Mecatrónica

La ingeniería mecatrónica , también llamada mecatrónica , es la integración sinérgica de sistemas mecánicos, eléctricos e informáticos que emplea ingeniería mecánica , ingeniería eléctrica , ingeniería electrónica e informática e ingeniería , ^{[ 1 ]} e incluye una combinación de robótica , informática , telecomunicaciones , sistemas , control , automatización e ingeniería de productos . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Con el avance de la tecnología , diversas subdisciplinas de la ingeniería se han adaptado y diversificado. La mecatrónica busca ofrecer una solución de diseño que unifique estas subdisciplinas. Originalmente, se concibió como una simple combinación de mecánica, electricidad y electrónica, de ahí su nombre, una fusión de las palabras " mecánica " y "electrónica " . Sin embargo, a medida que la complejidad de los sistemas técnicos ha ido evolucionando, su definición se ha ampliado para incluir áreas más técnicas.

Muchas personas tratan la mecatrónica como una palabra de moda moderna sinónimo de automatización , robótica e ingeniería electromecánica . ^{[ 4 ]}

La norma francesa NF E 01-010 ofrece la siguiente definición: «enfoque que busca la integración sinérgica de la mecánica, la electrónica, la teoría de control y la informática dentro del diseño y la fabricación de productos, con el fin de mejorar y/o optimizar su funcionalidad». ^{[ 5 ]}

No más tarde de 1951, la palabra mecatrónica se utilizó en un anuncio de la empresa Servomechanisms, Inc., como se puede ver en la revista Nucleonics , vol. 9, número 3 en la página 99. ^{[ 6 ]}

El término mecatrónica se originó en una mezcla de japonés e inglés y fue creado por Tetsuro Mori, ingeniero de Yaskawa Electric Corporation . La empresa registró la palabra mecatrónica como marca comercial en Japón con el número de registro "46-32714" en 1971. Posteriormente, la empresa cedió el derecho de uso al público, y el término comenzó a utilizarse a nivel mundial. Actualmente, se traduce a numerosos idiomas y se considera un término esencial para la industria automatizada avanzada. ^{[ 7 ]}

Con la llegada de la tecnología de la información en la década de 1980, se introdujeron los microprocesadores en los sistemas mecánicos, mejorando significativamente su rendimiento. En la década de 1990, los avances en inteligencia computacional se aplicaron a la mecatrónica de maneras que revolucionaron el campo.

Un ingeniero mecatrónico combina los principios de la mecánica, la electricidad, la electrónica y la informática para generar un sistema más simple, económico y fiable. ^{[ 8 ]}

La cibernética aplicada a la ingeniería se ocupa del control de sistemas mecatrónicos. Se utiliza para controlar o regular dichos sistemas (véase teoría de control ). Mediante la colaboración, los módulos mecatrónicos logran los objetivos de producción y adquieren propiedades de fabricación flexibles y ágiles en el esquema de producción. Los equipos de producción modernos constan de módulos mecatrónicos integrados según una arquitectura de control. Las arquitecturas más conocidas incluyen 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 , accionamientos sinérgicos, vehículos exploradores , subsistemas automotrices como sistemas de frenos antibloqueo y asistencia de giro, y equipos cotidianos como cámaras con 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, los aspectos termofluídicos e hidráulicos de un sistema mecatrónico. El estudio abarca la termodinámica , la dinámica , la mecánica de fluidos , la neumática y la hidráulica . Un ingeniero mecatrónico que trabaja como ingeniero mecánico puede especializarse en sistemas hidráulicos y neumáticos , donde se le puede encontrar trabajando en la industria automotriz. Un ingeniero mecatrónico también puede diseñar vehículos, ya que posee 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 el diseño de productos. La mecatrónica abarca una parte del programa de ingeniería mecánica que se aplica ampliamente en la industria automotriz.

Los sistemas mecatrónicos representan una gran parte de las funciones de un automóvil. El bucle de control formado por sensor-procesamiento de información-actuador-cambio mecánico (físico) se encuentra en muchos sistemas. El tamaño del sistema puede variar considerablemente. El sistema de frenos antibloqueo (ABS) es un sistema mecatrónico. El freno en sí también lo es. Y el bucle 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. ^{[ 9 ]} La gran importancia de la mecatrónica para la ingeniería automotriz también se evidencia en el hecho de que los fabricantes de vehículos a menudo tienen departamentos de desarrollo con la denominación "Mecatrónica".

La ingeniería electrónica y de telecomunicaciones se especializa en dispositivos electrónicos y de telecomunicaciones dentro de un sistema mecatrónico. Un ingeniero mecatrónico especializado en electrónica y telecomunicaciones posee conocimientos sobre hardware informático. La transmisión de señales es la principal aplicación de esta subdisciplina de la mecatrónica. Los sistemas digitales y analógicos también constituyen 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 abarca 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 fundamental para la creación de circuitos integrados. Los ingenieros mecatrónicos poseen un profundo conocimiento de microprocesadores, microcontroladores, microchips y semiconductores. La aplicación de la mecatrónica en la industria de fabricación de productos electrónicos permite realizar investigación y desarrollo en dispositivos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, ordenadores, cámaras, etc. Para los ingenieros mecatrónicos es necesario aprender a manejar aplicaciones informáticas como MATLAB y Simulink para el diseño y desarrollo de productos electrónicos.

La ingeniería mecatrónica es una disciplina interdisciplinaria que abarca conceptos tanto de sistemas eléctricos como mecánicos. Un ingeniero mecatrónico se dedica al diseño de transformadores de alta potencia o transmisores de módulos de radiofrecuencia .

La rama de la ingeniería industrial abarca el diseño de maquinaria, líneas de ensamblaje y procesos en diversas industrias manufactureras. Esta rama guarda cierta similitud con 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 les puede considerar arquitectos de máquinas. Un diseñador industrial puede encargarse del diseño y la planificación de la planta de fabricación, o de un técnico industrial supervisar los requisitos técnicos y realizar las reparaciones necesarias en la fábrica.

La robótica es uno de los subcampos emergentes más recientes de la mecatrónica. Se centra en el estudio de los robots, su fabricación y su funcionamiento. Desde el año 2000, esta rama de la mecatrónica atrae a numerosos aspirantes. La robótica está interrelacionada con la automatización, ya que también en este campo se requiere poca intervención humana. En muchas fábricas, especialmente en las de automóviles, se encuentran robots en las líneas de montaje, donde realizan tareas de perforación, instalación y ajuste. Para especializarse en robótica, es necesario tener conocimientos de programación. El conocimiento del lenguaje de programación ROBOTC es fundamental para el funcionamiento de los robots. Un robot industrial es un ejemplo paradigmático de sistema mecatrónico; integra aspectos de electrónica, mecánica e informática para llevar a cabo sus tareas diarias.

El Internet de las Cosas (IoT) es la interconexión de dispositivos físicos, equipados con electrónica , software , sensores , actuadores y conectividad de red que permiten a estos objetos recopilar e intercambiar datos . El IoT y la mecatrónica son complementarios. Muchos de los componentes inteligentes asociados al Internet de las Cosas serán esencialmente mecatrónicos. El desarrollo del IoT está obligando a 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 abordar nuevos problemas como la seguridad de los datos, la ética de las máquinas y la interfaz hombre-máquina. ^{[ 10 ]}

El conocimiento de programación es importante. Un ingeniero mecatrónico debe programar en diferentes niveles; por ejemplo, programación de PLC , programación de drones , programación de hardware , programación de CNC , etc. Algunos lenguajes de programación importantes que los ingenieros mecatrónicos deben aprender son Java , Python , C++ y C.

Según la Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU. , las perspectivas laborales para la mecatrónica entre 2016 y 2026 mostraban un crecimiento del 4%, que luego disminuyó al -4% entre 2021 y 2031, para después recuperarse y volver a disminuir al -1% entre 2023 y 2033. Actualmente, su predicción para el período 2024-2034 es del 1%. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

• Ingeniería de automatización  : rama de la ingeniería que se ocupa de las soluciones automatizadas para las actividades físicas.
• Ingeniería informática  : disciplina de la ingeniería especializada en el diseño de hardware informático.
• Informática  – Estudio de la computación
• Teoría de control  : rama de la ingeniería y las matemáticas.
• Cibernética  : estudio de los procesos causales circulares.
• Ecomecatrónica  : tecnología mecatrónica que reduce el impacto ecológico de las máquinas.
• Electromecánica  : campo multidisciplinario de la ingeniería.
• Ingeniería de materiales  – Investigación de materialesPáginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento
• Tecnología de ingeniería mecánica
• Robótica  : diseño, construcción, uso y aplicación de robots.
• Ingeniería de sistemas  : campo interdisciplinario de la ingeniería.
• Biomecatrónica  : ciencia interdisciplinaria que integra la biología y la mecatrónica.

• Bradley, Dawson et al., Mecatrónica, Electrónica en productos y procesos , Chapman and Hall Verlag, Londres , 1991.
• Karnopp, Dean C., Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, Dinámica de sistemas: Modelado y simulación de sistemas mecatrónicos , 4.ª edición, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4Libro superventas sobre dinámica de sistemas que utiliza el enfoque de grafos de enlace.
• Cetinkunt, Sabri, Mecatrónica , John Wiley & Sons, Inc., 2007 ISBN 978-0-471-47987-1
• James J. Nutaro (2010). Creación de software para simulación: teoría y algoritmos, con aplicaciones en C++ . Wiley.
• Zhang, Jianhua. Ingeniería Mecatrónica y de Automatización. Actas de la Conferencia Internacional sobre Ingeniería Mecatrónica y de Automatización (ICMAE2016). Xiamen, China, 2016.

• Bishop, Robert H., Mecatrónica: una introducción . CRC Press , 2006.
• De Silva, Clarence W., Mecatrónica: un enfoque integrado . CRC Press, 2005.
• Onwubolu, Godfrey C., Mecatrónica: principios y aplicaciones . Butterworth-Heinemann, 2005.
• Rankers, Adrian M., Dinámica de máquinas en sistemas mecatrónicos . Universidad de Twente, 1997.

• Transacciones IEEE/ASME sobre Mecatrónica.
• Revista de Mecatrónica – Elsevier
• Aplicaciones y realización mecatrónicas. Lista de publicaciones que contienen ejemplos.
• Instituto de Ingenieros Mecánicos - Grupo de Mecatrónica, Informática y Control (MICG)
• NF E 01-010 2008 – AFNOR ( Norma francesa NF E 01-010 )
• XP E 01-013 2009 – AFNOR (norma francesa NF E 01-013)