Metodologa en Proyectos Mecatrnicos

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    07-Jul-2015

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Metodologa en Proyectos Mecatrnicos IndustrialesVargas Soto Jos EmilioCentro de Ingeniera y Desarrollo Industrial Pie de la Cuesta 702, Col. Desarrollo San Pablo, C.P. 76130 Quertaro, Qro emilio@mecatronica.netResumen En la conferencia se muestra el origen y la evolucin que ha tenido la Ingeniera Mecatrnica. El autor muestra una metodologa que ha desarrollado a lo largo de su profesin, la cual ha resultado ser de utilidad en el desarrollo de proyectos de innovacin en maquinaria industrial. Se muestra la organizacin de actividades asociadas a la realizacin de proyectos bajo un enfoque de integracin de tecnologas, as como los requerimientos y resultados ms significativos de sistemas mecatrnicos desarrollados para diversas aplicaciones de tipo industrial. Palabras clave: Mecatrnica, Automatizacin Industrial. 1. Introduccin Dentro de ambiente de diseo de productos o procesos, es comn distinguir mtodos o tcnicas para resolver problemas especficos en Ingeniera, especialmente cuando se trata de sistemas en donde incide ms una disciplina que otra. Sin embargo, la evolucin de las mquinas y las tcnicas asociadas a su diseo muestran que existen dificultades para lograr integrar tcnicas y mtodos que han funcionado bien de forma aislada, pero que en diseos especiales, principalmente en aquellos en donde se combinan efectos de diferente naturaleza, aplicar las tcnicas de diseo convencional no siempre son la mejor alternativa para solucionar los problemas de diseo[1]. En este sentido, hace ms de veinte aos se inici en Japn una disciplina de Ingeniera orientada a resolver problemas mecnicos y electrnicos en el diseo de productos [2]. A esta disciplina se le denomin: Mecatrnica, y consisti en integrar tcnicas de diseo mecnico, considerando la interaccin de dichos sistemas con los componentes electrnicos. En Europa, hace una dcada la mayora de los Ingenieros no conocan bien, o tenan poca idea de lo que significaba la mecatrnica, ya que esta se consideraba como una forma de diseo revolucionaria, pero no muy clara. Sin embargo, para algunos grupos europeos result sumamente interesante esta nueva forma de diseo, por lo que se crearon diversas asociaciones como The Danish Mechatronics Association, The Mechatronics Group of Finland, The Hungarian Mechatronics Association, y diversos centros de Diseo en Italia,I Congreso y Taller Internacional de Mecatrnica (http://www.amimecatronica.org.mx/).

Inglaterra, Alemania y Suecia, principalmente [3]. En Estados Unidos de Amrica, en la ltima dcada se han efectuado diversos eventos orientados a conocer y a difundir la Mecatrnica [4], as mismo se ha intentado formar Ingenieros con algn conocimiento sobre la Mecatrnica. A pesar del inters, se han tenido problemas ya que principalmente se han creado materias o mdulos en donde se incluyen estudios de microprocesadores o aplicaciones de microcontroladores y sensores, los cuales no son suficientes para lograr una metodologa clara de integracin. Universidades como Colorado State, Georgia Institute of Technology, University of Washington, Iowa University, Purdue University ofrecen algunos cursos sobre mecatrnica, pero han sido pocos los resultados por ofrecer una licenciatura. En muchos casos, la estructura operativa de las universidades no les ha permitido abrir una licenciatura, debido a que primero se debe crear un Departamento de Mecatrnica. A pesar de estos problemas, diversas universidades ofrecen estudios de licenciatura en Ingeniera con especialidad en el Diseo de Sistemas Electromecnicos, como la Universidad de Ohio. El hecho de que este tipo de disciplinas se desarrolle en las Universidades e Institutos es importante para lograr una formacin y un cambio en la manera en que las personas efectan diseos de mquinas complejas, as tambin como desarrollar habilidades de integracin que les permita una mayor eficiencia en el proceso de diseo.

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I Congreso y Taller Internacional de Mecatrnica, 2005

2. Ingeniera Mecatrnica en Mxico La historia de la Mecatrnica en Mxico inicia a principios de los 90, cuando la Universidad Anhuac del Sur (UAS) ofrece la primera licenciatura en Ingeniera Mecatrnica. Aos ms tarde, en 1997 la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera y Tecnologa Avanzadas del Instituto Politcnico Nacional inicia la formacin a nivel profesional en Mecatrnica. Posteriormente, a inicios del nuevo milenio, el Instituto Tecnolgico Superior y de Estudios Superiores de Monterrey ofrece tambin esta opcin educativa, as como el Sistema de Institutos Tecnolgicos, y la misma Universidad Nacional Autnoma de Mxico. A finales de los 90s, algunas Instituciones brindan estudios ms completos de la Mecatrnica mediante diplomados y cursos de especializacin en postgrado, como es el caso del Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey en colaboracin con la empresa FESTO. En las mismas fechas, otras Universidades brindan estudios similares mediante carreras como Ingeniera Ciberntica y en Sistemas Computacionales, como es el caso de la Universidad la Salle. Recientemente, el sistema de Universidades Tecnolgicas, y los Institutos Superiores han abierto la posibilidad de estudiar mecatrnica en sus sistemas educativos. As mismo, se han creado diversos Departamentos de Mecatrnica en Universidades y Centros de Investigacin y Desarrollo, los cuales se encuentran en los primeros aos de operacin. Opciones de estudio a nivel postgrado en Mecatrnica se ofrecen en el CINVESTAV del Instituto Politcnico Nacional en Cd. de Mxico, en Centro de Ingeniera y Desarrollo Industrial del Estado de Quertaro, en el Centro Nacional de Actualizacin Docente en Cuernavaca, en la Universidad Modelo de Mrida, principalmente [5]. 3. Metodologa El propsito de tener una metodologa que nos permita desarrollar mquinas de tipo mecatrnico, es decir mquinas en donde los sistemas mecnicos, electrnicos y computacionales convergen de forma significativa en el diseo de la mquina, es que dicha metodologa nos ayudar a: Reducir los tiempos de diseo e implantacin Reducir los costos asociados al diseo y la implantacin.

Tener un orden de actividades en un proyecto integral Visualizar la direccin de un proyecto

La Fig.1 muestra la relacin de algunas actividades generales asociadas al desarrollo de una mquina de este tipo.

Fig.1 Diagrama de actividades generales La Fig.1 nos indica de forma general las actividades asociadas al desarrollo de una mquina diseada bajo el concepto de la mecatrnica. En esta metodologa, el punto de partida es la modelacin cinemtica y dinmica asociada al mecanismo que se desea analizar. Todas las actividades se encuentran en su conjunto integradas para obtener resultados que permitan una evolucin hacia la creacin del prototipo. Por lo general se utilizan diversas herramientas o tcnicas computacionales para lograr resultados de diseo, manufactura y control que permitan una reduccin de tiempo y costo de prototipo, as como un aseguramiento de su funcionamiento. El uso de estas herramientas y tcnicas dependern del tipo de problema a resolver, en otros casos, de la infraestructura con la que se cuenta para realizar el proyecto, o bien de la experiencia de los participantes en el proyecto, principalmente. Para cada uno de estos casos es fundamental justificar de forma objetiva la utilizacin de las tcnicas que

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se aplicarn, as como la forma en que se integrarn en las actividades al proyecto. 3. Especificaciones tcnicas de diseo. En el quehacer de la Ingeniera de Proyectos el resultado en el diseo de un producto, es una definicin de formas, materiales y caractersticas que cubren con una cierta expectativa. Es fundamental tener una definicin cuantitativa y cualitativa de las especificaciones tcnicas que se esperan cubrir, de otra forma se podran realizar productos que estn fuera de una especificacin deseada. En general, las especificaciones tcnicas nos permiten verificar si el producto cubre los requerimientos que por diseo se han considerado. Dichas especificaciones pueden ser muy particulares, dependiendo del producto, dispositivo o mquina que se trate. Haciendo un esfuerzo por mostrar solo algunas especificaciones tcnicas de tipo general, tenemos: Geometra de producto Dimensiones y tolerancias Pruebas de aceptacin Propiedades fsicas (color, peso, etc.) Propiedades qumicas Capacidad de fuerza Rendimiento Formas de alimentacin Sensibilidad Interfaz Hombre/Mquina Medio de almacenamiento Velocidad de respuesta De seguridad Parmetros de operacin Materiales No. de ciclos de operacin 4. Desarrollos Industriales Durante la conferencia se muestran diversas aplicaciones de la metodologa utilizada por el autor. En donde los proyectos que se presentan hacen uso de una integracin tecnolgica importante, as como de investigacin aplicada, segn el caso de problema a resolver. Se describe brevemente el proyecto de un manipulador neumtico para aplicaciones de limpieza en lneas areas de alta tensin, una mquina formadora de separadores para una empresa que fabrica botes de shampoo, un dispositivo que sirve para dar un tratamiento mediante estimulacin elctrica a la carne de venado sacrificado, un pequeo robot

utilizado para inspeccin en grandes tanques contenedores de combustible, y mesas de prueba para diversos equipos de manufactura automatizada [6],[7] y [8].

Fig.2 Maquina formadora de separador de cartn 5. Referencias E. Vargas., Metodologa Aplicada al Desarrollo de Mquinas Mecatrnicas , Congreso Latinoamericano de Instrumentacin y Control de Procesos. Universidad Autnoma de Quertaro. August 2000, Mxico. [2] Comerford R., Mecha...what?, IEEE Spectrum, Tutorial/Design, August 1994. [3] Memis A., Robert M. Parking, Engineering Education for Mechatronics, IEEE Transactions on Industrial, Electronics, Vol.43, No.1, February 1996. [4] Stanford University, Proc. Workshop Mechatronics Education, Stanford University, USA, July 21, 1994. [5] AMM, http://www.mecamex.net Pagina electrnica de la Asociacin Mexicana de Mecatrnica A.C., Fecha de consulta: Febrero 2005 [6] Kiyama F., Vargas E., Modelo Termomecnico Para Un Manipulador Tipo Dielctrico , Revista Internacional Informacin Tecnolgica, 2004, Vol. 15, No. 5, ISSN- 0716-8756. [7] Vargas E, Rodrguez W., An Innovative Automatic Machine To Manipulate Sheet of Cardboard, Memorias del 2 Congreso Internacional en Innovacin y Desarrollo Tecnolgico, IEEE Seccin Morelos - AMIME. Noviembre 15-19, 2004, Cuernavaca, Morelos. Mxico [8] Ramrez A., Solano J., y Vargas E., Robot Mvil para Medir Espesores de Pared Ferromagntica por Ultrasonido VIII Congreso Anual SOMIM-1er Congreso Anual [1]

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de la Academia de Ingeniera, Septiembre 2002, Monterrey N.L.