Introducción a la Mecatrónica
Sistemas Mecatrónicos
La mecatrónica: surge de la combinación de distintas ramas de la ingeniería como son la mecánica, la electrónica, la informática y los sistemas de control; el principal propósito es el análisis y diseño de productos y procesos automatizados.
Los procesos en general, cada vez utilizan más equipos complejos compuestos por sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos, los cuales interactúan entre sí para lograr que los sistemas productivos trabajen con mayor flexibilidad, versatilidad, confiabilidad, seguridad y menor coste.
Podemos clasificar los sistemas mecatrónicos de la siguiente forma:
CLASE I: los productos principalmente mecánicos de esta clase incorporan dispositivos electrónicos para mejorar su funcionalidad. El ejemplo más característico son los CNC. El torno fue una de las primeras máquinas a las que se le incorporaron esos dispositivos electrónicos.
CLASE II: Los sistemas mecánicos tradicionales incorporan la electrónica pero no combinan en gran manera el uso de la máquina con una interacción externa, por ejemplo: máquinas automáticas de costura.
CLASE III: Un sistema mecánico tradicional, pero sus mecanismos internos son reemplazados o sustituidos por electrónica (reloj digital).
CLASE IV: productos diseñados de forma controlada con tecnologías integradas mecánicas y electrónicas.
Diseño Mecatrónico
Cuando hablamos de diseño mecatrónico diferenciaremos entre:
El diseño secuencial: etapas claramente definidas y secuencias establecidas; con este diseño se define el proceso de forma completamente detallada, hasta que a este prototipo se le verifica, se le da el visto bueno y se puede realizar como proceso o producto.
El diseño concurrente: tiene un enfoque diferente para el desarrollo del producto. Varios equipos trabajan en diferentes partes del proceso al mismo tiempo. Este diseño se utiliza en procesos de gran complejidad definiendo la estructura de forma modular y dividiendo las tareas, pero con los mismos objetivos de dar un producto con grado alto de conformidad, de reducir el tiempo, etc.
Líneas de Producción Automáticas
La aplicación de estas líneas solo está indicada cuando hay una alta demanda del producto, un diseño estable del producto, una larga vida y su producción lleva múltiples operaciones.
La línea de producción automatizada consiste en múltiples estaciones enlazadas por sistemas de transferencia entre una y otra. La parte de trabajo original entra por un lado de la línea, el procesado es realizado secuencialmente al paso de cada una de estas estaciones.
Cada etapa hace operaciones diferentes y la secuencia de operaciones define la línea de producción.
TIPOS DE CONFIGURACIÓN DE LAS LÍNEAS DE PRODUCCIÓN AUTOMÁTICAS
El flujo se realiza de tres formas:
En línea: Secuencia de estaciones en una línea recta. Esta configuración es común para grandes piezas a maquinar, pero que requieren gran número de operaciones por lo que puede tener múltiples estaciones.
Segmento en línea: Consiste en dos o más líneas rectas de transferencia. Los segmentos suelen ser perpendiculares y suele ser así por el espacio disponible.
Rotacional: Partes del trabajo están fijas, alrededor de una mesa circular.
LINEAS DE ENSAMBLE AUTOMATIZADO
El ensamble automatizado se refiere al uso de dispositivos mecanizados y automatizados para realizar tareas de ensamble en una línea o en celdas de ensamblaje. Para que exista el ensamble automático debe de haber una alta demanda del producto.
Normalmente el ensamble automático suelen ser piezas pequeñas y la operación de ensamblaje no requiere grandes potencias y fuerzas mecánicas para su realización.
El ensamblaje automático puede ser clasificado:
Máquinas de ensamble en línea: Serie de estaciones de trabajo localizadas a lo largo de un sistema de transferencia en línea.
Máquinas de ensamble tipo dial: Los componentes son unidos a la parte base en las estaciones de trabajo colocadas alrededor de la periferia del dial.
Sistema de ensamble tipo carrusel: Es una mezcla entre el flujo de trabajo circular y el flujo ensamblaje en línea, también continúas sobre el movimiento del carrusel.
Máquinas de ensamble de estación simple: Esta máquina realiza el trabajo en una sola unidad partiendo de un componente base y recibiendo alimentación independiente pasando el ensamblaje a otra estación.
La Ingeniería Concurrente
Definición: Es el proceso de desarrollo de nuevos productos en el cual deben quedar implicados todos los departamentos, trabajando al unísono en la creación del producto. Conlleva una serie de técnicas de trabajo que permiten acortar considerablemente el tiempo de desarrollo de un producto, permitiendo reducir sus costes de calidad y mejorarlo.
Algunas de las ventajas de aplicar Ingeniería Concurrente, en el diseño de productos:
Los mercados más exigentes nos demandan productos bien acabados, atendiendo a la idea de hacer las cosas bien a la primera.
Soluciones cada vez con mayor rapidez en el mercado para adelantar a los competidores.
Maximizar la calidad del producto final, implicando unos costes y tiempos en el desarrollo inicial que posteriormente evitan costes y reduce tiempos en fases más tardías.
La Ingeniería Secuencial
Es un tipo de método de ingeniería de producción donde se completa un proyecto en un formato lineal. En la ingeniería secuencial, cada paso se trabaja en un orden determinado. Toda la atención se pone hacia la conclusión de la primera etapa del proyecto hasta que se haya completado. Una vez que el primer paso es completado, el equipo de ingeniería se moverá a continuación a la segunda etapa del proyecto. Existe un orden lineal, con el cual se completa un proyecto.
Ventajas y desventajas de la ingeniería secuencial
Ventajas en un ciclo de ingeniería secuencial: – En primer lugar, se trata de un método simple y bien definido y permite que cada uno permanezca en la misma página. – En segundo lugar, enfoque aplicado a la disciplina.
Desventajas: siempre hay cierta incertidumbre en el comienzo de un proyecto. Los cambios que se producen más tarde en el proyecto son difíciles, y muchas veces, caros.
El Diseño en Mecatrónica
En el proceso de diseño y desarrollo de productos existen tres fases principales.
La primera fase de Diseño consiste en concebir el producto a partir de las condiciones de borde que se han establecido para éste.
La segunda fase de Prototipo consiste en realizar el producto físicamente, tratando de que el prototipo resulte sea lo más cercano al diseño original, tanto desde el punto de vista estético como funcional.
La tercera fase de Industrialización consiste en pensar y definir cómo va a ser fabricado el producto, escogiendo el proceso de fabricación de los componentes, y el montaje del producto.
Organización de los Procesos
El flujo de trabajo
La relación proceso-producto
La estrategia del proceso
La evolución hasta la alta tecnología
Tipos de Procesos
Procesos productivos por proyecto o sin flujo: elaboración productos únicos, alto coste, trabajadores cualificados, maquinas genéricas y sin flujo continuo, ej; taller de elaboración y reparación de piezas para maquinas.
Procesos productivo por lote o de flujo por lotes: utilizar las mismas instalaciones para productos diferentes, cantidades diferentes, ej; fabrica de envases de leche.
Configuración job-shop: lotes pequeños y ejecución de varias operaciones distintas.
Configuración en línea o serie: grandes lotes con pocos productos diferentes.
Configuración por flujo continuo o producción continua: las maquinas ejecutan siempre las misma operaciones, se obtiene siempre el mismo producto.
Diagramas de flujo: nos permite representar de forma grafica los procesos de una empresa, observas las actividades, relación e incompatibilidades.
Ventajas: facilitan el análisis para una posible mejora, incluso se pueden añadir datos de materias primas.
Tipos de Diagramas
Bloques: visión general de las actividades y rápida comprensión del proceso.
Flujo: grado mayor del detalle, observación general y analizacion para mejoras del proceso.
Flujo y participantes: distintos participantes en el proceso, especifica lo que tiene que hacer cada participante.
De relación: área transfiere el proceso a otra área.
Flujo del proceso: situación cronológica de todas las operaciones de taller, maquinas o proceso.
Niveles de Automatización en el Proceso Productivo
Nivel de maquina: automatización de la maquina.
Nivel de célula o grupo: control automatizado de maquinas que trabajan coordinadamente.
Nivel de planta: donde se controla el automatizado de toda la planta de producción.
Nivel de empresa: cuando la automatización llega a toda la empresa incluyendo departamentos de gestiones y ventas.
Sistema automatizado: aquel capaz de reaccionar o hacer de forma automática o sin intervenir el operario, con sensores, pulsadores marcha paro, actuadores eléctrico neumáticos o hidráulicos.
Métodos de Diagnosis y Fallos
Diagnosis offline: realizar pruebas de verificación de funcionamiento correcto del sistema.
Diagnosis online: detección de fallos a través de un sistema de control que evalúa cada etapa del proceso.
a) sistema de diagnosis: auto diagnosis
b) sistema de diagnosis de fallo: PC externo conectado al sistema de control de autómata.
Proyecto
Proyecto: una serie de documentos que especifican y definen una obra.
PARTES DE UN PROYECTO:
Memoria: documento donde se describe y justifica el proyecto.
Planos: representación grafica del proyecto.
Planos de condiciones: condiciones técnicas, económicas, administrativas y legales para que no haya mala interpretación de los materiales.
Mediciones: define y determina las unidades de cada partida (no incluye dinero).
Presupuesto: coste económico para ejecutar el proyecto (gastos generales, impuestos, seguros, permisos y beneficio).
Todo proyecto debe ir firmado.
Etapas del Proyecto
Identificar finalidad del proyecto.
Identificar todas las alternativas.
Identificar la mejor solución posible que será en definitiva el proyecto.
Describir y justificar todas esas soluciones para su posible resolución.
Realizar de forma grafica todas esas soluciones.
Calcular el coste del proyecto.