INGENIERÍA MECATRÓNICA EN LA AUTOMATIZACIÓN DE

PROCESOS

Dr. Pedro Bañuelos SánchezDepartamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica.

Simposium de Ingeniería. Instituto Tecnológico de Toluca. Noviembre 2008

AGENDA

• Introducción• Automatización• Automatización flexible• Producción alternativa de energía

eléctrica• Estudios de mecatrónica en la UDLA• Conclusiones

MECATRÓNICA

• El término Mecatrónica se usa para describir la integración de sistemas de control basados en microprocesadores, sistemas eléctricos y sistemas mecánicos

• Su desarrollo ha sido vertiginoso dadas las crecientes demandas de la industria y desarrollo tecnológico

• Sin embargo, se requieren fuertes conocimientos en ciencias básicas, como física y matemáticas, y amplia visión tecnológica. La electrónica de potencia toma un papel preponderante!

CÁMARA FOTOGRÁFICA

Elementos básicos del sistema de control de una cámara fotográfica

1. Amortiguador

2. Resorte

3. Unión Universal

4. Cubierta del diferencial

5. Brazo de control

6. Los brazos oscilan con respecto a las ruedas

SUSPENSIÓN AUTOMOTRIZ

Aunque la Clase C se ha caracterizado siempre por su elevado nivel de confort, nuestros ingenieros se han propuesto

superar todas las expectativas. Para lograrlo la han equipado por vez primera con un sistema de amortiguación selectivo.

AGILITY CONTROL, que forma parte del equipamiento de serie, ajusta la dureza de los amortiguadores a la situación de

conducción y a las condiciones de la calzada, de forma totalmente automática y para cada rueda. El vehículo se

desplaza así con una suavidad sensiblemente mayor que con amortiguadores convencionales, especialmente cuando el

firme está en malas condiciones.

Sistema de una lavadora

Elementos de un sistema de control en lazo cerrado

Galgas extensiométricas

Sensor de proximidad capacitivo

LVDT

Codificador incremental

¿POR QUÉ AUTOMATIZAR?

AUTOMATIZACIÓN:Producción en grandes lotes

• Una tecnología ahorradora de trabajo• Producción en serie• Desarrollo de trabajo peligroso o

monótono• Aplicable a la producción de bienes

industriales • Accesible a países industrializados y

en vías de industrialización

AUTOMATIZACIÓN: Producción en grandes lotes

• Utilización de máquinas computarizadas

• Producción de artículos complejos• Producción de grandes lotes del

producto• Producto homogéneo

INDUSTRIA DE LA ROPA

• Grandes cantidades de ropa• De todo género• De toda edad• De todo gusto• De acuerdo al poder económico• Utilización de máquinas que solo

pueden hacer ciertos modelos

INDUSTRIA DE LA ROPA

INDUSTRIA DE LA ROPA

INDUSTRIA MUEBLERA

• Grandes cantidades de muebles• De todo género• Para toda edad• De todo gusto• De acuerdo al poder económico• Utilización de máquinas que solo

pueden hacer ciertos modelos

INDUSTRIA MUEBLERA

INDUSTRIA MUEBLERA

• Esta industria a cambiado significativamente

• Producción en serie• Muebles hechos por partes• Almacenaje optimizado• Montaje del mueble en el lugar de

consumo

INDUSTRIA MUEBLERA

INDUSTRIA MUEBLERA

INDUSTRIA MUEBLERA

INDUSTRIA AUTOMOTRIZ

• Ensamblado del auto• Utilización extensiva de robots• Eliminación de trabajos peligrosos

y monótonos• Alto grado de precisión• Seguridad• Resistencia

INDUSTRIA AUTOMOTRIZ

Conversión de la energía

• Convertidores de potencia– Convertidor CA/CD, rectificador– Convertidor CD/CD– Convertidor CD/CA, inversor– Convertidor CA/CA

– Circuitos correctores de factor de potencia

Circuito Rectificador

• Convertidores estáticos de potencia más eficientes:– Inversores monofásicos– Inversores trifásicos– Inversores multinivel– Cargadores de baterías– Fuentes ininterrumpibles de energía

Inversor medio puente

Inversor puente completo

Inversor multinivel

Voltaje de salida de un invesor multinivel

INDUSTRIA DE MANUFACTURACIÓN DE PIEZAS METAL-MECÁNICAS

• Grandes cantidades de piezas exactamente iguales

• Enorme precisión en su manufacturado

• Materiales muy específicos para su construcción

EL CAMBIO EN LOS PRODUCTOS

• Especificaciones del producto• Productos más complejos: maquinaria

más universal y flexible• Grado de complejidad del producto:

indicativo del grado de desarrollo del país

• Grado de especialización en el producto es indicativo del grado de especialización de la fuerza de trabajo

ATOMATIZACIÓN FLEXIBLE:Producción en pequeños lotes

• TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN– Máquina-herramienta de control

numérico computarizado (MHCNC)– Manufactura con asistencia de la

computadora (MAC)– Diseño con la asistencia de la

computadora (DAC)– Robots

Máquina-herramienta de control numérico computarizado (MHCNC)

• Máquina-herramienta para tareas de maquinado de acuerdo a una cinta de instrucciones

• Utilización de computadora• Llegada a América Latina a partir de

1977

Manufactura con asistencia de la computadora (MAC)

• Conjunto de sistemas de computo enlazados entre sí para coordinar las instalaciones manufactureras en su totalidad

• Incluye MHCNC, robots, flujo de productos procesados, transporte interno

Diseño con la asistencia de la computadora (DAC)

• Diseño de objetos por computadora• Capacidad interactiva y de

graficación• Visión de los diseños de manera

multidimensional• Visión de los objetos para su

maquinado real

ROBOTS

• “Manipulador reprogramable y multifuncional, para mover materia, partes, herramientas o aparatos especializados a través de movimientos variables programados para el desempeño de diversas tareas”

• Funciones principales: tareas peligrosas, insalubres, o en extremo tediosas

• Pueden operar 24 hrs sin fatiga ni demanda de aumento de salario.

AUTOMATIZACIÓN FLEXIBLE

• Permite la elaboración de un producto más personal, individual, a un costo unitario aproximado al de un producto uniforme, producido en masa

• Satisface las preferencias de los clientes sofisticados y hace posible la maximización de utilidades y el mejor logro de objetos individuales

GENERACIÓN ALTERNATIVA DE ENERGÍA ELÉCTRICA

• Generación eólica• Generación fotovoltaica

Generación de energía eléctrica por la fuerza del viento

ENERGÍA SOLAR

• Un módulo fotovoltaico está formado por un conjunto de células fotovoltaicas fabricadas por silicio, y es capaz de suministrar de forma ininterrumpida y permanente una diferencia de potencial, con el único requisito de ser expuesto a la radiación electromagnética de la luz solar

ESTUDIOS EN MECATRONICA EN LA UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS PUEBLA

• Robots rastreadores• Robots escaladores• Diseño de prótesis para extremidades

humanas• Robots para detección y apagado de

incendios• Turbinas para la generación eléctrica

CONCLUSIONES

• La concentración del diseño y conocimiento acerca de la producción, así como la producción misma, significan un poder económico monopólico

• Puede causar dependencia tecnológica en aquellas empresas y países que no posean el conocimiento técnico, o que solo lo tienen parcialmente

• Se requiere desarrollar tecnología propia para consolidar un país independiente