Los fabricantes de equipos originales (OEM) de sistemas de fabricación y los usuarios finales de automatización buscan constantemente avances tecnológicos que les faciliten la vida. Las innovaciones de la Industria 4.0 han impulsado una nueva clase de tecnologías inteligentes que combinan la electrónica digital con interfaces de comunicación para lograr mayor sofisticación, funcionalidad y facilidad de uso.

A medida que más empresas manufactureras adoptan tecnología preparada para la Industria 4.0, las tecnologías emergentes de mecatrónica inteligente dotan a las máquinas de mayor inteligencia y versatilidad. Estos sistemas avanzados también son más fáciles de especificar, solicitar e implementar que las opciones anteriores, lo que aumenta su valor para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los usuarios finales.

Comprender las capacidades de la mecatrónica inteligente puede ayudar a los ingenieros de diseño de sistemas a evaluar la mejor manera de aprovechar esta mecatrónica para hacer que sus soluciones de fabricación sean altamente competitivas.

La mecatrónica moderna está integrada y es versátil.

La mecatrónica se compone de sistemas y subconjuntos que combinan diversos componentes mecánicos y electrónicos para crear soluciones dedicadas a tareas específicas. En el ámbito del movimiento, dos ejemplos son el ensamblaje y el transporte de productos, que se realizan mediante sistemas mecatrónicos de movimiento lineal y robots cartesianos. La mecatrónica se basa en la estrecha integración de motores electrónicos, controles, sensores y componentes lineales. Podría considerarse precursora de las tecnologías de la Industria 4.0.

La mecatrónica inteligente lleva el concepto más allá, adoptando soluciones completas que incorporan sensores avanzados y plataformas de control intuitivas. Estos sistemas ofrecen:

• Datos en tiempo real sobre el rendimiento de la máquina
• Datos en tiempo real sobre la calidad de fabricación según corresponda
• Control y ejecución precisos de secuencias de movimiento.
• Seguimiento automatizado de datos de producción y rendimiento.
• Fácil conectividad con sistemas de gestión a nivel de máquina y de toda la planta

Mecatrónica inteligente, paso uno: configuración en línea

La mecatrónica inteligente es más rápida y sencilla de diseñar y poner en marcha que los sistemas mecatrónicos anteriores. Esto resulta útil porque, por su propia naturaleza, la mecatrónica es bastante compleja, ya que exige la consideración y el dimensionamiento simultáneos de múltiples componentes lineales, accionamientos, controladores e interfaces de operador, así como su combinación cuidadosa.

El primer paso para especificar, comprar y poner en marcha una máquina mecatrónica inteligente es aprovechar las herramientas en línea accesibles a través de los portales de los proveedores. Estas herramientas de configuración permiten a los ingenieros construir sistemas inteligentes listos para usar con una programación mínima, por lo que son quizás más útiles para ingenieros con conocimientos básicos de accionamiento eléctrico y de fluidos (incluido el movimiento lineal) y controles de movimiento. Los usuarios introducen parámetros como la carrera, el peso de la pieza y el tiempo de ciclo, lo que genera un resultado que puede verificarse en el entorno CAD de la herramienta en línea. Con las siguientes indicaciones de dimensionamiento y configuración, todos los componentes de la solución mecatrónica completa (como un robot cartesiano, una prensa o una ensambladora) se pueden especificar de una sola vez. Es una opción que permite a los ingenieros obtener una solución completa de un solo proveedor: reciben un sistema integrado con secuencias de movimiento preprogramadas, listo para su implementación inmediata.

Control operativo más inteligente y sencillo

La mecatrónica inteligente puede mejorar la productividad y la flexibilidad generalmente con procesos de producción “transparentes”, con sensores para el monitoreo de condiciones en tiempo real.

Basta con considerar cómo algunos fabricantes ofrecen kits de funciones mecatrónicas específicas para cada operación que facilitan dicha monitorización. Por ejemplo, un kit de funciones para una prensa puede incluir un cilindro electromecánico, un servoaccionamiento, un motor, un controlador, sensores y un software de operador para facilitar las operaciones de prensado y ensamblaje. Las máquinas construidas con este kit de funciones son fáciles de implementar, ya que los componentes vienen con software operativo preinstalado y parametrización automática lista para ejecutarse en el servoaccionamiento, por lo que no se requieren conocimientos de programación de control de movimiento para poner la máquina en línea. El software cuenta con una interfaz gráfica de usuario (GUI) de arrastrar y soltar que permite a los operadores crear intuitivamente secuencias de producción, como, por ejemplo, el prensado de rodamientos de bolas en una carcasa.

Además, la máquina puede incorporar un sensor de fuerza integrado para medir y monitorizar las operaciones. Por ejemplo, en una prensa de rodamientos, estos sensores podrían monitorizar el actuador lineal para garantizar que aplique la fuerza exacta para insertar las bolas en su alojamiento. Los controles del sistema también pueden ejecutar el control de calidad, garantizando que los actuadores ejecuten correctamente sus secuencias controladas con precisión. Dado que estas secuencias en una prensa suelen repetirse cientos o incluso miles de veces por hora, el controlador del sistema registra y almacena las mediciones de cada ciclo de movimiento. Los operadores pueden utilizar las herramientas del controlador para crear visualizaciones de los resultados del proceso. Estas visualizaciones pueden mostrar si las fuerzas de prensado superaron o no los umbrales del proceso, y permiten a los operadores analizar las curvas de fuerza-desplazamiento en tiempo real en sus estaciones de trabajo. Estos datos permiten a los operadores de máquinas experimentados mantener una calidad y productividad de fabricación óptimas sin necesidad de programación especializada ni desarrollo de análisis de calidad por parte de ingenieros de software expertos.

Además, los datos también se pueden exportar a través de interfaces del sistema a sistemas de análisis de fabricación basados ​​en la nube o en toda la planta... lo que convierte al sistema mecatrónico inteligente en un componente integral de la plataforma Industria 4.0 de una empresa.

También se están implementando capacidades similares para otros escenarios de automatización de fábricas, incluyendo sistemas de movimiento lineal como robots de manipulación cartesianos para operaciones de recogida y colocación o transporte. Utilizan herramientas de configuración en línea similares para dimensionar y especificar todos los módulos lineales, actuadores y efectores finales, cableado, sensores, accionamientos eléctricos y controladores necesarios para sistemas de manipulación completos.

Aplicaciones de mecatrónica inteligente en acción

La mecatrónica inteligente demuestra cómo la tecnología sofisticada puede resolver problemas de ingeniería complejos de forma más sencilla. En un escenario industrial común, los fabricantes de maquinaria suelen intentar desarrollar sus propios conjuntos mecatrónicos solicitando e integrando componentes separados: actuadores lineales, controladores, fuentes de alimentación, efectores finales, etc. Este proceso suele ser engorroso y lento.

En muchas empresas o integradores de sistemas, es habitual que el grupo de ingeniería mecánica se encargue de especificar y solicitar un conjunto de componentes, mientras que el grupo eléctrico realiza el pedido de los suyos. Estas gestiones suponen un mayor reto para el departamento de compras, y el personal de ingeniería se encarga de que todo encaje físicamente y lo programe para garantizar su correcto funcionamiento.

El concepto de mecatrónica inteligente cambia ese paradigma y, en el proceso, libera a los ingenieros para que puedan dedicar tiempo y recursos a cuestiones de diseño más complejas y desafiantes. Sin duda, las ventajas que ofrece la tecnología de mecatrónica inteligente ayudarán a los fabricantes a construir sistemas más listos para la producción con la inteligencia y la tecnología de sensores integradas para cumplir con los requisitos de la Industria 4.0.

Si bien el concepto de mecatrónica inteligente es muy intuitivo, es fundamental trabajar con proveedores de mecatrónica cuyas carteras y experiencia en ingeniería abarquen toda la gama de componentes (productos de movimiento lineal, controladores, servoaccionamientos y software de operador) necesarios para construir soluciones mecatrónicas completas y de alto rendimiento. También es fundamental evaluar la calidad y la facilidad de uso de sus herramientas de configuración para garantizar que la facilidad de uso que prometen los movimientos de mecatrónica inteligente, de principio a fin, se cumpla plenamente. Esto ayuda a garantizar que los fabricantes de maquinaria y los usuarios finales puedan aprovechar al máximo las ventajas de la tecnología "plug-and-produce" de la mecatrónica inteligente en sus operaciones.