Plan de estudios de la Especialización en Ingeniería Mecatrónica

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1 Subsecretaría de Educación Superior Dirección General de Educación Superior Tecnológica Instituto Tecnológico de Nuevo León Plan de estudios de la Especialización en Ingeniería Mecatrónica Semestre I Semestre II Básica I Optativa II Básica II Seminario II Seminario I Tesina Optativa I Estancia Créditos: 22 Acumulados: Para las materias optativas ver Subsección Las materias de Seminario I, II y Tesina son obligatorias La estancia se realiza en el segundo semestre de la especialización con una duración recomendada de tres meses Av. Eloy Cavazos 2001, Col. Tolteca, C.P Cd. Guadalupe, N.L. Tels. y Fax , Facebook: Difusión Itnl,

2 Área en Ingeniería Mecatrónica En la presente área del conocimiento se incluyen los Planes de estudio de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica, Maestría en Ingeniería Mecatrónica, Especialización en Ingeniería Mecatrónica y Especialización en Diseño Mecatrónico. Las siguientes líneas de trabajo o investigación son soportadas por el conjunto de asignaturas que se presenta a continuación: a) Automatización b) Sistemas térmicos y mecánicos c) Sistemas Optomecatrónicos d) Robótica y conversión de la energía e) Conversión de la energía f) Robótica y automatización procesos g) Diseño y manufactura de sistemas mecánicos h) Diseño de circuitos de control para sistemas automatizados i) Automatización de procesos j) Sistemas mecatrónicos en manufactura Asignaturas básicas 1. MECÁNICA BÁSICA 2. MATEMÁTICAS 3. FUNDAMENTOS DE MECATRÓNICA 4. ELECTRÓNICA BÁSICA 5. COMPUTACIÓN BÁSICA Asignaturas optativas 1. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA I 2. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA II 3. TÓPICOS AVANZADOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA 4. INSTRUMENTACIÓN Y DISEÑO DE INTERFASES 5. SISTEMAS DE AUTÓMATAS 6. MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA 7. DISEÑO DE SISTEMAS MECATRÓNICOS 8. MÁQUINAS ELÉCTRICAS 9. IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS 10. CONTROL DE PROCESOS 11. PROTOTIPOS MECATRÓNICOS 12. LABORATORIO VIRTUAL DE PROCESOS 13. SUPERVISIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 14. CONTROL ADAPTABLE 15. DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA 16. SENSORES Y ACTUADORES INTELIGENTES 17. TRANSFERENCIA DE CALOR 18. CONTROL INTELIGENTE DE SISTEMAS MECATRÓNICOS 19. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE IMÁGENES 20. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA III 21. SISTEMAS DINÁMICOS 22. DISEÑO DE SISTEMAS INCRUSTADOS 23. DISEÑO MECÁNICO 24. CONTROL DIGITAL DE SISTEMAS 25. AUTOTRÓNICA I 26. AUTOTRÓNICA II 27. SOFTWARE EMBEBIDO 28. DIAGNÓSTICO DE FALLAS 29. CELDAS DE COMBUSTIBLE 30. ELECTRÓNICA DE POTENCIA 31. ROBÓTICA 32. OPTOMECATRÓNICA 33. OPTOELECTRÓNICA 34. INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS 35. ANÁLISIS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS MEDIANTE ELEMENTO FINITO 36. INTRODUCCIÓN A SISTEMAS MICRO- ELECTROMECÁNICOS

3 MECÁNICA BÁSICA ASIGNATURAS BÁSICAS Desarrollar las competencias básicas en el conocimiento de la mecánica para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías. a la mecánica Estática Propiedades geométricas Mecánica de materiales Dinámica de cuerpos rígidos Ley generalizada de Hooke Mecanismos a la dinámica de sistemas elásticos al diseño mecánico Análisis de vibraciones ELECTRÓNICA BÁSICA Desarrollar competencias básicas en el conocimiento de la electrónica para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías. Conceptos fundamentales Redes resistivas lineales Fuentes dependientes Amplificadores operacionales Capacitancia e inductancia Procesos de conducción eléctrica Circuitos con diodos La física de la electrónica de los transistores Circuitos amplificadores con transistores Circuitos y modelos de señal pequeña Circuitos digitales y aplicaciones Ruido Conversión analógica digital Sistemas de numeración Lógica secuencial Técnicas de modulación COMPUTACIÓN BÁSICA Desarrollar competencias básicas en el conocimiento de la computación para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías a los lenguajes de programación y sistemas operativos Programación de microcontroladores Programación en C, C++ y Java Programación gráfica Programación WEB y herramientas de desarrollo Interfaces gráficas hombre máquina Desarrollo de aplicaciones MATEMÁTICAS Desarrollar competencias matemáticas que le den una formación para comprender los aspectos matemáticos asociados a su formación en ingeniería mecatrónica. Variable compleja Funciones y relaciones Matrices Análisis vectorial Análisis de Fourier Sistemas de ecuaciones diferenciales Transformada de Laplace Tópicos Página 2 de 10

4 FUNDAMENTOS DE MECATRÓNICA Entender lo que es un sistema desde el punto de vista mecatrónica y estar familiarizado con la terminología asociada, filosofía, sinergia e integración de las diferentes ingenierías, Usar los conceptos básicos de teoría de control en tiempo continuo y en el tiempo discreto para analizar sistemas y diseñar compensadores para controlar el comportamiento de dichos sistemas según especificaciones Fundamentos de mecatrónica Actuadores a la optomecatrónica a la ingeniería de control Modelado de procesos físicos Respuesta de sistemas continuos en el dominio del tiempo Representación de procesos físicos en variables de estado Conversión de datos y cuantificación Discretización de procesos físicos Representación de procesos físicos discretos en variables de estado Estabilidad Diseño de controladores PID discretos Página 3 de 10

5 ASIGNATURAS ESPECÍFICAS TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA I Proporcionar al alumno el conocimiento especializado del estado del arte en Ingeniería Mecatrónica necesario para el desarrollo de su investigación. De acuerdo al estado del arte. TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA II Proporcionar al alumno el conocimiento especializado del estado del arte en Ingeniería Mecatrónica necesario para el desarrollo de su investigación. De acuerdo al estado del arte. TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA III Proporcionar al alumno el conocimiento especializado del estado del arte en Ingeniería Mecatrónica necesario para el desarrollo de su investigación. De acuerdo al estado del arte. TÓPICOS AVANZADOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Proporcionar al alumno el conocimiento especializado del estado del arte en Ingeniería Mecatrónica necesario para el desarrollo de su investigación. De acuerdo al estado del arte. CONTROL INTELIGENTE DE SISTEMAS MECATRÓNICOS Desarrollar en el alumno la habilidad para aplicar la teoría y los algoritmos computacionales de la inteligencia artificial (control difuso, control neuronal, control neurodifuso y algoritmos genéticos) en la solución de problemas industriales. Analizar y estudiar las propiedades y conceptos de los sistemas dinámicos variantes e invariantes en el tiempo, así como las herramientas y metodologías matemáticas disponibles con el fin de sentar las bases sobre conocimientos mínimos para poder abordar los diferentes resultados que sobre la literatura existan relacionados con sistemas. Establecer mediante el concepto de estado las diferentes metodologías del diseño, así como la realización del análisis matemático y computacional, que permita observar las características del comportamiento dinámico de los sistemas. Espacios y operadores lineales Análisis de sistemas Análisis del concepto de espacio de estado y sistemas continuos Solución de ecuaciones de estado Controlabilidad y observabilidad de ecuaciones dinámicas lineales Estabilidad de los sistemas Retroalimentación de estado y estimadores de estado DISEÑO DE SISTEMAS INCRUSTADOS Página 4 de 10

6 Conocer y seleccionar las tarjetas para el desarrollo de proyectos basados en sistemas embebidos en hardware. Proponer estrategias para el modelado basado en las diversas características de los sistemas mecatrónicos involucrados. Adicionalmente, dar una introducción a los sistemas operativos y lenguajes de programación y su impacto en la arquitectura. Elementos de sistemas embebidos Interfaces Herramientas de desarrollo Tiempo real SISTEMAS DE AUTÓMATAS Dar al alumno el conocimiento sobre automatismos aplicados en la industria, sus diferentes elementos, la teoría del modelado de los mismos y así como las estrategias de control utilizadas. Procesos industriales Sistemas de medición Programación para controladores discretos Programación orientada a objetos Manejo de bases de datos DISEÑO MECÁNICO Adquirir los conocimientos y habilidades que le permitan aplicar conocimientos sobre diseño de máquinas, de manera que pueda seleccionar y combinar los elementos necesarios para sintetizar y optimizar una máquina, en un marco sustentable y apropiado para mejorar el rendimiento del operador. Dibujo técnico Diseño en ingeniería mecánica Materaiales y sus propiedades Tribología Uniones permanentes, construcción, ejemplos y cálculos Uniones temporales, construcción, ejemplos y cálculos Elementos flexibles, construcción, ejemplos y cálculos Embragues y frenos, construcción, ejemplos y cálculos Cojinetes Ejes Transmisiones mecánicas INSTRUMENTACIÓN Y DISEÑO DE INTERFACES MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA Proporcionar al alumno los conocimientos necesarios y las herramientas adecuadas para que comprenda la Manufactura Integrada por Computadora, su aplicación y pueda llevar a cabo la generación de un diseño a fin de aplicar los conocimientos de Diseño Asistido por Computadora, Control Numérico, Manufactura Asistida por Computadora y Robótica en la automatización de un proceso productivo. a los métodos de manufactura Generalidades de una celda de manufactura Características y operación de los elementos de la celda de manufactura Desarrollo de una aplicación de producción DESARROLLO DE SISTEMAS MECATRÓNICOS Proporcionar los conocimientos para que el alumno analice y diseñe diferentes elementos mecánicos utilizados en la construcción de maquinaria, equipo y sistemas mecatrónicos. Página 5 de 10

7 Concentración de esfuerzos Resistencia a la fatiga Diseño de ejes Engranes rectos Rodamientos Transmisiones flexibles Diseño de tornillos sujetadores y de potencia Diseño de soldaduras MÁQUINAS ELÉCTRICAS Estudiar y modelar las diversas máquinas eléctricas rotativas de corriente directa y alterna. Mostrar las características de las máquinas y sus respectivos efectos electromagnéticos. Considerar el modelado mediante la descripción de sus elementos en estado estacionario. Máquinas de CD Control retroalimentado Máquinas de CA Control de motores de inducción Motores síncronos de PM Motor sincrónico trapezoidal de FCEM CONTROL DIGITAL DE SISTEMAS Analizar y estudiar las propiedades y conceptos de los sistemas lineales variantes e invariantes discretos en el tiempo, así como las herramientas y metodologías matemáticas disponibles para el análisis, diseño y simulación de controladores digitales. Estudiar las propiedades cualitativas como la estabilidad, controlabilidad y obserbavilidad de los sistemas discretos. Sistemas de tiempo discreto y transformadas Sistemas de tiempo discreto en lazo abierto y cerrado Análisis de estabilidad Diseño de controladores digitales Asignación de polo y estimación de estado AUTOTRÓNICA Conocer estrategias de diseño mecatrónico en el sector de la industria automotriz, aplicando las capacidades adquiridas específicas para el control de vehículos automotores mediante elementos mecánicos, electrónicos y de computo. Transmisión de datos multiplexados y computadoras Sistemas de seguridad y confort Motores de combustión y su instrumentación Sistemas de frenos, suspensión y dirección Sistemas de transmisión AEROTRÓNICA Desarrollar las habilidades para la aplicación de la mecatrónica dentro del entorno aeronáutico, conjuntados los conocimientos y las técnicas de diseño de aeronaves. Materiales aeroespaciales Aerodinámica Dinámica de vuelo Propulsión de aeronaves Instrumentación de vuelo SOFTWARE EMBEBIDO Página 6 de 10

8 Identificar las diferentes arquitecturas de hardware y software para sistemas embebidos, seleccionar la arquitectura adecuada para una aplicación particular, conocer los principios de programación de sistemas embebidos, conocer las fases de desarrollo del software sobre sistemas embebidos incluyendo las diferentes etapas del ciclo de vida de un proyecto SW: especificaciones, diseño, implementación, depuración y prueba. y conceptos básicos Programación de bajo nivel Interrupciones Estudios de las arquitecturas de software Tópicos de sistemas embebidos Fases de ciclo de vida de un proyecto de software embebido IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICAS - Principios de modelado y simulación Modelado y simulación de sistemas mixtos Sistemas multipuerto y grafos de unión Modelos de sistemas Ecuaciones de espacio de estado y simulación automatizada Análisis de sistemas lineales CONTROL DE PROCESOS Proporcionar al alumno una introducción al modelado, la simulación y el control de procesos industriales. Modelos matemáticos de procesos industriales Simulación por computadora Dinámica y control en el dominio del tiempo Dinámica y control en el dominio de Laplace Dinámica y control en el dominio de la frecuencia Procesos multivariables DIAGNÓSTICO DE FALLAS Proporcionar la teoría de base para la comprensión y aplicación de los principales esquemas de diagnóstico de fallas, tanto en el área de control automático como en la de inteligencia artificial Diagnóstico, inteligencia artificial y control automático Generación de residuos Evaluación de residuos Decisión CELDAS DE COMBUSTIBLE Conocer y aplicar los principales fundamentos electroquímicos y de termodinámica para el diseño, uso y aplicaciones de celdas de combustible. Conceptos de electroquímica y termodinámica aplicados al estudios de celdas de combustible tipo PEM Modelado de un apilamiento de celdas de combustible Modelado de un sistema de celdas de combustibles Control de un sistema de celdas de combustible Página 7 de 10

9 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Conocer las bases de dispositivos semiconductores de potencia, topologías o circuitos de conversión de energía (Conversión CA/CD, CD/CD, CD/CA y CA/CA) y los esquemas de control necesarios en las aplicaciones más importantes de los convertidores electrónicos de potencia. Dispositivos semiconductores de potencia Rectificadores controlados y no controlados Convertidores CD-CD Reguladores de voltaje de CA Convertidores CD/CA Control de máquinas eléctricas Otras aplicaciones de la electrónica de Potencia PROTOTIPOS MECATRÓNICOS Proporcionar a los estudiantes las herramientas y metodologías de diseño para desarrollar prototipos virtuales mecatrónicos y validar su funcionamiento mediante análisis cinemáticos y dinámicos. Análisis cinemático de prototipos virtuales Análisis dinámico de prototipos virtuales a la dinámica de sistemas elásticos Diseño mecatrónico Aplicaciones de control en prototipos virtuales Simulación de prototipos virtuales mecatrónicos LABORATORIO VIRTUAL DE PROCESOS Simular procesos industriales reales apoyándose en un software (ASPEN) que permite construir plantas completas con el rigor de las áreas fundamentales de los procesos: termodinámica, cinética, operaciones unitarias, fenómenos de transporte y control. Simulación en estado estable Reactores y equipos de proceso Módulos de destilación Análisis de sensibilidad Simulación en estado dinámico Simulación y control de procesos SUPERVISIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Impartir los conocimientos metodológicos, técnicos y normativos para diseñar e implantar un sistema de automatización con base en controladores de lógica programable (PLC). Arquitectura del PLC Lenguajes de programación conceptos para la automatización Controladores PLC de seguridad Aplicación del PLC en sistemas Prácticas diversas CONTROL ADAPTABLE Proporcionar los elementos de base para la comprensión y aplicación de los controles que modifican su comportamiento en respuesta a cambios en la dinámica del proceso y a las características de las perturbaciones. Estimación de parámetros en tiempo real Reguladores determinísticos autosintonizables Página 8 de 10

10 Reguladores estocásticos y predictivos autosintonizables Sistemas adaptables con modelo de referencia Autosintonización Ganancias programadas Aspectos prácticos e implementación ROBÓTICA El alumno será capaz de: 1). Conocer los conceptos básicos relacionados con robótica. 2). Realizar análisis cinemático (directo e inverso) de cuerpos en el espacio. 3). Realizar análisis dinámico de articulaciones. 4). Controlar el movimiento de articulaciones. Representación espacial de objetos Cinemática directa e inversa Cinemática de la velocidad Análisis dinámico Planificación de trayectorias Control independiente de articulaciones Control de fuerza OPTOMECATRÓNICA Conocer cada uno de los elementos mecánicos, electrónicos, ópticos y áreas afines que conforman un sistema optomecatrónico y sus aplicaciones. Elementos optomecánicos y dispositivos ópticos Sistema de control optomecatrónico Sistema y proceso optomecatrónico OPTOELECTRÓNICA Proveer un entendimiento básico de la teoría ondapartícula de la luz en diseños de dispositivos semiconductores y sus aplicaciones como Optoelectrónica. Fuentes ópticas Láser Fibra óptica Sensores optoelectrónicos INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS El objetivo del curso es el de presentar los resultados fundamentales actuales, desde un punto de vista práctico, en el campo del control no lineal. Además se utilizarán modelos multivariables en los que el control difiere del tradicional SISO. Consideraciones generales Análisis de sistemas no lineales Estabilidad de los sistemas no lineales Control de sistemas no lineales ANÁLISIS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS MEDIANTE ELEMENTO Proporcionar al alumno las herramientas necesarias para que pueda utilizar software comercial de elemento finito o construir programas de elemento finito, para la solución de problemas en el área de mecatrónica. Preliminares matemáticos para FEM Página 9 de 10

11 Leyes de balance al MEF Metodología de MEF Cambio de fase, fusión y solidificación Aplicaciones DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA Desarrollar en el alumno la habilidad requerida para representar gráficamente componentes y ensambles mediante el diseño asistido por computadora, para desarrollar los dibujos de trabajo para la manufactura y montaje de productos mecatrónicos. El dibujo y diseño en ingeniería Proyección de vistas múltiples Vistas de sección Vistas auxiliares Dimensionamiento y tolerancias Dibujos de trabajo Elementos mecánicos Complementos de CAD a la manufactura asistida por computadora (CAM) SENSORES Y ACTUADORES INTELIGENTES Analizar microscópica, además, de conocer las propiedades de los materiales disponibles para la fabricación, tecnologías de microfabricación, y la comprensión de los problemas de los circuitos y sistemas y diseñar sensores basados en la tecnología MEMS, utilizando los principios de sensado y actuación a escala, empaquetado, calibración y pruebas. Displays táctiles Sensores táctiles Elementos, sensores y medidora TRANSFERENCIA DE CALOR Que los alumnos adquieran los conocimientos sobre la transferencia de calor, de tal forma que lo apliquen en los proyectos de investigación. a los mecanismos básicos de transferencia de calor Conducción Convección Transferencia de calor con cambio de fase, radiación Intercambiadores de calor INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS MICROELECTRÓNICOS El de esta materia es que el alumno comprenda las bondades y generalidades de los MEMS mediante el estudio de esta tecnología y a través de utilizar simulaciones y análisis de elementos finito de sistemas MEMS. a la MEMs Materiales Diseño, modelado y simulación de MEMs Técnicas de encapsulado y empaquetado Entendimiento de la tecnología y sus aplicaciones optomecatrónica Materiales inteligentes Sensores inteligentes Actuadores no convencionales Página 10 de 10

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