenieras distintas para lograr lo que necesitaba".
La mecatrónica es un concepto desarrollado por una firma japonesa fabricante de robots, hace más de 15 años. Es una especialidad de la ingeniería que incorpora otros elementos relacionados con la informática.Aunque se cree lo contrario, el propósito de esta nueva ingeniería no es sólo hacer robots, sino también fabricar lo que los expertos denominan "productos inteligentes", es decir, aquellos que son capaces de procesar información para su funcionamiento.
1. ¿Qué es estudiar Ingeniería Mecatronica?
Es diseñar cosas y aprender cómo funcionan los autos y los electrodomésticos de la casa. Es una combinación de emociones: felicidad cuando un diseño funciona y tristeza porque algo no cumple las funciones que le programaste.Los primeros semestres son de trasnochar y trabajar mucho, debido a la cantidad de materias que hay en el pensum. Hay que aclarar que desde primer semestre tienes que ver materias prácticas y presentar proyectos en laboratorio.
2. ¿Por qué decidiste estudiar esta carrera?Porque es muy interesante, ya que combina las materias afines de varias carreras y las enfoca hacia un mismo punto. Es postivo poder ver esa "unión" en el desarrollo de proyectos en la universidad (máquinas) porque podemos realizarlos sin necesidad de requerir de otros ingenieros.Otro punto interesante de esta carrera es que tiene un enfoque administrativo. En una empresa puedes desempeñarte en área de control para la fabricación de equipos, y en la supervisión de ingenieros electricos, mecánicos y de sistemas.
3. ¿Que habilidades se requieren para estudiar Ingenieria Mecatrónica?
Hay que ser bueno en las matemáticas porque se ven varios niveles de cálculo y fisica. Sin embargo, al igual que cualquier otro estudio, lo fundamental es hacerlo por gusto y no por obligación, para que no sea tan pesada.Hay muchas variantes en la definición de mecatrónica. En lugar de decir: "Ésta es la definición correcta", preferimos decir: "Ésto es lo que entenderemos por Mecatrónica en el CENIDET".
La Ingeniería Mecatrónica es una disciplina nueva y aún no hay total acuerdo sobre su definición. Hay multitud de interpretaciones de lo que es la disciplina y correspondientes variantes en el perfil del Ingeniero en Mecatrónica. Para ir precisando lo que es Mecatrónica y un Ingeniero en Mecatrónica, exhibiremos algunas definiciones que nos parecen acercar al concepto deseado:
"Mecatrónica es un enfoque transdisciplinario, basado en sistemas de comunicación abiertos y prácticas concurrentes, para el diseño de mejores productos de ingeniería"
"Mecatrónica es una disciplina integradora que utiliza las tecnologías de la mecánica, electrónica y tecnología de información para proveernos de productos, procesos y sistemas mejorados."
