Unidad 1 Generalidades de la Mecatrónica
1.1 Desarrollo Histórico de la Mecatrónica
La Mecatrónica es una disciplina que surgió en los años 70 y se ubica en las fronteras de las diferentes especialidades de la Ingeniería. La Mecatrónica se define como la combinación sinergética de la Ingeniería Mecánica, Electrónica, Control Automático y Ciencias de la Información (Computación), orientada hacia el diseño y manufactura de sistemas y procesos electromecánicos inteligentes.
Originalmente, la palabra
“Mechatronics” fue una marca registrada (trademark) acuñado en 1969 por el Ing.
Tetsuro Mori de la empresa Yaskawa. La mecatrónica ha sido definida de varias
maneras. Un consenso común es describir a la mecatrónica como una disciplina
integradora, a través del diseño de ingeniería, de las áreas de mecánica,
electrónica e informática con el objetivo de proporcionar mejores productos,
servicios, procesos y sistemas. La mecatrónica no es, por tanto, una nueva rama
de la ingeniería, sino un concepto recientemente desarrollado que enfatiza la
necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes áreas
de la ingeniería.
Al aplicar una filosofía
de integración en el diseño de productos y sistemas se obtienen ventajas importantes
como son mayor flexibilidad, versatilidad, nivel de “inteligencia” de los
productos, seguridad y confiabilidad así como un bajo consumo de energía. Estas
ventajas se traducen en un producto con más orientación hacia el usuario y que
puede producirse rápidamente a un costo reducido.Un sistema mecatrónico típico
recoge señales, las procesa y, como salida, genera fuerzas y movimientos. Los
sistemas mecánicos son entonces extendidos e integrados con sensores,
microprocesadores y controladores. Los robots, las máquinas controladas
digitalmente, los vehículos guiados automáticamente, las cámaras electrónicas,
las máquinas de telefax y las fotocopiadoras pueden considerarse como productos
mecatrónicos.
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.
Definición La
palabra Mechatronics 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.
Evolución y componentes
Históricamente 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.
1.2 Panorama General de la Carrera Ingeniero en Mecatronica
La mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de precisión, de los sistemas informáticos, de la electrónica y el control automático para el diseño de productos y procesos.
El Ingeniero Mecatrónico imagina y crea el mundo del futuro por medio de una visión capaz de concebir productos y sistemas en los que se fusionen la electrónica, la mecánica y la informática.
Conocimientos de un Ingeniero Mecatrónico:
*Amplios de Matemáticas y Física
*Diseño de Mecanismos
*Mecánica de Materiales
*Mecanismos de Precisión
*Electrónica Analógica y
Digital
*Programación e Inteligencia Artificial
*Automatización
*Básicos de Ingeniería Biomédica
*Diseño de Prótesis
*Robótica
*Desarrollo de y gestión de proyectos tecnológicos del
campo de la mecatrónica
Habilidades de un Ingeniero Mecatrónico:
*Adaptabilidad para el manejo de nuevas tecnologías.
*Manejo y aplicación de normas y estándares.
*Manejo de programas y simuladores como herramientas de diseño.
*Selección de elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos para
integrarlos a un proceso industrial.
*Programar sistemas digitales para control de máquinas y procesos
industriales.
*Interpretación de planos y diagramas de circuitos de eléctricos, electrónicos
y de automatización.
*Leer e interpretar manuales y catálogos técnicos relacionados con
la Mecatrónica.
Actitudes de un Ingeniero
*Ejercer con integridad, respeto y responsabilidad su
actividad profesional.
*Sentido de cooperación para el trabajo en equipo.
*Investiga e innova en temas relacionados con la Mecatrónica.
*Lidera equipos de trabajo multidisciplinarios.
1.3 Perfil y campo de desarrollo del Ingeniero a la Mecatrónico
El
ingeniero en mecatrónica está preparado profesionalmente con conocimientos de
informática industrial, mecánica, electrónica, electromecánica, neumática, electro-neumática hidráulica y robótica. Comparte con las especialidades antes
mencionadas su atención a todas y cada una de las etapas del ciclo de vida de
los proyectos de ingeniería que diseña y pone en marcha para responder a una
necesidad surgida en los sistemas productivos.
Campo de acción
Las
actividades del ingeniero mecatrónico se desarrollan en los campos de diseño y
ejecución de procesos de automatización o fabricación automatizada; asesoría; consultaría y docencia.
El acelerado desarollo tecnológico en el mundo a provocado que, desde los aparatos de uso cotidiano hasta los mas modernos robots, están compuestos por dispositivos que utilizan mecanismos precisos, controlados por sistemas electrónicos y computarizados.
Esto le permite al ingeniero mecatrónico desarrollo en industrias como el automotriz, la aeronáutica la biotecnología las telecomunicaciones, la robótica, la electrónica, y los sistemas informáticos, entre otras.
Así el campo de acción del ingeniero mecatrónico comprende tanto los aspectos relacionados con la mecánica de precisión como los sistemas de control electrónico y la tecnología informática Los conocimientos del ingeniero mecatrónico lo hacen capaz de diseñar un sin numero de sistemas y equipos, desde componentes para computadoras y periféricos, sistemas de navegación para automóviles automatización de lineas de producción proyectos para edificios inteligentes, dispositivos de apoyo para personas con capacidades diferentes, equipos de rehabilitación, componentes de ingeniería aeronáutica y cualquier sistema que permita mejorar la calidad de vida del ser humano.
1.4 Conceptos de Ciencia e Ingeniería
El ingeniero no realiza
una actividad mecánica de aplicación, sino que adecua a las necesidades de caso
concreto sus habilidades y conocimientos para resolver la situación de la manera más ágil y económica posible.
Tiende a lograr el progreso, produciendo bienes y servicios, para el confort de
la comunidad, protegiendo el hábitat.
Existen varias clases de
ingeniería: civil, química, mecánica, en alimentos, electrónica, eléctrica,
genética, etcétera.
La ingeniería permite
crear estructuras, máquinas, productos manufacturados, y los perfecciona,
usando técnica, arte, ciencia e imaginación. El ingeniero o profesional de la
ingeniería debe tener ingenio, o sea creatividad, para analizar lo que es útil
y conveniente para solucionar las cuestiones planteadas.
Ya los romanos
desarrollaron una gran ingeniería civil creando sus famosos acueductos. Crearon
calzadas que unían todo el territorio romano por una red de vías, puentes de
acceso a las ciudades, puertos y faros. El desarrollo de la ingeniería en los
últimos tiempos, sobre todo a partir de la Revolución industrial del siglo
XVIII, y sus avances agigantados hasta la era computarizada, le ha conferido un
notable desarrollo siendo los profesionales ingenieros requeridos en distintas
áreas diseñando equipos o maquinarias, e instalándolas, manteniéndolas en
operatividad, controlando los materiales y su calidad, y diseñando los procesos
de fabricación de productos. Controla, instala, supervisa, administra y asesora.
También han aumentado las exigencias de conocimiento de idiomas, capacidad de
trabajo en equipo, manejo de las interdisciplinas y facilidad para la
comunicación.
La ciencia intenta
lograr saberes permanentes e indubitables, basados en principios racionales y
demostrables, evitando los saberes ocasionales, aparentes y subjetivos.
Ya el filósofo griego
Parménides en el siglo VI a. C. diferenció los conocimientos que se obtenían
por vías de verdad, que llevaban a un saber definitivo, de los que se obtenían
por vías de opinión, que no conducían a ningún conocer válido.
Al distinguir Platón el
mundo sensible del inteligible sostuvo que del primero solo hay opinión,
conocimiento variable e inseguro, y solo
del conocimiento del mundo inteligible puede lograrse la certeza. Para Platón
no podemos conocer con certeza a un hombre en particular, pero sí la idea de
hombre. Para este filósofo la ciencia es ciencia de las ideas, y no del mundo
sensible.
Aristóteles diferenció
la ciencia (conocimiento de lo universal, demostrable, válido para todos, que
pretende conocer las cosas por sus causas) de la experiencia (conocimiento de
lo particular, circunstancial, para casos específicos, que nos muestra una
determinada realidad).
La concepción moderna de
la ciencia, sin rechazar el método deductivo, sumó nuevas metodologías, la
observación y la experimentación, bases del método inductivo, indispensable en
ciertos campos del saber, como la física y la química. La ciencia moderna,
además, incorporó como elemento científico a la matemática. Galileo afirmó que
el universo está construido en términos matemáticos.
La ciencia explica la
realidad a través de teorías, que pueden diferir unas de otras. Estas subsisten
hasta que se demuestre su falsedad. O sea, que es un conocimiento verdadero,
pero no incuestionable, cuando se demuestra su falsedad deja de ser conocimiento
científico. Esto produce el avance de las ciencias, si no pudiera cuestionarse
todavía creeríamos que el centro de nuestro universo es el planeta Tierra.
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