La manufactura ha ayudado al desarrollo de la sociedad permitiendo la trasformación de materiales en dispositivos y productos útiles para la distribución y consumo. Dentro de las tendencias actuales de la manufactura se busca la posibilidad de producir productos diversos sin que represente grandes cambios en la misma. La integración de sistema mecatrónicos a la manufactura permite una gran velocidad de adaptación cuando es necesario cambiar el producto que se está ensamblando, permitiendo a la empresa cumplir con requerimientos de producción variables (Percival, 2009).
Sistemas mecatrónicos
La mecatrónica nace en Japón a finales de los 60’s (siglo XX), donde la mecánica y la electrónica fueron integradas por primera vez en un mismo sistema (conjunto de elementos que interactúan para realizar una tarea). Se tiene registrado que la palabra se usó por primera vez en julio de 1969 en un reporte presentado por el ingeniero Tetsuro Mori (Yaskawa Internal Trademark Application). Sin embargo, fue hasta los 80’s (siglo XX) cuando el concepto mecatrónica fue tomado a nivel mundial. La mecatrónica es considerada ahora una especialidad que reúne varias áreas del conocimiento tales como: mecánica, electrónica, informática, física, matemáticas, control, instrumentación e incluso administración (Reyes Cortés, Cid Monjaraz, & Vargas Soto, 2013).
En mecatrónica una de las claves de los diseños exitosos es el equilibrio entre modelado (físico y matemático), análisis y diseño del control. Una de las formas de lograr este equilibrio es a través de la validación experimental de modelos, para lo anterior la Simulación por computadora juega un papel primordial. Sin embargo, la verificación experimental es usada muchas veces para verificar que el sistema final cumpla con los requerimientos de diseño (Tomizuka, 2002). Por lo anterior la mecatrónica tiene un campo de aplicación que abarca: naves espaciales, robots, vehículos no tripulados, medicina. Pero también aparatos de uso diario.
Aplicación de los Sistemas Mecatrónicos en dispositivos de uso común
El control de la actividad productiva de los sistemas industriales ha evolucionado en dos direcciones en los últimos años. Primero, una integración de todos los actores en cada sector de la industria, desde los proveedores de materias primas hasta el cliente. Esto se conoce como el concepto de “cadena de suministro”, la misma que puede abarcar todo el mundo a medida que el mercado se globaliza. Segundo, evolución, que se debe a una necesidad creciente de flexibilidad, por un lado, para responder a una demanda, y por otro para tener una mejor reacción a los cambios que aparecen en los sistemas de fabricación. Estas evoluciones implican una modificación de la estructura de estos sistemas de fabricación, los cuales sufren cambios progresivos, modificando algunas veces inclusive la organización jerárquica de la empresa (Gamboa – Quintanilla, Cardin, & Castagna, 2012).
La mecatrónica permite un control de la producción centrado más al producto. Esta forma de producción se caracteriza por una arquitectura de control distribuida, donde cada parte del proceso es controlado por un centro de decisión, que están interconectados a través de una red “global”. Así se distribuyen las decisiones tomadas por el sistema entre los centros de decisión, y por lo tanto no están centralizados. Este reparto de inteligencia en todo el sistema es una ventaja que facilita el control del sistema (Gamboa – Quintanilla, Cardin, & Castagna, 2012). Esta nueva forma de producir ha permitido que el humano se centre cada vez más en un trabajo de supervisión que físico. Esta premisa no sólo es válida en el ambiente industrial sino también en muchos de los dispositivos que usamos de forma regular en nuestras actividades diarias. El automóvil es un buen ejemplo de cómo los sistemas mecatrónicos apoyan las actividades diarias. Tomemos el sistema de frenado: la fusión de la mecánica y la electrónica permite que el automóvil pueda frenar de forma independiente en cada rueda buscando que el control del auto se mantenga aún en situaciones que ameriten frenados abruptos.
Como se ha comentado, los sistemas mecatrónicos son tan variados y algunos ya tan comunes en nuestra vida diaria que no reparamos en su forma de funcionamiento “mecatrónico”, simplemente les usamos. Pongamos ahora el ejemplo de una lavadora. Este sistema básicamente debe mover la ropa en un ambiente acuoso para permitir que el flujo de agua se “lleve” las partículas que están agregadas a las fibras de la ropa, una vez que las partículas son separadas de las fibras, éstas serán retiradas usando el agua para transportarlas fuera del depósito (tina). Sin embargo, no sólo se debe “mover el agua” sino que se deben crear corrientes internas a cierta velocidad y con cierta secuencia para “limpiar” la ropa. Si entramos ahora al ciclo de secado (centrifugado), las lavadoras modernas se ajustan automáticamente para que aunque la ropa no esté homogéneamente acomodada, los giros no provoquen un movimiento sin control de todo el sistema; esto es llamado balanceo dinámico y las lavadoras lo realizan de forma automática. Hasta ahora se ha presentado solo la parte mecánica de la lavadora, sin embargo, los movimientos de la tina, la entrada de agua, la expulsión de la misma, así como la entrada del jabón y otros líquidos de limpieza, son controlados por un sistema electrónico, parecido a una computadora, que muchas veces determina de forma autónoma, tomando la cantidad de ropa y lo “sucia” que está, el ciclo de lavado.
En ambos casos cabe hacer notar que no le decimos al dispositivo exactamente qué hacer, sino que estos, usando sensores, son capaces de determinar lo que se necesita, desde dar más fuerza de frenado a una llanta que a otra, hasta determinar la duración de un ciclo de lavado. Esta forma de interacción máquina-humano permite que sistemas sofisticados puedan ser operados por personas sin un conocimiento técnico del sistema en si. Estos pequeños ejemplos son sólo una muestra de cómo la Mecatrónica está presente en los dispositivos que usamos a diario.
Conclusión
Los sistemas mecatrónicos aplicados permiten la fabricación de diversos productos usando una misma línea de producción, sin que ésta tenga que cambiar sustancialmente. Se podría decir que la mecatrónica dota de “inteligencia” a los sistemas de manufactura, finalizando con un producto que se adapta más a la necesidad específica de cada cliente. Por otro lado, la forma en que interactuamos con estos dispositivos también ha sido modificada por la mecatrónica, al permitir ésta una mejor comunicación entre el dispositivo y el humano.
Referencias
Gamboa – Quintanilla, F., Cardin, O., & Castagna, P. (2012). Evolution of a flexible manufacturing system: from communicating to autonomous product. 14th IFAC Symposium on Information Control Problemns in Manufacturing (pp. 710-715). Bucharest, Romania: IFAC.
Percival, J. C. (2009). Complementarities Between Advance Manufacturing Technologies. IEEE Transactions on Engineering Management , 56 (1), 115-128.
Reyes Cortés, F., Cid Monjaraz, J., & Vargas Soto, E. (2013). Mecatrónica – Control y Automatización. México, México: Alfaomega.
Tomizuka, M. (2002). Mechatronics: from the 20th to 21st century. Control Engineering Practice, 10, 877-886.
