Meccatronica e industria 4.0: significato, vantaggi, applicazioni e dati

La meccatronica è un approccio teorico-produttivo che applica diverse materie contemporaneamente e, nonostante sia relativamente recente, viene già applicato con successo in diversi ambiti dell’industria 4.0.

Meccatronica: significato

Il termine meccatronica apparve per la prima volta sul finire degli anni sessanta, utlizzato dall’azienda giapponese Yaskawa Electric Company, come naturale fusione delle due parole meccanica e elettronica. Tuttavia, fu necessario attendere fino al 1996 prima di ricevere una definizione esauriente, quella proposta da Fukada e Harashima. I due esplicano la meccatronica come l’integrazione sinergica tra:

• Ingegneria meccanica
• Elettronica
• Sistemi di controllo automatici

Quest’importante definizione evidenzia la rilevanza dell’integrazione tra queste tre discipline, facendo emergere come queste tre componenti non siano subordinate tra di loro, ma si bilanciano correttamente in fase di progettazione. Più precisamente la meccatronica è la disciplina che si occupa della creazione di processi d’integrazione cyber-fisica con lo scopo di poter migliorare determinate caratteristiche di sistemi, quali affidabilità e sicurezza, assieme alla loro flessibilità e produttività. Nelle applicazioni odierne il campo della meccatronica ha subito un’interessante evoluzione, aggiungendo anche l’informatica a questa formula con l’implementazione di tutta una serie di processi digitali. Utilizzata prevalentemente per la modellistica e per i sistemi di controllo, la meccatronica fa riferimento al Motion Control, applicato soprattutto nel campo della robotica.

Meccatronica – vantaggi e figure professionali

Le innovazioni apportate dalla meccatronica sono innumerevoli:

• Riduzione del time-to-market: i costruttori hanno la necessità di offrire la migliore qualità possibile in ciascuna fase di sviluppo del prodotto. Il time-to-market può essere ridotto grazie alla progettazione meccatronica, permettendo alle aziende di riadattare i loro processi per aumentare la flessibilità di progetto.
• Sviluppo di nuove tecnologie: in particolare sensoristica, visione industriale e intelligenza artificiale.
• Sviluppo di sistemi riprogrammabili: creazione e sviluppo di sistemi in grado di comunicare con l’esterno il proprio stato di funzionamento.
• Trasmissione veloce: attraverso il potenziamento del 5G.
• Sistemi connessi in ambiente virtuale: perfetti per il testing digitale di prototipi.

L’adozione di sistemi meccatronici ha fatto sì che nascessero anche delle figure professionali adeguate a svolgere determinati compiti. In particolare troviamo:

• Meccatronico: figura cardine del settore ed esperto di tutte e tre le discipline. Si occupa di riparare e scambiare in maniera autonoma i veicoli, con particolare considerazione a quelli più complessi e dotati di un motore sofisticato.
• Ingegnere meccatronico: si occupa della realizzazione di sistemi di controllo automatico facendo leva su particolari software come MATLAB e a centraline elettroniche per l’implementazione del sistema reale. Inoltre, è presente all’interno di ogni fase del progetto, dalle bozze fino alla definizione dei circuiti, passando per le simulazioni dei test.
• Tecnico meccatronico delle autoriparazioni: figura professionale incaricata di gestire l’aspetto tecnico di un’officina meccatronica. É in grado di riconoscere le esigenze del cliente e di sapere come pianificare e diagnosticare gli interventi necessari alla risoluzione di vari problemi.
• Elettrauto: lavora sia con attrezzi tradizionali, che con strumenti software e si occupa della parte elettronica di ogni macchina.

Meccatronica – applicazioni nell’industria 4.0

La meccatronica trova applicazione in numerosi settori:

• Oleodinamica: la meccatronica si applica in questo campo con l’integrazione intelligente, ossia tramite l’implementazione di sensori intelligenti, capaci di misurare vari parametri, quali temperatura e velocità. Oltre a un integrazione più smart, ritroviamo anche l’efficienza energetica, mostrando come la meccatronica venga impiegata in determinati sistemi per fornire costantemente lo stato del fluido idraulico. Infine, l’oleodinamica si serve di sistemi meccatronici per lo sviluppo di soluzioni in grado di gestire in maniera integrata sistemi distribuiti.
• Automotive: un elemento ormai di serie nelle automobili nasce dalla meccatronica ovvero l’ABS. Così come i computer di bordo che consentono al guidatore di avere un resoconto a 360 gradi dello stato del veicolo.
• Ingegneria robotica: in questo settore la meccatronica viene utilizzata per progettare e realizzare dispositivi ad alto livello di automazione. Interviene per un efficace connubio di sistemi meccanici, componenti elettronici e software informatici.
• Industria aerospaziale: qui la meccatronica viene impiegata per la fornitura di materiale militare e sviluppo di tecnologie per l’aviazione.

Meccatronica: alcuni dati

Nei prossimi anni il settore meccatronico troverà largo impiego in svariati ambiti come economia circolare, energy management e tech transfer.

Negli ultimi anni, inoltre, le aziende hanno iniziato a investire progressivamente sempre di più in questo settore: nel triveneto, circa il 75% delle aziende ha cominciato ad ampliare la proprie strutture di ricerca e sviluppo, assegnandogli tra il 2% e il 5% del loro fatturato. Inoltre, tra queste aziende, più del 51% si serve della robotica all’interno dei loro apparati. I processi meccatronici vengono suddivisi in:

• 75% destinati alla creazione dei prodotti
• 17,5% per processi interni di produzione
• 7,5% per altri utilizzi

Le tecnologie meccatroniche verranno accostate sempre di più a quelle digitali col graduale sviluppo di due macroaree: digital twins e big data/cloud.

Leggi anche l’articolo: Model Based Systems Engineering: caratteristiche, vantaggi e applicazioni