Was OEMs und Designingenieure über Motoren, Laufwerke und Controller wissen müssen.

Unabhängig davon, ob Designer eine bewegungsorientierte Maschine verbessern oder eine neue bauen, ist es wichtig, dass sie mit der Bewegungssteuerung beginnen. Dann können sie das Design auf den besten Weg entwickeln, um eine effektive und effiziente Automatisierung zu erhalten.

Bewegungsbasierte Maschinen sollten um ihre Kernfunktionen gestaltet und basieren. Für eine Druckmaschine, die sich auf einen bestimmten Satz von Wendungsanwendungen stützt, würden sich Designer beispielsweise auf die kritischen Teile konzentrieren und den Rest der Maschine zur Unterstützung der Kernfunktionen entwickeln.

Dies klingt nach Design Engineering 101, aber mit dem Marktdruck und den Teams, die traditionell in mechanische, elektrische und Software-Abteilungen verlegt sind, ist es für das Design einfach, zu einem weitgehend linearen Prozess zurückzukehren. Das Entwerfen mit der Bewegungssteuerung erfordert jedoch einen Mechatronik -Ansatz, der die Entwicklung der anfänglichen Konzepte, die Bestimmung des System -Topologie- und Maschinenansatzes sowie die Auswahl der Verbindungsschnittstelle und der Softwarearchitektur umfasst.

Hier sind einige wesentliche Aspekte von Motoren, Laufwerken, Controllern und Software, die die Ingenieure ab Beginn jedes Maschinenentwurfsprojekts berücksichtigen sollten, um Ineffizienzen, Fehler und Kosten zu reduzieren und gleichzeitig OEMs zu ermöglichen, Kundenprobleme in kürzerer Zeit zu lösen.

【Der Entwurfsprozess】

Wie und wo sich Teile bewegen, sind in der Regel dort, wo Ingenieure den größten Teil ihrer technischen Anstrengungen verbringen, insbesondere bei der Entwicklung innovativer Maschinen. Obwohl innovative Builds bei weitem die zeitaufwändigsten sind, bieten sie häufig den größten ROI, insbesondere wenn Teams die neuesten virtuellen Engineering- und modularen Designs verwenden.

Der erste Schritt bei der Entwicklung einer Maschine von Grund auf ist zu fragen: Was sind die kritischen Funktionen dieser Maschine? Es könnte sein, dass eine Maschine, die einfach zu reduzieren, wartung oder sehr genau ist, herzustellen. Identifizieren Sie die Technologie, die die erforderliche Funktion, Leistung oder Wartung liefert.

Je komplexer das Problem, das gelöst werden muss, desto schwieriger wird es, die wichtigsten Funktionen zu bestimmen. Erwägen Sie, mit einem bewegungszentrierten Automatisierungslieferanten zusammenzuarbeiten, der dazu beitragen kann, die kritischen Details zu definieren und den richtigen Ansatz zu bestimmen.

Dann fragen Sie: Was sind die Standardfunktionen der Maschine? Wenn Sie bei dem früheren Druckmaschinenbeispiel bleiben, sind die Spannungs- und Sensorkontrollen, auf die das gedruckte Material gedruckt wird, ziemlich Standard. Tatsächlich sind etwa 80% der Aufgaben einer neuen Maschine Variationen der Aufgaben der früheren Maschinen.

Die Verwendung modularer Hardware- und Codeprogrammierungen zur Bearbeitung der technischen Anforderungen für Standardfunktionen reduziert erheblich die Anzahl der zum Abschluss des Projekts erforderlichen Entwurfsressourcen. Es verwendet auch zeitgesteuerte Funktionen, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird und Sie sich auf komplexere Teile des Designs konzentrieren können.

Wenn Sie mit einem Motion Control-Partner arbeiten, der Standardfunktionen mit modularer Hardware und Software liefern kann, können Sie sich auf die Mehrwertfunktionen konzentrieren, die Ihr Produkt von den Wettbewerben unterscheiden.

In einem typischen Konstruktionsprojekt bauen Maschineningenieure die Struktur der Maschine und ihre mechanischen Komponenten auf. Elektroingenieure fügen die Elektronik hinzu, einschließlich Laufwerke, Kabel und Steuerelemente. Und dann schreiben Software -Ingenieure den Code. Jedes Mal, wenn es einen Fehler oder ein Problem gibt, muss das Projektteam zurückverfolgen und korrigieren. So viel Zeit und Energie im Entwurfsprozess werden auf der Grundlage von Änderungen oder Fehlern wieder aufgewendet. Glücklicherweise sind das Entwerfen von Mechanik mit CAD -Software und Siled Planning und Design fast Dinge der Vergangenheit.

Mit virtuellem Engineering ermöglicht es den Teams heute, wie Maschinen mit mehreren parallelen Pfaden funktionieren und so den Entwicklungszyklus und den Markt dramatisch verkürzen. Durch die Erstellung eines digitalen Zwillings (eine virtuelle Darstellung der Maschine) kann jede Abteilung selbst arbeiten und Teile und Steuerelemente gleichzeitig mit dem Rest des Teams entwickeln.

Mit einem digitalen Zwilling können Ingenieure verschiedene Designs schnell für eine Maschine sowie Ihre Maschinentechnologien testen. Zum Beispiel erfordert ein Prozess möglicherweise ein Material, das in eine Maschinenzufuhr eingespeist wird, bis die gewünschte Menge gesammelt und dann das Material geschnitten wird. Das heißt, Sie müssen einen Weg finden, den Futter zu stoppen, wenn das Material geschnitten werden muss. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Herausforderung zu bewältigen, und alle können sich auf die Funktionsweise der Gesamtmaschine auswirken. Das Versuch verschiedener Mittel oder Umzugskomponenten, um zu sehen, wie sich dies auf den Betrieb auswirkt, ist mit einem digitalen Zwilling einfach und führt zu effizienterem (und weniger) Prototyping.

Mit virtuellen Engineering können Designteams alle sehen, wie die gesamte Maschine und ihre überlappenden Konzepte zusammenarbeiten, um ein bestimmtes Ziel oder eine bestimmte Ziele zu erreichen.

【Auswählen der Topologie】

Komplexe Konstruktionen mit mehreren Funktionen, mehr als eine Bewegungsachse und mehrdimensionale Bewegung sowie eine schnellere Ausgabe und Durchsatz machen die Systemtopologie genauso kompliziert. Die Auswahl zwischen zentraler, kontroller basierter Automatisierung oder dezentraler, angestrebter Automatisierung hängt von der zu konstruierten Maschine ab. Was die Maschine sowohl im Gesamt- als auch der lokalen Funktionen tut, wirkt sich darauf aus, ob Sie sich für eine zentralisierte oder dezentrale Topologie entscheiden. Schrankraum, Maschinengröße, Umgebungsbedingungen und sogar Installationszeit beeinflussen ebenfalls diese Entscheidung.

Zentralisierte Automatisierung. Der beste Weg, um eine koordinierte Bewegungssteuerung für komplexe Maschinen zu erhalten, ist die Controller-basierte Automatisierung. Motion-Control-Befehle werden normalerweise über einen standardisierten Echtzeitbus wie EtherCat an bestimmte Servo-Imperter weitergeleitet und Wechselrichter fahren alle Motoren.

Bei der automatischen Automatisierung von Controller können mehrere Bewegungsachsen koordiniert werden, um eine komplexe Aufgabe auszuführen. Es ist ideale Topologie, wenn Bewegung das Herzstück der Maschine ist und alle Teile synchronisiert werden müssen. Wenn es beispielsweise für jede Bewegungsachse von entscheidender Bedeutung ist, an einem bestimmten Ort zu sein, um einen Roboterarm ordnungsgemäß zu positionieren, wählen Sie wahrscheinlich eine Controller-basierte Automatisierung.

Dezentrale Automatisierung. Mit kompakteren Maschinen und Maschinenmodulen reduzierte die dezentrale Bewegungsregelung die Last an Maschinensteuerungen oder beseitigt sie. Stattdessen übernehmen kleinere Wechselrichterantriebe dezentrale Kontrollverantwortlichkeiten, ein E/A-System bewertet Steuersignale, und ein Kommunikationsbus wie EtherCat bildet ein End-to-End-Netzwerk.

Die dezentrale Automatisierung ist ideal, wenn ein Teil der Maschine die Verantwortung für die Erledigung einer Aufgabe übernehmen kann und sich nicht ständig an die zentrale Kontrolle melden muss. Stattdessen erfolgt jeder Teil der Maschine schnell und unabhängig und meldet sich nur zurück, sobald seine Aufgabe abgeschlossen ist. Da jedes Gerät seine eigene Last in einer solchen Anordnung behandelt, kann die Gesamtmaschine die verteilte Verarbeitungsleistung nutzen.

Zentralisierte und dezentrale Kontrolle. Obwohl die zentralisierte Automatisierung Koordination bietet und dezentralisiert bietet, bietet eine effizientere verteilte Verarbeitungsleistung, eine Kombination aus beiden ist manchmal die beste Wahl. Die endgültige Entscheidung hängt von übergreifenden Anforderungen ab, einschließlich Zielen im Zusammenhang mit: Kosten/Wert, Durchsatz, Effizienz, Zuverlässigkeit im Laufe der Zeit, Sicherheitsspezifikationen.

Je komplexer das Projekt ist, desto wichtiger ist es, einen Partner für Bewegungskontrolltechnik zu haben, der Ratschläge zu den verschiedenen Aspekten geben kann. Wenn der Maschinenbauer die Vision bringt und der Automatisierungspartner die Tools mitbringt, erhalten Sie dann die beste Lösung.

【Maschinennetzwerk】】

Die Einrichtung einer sauberen, zukunftssicheren Interkonnektivität ist auch ein wesentlicher Schritt zum Entwerfen der Bewegungssteuerung. Das Kommunikationsprotokoll ist genauso essentiell wie in Motoren und Laufwerken, da es nicht nur darum geht, was die Komponenten tun, sondern auch, wie Sie alles verbinden.

Ein gutes Design reduziert die Anzahl der Drähte und die Entfernung, die sie gehen müssen. Beispielsweise könnte ein Satz von 10 bis 15 Drähten, die an einem abgelegenen Terminal gehen, durch ein Ethernet -Kabel mit einem industriellen Kommunikationsprotokoll wie EtherCat ersetzt werden. Ethernet ist nicht die einzige Wahl, aber welchen Sie auch nicht verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie über die richtigen Kommunikationstools oder -busse verfügen, damit Sie gemeinsame Protokolle verwenden können. Wenn Sie einen guten Kommunikationsbus auswählen und einen Plan dafür haben, wie alles angelegt wird, wird die zukünftige Erweiterungen viel einfacher.

Konzentrieren Sie sich darauf, von Anfang an ein gutes Design im Schrank zu bauen. Setzen Sie beispielsweise keine Netzteile in der Nähe elektronischer Komponenten ein, die durch magnetische Interferenzen beeinflusst werden können. Komponenten mit hohen Strömen oder Frequenzen können in Drähten elektrische Rauschen erzeugen. Halten Sie also Hochspannungskomponenten für den besten Betrieb von niedrigen Spannungskomponenten fern. Finden Sie außerdem heraus, ob Ihr Netzwerk sicherlich bewertet ist. Wenn nicht, benötigen Sie wahrscheinlich fest verdrahtete redundante Sicherheitsverbindungen. Wenn ein Teil fehlschlägt, erkennt es sein eigenes Ausfall und reagiert.

Wenn das industrielle Internet der Dinge (IIOT) in Betracht gezogen wird, sollten Sie erweiterte Funktionen hinzufügen, die Sie oder Ihre Kunden möglicherweise nicht ganz verwenden können. Wenn Sie die Funktionen in die Maschine aufbauen, ist es einfacher, diese Maschine später zu aktualisieren.

【Software】

Nach Schätzungen der Industrie wird es nicht lange dauern, bis OEMs 50-60% ihrer Maschinenentwicklungszeit ausgeben müssen, die sich auf Softwareanforderungen konzentriert. Die Entwicklung von einem Fokus auf Mechaniker auf einen Fokus auf die Schnittstelle bringt kleinere Maschinenbauunternehmen im Wettbewerbsnachteil, kann aber auch die Wettbewerbsbedingungen für Unternehmen ausgleichen, die bereit sind, modulare Software und standardisierte, offene Protokolle zu übernehmen.

Wie Software organisiert wird, kann erweitern oder einschränken, was eine Maschine jetzt und in Zukunft tun kann. Wie modulare Hardware verbessert die modulare Software die Geschwindigkeit und Effizienz des Maschinenbaues.

Angenommen, Sie entwerfen eine Maschine und möchten einen zusätzlichen Schritt zwischen zwei Phasen hinzufügen. Wenn Sie modulare Software verwenden, können Sie einfach eine Komponente hinzufügen, ohne neu zu programmieren oder neu zu programmieren. Und wenn Sie sechs Abschnitte haben, die alle dasselbe tun, können Sie Code einmal schreiben und in allen sechs Abschnitten verwenden.

Es ist nicht nur effizienter mit modularer Software gestaltet, sondern ermöglicht es auch den Ingenieuren, die Flexibilität zu bieten, die sich Kunden sehnen. Angenommen, der Kunde möchte eine Maschine, die Produkte mit unterschiedlicher Größe ausführt, und die größte Größe erfordert eine Änderung der Funktionsweise eines Abschnitts. Mit modularer Software können Designer den Abschnitt einfach ändern, ohne den Rest der Funktionen der Maschine zu beeinflussen. Diese Änderung könnte automatisiert werden, damit der OEM oder sogar den Kunden schnell zwischen Maschinenfunktionen wechseln. Es gibt nichts zu reprogrammieren, weil sich das Modul bereits in der Maschine befindet.

Maschinenbauer können eine Standard -Basismaschine mit optionalen Funktionen anbieten, um die einzigartigen Anforderungen jedes Kunden zu erfüllen. Durch die Entwicklung eines Portfolios von mechanischen, elektrischen und Softwaremodulen erleichtert es, konfigurierbare Maschinen schnell zusammenzustellen.

Um die größte Effizienz von modularer Software zu erzielen, ist es jedoch wichtig, die Industriestandards zu befolgen, insbesondere wenn Sie mehr als einen Lieferanten verwenden. Wenn der Antriebs- und Sensorlieferant den Branchenstandards nicht folgen, können diese Komponenten nicht miteinander sprechen, und alle Modularitätseffizienzen gehen verloren, um herauszufinden, wie die Teile angeschlossen werden können.

Wenn Ihr Kunde plant, den Datenstrom mit einem Cloud -Netzwerk zu verbinden, ist es von wesentlicher Bedeutung, dass jede Software mithilfe von Branchenstandardprotokollen erstellt wird, sodass der Computer mit anderen Maschinen zusammenarbeiten und mit Cloud -Diensten Schnittstellen hat.

OPC UA und MQTT sind die häufigsten Standard -Softwarearchitekturen. OPC UA ermöglicht eine nahezu echte Kommunikation zwischen Maschinen, Controllern, Cloud und anderen IT-Geräten und ist wahrscheinlich eine ganzheitliche Kommunikationsinfrastruktur, die Sie erhalten können. MQTT ist ein leichteres IIOT-Messaging-Protokoll, mit dem zwei Anwendungen miteinander sprechen können. Es wird häufig in einem einzelnen Produkt verwendet.

【Cloud -Konnektivität】

Miteinander verbundene Maschinen mit geschlossenem Schleifen sind immer noch die Mehrheit, aber Fabriken, die sich vollständig mit der Cloud vernetzt haben, werden immer beliebter. Dieser Trend könnte das Ausmaß der Vorhersagewartung und die datengesteuerte Produktion erhöhen und ist die nächste große Veränderung in der Fabriksoftware. Es beginnt mit der Fernkonnektivität.

Cloud-network-Pflanzen analysieren Daten aus verschiedenen Prozessen, unterschiedlichen Produktionslinien und mehr, um vollständigere Darstellungen des Produktionsprozesses zu erstellen. Auf diese Weise können sie die allgemeine Effektivität der Geräte (OEE) verschiedener Produktionsanlagen vergleichen. In modernsten OEMs arbeiten mit vertrauenswürdigen Automatisierungspartnern zusammen, um Cloud-fertige Maschinen mit modularen Branchen-4.0-Funktionen anzubieten, mit denen die Datenendbenutzer benötigt werden können.

Für Maschinenbauunternehmen wird die Verwendung der Motion Control Automation und die Erlangung eines ganzheitlichen Gesamtprozessansatzes, um Kundenanlagen oder Unternehmen effizienter zu gestalten, mehr Unternehmen gewinnen.