يسعى مصنّعو أنظمة التصنيع ومستخدمو أنظمة الأتمتة اليوم باستمرار إلى تحقيق تطورات تكنولوجية تُسهّل أعمالهم. وقد حفّزت ابتكارات الثورة الصناعية الرابعة ظهور فئة جديدة من التقنيات الذكية التي تجمع بين الإلكترونيات الرقمية وواجهات الاتصال لتحقيق مزيد من التطور والوظائف وسهولة الاستخدام.

مع تزايد إقبال شركات التصنيع على تقنيات الثورة الصناعية الرابعة، تُضفي تقنيات الميكاترونيك الذكية الناشئة مزيدًا من الذكاء والتنوع على الآلات. كما تتميز هذه الأنظمة المتقدمة بسهولة تحديد مواصفاتها وطلبها ونشرها مقارنةً بالخيارات السابقة، مما يعزز قيمتها لمصنعي المعدات الأصلية والمستخدمين النهائيين.

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

تتميز أنظمة الميكاترونيك الحديثة بالتكامل والتنوع.

الميكاترونيات هي أنظمة وتجميعات فرعية تجمع بين مكونات ميكانيكية وإلكترونية متباينة في حلول مخصصة لمهام محددة. في عالم الحركة، من الأمثلة على ذلك تجميع المنتجات ونقلها باستخدام أنظمة الحركة الخطية الميكاترونية والروبوتات الكارتيزية. يكمن جوهر الميكاترونيات في التكامل الوثيق بين المحركات الإلكترونية وأجهزة التحكم وأجهزة الاستشعار والمكونات الخطية. ويمكن اعتبار الميكاترونيات رائدةً لتقنيات الثورة الصناعية الرابعة.

تتجاوز أنظمة الميكاترونيك الذكية هذا المفهوم، لتتخذ شكل حلول متكاملة تتضمن أجهزة استشعار متطورة ومنصات تحكم سهلة الاستخدام. وتُنتج هذه الأنظمة ما يلي:

• بيانات فورية حول أداء الآلة
• بيانات فورية عن جودة التصنيع حسب الاقتضاء
• التحكم الدقيق وتنفيذ تسلسلات الحركة
• التتبع الآلي لبيانات الإنتاج والإنتاجية
• سهولة الاتصال بأنظمة إدارة الآلات وأنظمة إدارة المصنع ككل

الخطوة الأولى في الميكاترونيات الذكية: التكوين عبر الإنترنت

تتميز أنظمة الميكاترونيك الذكية بسهولة وسرعة تصميمها وتشغيلها مقارنةً بأنظمة الميكاترونيك السابقة. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية، لأن أنظمة الميكاترونيك معقدة بطبيعتها، إذ تتطلب دراسة متزامنة وتحديد أحجام العديد من المكونات الخطية، والمحركات، ووحدات التحكم، وواجهات المستخدم... ثم دمجها بعناية فائقة.

تتمثل الخطوة الأولى في تحديد مواصفات وشراء وتشغيل آلة ميكاترونيك ذكية في الاستفادة من الأدوات المتاحة عبر الإنترنت من خلال بوابات الموردين. تُمكّن أدوات التكوين هذه المهندسين من بناء أنظمة ذكية جاهزة للتشغيل الفوري بأقل قدر من البرمجة، ولذا فهي مفيدة للغاية للمهندسين الذين لديهم فهم أساسي لأنظمة التشغيل الكهربائية والهيدروليكية (بما في ذلك الحركة الخطية) وأنظمة التحكم في الحركة. يُدخل المستخدمون معلمات مثل الشوط ووزن قطعة العمل وزمن الدورة، ليتم بعد ذلك إنشاء مخرجات يمكن التحقق منها في بيئة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الخاصة بالأداة. من خلال توجيهات تحديد الحجم والتكوين التالية، يمكن تحديد جميع مكونات حل الميكاترونيك الكامل - مثل الروبوت الكارتيزي أو آلة الضغط أو آلة الربط - دفعة واحدة. إنه خيار يتيح للمهندسين الحصول على حل كامل من مورد واحد، حيث يتلقون نظامًا متكاملًا مزودًا بتسلسلات حركة مُبرمجة مسبقًا وجاهزة للتنفيذ الفوري.

تحكم تشغيلي أكثر ذكاءً وبساطة

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

لنتأمل كيف يقدم بعض المصنّعين مجموعات وظائف ميكاترونية مُخصصة لعمليات مُحددة لدعم عمليات المراقبة هذه. على سبيل المثال، قد تتضمن إحدى مجموعات الوظائف لآلة الضغط أسطوانة كهروميكانيكية، ومحرك سيرفو، ومحرك كهربائي، ووحدة تحكم، ومستشعرات، وبرنامج تشغيل لدعم عمليات الضغط والتجميع. تتميز الآلات المُصنّعة باستخدام هذه المجموعات بسهولة تركيبها، حيث تأتي المكونات مزودة ببرنامج تشغيل مُثبّت مُسبقًا، بالإضافة إلى إعدادات تلقائية جاهزة للتشغيل على محرك السيرفو، ما يُغني عن الحاجة إلى معرفة برمجة التحكم في الحركة لتشغيل الآلة. يتميز البرنامج بواجهة مستخدم رسومية سهلة الاستخدام (GUI) تُمكّن المشغلين من إنشاء تسلسلات إنتاجية بديهية، مثل ضغط محامل الكرات في غلاف، على سبيل المثال.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تزويد الآلة بمستشعر قوة مدمج لقياس العمليات وتتبعها. على سبيل المثال، قد تتتبع هذه المستشعرات في تطبيقات مكابس المحامل حركة المحرك الخطي لضمان تطبيقه القوة المناسبة تمامًا لإدخال الكرات في غلاف المحمل. في الوقت نفسه، يمكن لأنظمة التحكم أيضًا تنفيذ مراقبة الجودة من خلال ضمان تشغيل المحركات بشكل صحيح عبر تسلسلاتها المُتحكم بها بدقة. نظرًا لأن هذه التسلسلات على آلة الضغط تتكرر عادةً مئات أو حتى آلاف المرات في الساعة، يقوم متحكم النظام بتسجيل قياسات كل دورة حركة ثم إرسالها للتخزين. يمكن للمشغلين بعد ذلك استخدام الأدوات الموجودة في حزمة التحكم لإنشاء تصورات لنتائج العملية. قد توضح هذه التصورات ما إذا كانت قوى الضغط قد تجاوزت عتبات العملية أو لم تستوفها، وتتيح للمشغلين تحليل منحنيات القوة والإزاحة في الوقت الفعلي في محطات عملهم. تُمكّن هذه البيانات مشغلي الآلات ذوي الخبرة من الحفاظ على أعلى مستويات الجودة والإنتاجية 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 الأنظمة السحابية ... مما يجعل نظام الميكاترونيك الذكي مكونًا أساسيًا لمنصة الصناعة 4.0 للشركة.

تُستخدم إمكانيات مماثلة في سيناريوهات أتمتة المصانع الأخرى، بما في ذلك أنظمة الحركة الخطية مثل روبوتات المناولة الكارتيزية لعمليات الالتقاط والوضع أو النقل. وتستخدم هذه الروبوتات أدوات تكوين مماثلة عبر الإنترنت لتحديد حجم ومواصفات جميع الوحدات الخطية والمشغلات والمؤثرات النهائية والكابلات وأجهزة الاستشعار والمحركات الكهربائية ووحدات التحكم اللازمة لأنظمة المناولة الكاملة.

تطبيقات الميكاترونيات الذكية قيد التنفيذ

تُبرهن أنظمة الميكاترونيك الذكية على قدرة التكنولوجيا المتطورة على حلّ المشكلات الهندسية المعقدة بطريقة أبسط. في سيناريو صناعي شائع، عادةً ما يحاول مصنّعو الآلات تطوير تجميعات الميكاترونيك الخاصة بهم عن طريق طلب ودمج مكونات منفصلة - مثل المحركات الخطية، وأجهزة التحكم، ومصادر الطاقة، والمؤثرات النهائية، وغيرها. غالبًا ما تكون هذه العملية شاقة وتستغرق وقتًا طويلاً.

في العديد من الشركات أو شركات تكامل الأنظمة، من الشائع أن يكون قسم الهندسة الميكانيكية مسؤولاً عن تحديد وطلب مجموعة من المكونات، بينما يقوم قسم الهندسة الكهربائية بطلب مكوناته. تُشكل هذه الترتيبات تحدياً أكبر لقسم المشتريات، ويُكلف فريق الهندسة بمهمة ضمان التوافق المادي بين جميع المكونات وبرمجتها لضمان عملها وفقاً للمواصفات.

يُغيّر مفهوم الميكاترونيات الذكية هذا النموذج، ويُتيح للمهندسين في الوقت نفسه تخصيص وقتهم ومواردهم لمعالجة قضايا التصميم الأكثر تعقيدًا وتحديًا. ولا شك أن فوائد ومزايا تقنية الميكاترونيات الذكية ستساعد المصنّعين على بناء أنظمة جاهزة للإنتاج مزودة بتقنيات الذكاء والاستشعار المدمجة لدعم متطلبات الثورة الصناعية الرابعة.

على الرغم من سهولة فهم مفهوم الميكاترونيات الذكية، إلا أنه من المهم التعاون مع موردي الميكاترونيات الذين تشمل منتجاتهم وخبراتهم الهندسية جميع المكونات اللازمة لبناء حلول ميكاترونيات متكاملة وعالية الأداء، بدءًا من منتجات الحركة الخطية ووحدات التحكم، وصولًا إلى محركات المؤازرة وبرامج التشغيل. كما يُعدّ تقييم جودة أدوات التكوين وسهولة استخدامها أمرًا بالغ الأهمية، لضمان تحقيق سهولة الاستخدام التي توفرها حركات الميكاترونيات الذكية، من البداية إلى النهاية. وهذا بدوره يضمن تمكّن مصنّعي الآلات والمستخدمين النهائيين من الاستفادة الكاملة من مزايا التوصيل والتشغيل الفوري للميكاترونيات الذكية في عملياتهم.