Richard Vaughn dice: En un corto tiempo, la mecatrónica ha evolucionado en un concepto de ingeniería universalmente aceptado. La mecatrónica integra la mecánica con la electrónica – y con la ingeniería en si misma. El resultado son capacidades tecnológicas expandidas y líneas de ensamblaje exitosas como el robot Cartesiano multi-ejes. Debido a que la mecatrónica hace posible una producción automatizada más flexible, los usuarios pueden controlar precisamente parámetros como el peso, la velocidad, el alcance, y el entorno de trabajo. Ese es el porque la mecatrónica puede ser la respuesta a una gran variedad de desafíos de diseño.
Pero el obtener las respuestas correctas requiere responder a las preguntas correctas – desde un estado de diseño muy inicial, un acercamiento mecatrónico es un proceso continuo de 3 pasos
- Diseño – configurar el sistema para ejecutar una tarea específica
- Integración – determinar como los componentes trabajan juntos
- Implementación – alcanzar un valor óptimo en las operaciones diarias y preparar para cambios futuros
Como un ejemplo, considera los parámetros involucrados en una aplicación como la inserción de un pasador en el chasis de un auto moviéndose en una línea de producción. El diseño adecuado comienza con la determinación de factores matemáticos como la carga útil, la distancia de desplazamiento, la velocidad deseada, y el tamaño de los ejes. Luego hay ciertas cuestiones sobre el control de la máquina, el tamaño del motor para entregar la velocidad y par adecuados, e incluso el operador HMI (Human Machine Interface). También está la pregunta clave de cuanto va a costar todo.
La mecatrónica hace posible el desarrollo de diseños creativos que extienden las capacidades de la robotica y el control existente a nuevos niveles
El diseño de un sistema mecatrónico requiere de un foco multidisciplinario – sacar de raíz dificultades potenciales antes de que crezcan en problemas que consumen tiempo, costosos y distractores.
Desafíos en el diseño mecatrónico
A continuación hay algunos desafíos mecatrónicos específicos y algunos tips para manejarlos.
Considera las restricciones del entorno de trabajo, incluyendo paredes, soportes y barreras de seguridad para evitar interferencia física. La diferencia entre la longitud de un módulo y la longitud de la carrera es crucial también, especialmente cuando se seleccionan actuadores lineales. La “longitud muerta” de un actuador sin rodadura, significa que la carrera del actuador es mas corta que la longitud aparente del cilindro. La mejor aproximación se consigue usando una simulación 3D, en vez de tener que reconfigurar luego los elementos del sistema en el proyecto.
Encontrar un protocolo apropiado.
Proponer la unión de controladores y Drives de diferentes fabricantes cuidadosamente – esto puede conducir a problemas, especialmente cuando se trata de protocolos “on-the-shelf” como PROFIBUS, DeviceNet o Ethernet. Algunos de los protocolos “on the shelf” como los componentes IndraControl de Bosh Rexroth, se pueden comunicar con varios controladores propietarios, pero puede no ser así para todos los protocolos. Los problemas podrían surgir si un controlador corriendo DeviceNet es añadido a una plataforma corriendo sobre PROFIBUS. Similarmente, si la planta corre Etherneth, no puedes conectar componentes así por así de cualquier vendedor. Durante la fase de especificaciones, uno se debería asegurar que sistemas compatibles “off-the-shelf” están disponibles para posibles expansiones y reconfiguraciones de la máquina.
Considerar las implicaciones de las especificaciones.
Las especificaciones pueden tener implicaciones poderosas y difíciles de predecir para los mecatrónicos. Por ejemplo, un motor de 480V de 3 fases podría ser ideal para una aplicación servo, pero podría no serlo si el amplificador de potencia solo soporta 220V, lo que requeriría de un transformador nuevo para la máquina.
Incluir management del cableado
Frecuentemente es uno de los últimos desafíos a los que se le presta atención, dejándolo para los problemillas del final para evitar interferencia con el movimiento y el manejo de las piezas. En vez de eso, el management del cableado para una aplicación gantry levanta-y-acomoda debería ser uno de los primeros factores a ser considerados. Existen programas en el mercado que funcionan como herramientas de administración del cableado, en ocasiones incluyen modelamiento 3D, permitiendo “arrastrar” los componentes para asegurar que todos los componentes trabajan juntos limpiamente.
La administración del cableado es una consideración importante y frecuentemente menospreciada durante el diseño del sistema mecatrónico
Encontrar la herramienta adecuada para el trabajo
Una aplicación que requiere un movimiento interpolado complejo, como por ejemplo cortar o pegar sellos herméticos circulares en convertidores catalíticos, requiere un controlador y un dispositivo de movimiento interpolativo. Intentar adaptar controladores punto a punto para estas aplicaciones puede requerir de mucho tiempo y propinar una presición inadecuada. El mejor enfoque es determinar el camino de interpolación circular e identificar el rendimiento adecuado del controlador; lo que a continuación nos guiará en la selección de drives, requerimientos de potencia, I/O y otros elementos para lograr ese rendimiento.
Seguir algunos tips básicos como estos, puede ayudar a evitar algunos problemas comunes – y costosos – como over-engineering (más ingeniería que la necesaria) y sobre-dimensionar máquinas (lo que da como resultado capacidades de trabajo pesado que son usadas raramente o nunca) o dimensionar menos de lo requerido la máquina (no se preven incrementos ocasionales en la carga o la velocidad de trabajo).
Ambas situaciones pueden incrementar innecesariamente los costos de automatización, lo que puede desalentar la aplicación de la mecatrónica – otra razón de porque responder a preguntas “detalladas” es ecencial en el diseño mecatrónico.
Integración del sistema mecatrónico
La mecatrónica es claramente una ciencia inter-disciplinaria, requiere de experiencia en ingeniería mecánica y en ingeniería eléctrica, así como de la ingeniería electrónica y la informática. Pero pocas personas tienen formación y experiencia en todas estas disciplinas. Aquellos con experiencia en una área en particular, como por ejemplo la ingeniería eléctrica puede terminar aprendiendo las cosas sobre mecatrónica que pueda necesitar en el camino, o puede terminar intentando aprender como incorporar componentes de fabricantes con los que no está familiarizado.
Un acercamiento efectivo es usar los servicios de un integrador, alguien que tenga dominio de la mecatrónica como conjunto, alguien con experiencia combinando la mecánica y la electrónica. Los “integradores interdiscliplinarios” se estan volviendo más comunes a medida que las aplicaciones mecatrónicas se expanden, y la tendencia hacia habilidades de integración inter-disciplinaria es consistente con el foco actual de la industria, que pretende conseguir más con menos gente.
La integración puede actuar como una “fuerza multiplicadora”, extendiendo las capacidades de la tecnología existente para crear saltos espectaculares en eficiencia de la producción, reducción de los periodos de inactividad, y ahorro de los costos. Por ejemplo una línea de producción automotriz puede hacerse varias veces más productiva sustituyendo diferentes comandos de control para intercambio de herramientas, y añadiendo un eje de soporte “fuera de borda” un eje de soporte adicionado a un robot cartesiano de 3 ejes para crear un dispositivo Gantry. Muchas soluciones similares son posibles para diseñadores que adopta un enfoque multidisciplinario del sistema completo.
El uso de la simulación 3D durante la fase de diseño del proyecto puede prevenir la necesidad de reconfigurar los elementos del sistema posteriormente.
Luego de la integración el paso final es la implementación. Pero el paso final debería ser planeado previamente en el proceso, o puede dar como resultado retrasos significativos e incremento en los costos de la máquina o de la producción. Se deben evitar los problemas potenciales definiendo claramente los roles y las responsabilidades del integrador y del cliente.. Esta tarea puede ser un desafío en procesos que combinan cierto número de disciplinas o ingenierías diferentes para crear una solución integral. La clave es la comunicación desde el principio del proyecto – incluyendo todo tipo de preguntas detalladas. Por ejemplo, al considerar ajustes o cambios del sistema, qué es responsabilidad del integrador y qué puede hacer el personal in situ? Las respuestas deberían estar cuidadosamente documentada para prevenir problemas potenciales antes del comienzo. Por supuesto, nadie puede predecir el futuro, pero una implementación preve el contexto en el que un sistema mecatrónico va a operar.
Los integradores interdisciplinarios se estan volviendo más comunes a medida que la mecatrónica se extiende.
Como un proceso inter-disciplinario, la mecatrónica demanda un pensamiento integral para avanzar con ingeniería integrada. Parte de ese pensamiento envuelve la habilidad de prever la operación del día a día de las funciones de la linea de ensamblaje, incluyendo el ambiente de trabajo y la combinación de los protocolos electrónicos, para anticipar y posibles inconvenientes. Hay que estar preparado para la realidad de los requerimientos interdisciplinarios que pueden requerir de un especialista de integración para que lleve a trabajar a todos los componentes entre sí.
Finalmente, para implementar el sistema, hay que comunicarse claramente con todas las personas involucradas acerca de sus roles y responsabilidades. Para los mecatrónicos el ser verdaderamente exitoso, el proceso de desarrollo no solo debe involucrar elementos mecánicos y electrónicos, sino también los elementos del proceso: las fases claves del diseño , la integración, y la implementación.
Herramientas de software para acelerar la integración
Para ayudar a responder estas “preguntas” de la mecatrónica existen varias herramientas de software, una de ellas es “LOSTPED”, un proceso de análisis de varios pasos para obtener información para las especificaciones. Se compone del acrónimo Load (el peso o la fuerza aplicada), la Orientación (dirección en las que cada eje está montada), Speed (velocidad y aceleración), Travel (distancia y rango del movimiento), Presición (repetibilidad o exactitud en el posicionamiento), Enviroment (condiciones de operación), y Duty cicle (tiempo que la máquina estará corriendo; por ejemplo: 24 hr/día 5 días a la semana). En una aplicación de ensamblaje automotriz, por ejemplo el ciclo de servicio (duty cicle) y la velocidad de la línea son cruciales para determinar el tamaño del brazo de inserción, el tamaño del motor y la lógica de control, junto con muchos otros factores clave.
El diseño adecuado comienza con la determinación de factores matemáticos como la carga de trabajo, la distancia de recorrido, la velocidad deseada, y el tamaño de los ejes.
como puede copiar la informacion interesante por k no me permite pegar
La Mecatronica sin lugar a dudas es la respuesta que nuestra sociedad busca, es muy emocionante observar trabajos como este, la mecatronica, simplemente es el futuro…:)
Atte. Un futuro y ansioso Ing. Mecatronico