La meccatronica adotta un approccio olistico che mira a una soluzione di automazione completa, tenendo conto di tutti gli elementi costitutivi del sistema in questione che sono parte integrante della macchina, inclusi meccanismi, motori, elettronica di azionamento, comandi, interfacce ed ergonomia. Se si considera la progettazione di un macchinario secondo un approccio meccatronico, sono chiamate in causa diverse discipline. La commistione dei requisiti fisici di un sistema di motion determina la tecnologia meccanica, elettronica, idraulica o ibrida, utilizzata per svolgere il compito fisico. Spesso, tali sistemi hanno lo scopo di duplicare, semplificare o assistere una funzione umana, il più delle volte movimenti ripetitivi che una macchina è in grado di eseguire meglio di un essere umano. Prima che la meccatronica si affermasse, il sistema meccanico e i sistemi di controllo venivano sviluppati indipendentemente l’uno dall’altro, senza prestare particolare attenzione ai componenti utilizzati. Con l’evoluzione della potenza di calcolo, sono stati introdotti specifici sistemi di modellazione che garantissero soluzioni ottimizzate.
Sebbene la tendenza a tener conto della sinergia tra i sistemi meccanici, elettronici e di controllo sia emersa a partire dagli anni ‘50 circa, il termine “meccatronica” è stato coniato da Tetsuro Mori - della multinazionale Yaskawa - e registrato come marchio commerciale nel 1971, per essere successivamente divulgato al pubblico.
L'adattamento della vera meccatronica risale a ben prima della divulgazione ufficiale del suo nome. Nel 1952 Solodovnikov ha pubblicato un libro sulla dinamica statistica dei sistemi di controllo. Parte del libro descriveva le modalità di acquisizione di un segnale di errore da parte di un amplificatore elettronico e l’utilizzo di un radar con supporto cardanico per segnalare la presenza di missili. I documenti, usciti illegalmente dall’Unione Sovietica, erano piuttosto all’avanguardia all’epoca.
Attualmente, tali principi sono applicati come prassi comune in gran parte delle aziende fornitrici di sistemi di motion control. Gli OEM che desiderano combinare elementi di motion provenienti da fornitori diversi tendono a disporre delle competenze meccatroniche per un’integrazione efficace.
L’obiettivo della progettazione meccatronica è quello di eliminare l’approccio per “tentativi ed errori” dal processo di sviluppo. Un sottoprodotto implica la piena comprensione matematica delle proprietà di una determinata macchina. La modellazione dei sistemi, l’analisi delle vibrazioni e altri metodi analitici che utilizzano sensori di retroazione all’avanguardia consentono di raccogliere, analizzare e prevedere eventuali guasti, in modo da elaborare piani di manutenzione preventiva. Ad esempio, i dati raccolti nel tempo su determinate correnti di azionamento sono in grado di rilevare un’eccessiva usura del sistema meccanico qualora la corrente tenda a superare un intervallo prestabilito. Molti sistemi sono progettati per utilizzare i sensori del motore insieme ad algoritmi di controllo al fine di stabilire allarmi e avvisi in base a specifici dati di feedback e limiti prefissati. Normalmente, la configurazione è contenuta all’interno degli elementi di controllo del sistema. Una macchina progettata tenendo conto dell’interazione dei vari elementi meccatronici che la costituiscono può essere ottimizzata in termini di migliori prestazioni, durata prolungata e incremento dell’efficienza globale dei macchinari (OEE).
Gran parte degli ingegneri si laurea con un diploma in ingegneria meccanica o elettrotecnica. Negli istituti formativi i sistemi meccanici e quelli di controllo vengono trattati separatamente e non in combinazione tra loro; tuttavia, al di fuori del contesto universitario, tali discipline non sono distinte ma combinate tra loro. Negli Stati Uniti e in altri Paesi del mondo, un numero crescente di scuole di diversi livelli sta attualmente istituendo percorsi di studio legati alla meccatronica. In varie università, l’insegnamento dell’ingegneria meccatronica in qualità di disciplina a sé stante all’interno dei dipartimenti di ingegneria è sempre più diffuso. La meccatronica è stata accolta con favore anche da numerosi istituti tecnici e professionali. Ulteriori progressi saranno possibili quando il connubio tra una migliore potenza di calcolo e sensori di retroazione più sofisticati permetterà l’adattamento a diverse condizioni delle macchine. La futura connettività a IoT consentirà agli operatori delle macchine di ricevere avvisi di manutenzione tramite smartphone e connettività web per effettuare una diagnosi remota di eventuali guasti della macchina.