Meccatronica: Cos’è, a Cosa Serve e gli Ambiti Applicativi

La meccatronica combina meccanica ed elettronica per migliorare e automatizzare la produzione. Cos'è e quali figure professionali richiede.

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La meccatronica è una disciplina che ha segnato un’importante svolta nel campo dell’industria, fornendo nuovi strumenti e nuove tecnologie per ottimizzare la produzione e aumentare vertiginosamente il livello di automazione.
Ha origine dal mondo della modellistica, della simulazione e della prototipazione dei sistemi di controllo e contribuisce in maniera attiva a rendere un business più competitivo.

Vediamo in questo articolo di cosa si tratta e scopriamone ogni dettaglio.

Cos’è la meccatronica

La meccatronica è un insieme di tecniche finalizzate a combinare e far interagire tra loro l’elettronica, la meccanica e l’informatica per automatizzare al meglio i sistemi di produzione.
In origine rappresentava solamente il connubio tra meccanica ed elettronica, ma poi adeguandosi ai progressi tecnologici e all’evoluzione di queste discipline, si è inserita anche l’informatica inglobando poi man mano sempre più ambiti.

Questo intreccio di tecnologie nasce dalla necessità di creare dei prototipi e degli standard relativi alla modellistica del corpo, alla simulazione e alla prototipazione dei sistemi di controllo, in particolare di controllo del movimento.
Nello specifico si parla di Motion Control, che trova la sua principale applicazione nei campi della robotica, della biomeccanica, dell’automazione industriale e dell’avionica, un settore che comprende i sistemi meccanici degli autoveicoli.

La biomeccanica si concentra quindi sullo studio e lo sviluppo di metodi di controllo elettronici utili per gestire il movimento di organi meccanici. Offrendo alle industrie manifatturiere delle soluzioni per diventare più competitive sul mercato.
Contribuisce infatti in maniera attiva a migliorare la produttività, la flessibilità e la qualità dei prodotti, discostandosi dal processo di progettazione tradizionale, che prevede una rigida successione di fasi in cui gli aspetti meccanici, elettrici e informatici sono trattati separatamente e sequenzialmente e introducendo invece l’approccio meccatronico.
Come? Gestendo in maniera congiunta gli svariati processi di progettazione.

Meccatronica: un po’ di storia

Il termine Meccatronica viene utilizzato per la prima volta verso la fine degli anni Sessanta da un’azienda giapponese di nome Yaskawa Electric Company.
Nello specifico è l’ingegnere Tetsuro Mori a coniare la parola, che a tutti gli effetti può essere definita un esempio di Wasei-eigo, ossia un termine che indica particolari costruzioni linguistiche giapponesi nate dalla fusione con l’inglese e utilizzate esclusivamente in Giappone.

La parola viene brevettata ufficialmente come marchio nel 1971 con il numero 46-32714, per poi essere svincolata legalmente dalla società ed entrare a far parte del linguaggio comune a livello internazionale.
A darne una definizione completa e accurata sono però Fukada e Harashima nel 1996 che dichiarano “Meccatronica sono quei sistemi che presentano una integrazione sinergica di ingegneria meccanica, elettronica e sistemi di controllo intelligenti”.

Nel parlato, il termine meccatronica è oggi diventata una parola macedonia che indica elettromeccanica, automazione e robotica.

A cosa serve

Qual è, quindi, l’obiettivo della meccatronica?
Parlando dal punto di vista elettronico, è corretto dire che questa disciplina nasce in risposta alla necessità di combinare in una stessa applicazione i due aspetti delle grandezze elettriche, ossia l’informazione e l’energia.
Rappresentare l’informazione è infatti un procedimento fondamentale per eseguire le funzioni di controllo, mentre la capacità di trasportare energia è indispensabile per muovere gli organi meccanici.

Spostandoci invece in ambito meccanico, la meccatronica è ciò che consente di separare l’informazione dall’energia, due realtà che nelle applicazioni meccaniche tradizionali sono legate in maniera indissolubile.

Per semplificare si può rappresentare il classico sistema di controllo meccatronico come un anello chiuso costituito da diversi blocchi principali: l’impianto da controllare – come per esempio un motore elettrico, l’attuatore dell’impianto – come l’elettronica di potenza – e il controllore dell’impianto, progettato in un ambiente di simulazione e poi implementato su una centralina.
A completare il tutto c’è il sensore, necessario a misurare uno stato del sistema (ad esempio la velocità di rotazione del motore).

I vantaggi della meccatronica

La meccatronica, come abbiamo visto, ha introdotto diversi vantaggi:

• Forte sviluppo delle nuove tecnologie, tra cui spiccano la sensoristica, la visione industriale e l’intelligenza artificiale.
• Autonomia e flessibilità delle macchine.
• Nasce una rete interconnessa di macchinari capaci di gestire e arricchire il proprio know-how.
• Potenziamento della comunicazione e introduzione del 5G.
• Sviluppo di sistemi intelligenti programmabili e riconfigurabili in grado di comunicare all’esterno il proprio stato di funzionamento.
• Virtualizzazione dei sistemi e sviluppo di prototipi digitali utili per eseguire test.
• Monitoraggio in tempo reale grazie alla sensorizzazione e alla digitalizzazione.
• Integrazione di componenti intelligenti che migliorano l’interazione con le macchine automatiche.
• Accesso più semplice ai servizi.
• Possibilità per piccoli e grandi produttori di qualificarsi maggiormente a livello internazionale diventando più competitivi.
• Incremento delle prestazioni.

Le figure lavorative coinvolte

La nascita e lo sviluppo della meccatronica hanno fatto sì che potessero delinearsi e diffondersi delle figure professionali capaci di svolgere delle mansioni specifiche oggi necessarie per rispondere alle nuove esigenze di produzione.

Ecco le principali:

• Meccatronico: è la figura centrale di questo settore ed è a tutti gli effetti un esperto di informatica, elettronica e meccanica. In particolare si occupa di riparare e scambiare automaticamente i veicoli, prestando particolare attenzione ai mezzi di trasporto più complessi e dotati di un motore sofisticato. A supporto delle proprie mansioni sfrutta delle tecnologie software che consentono di interagire con le macchine.
  
• Ingegnere meccatronico: progetta e realizza i sistemi di controllo automatico affidandosi a strumenti software come MATLAB/Simulink e a centraline elettroniche utili a implementare il sistema reale e a verificarne il funzionamento. È esperto di progettazione, gestione e manutenzione dei sistemi meccanici con componenti elettroniche controllate da sistemi informatici e pertanto è colui che concretamente realizza i robot. Si occupa di ogni fase del progetto, dalle bozze alla definizione dei circuiti, dal prototyping alle simulazioni di test.
  Inoltre risolve eventuali malfunzionamenti o bug, gestendo anche la fase di revisione dell’intero processo.
  
• Tecnico meccatronico delle autoriparazioni: è il professionista incaricato di gestire l’aspetto tecnico di un’officina meccatronica. Riconosce le esigenze di produzione del cliente e sa come diagnosticare e pianificare gli interventi necessari a risolvere problemi di varia natura. È un operaio qualificato che ha poi intrapreso un percorso di specializzazione per apprendere le competenze specifiche di settore.
  
• Elettrauto: si occupa della parte elettronica dei veicoli – come il GPS integrato, il climatizzatore o i sedili che sfruttano l’elettricità – e lavora con attrezzi tradizionali e strumenti software.

Quali sono gli ambiti applicativi

Quali sono in concreto i campi dove la meccatronica può essere implementata con successo per puntare a crescita e sviluppo?
I settori sono numerosi e molto diversi tra loro, analizziamo i principali:

• Automotive: a partire dalla metà degli anni Settanta si è cominciato a studiare quali componenti meccaniche di un veicolo potessero essere sostituite con componenti meccatroniche per migliorare le prestazioni. È così che, per esempio, sono nati i sistemi per il controllo elettronico della frenata (ABS – Automatic Braking System) e per il controllo elettronico della accelerazione (TCS – Traction Control System). Frutto della meccatronica sono inoltre i computer di bordo, che consentono di avere una panoramica completa dello stato del veicolo, dalla velocità al consumo istantaneo.
  
• Ingegneria robotica: si affida alla meccatronica per studiare, implementare e realizzare macchine, dispositivi e congegni ad alto livello di automazione. Si occupa di integrare sistemi meccanici con componenti elettrici dotandoli di sistemi di controllo informatico con cui è possibile implementare algoritmi e programmi. In questo modo consente a un robot di svolgere compiti specifici che riproducono in automatico il lavoro umano.
  
• Industria aerospaziale: è l’industria che progetta, produce e commercializza gli aeromobili, i veicoli spaziali, i razzi e tutte le attrezzature associate. Va di pari passo con la fornitura di materiale militare e sviluppa tecnologie destinate all’aviazione e all’esplorazione spaziale.
  
• Industria elettronica: è una branca dell’industria manifatturiera che produce prodotti e componenti elettronici destinati ad altri settori industriali e commerciali, nonché al consumo domestico.