Los fabricantes de equipos originales (OEM) y los usuarios finales de automatización de sistemas de fabricación actuales buscan constantemente avances tecnológicos que les faciliten la vida. Las innovaciones de la Industria 4.0 han impulsado una nueva generación de tecnologías inteligentes que combinan electrónica digital e 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 tecnologías emergentes de mecatrónica inteligente dotan a las máquinas de mayor inteligencia y versatilidad. Estos sistemas avanzados también son más fáciles de especificar, pedir 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 aprovechar esta tecnología 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 diseñadas para tareas específicas. En el ámbito del movimiento, dos ejemplos son el ensamblaje y el transporte de productos, tareas que se realizan mediante sistemas de movimiento lineal mecatrónicos y robots cartesianos. La clave de la mecatrónica reside en la estrecha integración de motores electrónicos, controles, sensores y componentes lineales. La mecatrónica podría considerarse precursora de las tecnologías de la Industria 4.0.

La mecatrónica inteligente lleva el concepto más allá, adoptando la forma de soluciones completas que incorporan sensores avanzados y plataformas de control fáciles de usar. 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 los datos de producción y del rendimiento
• Fácil conectividad con sistemas de gestión a nivel de máquina y de toda la planta.

Mecatrónica inteligente, primer paso: 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, por su propia naturaleza, los sistemas mecatrónicos son bastante complejos, lo que exige considerar y dimensionar simultáneamente múltiples componentes lineales, accionamientos, controladores e interfaces de operador, y luego combinarlos cuidadosamente.

El primer paso para especificar, adquirir 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 crear sistemas inteligentes listos para operar de inmediato con una programación mínima, por lo que resultan especialmente útiles para ingenieros con conocimientos básicos de actuación eléctrica e hidráulica (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. Mediante las indicaciones de dimensionamiento y configuración, se pueden especificar de una sola vez todos los componentes de la solución mecatrónica completa, como un robot cartesiano, una prensa o una máquina de unión. 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 mediante procesos de producción "transparentes" y con sensores para la monitorización del estado en tiempo real.

Consideremos cómo algunos fabricantes ofrecen kits de funciones mecatrónicas específicas para cada operación, que permiten realizar este tipo de 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, que permite realizar operaciones de prensado y ensamblaje. Las máquinas construidas con este tipo de kits son fáciles de implementar, ya que los componentes vienen con el software operativo preinstalado y la parametrización automática lista para ejecutarse en el servomotor; por lo tanto, no se requieren conocimientos de programación de control de movimiento para poner la máquina en marcha. El software cuenta con una interfaz gráfica de usuario (GUI) intuitiva que permite a los operadores crear secuencias de producción, como por ejemplo, prensar rodamientos de bolas en una carcasa.

Además, la máquina puede incluir 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 aplica la fuerza precisa para insertar las bolas en su alojamiento. Asimismo, los controles del sistema pueden realizar 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 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 del proceso, y permiten a los operarios 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 se pueden exportar a través de interfaces del sistema a sistemas de análisis de fabricación basados ​​en la nube o a nivel de planta, lo que convierte al sistema de mecatrónica inteligente en un componente integral de la plataforma 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 cartesianos para manipulación, utilizados en operaciones de recogida y colocación o transporte. Estos sistemas emplean herramientas de configuración en línea similares para dimensionar y especificar todos los módulos lineales, actuadores, 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 una manera más sencilla. En un escenario industrial común, los fabricantes de maquinaria suelen intentar desarrollar sus propios conjuntos mecatrónicos mediante la adquisición e integración de componentes separados: actuadores lineales, controladores, fuentes de alimentación, efectores finales, etc. Este proceso suele ser engorroso y requiere mucho tiempo.

En muchas empresas o integradores de sistemas, es común que el grupo de ingeniería mecánica se encargue de especificar y solicitar un conjunto de componentes, mientras que el grupo eléctrico solicita los suyos. Este tipo de acuerdos suponen un mayor reto para el departamento de compras, y el personal de ingeniería tiene la tarea de lograr que todo encaje físicamente y programarlo para garantizar su correcto funcionamiento.

El concepto de mecatrónica inteligente transforma 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 la inteligencia y la tecnología de sensores integradas para satisfacer las exigencias de la Industria 4.0.

Aunque el concepto de mecatrónica inteligente es muy intuitivo, sigue siendo importante trabajar con proveedores de mecatrónica cuyas carteras de productos y experiencia en ingeniería abarquen toda la gama de componentes —productos de movimiento lineal, controladores, servomotores y software de operador— necesarios para construir soluciones mecatrónicas completas y de alto rendimiento. También es importante evaluar la calidad y la facilidad de uso de sus herramientas de configuración, para asegurar que la facilidad de uso prometida por la 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 mecatrónica inteligente, que permite la integración y producción inmediata, en sus operaciones.