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

A medida que más empresas manufactureras adoptan la tecnología preparada para la Industria 4.0, las nuevas tecnologías 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 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 aprovecharla para que sus soluciones de fabricación sean altamente competitivas.

La mecatrónica moderna es integrada y versátil.

La mecatrónica comprende sistemas y subconjuntos que combinan componentes mecánicos y electrónicos diversos para crear soluciones específicas. En el ámbito del movimiento, dos ejemplos son el ensamblaje y el transporte de productos, que se realizan mediante sistemas de movimiento lineal mecatrónicos y robots cartesianos. La integración de motores electrónicos, controles, sensores y componentes lineales es fundamental en la mecatrónica. Esta tecnología podría considerarse precursora de las tecnologías de la Industria 4.0.

La mecatrónica inteligente lleva este concepto más allá, ofreciendo soluciones completas que incorporan sensores avanzados y plataformas de control fáciles de usar. Estos sistemas proporcionan:

• 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 los datos de producción y del rendimiento
• Fácil conectividad con sistemas de gestión a nivel de máquina y de planta

Primer paso de la mecatrónica inteligente: Configuración en línea

Los sistemas mecatrónicos inteligentes son más rápidos y fáciles de diseñar y poner en marcha que los sistemas mecatrónicos anteriores. Esto resulta útil porque la mecatrónica, por su propia naturaleza, es bastante compleja, ya que requiere la consideración y dimensionamiento simultáneos de múltiples componentes lineales, accionamientos, controladores e interfaces de operador, y posteriormente su cuidadosa combinación.

El primer paso para especificar, adquirir y poner en marcha una máquina mecatrónica inteligente es aprovechar las herramientas en línea disponibles a través de los portales de los proveedores. Estas herramientas de configuración permiten a los ingenieros crear sistemas inteligentes listos para funcionar de inmediato, con una programación mínima. Por ello, resultan especialmente útiles para ingenieros con conocimientos básicos de accionamiento eléctrico e hidráulico (incluido el movimiento lineal) y control 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. Siguiendo las indicaciones de dimensionamiento y configuración, se pueden especificar todos los componentes de la solución mecatrónica completa —como un robot cartesiano, una prensa o una máquina de ensamblaje— en un solo paso. Esta opción permite a los ingenieros obtener una solución completa de un único proveedor, recibiendo 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”, mediante sensores para la monitorización del estado en tiempo real.

Consideremos cómo algunos fabricantes ofrecen kits de funciones mecatrónicas específicas para cada operación, que facilitan la monitorización. Por ejemplo, un kit para una prensa podría incluir un cilindro electromecánico, un servomotor, un motor, un controlador, sensores y software para el operador, permitiendo realizar operaciones de prensado y ensamblaje. Las máquinas construidas con este kit son fáciles de implementar, ya que los componentes incluyen el software operativo preinstalado y la parametrización automática lista para usar en el servomotor; por lo tanto, no se requieren conocimientos de programación de control de movimiento para poner la máquina en funcionamiento. El software cuenta con una interfaz gráfica de usuario (GUI) intuitiva que permite a los operadores crear secuencias de producción fácilmente, 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 asegurar que aplique la fuerza precisa para insertar las bolas en su alojamiento. Asimismo, los controles del sistema pueden realizar un control de calidad, asegurando que los actuadores ejecuten correctamente sus secuencias controladas con precisión. Dado que estas secuencias en una prensa se repiten cientos o incluso miles de veces por hora, el controlador del sistema registra y almacena las mediciones de cada ciclo de movimiento. Los operarios pueden utilizar las herramientas del controlador para visualizar los resultados del proceso. Estas visualizaciones pueden indicar si las fuerzas de prensado superaron o no los umbrales establecidos, y permiten analizar las curvas fuerza-desplazamiento en tiempo real en sus estaciones de trabajo. Estos datos permiten a los operarios experimentados mantener una alta calidad y productividad de fabricación sin necesidad de programación especializada ni desarrollo de análisis de calidad por parte de ingenieros de software expertos.

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

También se están implementando capacidades similares en otros escenarios de automatización industrial, incluidos sistemas de movimiento lineal como robots de manipulación cartesiana para operaciones de recogida y colocación o transporte. Estos sistemas 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 desarrollar sus propios conjuntos mecatrónicos mediante el pedido e integración de 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 común que el departamento de ingeniería mecánica se encargue de especificar y pedir un conjunto de componentes, mientras que el departamento eléctrico pide los suyos. Este tipo de acuerdos suponen un reto para el departamento de compras, y el personal de ingeniería debe encargarse de que todo encaje físicamente y de programarlo para garantizar su correcto funcionamiento.

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

Aunque el concepto de mecatrónica inteligente es muy intuitivo, es fundamental colaborar con proveedores de mecatrónica cuyos catálogos y experiencia en ingeniería abarquen la gama completa de componentes —productos de movimiento lineal, controladores, servomotores y software para operadores— necesarios para crear soluciones mecatrónicas completas y de alto rendimiento. También es importante evaluar la calidad y la facilidad de uso de sus herramientas de configuración para garantizar que se cumpla plenamente la promesa de la mecatrónica inteligente, de principio a fin. Esto ayuda a asegurar que los fabricantes de maquinaria y los usuarios finales puedan aprovechar al máximo las ventajas de la mecatrónica inteligente en sus operaciones, gracias a su facilidad de uso inmediata.