ما يحتاج مهندسو مصنعي المعدات الأصلية ومهندسي التصميم إلى معرفة المحركات والمحركات ووحدات التحكم.

سواء كان المصممون يعملون على تحسين آلة تتمحور حول الحركة أو بناء آلة جديدة ، فمن الضروري أن يبدأوا مع وضع التحكم في الحركة في الاعتبار. ثم يمكنهم تطوير التصميم حول أفضل طريقة للحصول على أتمتة فعالة وفعالة.

يجب تصميم الآلات القائمة على الحركة وبناءها حول وظائفها الأساسية. بالنسبة لآلة الطباعة التي تعتمد على مجموعة محددة من تطبيقات اللف ، على سبيل المثال ، يركز المصممون على الأجزاء الحرجة وتطوير بقية الجهاز لدعم الوظائف الأساسية.

هذا يبدو وكأنه تصميم هندسة 101 ، ولكن مع ضغوط الوقت والوقت في السوق تقليديًا في إدارات ميكانيكية وكهربائية وبرمجيات ، من السهل على التصميم العودة إلى عملية خطية إلى حد كبير. ومع ذلك ، يتطلب التصميم مع مراعاة الحركة في الاعتبار اتباع نهج الميكاترونيك الذي يتضمن تطوير المفاهيم الأولية ، وتحديد طوبولوجيا النظام ونهج الماكينة ، واختيار واجهة الاتصال والبرامج.

فيما يلي بعض الجوانب الأساسية للمحركات ، والمحركات ، ووحدات التحكم ، والبرامج التي يجب على المهندسين مراعاتها من بداية كل مشروع لتصميم الماكينة لتقليل عدم الكفاءة ، والأخطاء ، والتكلفة مع تمكين OEMs لحل مشاكل العملاء في وقت أقل.

【عملية التصميم】

كيف وأين تتحرك الأجزاء عادة ما يقضي المهندسون معظم جهودهم الهندسية ، خاصة عند تطوير آلات مبتكرة. على الرغم من أن المباني المبتكرة هي الأكثر استهلاكًا للوقت ، إلا أنها غالبًا ما توفر أكبر عائد على الاستثمار ، خاصةً إذا كانت الفرق تستخدم الأحدث في التصاميم الهندسية والمعيارية.

الخطوة الأولى عند تطوير آلة من نقطة الصفر هي أن تسأل: ما هي الوظائف الحرجة لهذا الجهاز؟ قد يكون إنشاء آلة سهلة التنظيف أو صيانة منخفضة أو دقيقة للغاية. حدد التكنولوجيا التي ستقدم الوظيفة المطلوبة أو الأداء أو مستوى الصيانة.

كلما كانت المشكلة أكثر تعقيدًا يجب حلها ، زادت صعوبة تحديد الوظائف الأكثر حيوية. فكر في العمل مع مورد الأتمتة المتمحورة حول الحركة يمكنه المساعدة في تحديد التفاصيل الحرجة وتحديد النهج الصحيح.

ثم اسأل: ما هي الوظائف القياسية للجهاز؟ البقاء مع مثال آلة الطباعة السابقة ، فإن عناصر التحكم في التوتر والاستشعار المستخدمة للاسترخاء على المواد التي يتم طباعتها هي قياسية إلى حد ما. في الواقع ، حوالي 80 ٪ من مهام الجهاز الجديد هي اختلافات في مهام الآلات السابقة.

إن استخدام الأجهزة المعيارية وبرمجة التعليمات البرمجية للتعامل مع المتطلبات الهندسية للوظائف القياسية يقلل بشكل كبير من كمية موارد التصميم اللازمة لإكمال المشروع. كما أنه يستخدم وظائف مثبتة للوقت ، وبالتالي زيادة الموثوقية وتتيح لك التركيز على أجزاء أكثر تعقيدًا من التصميم.

إن العمل مع شريك التحكم في الحركة يمكنه تقديم وظائف قياسية باستخدام أجهزة وبرامج معيارية يعني أنه يمكنك التركيز على الميزات ذات القيمة المضافة التي تميز منتجك عن المنافسة.

في مشروع تصميم نموذجي ، يقوم المهندسون الميكانيكية ببناء بنية الماكينة والمكونات الميكانيكية ؛ يضيف المهندسون الكهربائيون الإلكترونيات ، بما في ذلك محركات الأقراص والأسلاك والضوابط ؛ ثم يكتب مهندسو البرمجيات الرمز. في كل مرة يكون هناك خطأ أو مشكلة ، يتعين على فريق المشروع التراجع عن ذلك وتصحيحه. يتم قضاء الكثير من الوقت والطاقة في عملية التصميم في إعادة تصميم التصميم بناءً على التغييرات أو الأخطاء. لحسن الحظ ، فإن تصميم الميكانيكا مع برامج CAD والتخطيط والتصميم المليء بالتصميم هي تقريبًا أشياء من الماضي.

اليوم ، تتيح الهندسة الافتراضية للفرق تصميم كيفية عمل الآلات باستخدام العديد من المسارات المتوازية ، وبالتالي تقصير دورة النامية بشكل كبير ووقت السوق. من خلال إنشاء توأم رقمي (تمثيل افتراضي للجهاز) ، يمكن لكل قسم العمل بمفرده وتطوير قطع الغيار وعناصر التحكم بشكل متزامن مع بقية الفريق.

يتيح التوأم الرقمي للمهندسين اختبار تصميمات مختلفة للآلة بسرعة بالإضافة إلى تقنيات الجهاز. على سبيل المثال ، ربما تتطلب العملية تغذية مواد في تغذية الماكينة حتى يتم جمع المبلغ المطلوب ثم يتم قطع المادة ؛ هذا يعني أنه يجب عليك اكتشاف طريقة لوقف التغذية كلما احتاجت إلى قطع المادة. هناك عدة طرق للتعامل مع هذا التحدي ، وقد يؤثر جميعها على كيفية عمل الجهاز العام. تجربة العلاجات المختلفة أو نقل المكونات لمعرفة كيف تؤثر على العمليات بسيطة مع التوأم الرقمي وتؤدي إلى نماذج أولية أكثر كفاءة (وأقل).

تتيح Virtual Engineering فرق التصميم جميعًا كيف تعمل الماكينة بأكملها ومفاهيمها المتداخلة للوصول إلى هدف أو أهداف معينة.

【اختيار الطوبولوجيا】

التصميمات المعقدة مع العديد من الوظائف ، أكثر من محور الحركة والحركة متعددة الأبعاد ، والإنتاج الأسرع والإنتاجية تجعل طوبولوجيا النظام معقدة. يعتمد الاختيار بين الأتمتة المركزية القائمة على التحكم أو الأتمتة اللامركزية القائمة على محرك الأقراص على تصميم الجهاز. ما يفعله الماكينة ، على حد سواء وظائفها الشاملة والمحلية ، يؤثر على ما إذا كنت تختار الطوبولوجيا المركزية أو اللامركزية. مساحة الخزانة ، وحجم الماكينة ، والظروف المحيطة ، وحتى وقت التثبيت تؤثر أيضًا على هذا القرار.

الأتمتة المركزية. أفضل طريقة للحصول على التحكم في الحركة المنسقة للآلات المعقدة هي مع الأتمتة القائمة على التحكم. عادةً ما يتم إعادة توجيه أوامر التحكم في الحركة إلى مراقبين محددة من خلال حافلة موحدة في الوقت الفعلي مثل EtherCat ، والمزولات يدفعون جميع المحركات.

مع الأتمتة القائمة على وحدة التحكم ، يمكن تنسيق العديد من محاور الحركة لأداء مهمة معقدة. إنها طوبولوجيا مثالية إذا كانت الحركة في قلب الماكينة ويجب مزامنة جميع الأجزاء. على سبيل المثال ، إذا كان من الأهمية بمكان أن يكون كل محور حركة في مكان محدد للوصول إلى ذراع روبوت بشكل صحيح ، فمن المحتمل أن تختار الأتمتة القائمة على وحدة التحكم.

الأتمتة اللامركزية. مع المزيد من الآلات المدمجة ووحدات الماكينة ، خفض التحكم في الحركة اللامركزية أو يزيل الحمل على عناصر التحكم في الجهاز. بدلاً من ذلك ، تتحمل محركات الأقراص الأصغر العاكس مسؤوليات التحكم اللامركزية ، ويقوم نظام I/O بتقييم إشارات التحكم ، ويشكل ناقل اتصال مثل EtherCat شبكة شاملة.

الأتمتة اللامركزية مثالية عندما يمكن أن يتحمل جزء واحد من الماكينة مسؤولية إكمال المهمة ولا يتعين عليهم تقديم تقرير مستمر إلى السيطرة المركزية. بدلاً من ذلك ، يعمل كل جزء من الجهاز بسرعة ومستقلًا ، فقط في الإبلاغ مرة أخرى بمجرد اكتمال مهمته. نظرًا لأن كل جهاز يتعامل مع تحميله الخاص في مثل هذا الترتيب ، يمكن للجهاز الكلي الاستفادة من قوة المعالجة الموزعة.

السيطرة المركزية واللامركزية. على الرغم من أن الأتمتة المركزية توفر التنسيق واللامركزية توفر قوة معالجة أكثر كفاءة موزعة ، إلا أن مزيجًا من كليهما هو الخيار الأفضل في بعض الأحيان. يعتمد القرار النهائي على المتطلبات الشاملة بما في ذلك الأهداف المتعلقة: التكلفة/القيمة ، الإنتاجية ، الكفاءة ، الموثوقية بمرور الوقت ، مواصفات السلامة.

كلما كان المشروع أكثر تعقيدًا ، كلما كان الحصول على شريك هندسي للتحكم في الحركة يمكنه تقديم المشورة بشأن الجوانب المختلفة. عندما يجلب منشئ الماكينة الرؤية ويحضر شريك الأتمتة الأدوات ، فهذا هو عندما تحصل على أفضل حل.

【شبكات الماكينة】

يعد إنشاء التوصيل البيني النظيف والمستقبل أيضًا خطوة أساسية في التصميم مع وضع التحكم في الحركة في الاعتبار. يعد بروتوكول الاتصال ضروريًا تمامًا مثل وجود محركات ومحركات الأقراص لأنها لا تتعلق فقط بما تفعله المكونات - كما أنه تقوم أيضًا بتوصيل كل شيء.

التصميم الجيد يقلل من عدد الأسلاك والمسافة التي يجب أن تذهب إليها. على سبيل المثال ، يمكن استبدال مجموعة من 10 إلى 15 سلكًا ذا إلى محطة بعيدة بكابل Ethernet باستخدام بروتوكول اتصال صناعي مثل EtherCat. Ethernet ليس هو الخيار الوحيد ، ولكن أيهما تستخدم ، تأكد من أن لديك أدوات الاتصال المناسبة أو الحافلات ، حتى تتمكن من استخدام البروتوكولات الشائعة. إن اختيار حافلة اتصال جيدة ووضع خطة لكيفية وضع كل شيء يجعل التوسعات المستقبلية أسهل بكثير.

ركز على بناء تصميم جيد داخل الخزانة من البداية. على سبيل المثال ، لا تضع إمدادات الطاقة بالقرب من المكونات الإلكترونية التي قد تتأثر بالتداخل المغناطيسي. يمكن أن يولد المكون ذو التيارات العالية أو الترددات ضوضاء كهربائية في الأسلاك. لذلك ، احتفظ بمكونات الجهد العالي بعيدًا عن مكونات الجهد المنخفض للحصول على أفضل عملية. بالإضافة إلى ذلك ، اكتشف ما إذا كانت شبكتك مصنفة السلامة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فمن المحتمل أن تحتاج إلى اتصالات سلامة زائدة عن الحاجة ، لذلك إذا فشل جزء واحد ، فإنه يكتشف فشله وتفاعله.

مع استمرار إنترنت الأشياء الصناعية (IIOT) ، فكر في إضافة وظائف متقدمة أنت أو لعملائك قد لا تكون جاهزًا للاستخدام. يعني بناء القدرات في الجهاز أنه سيكون من الأسهل ترقية هذا الجهاز لاحقًا.

【برمجة】

وفقًا لتقديرات الصناعة ، لن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن يحتاج مصنعي المعدات الأصلية إلى إنفاق 50-60 ٪ من وقت تطوير الآلات الذي يركز على متطلبات البرمجيات. إن التطور من التركيز على الميكانيكا إلى التركيز على الواجهة يضع بناة الماكينة الأصغر في وضع غير مؤات تنافسي ، ولكن يمكن أيضًا تسوية مجال اللعب للشركات على استعداد لتبني البرامج المعيارية والبروتوكولات الموحدة والمفتوحة.

يمكن أن توسع كيفية تنظيم البرنامج أو الحد من ما يمكن أن يفعله الجهاز الآن وفي المستقبل. مثل الأجهزة المعيارية ، يحسن البرنامج المعياري سرعة وكفاءة بناء الماكينة.

على سبيل المثال ، لنفترض أنك تقوم بتصميم آلة وتريد إضافة خطوة إضافية بين مرحلتين. إذا كنت تستخدم برنامجًا معياريًا ، فيمكنك ببساطة إضافة مكون دون إعادة برمجة أو إعادة ترميز. وإذا كان لديك ستة أقسام تفعل نفس الشيء ، فيمكنك كتابة التعليمات البرمجية مرة واحدة واستخدامها في جميع الأقسام الستة.

لا يقتصر الأمر على تصميم أكثر كفاءة مع البرامج المعيارية ، بل يتيح أيضًا للمهندسين تقديم المرونة التي يتوق إليها العملاء. على سبيل المثال ، لنفترض أن العميل يريد جهازًا يدير منتجات مختلفة الحجم ، ويستلزم الحجم الأكبر تغييرًا في كيفية عمل قسم واحد. مع البرامج المعيارية ، يمكن للمصممين ببساطة تغيير القسم دون التأثير على بقية وظائف الجهاز. يمكن أن يكون هذا التغيير آليًا للسماح لمصنعي المعدات الأصلية ، أو حتى العميل ، بالتبديل بسرعة بين وظائف الجهاز. لا يوجد شيء لإعادة البرمجة لأن الوحدة النمطية موجودة بالفعل في الجهاز.

يمكن أن يقدم بناة الآلات جهازًا أساسيًا قياسيًا مع ميزات اختيارية لتلبية المتطلبات الفريدة لكل عميل. إن تطوير مجموعة من الوحدات الميكانيكية والكهربائية والبرمجيات يجعل من السهل تجميع الآلات القابلة للتكوين بسرعة.

للحصول على أكبر قدر من الكفاءة من البرامج المعيارية ، من الضروري اتباع معايير الصناعة ، خاصة إذا كنت تستخدم أكثر من مورد واحد. إذا لم يكن مورد محرك الأقراص ومستشعرات يتبعون معايير الصناعة ، فلا يمكن أن تتحدث هذه المكونات مع بعضها البعض وفقدت جميع كفاءات الوحدات النمطية في معرفة كيفية توصيل الأجزاء.

بالإضافة إلى ذلك ، إذا خطط عميلك لتوصيل دفق البيانات بشبكة سحابة ، فمن الضروري إنشاء أي برنامج باستخدام بروتوكولات الصناعة القياسية ، بحيث يمكن للجهاز العمل مع الآلات الأخرى والواجهة مع الخدمات السحابية.

تعد OPC UA و MQTT أكثر هياكل البرمجيات القياسية شيوعًا. تتيح OPC UA التواصل القريب من الوقت بين الآلات ووحدات التحكم والسحابة وأجهزة تكنولوجيا المعلومات الأخرى ، وربما تكون الأقرب إلى البنية التحتية للاتصالات الشاملة التي يمكنك الحصول عليها. MQTT هو بروتوكول IIOT-Messaging أكثر خفيفة الوزن يمكّن تطبيقين من التحدث مع بعضهما البعض. غالبًا ما يتم استخدامه في منتج واحد - على سبيل المثال ، مستشعر أو محرك أقراص سحب معلومات من منتج وإرساله إلى السحابة.

【الاتصال السحابي】

لا تزال آلات الحلقة المغلقة المترابطة هي الأغلبية ، لكن المصانع متشابكة بالكامل على السحابة تنمو في شعبية. يمكن أن يرفع هذا الاتجاه مستوى الصيانة التنبؤية والإنتاج القائم على البيانات وهو التغيير الرئيسي التالي في برامج المصنع ؛ يبدأ بالاتصال عن بُعد.

تحلل النباتات السحابية الشبكية البيانات من عمليات مختلفة ، وخطوط إنتاج مختلفة ، وأكثر من ذلك لإنشاء تمثيلات أكثر اكتمالا لعملية الإنتاج. هذا يتيح لهم مقارنة فعالية المعدات الكلية (OEE) لمختلف مرافق الإنتاج. تعمل شركة OEMs المتطورة مع شركاء الأتمتة الموثوق بها لتقديم آلات جاهزة للسحابة مع إمكانيات Godular Industry 4.0 التي يمكن أن ترسل احتياجات المستخدمين النهائيين للبيانات.

بالنسبة لبناة الماكينة ، فإن استخدام أتمتة التحكم في الحركة وأخذ نهجًا كليًا ، إجمالي العمليات لجعل مصانع العملاء أو الشركات أكثر كفاءة سيكون على يقين من الفوز بمزيد من الأعمال.