يسعى مُصنِّعو المعدات الأصلية (OEMs) ومستخدمو أنظمة الأتمتة باستمرار إلى تطوير التكنولوجيا لتسهيل حياتهم. وقد حفّزت ابتكارات الصناعة 4.0 ظهور فئة جديدة من التقنيات الذكية التي تجمع بين الإلكترونيات الرقمية وواجهات الاتصال لمزيد من التطور والوظائف وسهولة الاستخدام.

مع تزايد اعتماد شركات التصنيع على التقنيات المتوافقة مع الثورة الصناعية الرابعة، تُعزز تقنيات الميكاترونيات الذكية الناشئة ذكاء الآلات وتنوعها. كما أن هذه الأنظمة المتقدمة أسهل في التحديد والطلب والنشر مقارنةً بالخيارات السابقة، مما يعزز قيمتها لمصنعي المعدات الأصلية والمستخدمين النهائيين.

إن فهم قدرات الميكاترونيات الذكية يمكن أن يساعد مهندسي تصميم النظام في تقييم أفضل السبل للاستفادة من هذه الميكاترونيات لجعل حلول التصنيع الخاصة بهم قادرة على المنافسة للغاية.

الميكاترونيات الحديثة متكاملة ومتنوعة

الميكاترونيات هي أنظمة وتجمعات فرعية تجمع مكونات ميكانيكية وإلكترونية متباينة في حلول مخصصة لمهام محددة. في عالم الحركة، من الأمثلة على ذلك تجميع المنتجات ونقلها بواسطة أنظمة الحركة الخطية الميكاترونية والروبوتات الديكارتية. يتمثل جوهر الميكاترونيات في التكامل الدقيق للمحركات الإلكترونية وأجهزة التحكم والمستشعرات والمكونات الخطية. ويمكن اعتبار الميكاترونيات رائدة في تقنيات الصناعة 4.0.

تُطوّر الميكاترونيات الذكية هذا المفهوم، إذ تتخذ شكل حلول متكاملة تتضمن مستشعرات متطورة ومنصات تحكم سهلة الاستخدام. تُتيح هذه الأنظمة:

• بيانات في الوقت الفعلي حول أداء الماكينة
• بيانات في الوقت الفعلي حول جودة التصنيع حسب الاقتضاء
• التحكم الدقيق وتنفيذ تسلسلات الحركة
• التتبع الآلي لبيانات الإنتاج والإنتاجية
• سهولة الاتصال بأنظمة الإدارة على مستوى الماكينة وعلى مستوى المصنع

الميكاترونيات الذكية - الخطوة الأولى: التكوين عبر الإنترنت

تُعد أنظمة الميكاترونيات الذكية أسرع وأسهل في التصميم والتشغيل من أنظمة الميكاترونيات السابقة. وهذا مفيد لأن الميكاترونيات بطبيعتها معقدة للغاية، إذ تتطلب دراسة متزامنة وتحديد أحجام العديد من المكونات الخطية، والمحركات، ووحدات التحكم، وواجهات التشغيل، ثم دمجها بعناية.

الخطوة الأولى في تحديد وشراء وتشغيل آلة ميكاترونية ذكية هي الاستفادة من الأدوات المتاحة عبر الإنترنت عبر بوابات الموردين. تتيح أدوات التكوين هذه للمهندسين بناء أنظمة ذكية جاهزة للتشغيل "جاهزة للاستخدام" بأقل قدر من البرمجة... ولعلها مفيدة للغاية للمهندسين الذين لديهم فهم أساسي للتشغيل الكهربائي وقوة السوائل (بما في ذلك الحركة الخطية) وضوابط الحركة. يُدخل المستخدمون معلمات مثل الشوط، ووزن قطعة العمل، وزمن الدورة، مما يُنتج مخرجات يمكن التحقق منها في بيئة التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) الخاصة بالأداة عبر الإنترنت. من خلال مطالبات تحديد الحجم والتكوين التالية، يمكن تحديد جميع مكونات الحل الميكاتروني الكامل - مثل الروبوت الديكارتي، أو آلة الضغط، أو آلة التوصيل - دفعة واحدة. إنه خيار يتيح للمهندسين الحصول على حل كامل من مورد واحد - حيث يتلقون نظامًا متكاملًا مزودًا بتسلسلات حركة مبرمجة مسبقًا وجاهزة للتنفيذ الفوري.

التحكم التشغيلي الأذكى والأبسط

يمكن للميكاترونيات الذكية تعزيز الإنتاجية والمرونة عادةً من خلال عمليات إنتاج "شفافة" - مع وجود أجهزة استشعار لمراقبة الحالة في الوقت الفعلي.

فكر فقط في كيفية تقديم بعض المصنّعين لمجموعات وظائف ميكاترونية خاصة بالعمليات لدعم هذه المراقبة. على سبيل المثال، قد تتضمن إحدى مجموعات الوظائف لآلة الضغط أسطوانة كهروميكانيكية، ومحرك سيرفو، ومحركًا، ووحدة تحكم، وأجهزة استشعار، وبرنامج تشغيل لدعم عمليات الضغط والتوصيل. تتميز الآلات المُصنّعة باستخدام هذه المجموعة الوظيفية بسهولة التركيب، حيث تأتي المكونات مزودة ببرنامج تشغيل مُثبّت مسبقًا، بالإضافة إلى ضبط تلقائي للمعلمات جاهز للتشغيل على محرك السيرفو، ما يُغني عن معرفة برمجة التحكم في الحركة لتشغيل الآلة. يتميز البرنامج بواجهة مستخدم رسومية (GUI) تعمل بالسحب والإفلات، تُمكّن المُشغّلين من بناء تسلسلات الإنتاج بسهولة، مثل ضغط محامل الكرات في غلاف، على سبيل المثال.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تأتي الآلة مزودة بمستشعر قوة مدمج لقياس العمليات وتتبعها. على سبيل المثال، قد تتتبع هذه المستشعرات في تطبيقات مكبس المحامل المشغل الخطي لضمان تطبيقه القوة المناسبة تمامًا لإدخال الكرات في غلاف المحمل. وفي الوقت نفسه، يمكن لعناصر تحكم النظام أيضًا إجراء مراقبة الجودة من خلال ضمان تشغيل المشغلات بشكل صحيح خلال تسلسلاتها المُتحكم بها بدقة. ونظرًا لأن هذه التسلسلات على آلة الضغط تتكرر عادةً مئات أو حتى آلاف المرات في الساعة، فإن وحدة تحكم النظام تسجل ثم ترسل قياسات كل دورة حركة للتخزين. يمكن للمشغلين بعد ذلك استخدام الأدوات الموجودة في حزمة وحدة التحكم لإنشاء تصورات لنتائج العملية. قد تحدد هذه التصورات ما إذا كانت قوى الضغط قد تجاوزت عتبات العملية أو لم تحققها... وتتيح للمشغلين تحليل منحنيات القوة والإزاحة آنيًا في محطات عملهم. تتيح هذه البيانات لمشغلي الآلات ذوي الخبرة الحفاظ على أعلى جودة إنتاجية في التصنيع دون الحاجة إلى أي برمجة متخصصة أو تطوير تحليلات جودة من قِبل مهندسي برمجيات خبراء.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تصدير البيانات عبر واجهات النظام إلى أنظمة تحليل التصنيع على مستوى المصنع أو المستندة إلى السحابة ... مما يجعل نظام الميكاترونيات الذكي جزءًا لا يتجزأ من منصة الصناعة 4.0 الخاصة بالشركة.

تُستخدم قدرات مماثلة أيضًا في سيناريوهات أتمتة المصانع الأخرى، بما في ذلك أنظمة الحركة الخطية، مثل روبوتات المناولة الديكارتية لعمليات الالتقاط والوضع أو النقل. تستخدم هذه الروبوتات أدوات تكوين إلكترونية مماثلة لتحديد أحجام وتحديد جميع الوحدات الخطية، والمحركات، والمحركات الطرفية، والكابلات، وأجهزة الاستشعار، والمحركات الكهربائية، ووحدة التحكم اللازمة لأنظمة المناولة الكاملة.

تطبيقات الميكاترونيات الذكية في العمل

تُظهر الميكاترونيات الذكية كيف يُمكن للتقنيات المتطورة حل المشكلات الهندسية المعقدة بطريقة أبسط. في سياق صناعي شائع، عادةً ما يحاول مُصنّعو الآلات تطوير مجموعات الميكاترونيات الخاصة بهم عن طريق طلب ودمج مكونات منفصلة - مُشغّلات خطية، ووحدات تحكم، ومصادر طاقة، ومُحرّكات طرفية، وغيرها. غالبًا ما تكون هذه العملية مُرهقة وتستغرق وقتًا طويلاً.

في العديد من الشركات أو مُدمجي الأنظمة، من الشائع أن يكون فريق الهندسة الميكانيكية مسؤولاً عن تحديد وطلب مجموعة واحدة من المكونات، بينما يقوم فريق الهندسة الكهربائية بطلب مكوناته. تُشكل هذه الترتيبات تحدياً أكبر لقسم المشتريات، حيث يُكلَّف فريق الهندسة بربط جميع المكونات مادياً وبرمجتها لضمان عملها كما هو مُحدد.

يُغيّر مفهوم الميكاترونيات الذكية هذا النموذج، ويُتيح للمهندسين، في الوقت نفسه، مساحةً أكبر لتخصيص الوقت والموارد لقضايا تصميمية أكثر تعقيدًا وتحديًا. ولا شك أن المزايا والفوائد التي تُقدّمها تقنية الميكاترونيات الذكية ستساعد المصنّعين على بناء أنظمة أكثر جاهزية للإنتاج، مُزوّدة بتقنيات الذكاء الاصطناعي والاستشعار المُدمجة لدعم متطلبات الثورة الصناعية الرابعة.

على الرغم من أن مفهوم الميكاترونيات الذكية بديهي للغاية، إلا أنه من المهم العمل مع موردي الميكاترونيات الذين تشمل خبراتهم الهندسية ومجموعاتهم المتنوعة مجموعة كاملة من المكونات - منتجات الحركة الخطية، ووحدات التحكم، ومحركات السيرفو، وبرامج التشغيل - اللازمة لبناء حلول ميكاترونيات متكاملة وعالية الأداء. من المهم أيضًا تقييم جودة أدوات التكوين وسهولة استخدامها، لضمان تحقيق سهولة الاستخدام التي تضمنها حركات الميكاترونيات الذكية - من البداية إلى النهاية - على أكمل وجه. وهذا يضمن استفادة مصنعي الآلات والمستخدمين النهائيين استفادة كاملة من مزايا التوصيل والإنتاج التي توفرها الميكاترونيات الذكية في عملياتهم.