Mecatrónica

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"LA MECATRÓNICA UNA NUEVA
DISCIPLINA"
CONTENIDO
Introducción
Definición
Componentes
Evolución
Ventajas de la aplicación de la mecatrónica
Aplicaciones
La mecatrónica en el contexto mundial
La mecatrónica y la educación
La mecatrónica en el contexto de la DGETI
lo. Perspectivas
11.
Propuestas
abril de 1998
1
INTRODUCCIÓN
La urgente necesidad que enfrenta nuestro país para ser competitivo a nivel
mundial en el área de la manufactura, requiere enfocar sus efuerzos en la
implementación de nuevos sistemas de trabajo que demandan las condiciones
actuales del mercado, así como la capacitación de nuestros recursos humanos.
Tradicionalmente, el diseño mecánico ha sido siempre una preocupación de los
ingenieros mecánicos. Recientemente, esta disciplina ha sido profundamente
influenciada por la evolución de otras ciencias como es el caso de la
microelectrónica y la computación. Esta ha ocasionado la integración
interdisciplinaria de áreas de la ingeniería eléctrica, mecánica, electrónica, de
control y computación, para dar como resultado el desarrollo de una tecnología
llamada MECATRÓNICA.
DEFINICIÓN
La palabra mecatrónica fue usada por primera vez por un ingeniero de apellido
YASKAWA de una compañía japonesa en 1969, como una combinación de
"MECA" de mecanismos y "TRÓNICA " en referencia a la electrónica, a la
compañía se le concedió la patente de fábrica sobre esta palabra en 1971. La
Mecatrónica pronto recibió una amplia aceptación en la industria y para dejar su
libre uso, se decidió abandonar sus derechos en 1982. La palabra ha tomado un
significado más extenso desde entonces y esta se usa ahora como una jerga
técnica que describe una filosofía en tecnología de la ingeniería, más que la
tecnología en sí misma. Por este motivo, se han propuesto varias definiciones en
la literatura y estas difieren en las características particulares en las que se piensa
dar énfasis; sin embargo, la definición comunmente aceptada es aquella que hace
referencia a la sinergia y es la siguiente:
791
"La mecatrónica como una disciplina de la ingeniería, es la
integración sinergética de la precisión de la ingeniería mecánica, la
ingeniería de control, la ingeniería eléctrica, la ingeniería electrónica
y las ciencias de la computación para el diseño, planeación, control
y fabricación de productos."
De ésta definición es claro que la mecatrónica no es por sí misma una disciplina
separada dentro del campo global de la ingeniería, en vez de eso, representa una
integración de varios campos diferentes dentro de la ingeniería.
3.
COMPONENTES
En la mecatrónica existe la integración de ciertas áreas importantes de la
tecnología, particularmente:
• Unidad de procesamiento de información.
• Sensores.
• Actuadores.
• Máquinas.
También es importante la información que se genera de las áreas antes
mencionadas.
3
tensor
-(I
Má q~u",na
k
Potenciómetro
Resultor de sincronia
Codificador
Inductosin
)
Tacogenerador
Otros
1 MecatrOníca 1
Otros
Otros
Microprocesador
)
Circuito Lógico
Seruomotor CA.
Servoampliticador
(Cor,vertidor
omotorC.D.
DÍA FN
Interpolador lineaticircular
Procesamiento
de Información
Motor hidráulico
Cilindro hidráulico
Cilindro neumático
Actuador
La unidad de procesamiento de información se refiere a las unidades de control,
por ejemplo, las computadoras personales, los controladores programables y los
relacionados con los elementos lógicos de un circuito. En el caso de los sensores,
tienen diversas funciones como la detección de objetos, detección de posición,
detección de velocidad y controlan el área de sensores visuales que utilizan
cámaras. Los actuadores, son elementos que al mover un objeto toman en cuenta
la velocidad, exactitud, estabilidad y energía necesaria, existen varios tipos de
actuadores, entre los que se encuentran los eléctricos, los neumáticos y los
hidráulicos. Area de máquinas, en una planta de producción la máquina misma es
una máquina herramienta básica o de propósito general, es decir, la máquina es
el mecanismo o la interfase mecánica.
4
Electromecanica
Electricidad
Mecánica
Modelo de
Sistemas
Electrónica
Transductores
Diseño Asistido
por Computadora
CA.
Circuitos
de
Control
Microcontrol
Simulación
Computadoras
Control
Sistemas de Control Digital
4. EVOLUCIÓN
En 1950, la ingeniería eléctrica y mecánica eran independientes.
ELECTRICIDAD
7
MECÁNICA
Cinco años después, la fabricación de productos demanda la vinculación de la
mecánica con la electricidad, asimismo la ingeniería electrónica inicia su
I
desarrollo. $_
ELECTRÓNICA
ELECTRICIDAD
-
4
MECANICA
¿
En 1960, los controles eléctricos se desarrollan de tal manera que tiene un mayor
impacto en la construcción de máquinas.
ELECTRóNICA
ELECTRICIDAD
-9
MECANICA
1965, la tecnología sufre un cambio importante, las áreas de la ingeniería
mecánica y eléctrica se interrelacionan entre sí. La electrónica apoya a los
sistemas de control eléctrico.
ELECTRÓNICA
j.-___+J
ELECTRICIDAD
MÉCÁNICA
o
La década de los los 70's marca un avance significativo para la electrónica, a
partir de esta fecha la relación entre las tres disciplinas se fortalece.
6
1975, la microlectrónica influye significativamente en ambas tecnologías.
[ELECTRICIDAD
MECÁNICA
ELECTRÓNICA
En 1980, la interdependencia entre estas tres áreas es total.
7
En 1985, surge el concepto "mecatrónica" como una integración de las
tecnologías; mecánica, eléctrica y electrón ¡ca.
En los 90's, la mecatrónica como concepto y como disciplina tiene aceptación
mundial.
/
/
8
VENTAJAS DE LA APLICACIÓN DE LA MECATRÓNICA
Comoresultado del desarrollo e integración de varias disciplinas del conocimiento
de la ingeniería, se ha logrado evolucionar y eficientar los procesos productivos de
tal manera que incidan principalmente en la optimización de productos en los
siguientes rubros:
• Aumento de la productividad.
• Calidad estándar.
• Ahorro de energía.
• Bajo costo de producción.
• Ahorro de mano de obra.
• Racionalización de los productos.
• Innovación de productos y procesos.
• Máquinas de alta producción.
APLICACIONES
Los nuevos requerimientos de producción demandan un control en tiempo real en
los equipos, de tal manera, que el resultado de su operación se vea reflejado en
alta calidad, en la disminución de desperdicios y una mayor productividad; dos
ejemplos significativos del desarrollo mecatrónico lo representan la Robótica y las
Máquinas de Control Numérico Computarizado (CNC), siendo aplicados
principalmente en el sector industrial. ,&.Ç) 60
LA MECATRÓNICA EN EL CONTEXTO MUNDIAL
Como resultado de la globalización de los mercados, se ha hecho necesario que
las industrias sean capaces de adaptarse a los diferentes nichos de mercado y
exigencias del consumidor. Lo anterior ha originado que los equipos mecatrónicos,
9
deban tener la característica de la reprogramación como una manera de
garantizar la permanencia en el mercado, para lograr:
• Flexibilidad del proceso.
• Innovación permanente del producto.
• Adecuación de los productos a satisfacción del consumidor.
• Entre otros.
La mecatrónica, actualmente está impactando en la mayoría de las actividades del
quehacer humano, por lo que se considera en un futuro no muy lejano, como una
tecnología imprescindible para coadyuvar a que los países que adopten esta
tecnología sean competitivos en el contexto mundial.
8. LA MECATRÓNICA Y LA EDUCACIÓN
Los países altamente industrializados son aquellos que han invertido una
importante cantidad de recursos en el desarrollo tecnológico para generar una
mayor riqueza e independencia económica. Con este modelo, los países como el
nuestro deberán, a través de la formación de recursos humanos altamente
calificados en sus instituciones educativas, impulsar el desarrollo tecnológico
nacional.
Por ello, en el año de 1994, el Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas
(CIME) y el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico
Nacional (CINVESTAV), organizaron la "Primera Conferencia Internacional sobre
Mecatrónica", la cual se llevó a cabo en la Ciudad de México, del 26 al 28 de
Enero. El objetivo de dicho evento fue conocer los avances de la mecatrónica en
el mundo, sus repercusiones en las Instituciones de Educación e Investigación,
así como sus perspectivas. Al evento asistieron especialistas tanto del sector
académico como industrial, de Alemania, Japón, Estados Unidos, Inglaterra,
Bélgica, Israel, Canadá y México, entre otros.
jo
A partir de ésta conferencia en la que se contó con la asistencia y participación de
las principales Instituciones de Educación Superior del País, se aceptó en forma
generalizada el término mecatrónica, como disciplina ingenieril.
Posterior a este evento internacional, el Centro de Investigación y Estudios
Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, consideró pertinente iniciar el
posgrado en mecatrónica, como una opción en la maestría en ingeniería eléctrica,
así como estructurar y ofrecer el doctorado en dicha disciplina.
Simultáneamente diversas instituciones de educación superior, tanto públicas
como privadas, incorporan el término y su enfoque en diversos programas de
ingeniería, inclusive como una carrera o especialidad.
La necesidad de formar recursos humanos en nuestro país en el campo de la
mecatrónica, se justifica por lo siguiente:
• Eficiente utilización de la tecnología moderna.
• Reducir la vulnerabilidad del sistema productivo, debido a nuestra
dependencia tecnológica del exterior.
• Diseñar y producir nuevos prototipos de alta tecnología que permitan
sustituir bienes de capital que actualmente se importan.
• Reducir la independencia tecnológica para transformarla en
interdependencia con los países tecnológicamente más avanzados.
• Contar con ingenieros capaces de llevar a cabo una integración dinámica
de sistemas mecánicos, electrónicos, de computación y control.
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• Formación de recursos humanos con un sentido interdisciplinario, que les
permita trabajar en el desarrollo de sistemas complejos.
• Diseño de nuevos sistemas de ingeniería que puedan desarrollarse
localmente.
• Participación en la modernización del aparato productivo del país, con
base en la vinculación entre los sectores académicos y el sector industrial,
con el propósito de hacer diseño y desarrollo de tecnología de punta.
9.
LA MECATRÓNICA EN EL CONTEXTO DE LA DGETI
La Dirección General de Educación Tecnológica Industrial, tiene como misión
formar los recursos humanos para el sector productivo de bienes y servicios en el
nivel de los mandos intermedios, por lo que atiende las modalidades educativas,
enmarcadas en la educación media superior, mediante estudios terminales y el
bachillerato tecnológico bivalente. En la actualidad cuenta con 427 planteles en
toda la república mexicana, con una población escolar de alrededor de 500 mil
alumnos, con una plantilla de personal de 33,600 profesores, de los cuales más
de 6,500 imparten clases en especialidades en electromecánica, electricidad,
electrónica y máquinas-herramienta, entre otras, atendiendo más de 290
asignaturas.
En los últimos años la revisión y modificación de los planes y programas de
estudio de la DGETI, es de hecho una actividad permanente, es por ello, que la
formación y actualización de sus docentes es una tarea sustantiva, para que la
calidad del proceso-aprendizaje no sólo se mantenga sino se supere,
independientemente de las modificaciones curriculares requeridas por los avances
tecnológicos y las demandas específicas del sector productivo de bienes y
servicios.
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En este contexto, para consolidar el modelo académico de la institución, se
proponen nuevas estrategias de capacitación, actualización y formación docente,
congruentes con el avance científico y tecnológico, es así como surge la
necesidad de incorporar la ingeniería mecatrónica dentro de los contenidos
curriculares y propiciar la formación de docentes en un centro que opere a nivel
nacional.
La ingeniería mecatrónica está considerada como una manifestación moderna de
la ingeniería, pues responde a las necesidades de explicar los fenómenos que
suceden en los procesos de manufactura que se utilizan en la industria moderna
A partir del carácter multidisciplinario que posee la mecatrónica, en una primera
instancia, se formarán los profesores que imparten asignaturas en ramas afines a
esta área de la ingeniería, a través de una especialización que les proporcione los
conocimientos académicos y disciplinarios necesarios.
La DGETI, para ofrecer una actualización a profesores en mecatrónica, propuso
una alternativa innovadora de formación que permita alcanzar las metas trazaday"
Es así, como se establece el convenio de cooperación técnica entre JapØ y
México, para la creación del Centro Nacional de Actualización Docenteen el
área de la mecatrónica, con el propósito fundamental de capacitar a los maestros
de los planteles Cetis y Cbtis, que imparten asignaturas de las ramas básicas de
la ingeniería.
13
J
CON VENIO DE CREACIÓN DELNAD)
En abril de 1988, se publicó en el diario oficial de la federación el decreto de
promulgación del acuerdo sobre cooperación técnica de los Gobiernos del Japón
y México, firmado en la ciudad de Tokio en 1986. Derivado de lo anterior, se tomó
la iniciativa de crear el convenio de transferencia tecnológica en que participaron
la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) y la DGETI.
OBJETIVOS
La creación del CNAD permitirá a la DGETI en el corto y mediano plazo, contar
con los maestros altamente capacitados en la mecatrónica, que darán impulso a la
formación de técnicos capaces con las actitudes adecuadas que serán requeridas
en los próximos años por el aparato productivo nacional.
Los objetivos que se han señalado para el CNAD son:
• Actualización de maestros para cubrir las necesidades de la DGETI en
calidad y cantidad, que se originan como consecuencia del proceso de
innovación tecnológica, en las especialidades de; máquinas y control
(mecatrónica) y pedagogía.
• Actualización de los maestros en activo que necesitan, debido a sus bases
profesionales, una instrucción pedagógica y tecnológica complementaria.
• Producción de material didáctico (audiovisuales, texto y guías pedagógicas)
de educación tecnológica industrial para el CNAD y planteles de la DGETI.
• Vinculación con las industrias del entorno para la realización de prácticas
de los profesores-alumnos y realimentación a la planeación de cursos.
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COMPROMISOS
Se solicitó la cooperación técnica del gobierno del Japón en el proyecto, para
asegurar la disposición de la transferencia constante de tecnología de punta, en
las especialidades de máquinas, control y pedagogía y con ello, mantener
actualizados los contenidos educativos de los programas de estudio.
Esta cooperación será por cinco años, en la que se incluyen:
• Reuniones de evaluación entre la misión japonesa y autoridades de la
DGETI.
• Envío de expertos japoneses al CNAD con estancias de corto y largo
plazo.
• Entrenamiento de contrapartes mexicanos en Japón.
• Donación de maquinaria y equipo al CNAD por parte del gobierno
japonés.
• Apoyo de equipamiento de cómputo y comunicaciones.
• Programas de transferencia tecnológica elaborados por los expertos
japoneses.
• Cursos de corta duración (previo acuerdo de ambas partes).
• Misión Japonesa. Compuesta por expertos en las áreas de pedagogía,
control y máquinas. 13 de larga estancia y 7 de corta estancia.
Contraparte Mexicana. Compuesta por ingenieros seleccionados en base
a su perfil profesional en ingeniería electrónica, mecánica, eléctrica e
informática, entre otras.
• Cursos en tópicos selectos de la ingeniería en Japón, para personal del
CNAD en donde destacan los siguientes:
• Procesos de manufactura y
* Control de máquinas con
medición.
lenguajes de programación.
• Sistemas de capacitación para
instructores.
15
* Electrónica de potencia.
• Mecatrónica sistema de
* Prot.
automatización.
*. Fabricación automatizada.
• Manufactura CAD/CAM.
* Informática.
• Manufactura CAD/CAM
* Diseño de máquinas
PLC/Robótica.
CAD/CAM.
• Robótica.
• Diseño mecánico.
• Multimedia.
PROGRAMAS DE ESTUDIO
El CNAD con el propósito de formar los recursos humanos altamente capacitados
en el área de la mecatrónica, estableció condiciones de ingreso y egreso para los
candidatos al programa. Por ello, se buscó definir la curricula técnica que
cumpliera con los requisitos de conocimientos, habilidades y actitudes que cada
egresado debe de poseer.
Los planes de estudio están constituidos por una área básica con asignaturas
obligatorias y otra con subespecialización, es decir, la especialización tiene una
orientación terminal en dos vertientes la de máquinas-herramienta y la de control.
ESTRUCTURA DEL CURRICULUM EN MECATRÓNICA
ÁREA DE MECATRÓNIC
AREA COMÚN
TEORÍA Y PRÁCTICA
BÁSICA
PEDAGOGÍA
1
1
1
1
ÁREA DE
CONTROL
HP
R
O
E
c
TEORÍA Y PRÁCTICA
ESPECIALIZADA
ÁREA DE
MÁQUINAS
INFORMÁTICA
16
T
O
El docente en formación, a partir de su ingreso deberá cumplir en el plazo de un
año, con las condiciones de permanencia en el programa que incluyen; tener una
carga académica completa, aprobar los cursos, talleres y laboratorios y cumplir
con el reglamento interno del CNAD. Para obtener el reconocimiento de
especialista en mecatrónica, el docente en formación deberá cubrir 85 créditos
requeridos en las siguientes asignaturas;
ASIGNATURAS
CRÉDITOS
BÁSICAS
Computación
4
Diseño instruccional
5
Mecatrónica básica
5
Mecatrónica aplicada
9
SUBESPECIALIZACIÓN
MAQUINAS - HERRAMIENTA
Diseño y dibujo mecánico
5
Sistema operativo UNIX
5
Maquinado convencional
10
Control numérico
12
CAD/CAM
12
CONTROL
Diseño y simulación de circuitos
5
Programación lenguaje C
5
Circuitos electrónicos
10
Circuitos de control
12
Programación microcomputadoras
12
ESTANCIA PROFESIONAL Y TRABAJO RECEPCIONAL
Mantenimiento mecatrónico y prototipo mecatrónico
TOTAL
18
85
17
Dado que la infraestructura y equipamiento con que cuenta el centro cubre las
características necesarias para que el estudiante realice prácticas especializadas
en el campo de la mecatrónica, las prácticas de mantenimiento mecatónico y la
presentación de un prototipo comá trabajo recepcional, cubren el aspecto de la
estancia industrial.
Aunado a este programa de especialización el CNAD, ofrece en forma
permanente cursos cortos en campos específicos de la mecatrónica y ramas
afines.
lo. PERSPECTIVA
Con la aplicación generalizada de la mecatrónica el mundo se transformará, la
automatización y la robótica serán determinantes en esta revolución tecnológica,
por ejemplo, la robótica impactará significativamente en todos los sectores de la
sociedad, al sustituir al humano en operaciones difíciles o de alto riesgo.
Algunas de las áreas y actividades donde la mecatrónica se reflejará son las
siguientes:
• Desarrollo de máquinas inteligentes (robots).
• Eliminación de tareas repetitivas y monótonas.
• Exploración del universo.
• Construcción de fábricas submarinas.
• Impacto en las actividades del quehacer humano (automaflización de
tareas).
• Fábricas totalmente automatizadas.
• Personal multidisciplinario.
• Altos niveles de especialización.
18
11.
PROPUESTAS
En algunas instituciones de educación superior, es necesario
modificar los modelos tradicionales que no permiten la integración de
las diversas ramas de la ingeniería, no obstante que el avance
tecnológico requiere de una concepción interdisciplinaria, tal como se
ha explicado en el campo de la mecatrónica.
En virtud de lo anterior, se proponen los siguientes puntos:
• Que las asociaciones y agrupaciones gremiales relacionadas con la
ingeniería, difundan y promuevan la mecatrónica a través de la
realización de eventos nacionales e internacionales.
• Vinculación real de las instituciones educativas y empresas del
ramo industrial.
• Impulsar el posgrado en mecatrónica en las instituciones
educativas.
• Contar con
el equipamiento adecuado en las instituciones
educativas, que permitan la formación de técnicos e ingenieros,
sobre la base del desarrollo tecnológico en el campo de la
mecatrón ica.
• Que las instituciones de educación superior faciliten, con esquemas
flexibles de trabajo, la actualización de los ingenieros en el campo
de la mecatrónica.
• Formación especializada de los docentes en mecatrónica.
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• Promover grupos de investigación tecnológica en las instituciones
educativas en esta rama específica.
• Creación de Centros de Actualización Docente Regionales en el
área de la mecatrónica.
• Publicación y difusión de artículos, revistas y textos relacionados
con la mecatrónica.
Con la instrumentación, atención y seguimiento de la tecnología en
mecatrónica en nuestro país, se dará un paso importante para que
nos desarrollemos tecnológicamente para ser competitivos en los
mercados globales.
Muchas gracias.
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