Mitä OEM-valmistajien ja suunnittelijoiden on tiedettävä moottoreista, taajuusmuuttajista ja ohjaimista.

Olipa suunnittelijat parantamassa liikekeskeistä konetta tai rakentamassa uutta, on tärkeää, että he aloittavat liikkeenohjauksen mielessä. Sitten he voivat kehittää suunnittelua parhaan tavan mukaan saada tehokasta ja tehokasta automaatiota.

Liikepohjaiset koneet tulisi suunnitella ja rakentaa niiden ydintoimintojen ympärille. Esimerkiksi painokoneessa, joka perustuu tiettyyn käämityssovellussarjaan, suunnittelijat keskittyisivät kriittisiin osiin ja kehittäisivät koneen muun osan ydintoimintojen tukemiseksi.

Tämä kuulostaa Design Engineering 101:ltä, mutta markkinoille tuloon liittyvien paineiden ja perinteisesti mekaniikka-, sähkö- ja ohjelmistoosastojen tiimien ansiosta suunnittelun on helppo palata pitkälti lineaariseen prosessiin. Suunnittelu liikeohjausta ajatellen vaatii kuitenkin mekatroniikan lähestymistapaa, joka sisältää alkukonseptien kehittämisen, järjestelmätopologian ja konelähestymistavan määrittelyn sekä yhteysrajapinnan ja ohjelmistoarkkitehtuurin valinnan.

Tässä on joitain moottoreiden, taajuusmuuttajien, ohjaimien ja ohjelmistojen olennaisia ​​näkökohtia, jotka insinöörien tulisi ottaa huomioon jokaisen konesuunnitteluprojektin alusta lähtien tehottomuuden, virheiden ja kustannusten vähentämiseksi samalla, kun OEM-valmistajat voivat ratkaista asiakkaiden ongelmat lyhyemmässä ajassa.

【Suunnitteluprosessi】

Miten ja missä osat liikkuvat, insinöörit käyttävät yleensä suurimman osan suunnittelutyöstään, erityisesti kehittäessään innovatiivisia koneita. Vaikka innovatiiviset koontiversiot vievät ylivoimaisesti eniten aikaa, ne tarjoavat usein suurimman sijoitetun pääoman tuottoprosentin, varsinkin jos tiimit hyödyntävät uusinta virtuaalista suunnittelua ja modulaarisia rakenteita.

Ensimmäinen askel kehitettäessä konetta tyhjästä on kysyä: Mitkä ovat tämän koneen kriittiset toiminnot? Se voi olla helposti puhdistettavan, vähän huoltoa vaativan tai erittäin tarkan koneen valmistaminen. Tunnista tekniikka, joka tuottaa vaaditun toiminnon, suorituskyvyn tai ylläpitotason.

Mitä monimutkaisempi ongelma on ratkaistava, sitä vaikeampaa on määrittää tärkeimmät toiminnot. Harkitse yhteistyötä liikekeskeisen automaation toimittajan kanssa, joka voi auttaa määrittelemään kriittiset yksityiskohdat ja määrittämään oikean lähestymistavan.

Kysy sitten: Mitkä ovat koneen vakiotoiminnot? Aiemmassa painokoneesimerkissä pysyen, painettavan materiaalin purkamiseen käytetyt jännitys- ja anturiohjaimet ovat melko vakioita. Itse asiassa noin 80 % uuden koneen tehtävistä on muunnelmia aiempien koneiden tehtävistä.

Modulaarisen laitteiston ja koodiohjelmoinnin käyttäminen standarditoimintojen suunnitteluvaatimusten käsittelemiseen vähentää merkittävästi projektin loppuun saattamiseen tarvittavien suunnitteluresurssien määrää. Se käyttää myös aikaa testattuja toimintoja, mikä lisää luotettavuutta ja antaa sinun keskittyä suunnittelun monimutkaisempiin osiin.

Työskentely liikkeenohjauskumppanin kanssa, joka pystyy toimittamaan vakiotoimintoja modulaarisilla laitteistoilla ja ohjelmistoilla, tarkoittaa, että voit keskittyä lisäarvoominaisuuksiin, jotka erottavat tuotteesi kilpailijoista.

Tyypillisessä suunnitteluprojektissa koneinsinöörit rakentavat koneen rakenteen ja sen mekaaniset komponentit; sähköinsinöörit lisäävät elektroniikan, mukaan lukien asemat, johdot ja säätimet; ja sitten ohjelmistosuunnittelijat kirjoittavat koodin. Joka kerta kun tulee virhe tai ongelma, projektitiimin on peruttava ja korjattava se. Niin paljon aikaa ja energiaa suunnitteluprosessissa kuluu suunnittelun uudelleen tekemiseen muutosten tai virheiden perusteella. Onneksi mekaniikkojen suunnittelu CAD-ohjelmistolla ja siled-suunnittelu ovat melkein menneisyyttä.

Nykyään virtuaalisuunnittelu antaa tiimeille mahdollisuuden suunnitella, kuinka koneet toimivat useilla rinnakkaisilla poluilla, mikä lyhentää merkittävästi kehityssykliä ja markkinoilletuloaikaa. Luomalla digitaalisen kaksosen (koneen virtuaalisen esityksen) jokainen osasto voi työskennellä itsenäisesti ja kehittää osia ja ohjaimia samanaikaisesti muun tiimin kanssa.

Digitaalisen kaksoiskappaleen avulla insinöörit voivat nopeasti testata erilaisia ​​koneen malleja sekä koneen teknologioita. Esimerkiksi ehkä prosessi edellyttää materiaalin syöttämistä koneen syöttöön, kunnes haluttu määrä on kerätty ja sitten materiaali leikataan; Tämä tarkoittaa, että sinun on keksittävä tapa pysäyttää syöttö aina, kun materiaalia on leikattava. On olemassa useita tapoja käsitellä tätä haastetta, ja ne kaikki voivat vaikuttaa koko koneen toimintaan. Erilaisten korjauskeinojen kokeileminen tai komponenttien siirtäminen nähdäksesi, miten se vaikuttaa toimintaan, on yksinkertaista digitaalisen kaksoiskappaleen kanssa ja johtaa tehokkaampaan (ja vähemmän) prototyyppien valmistukseen.

Virtuaalisuunnittelun avulla suunnittelutiimit voivat nähdä, kuinka koko kone ja sen päällekkäiset konseptit toimivat yhdessä tietyn tavoitteen tai tavoitteiden saavuttamiseksi.

【Topologian valitseminen】

Monimutkaiset rakenteet, joissa on useita toimintoja, useampi kuin yksi liikeakseli ja moniulotteinen liike sekä nopeampi lähtö ja suorituskyky tekevät järjestelmän topologiasta yhtä monimutkaisen. Valinta keskitetyn, ohjainpohjaisen automaation tai hajautetun, käyttöpohjaisen automaation välillä riippuu suunniteltavasta koneesta. Se, mitä kone tekee, sekä sen yleiset että paikalliset toiminnot, vaikuttaa siihen, valitsetko keskitetyn vai hajautetun topologian. Myös kaappitila, koneen koko, ympäristöolosuhteet ja jopa asennusaika vaikuttavat tähän päätökseen.

Keskitetty automaatio. Paras tapa saada koordinoitu liikkeenohjaus monimutkaisille koneille on ohjainpohjainen automaatio. Liikeohjauskomennot välitetään yleensä tietyille servoinverttereille standardoidun reaaliaikaisen väylän, kuten EtherCAT, kautta, ja invertterit ohjaavat kaikkia moottoreita.

Ohjainpohjaisen automaation avulla voidaan koordinoida useita liikeakseleita monimutkaisen tehtävän suorittamiseksi. Se on ihanteellinen topologia, jos liike on koneen ytimessä ja kaikki osat on synkronoitava. Jos esimerkiksi on tärkeää, että jokainen liikeakseli on tietyssä paikassa, jotta robottikäsi voidaan sijoittaa oikein, valitset todennäköisesti ohjainpohjaisen automaation.

Hajautettu automaatio. Pienemmillä koneilla ja konemoduuleilla hajautettu liikkeenohjaus vähentää tai poistaa koneen ohjauslaitteiden kuormituksen. Sen sijaan pienemmät invertterikäytöt ottavat hajautetun ohjausvastuun, I/O-järjestelmä arvioi ohjaussignaalit ja tietoliikenneväylä, kuten EtherCAT, muodostaa päästä päähän -verkon.

Hajautettu automaatio on ihanteellinen, kun yksi koneen osa voi ottaa vastuun tehtävän suorittamisesta eikä sen tarvitse jatkuvasti raportoida keskusohjaukselle. Sen sijaan koneen jokainen osa toimii nopeasti ja itsenäisesti ja raportoi vasta, kun sen tehtävä on suoritettu. Koska kukin laite käsittelee oman kuormansa tällaisessa järjestelyssä, koko kone voi hyödyntää hajautettua prosessointitehoa.

Keskitetty ja hajautettu ohjaus. Vaikka keskitetty automaatio tarjoaa koordinoinnin ja hajautettu tehokkaampi hajautettu prosessointiteho, molempien yhdistelmä on joskus paras valinta. Lopullinen päätös riippuu kattavista vaatimuksista, mukaan lukien tavoitteet, jotka liittyvät: Kustannukset/arvo, Suorituskyky, Tehokkuus, Luotettavuus ajan mittaan, Turvallisuusvaatimukset.

Mitä monimutkaisempi projekti on, sitä tärkeämpää on, että meillä on liikennöintitekniikan kumppani, joka osaa neuvoa eri näkökulmista. Kun koneenrakentaja tuo vision ja automaatiokumppani työkalut, silloin saat parhaan ratkaisun.

【Koneverkko】

Puhtaiden, tulevaisuudenkestävän yhteenliitettävyyden luominen on myös keskeinen vaihe suunnittelussa liikeohjausta ajatellen. Viestintäprotokolla on yhtä tärkeä kuin missä moottorit ja taajuusmuuttajat sijaitsevat, koska siinä ei ole kyse vain siitä, mitä komponentit tekevät, vaan myös siitä, kuinka yhdistät ne kaikki.

Hyvä suunnittelu vähentää johtojen määrää ja niiden etäisyyttä. Esimerkiksi etäpäätteeseen menevä 10–15 johdon sarja voitaisiin korvata Ethernet-kaapelilla käyttämällä teollista viestintäprotokollaa, kuten EtherCAT. Ethernet ei ole ainoa vaihtoehto, mutta käytätpä kumpaa tahansa, varmista, että sinulla on oikeat viestintävälineet tai väylät, jotta voit käyttää yleisiä protokollia. Hyvän viestintäväylän valitseminen ja suunnitelman laatiminen siitä, miten kaikki järjestetään, tekee tulevista laajennuksista paljon helpompaa.

Keskity hyvän suunnittelun rakentamiseen kaapin sisälle alusta alkaen. Älä esimerkiksi aseta virtalähteitä lähelle elektronisia komponentteja, joihin magneettiset häiriöt voivat vaikuttaa. Komponentit, joilla on suuria virtoja tai taajuuksia, voivat tuottaa sähköistä kohinaa johtimiin. Pidä siis korkeajännitteiset komponentit loitolla pienjännitekomponenteista parhaan toiminnan varmistamiseksi. Lisäksi selvitä, onko verkkosi turvallisuusluokitus. Jos ei, tarvitset todennäköisesti langallisia redundantteja turvaliitäntöjä, joten jos jokin osa epäonnistuu, se havaitsee oman vikansa ja reagoi.

Teollisen esineiden internetin (IIoT) kasvaessa voit harkita kehittyneiden toimintojen lisäämistä, ettet välttämättä ole valmiita käyttämään sitä. Koneen ominaisuuksien rakentaminen tarkoittaa, että koneen päivittäminen myöhemmin on helpompaa.

【Ohjelmisto】

Alan arvioiden mukaan ei kestä kauan, kun OEM-valmistajien on käytettävä 50–60 % konekehitysajastaan ​​ohjelmistovaatimuksiin keskittyen. Evoluutio mekaniikasta keskittymisestä rajapintoihin asettaa pienet koneenrakentajat epäedulliseen kilpailuasemaan, mutta voi myös tasata toimintaedellytyksiä yrityksille, jotka haluavat ottaa käyttöön modulaarisia ohjelmistoja ja standardoituja, avoimia protokollia.

Ohjelmiston järjestäminen voi laajentaa tai rajoittaa sitä, mitä kone voi tehdä nyt ja tulevaisuudessa. Kuten modulaariset laitteistot, modulaariset ohjelmistot parantavat koneenrakennuksen nopeutta ja tehokkuutta.

Oletetaan esimerkiksi, että suunnittelet konetta ja haluat lisätä ylimääräisen vaiheen kahden vaiheen väliin. Jos käytät modulaarista ohjelmistoa, voit yksinkertaisesti lisätä komponentin ilman uudelleenohjelmointia tai uudelleenkoodausta. Ja jos sinulla on kuusi osiota, jotka kaikki tekevät samaa, voit kirjoittaa koodin kerran ja käyttää sitä kaikissa kuudessa osiossa.

Suunnittelu ei ole pelkästään tehokkaampaa modulaaristen ohjelmistojen avulla, vaan myös insinöörit voivat tarjota asiakkaiden kaipaamaa joustavuutta. Oletetaan esimerkiksi, että asiakas haluaa koneen, joka käyttää erikokoisia tuotteita, ja suurin koko edellyttää muutosta yhden osan toimintaan. Modulaarisella ohjelmistolla suunnittelijat voivat yksinkertaisesti vaihtaa osan ilman, että se vaikuttaa koneen muihin toimintoihin. Tämä muutos voitaisiin automatisoida, jotta OEM tai jopa asiakas voisi vaihtaa nopeasti koneen toimintojen välillä. Mitään ei tarvitse ohjelmoida uudelleen, koska moduuli on jo koneessa.

Koneenrakentajat voivat tarjota vakioperuskoneen valinnaisilla ominaisuuksilla, jotka vastaavat jokaisen asiakkaan yksilöllisiä vaatimuksia. Mekaanisten, sähköisten ja ohjelmistomoduulien valikoiman kehittäminen helpottaa konfiguroitavien koneiden nopeaa kokoamista.

Modulaaristen ohjelmistojen tehokkuuden saamiseksi on kuitenkin välttämätöntä noudattaa alan standardeja, varsinkin jos käytät useampaa kuin yhtä toimittajaa. Jos taajuusmuuttaja ja anturitoimittaja eivät noudata alan standardeja, nämä komponentit eivät voi puhua keskenään ja kaikki modulaarisuuden tehokkuus menetetään osien yhdistämisen selvittämisessä.

Lisäksi, jos asiakkaasi aikoo yhdistää tietovirran pilviverkkoon, on tärkeää, että kaikki ohjelmistot luodaan alan standardiprotokollia käyttäen, jotta kone voi toimia muiden koneiden kanssa ja liittyä pilvipalveluihin.

OPC UA ja MQTT ovat yleisimmät standardiohjelmistoarkkitehtuurit. OPC UA mahdollistaa lähes reaaliaikaisen viestinnän koneiden, ohjaimien, pilven ja muiden IT-laitteiden välillä, ja se on luultavasti lähimpänä kokonaisvaltaista viestintäinfrastruktuuria, jonka voit saada. MQTT on kevyempi IIoT-viestintäprotokolla, jonka avulla kaksi sovellusta voivat keskustella toistensa kanssa. Sitä käytetään usein yhdessä tuotteessa, jolloin esimerkiksi anturin tai aseman annetaan vetää tietoa tuotteesta ja lähettää ne pilveen.

【Pilviyhteys】

Yhteenliitetyt suljetun silmukan koneet ovat edelleen enemmistönä, mutta täysin pilveen verkottuneiden tehtaiden suosio kasvaa. Tämä suuntaus voi nostaa ennakoivan ylläpidon ja dataohjatun tuotannon tasoa, ja se on seuraava suuri muutos tehdasohjelmistoissa; se alkaa etäyhteydellä.

Pilviverkotetut tehtaat analysoivat tietoja eri prosesseista, eri tuotantolinjoista ja muusta luodakseen täydellisempiä esityksiä tuotantoprosessista. Näin he voivat vertailla eri tuotantolaitosten kokonaistehokkuutta (OEE). Huippuluokan OEM-valmistajat tekevät yhteistyötä luotettavien automaatiokumppanien kanssa tarjotakseen pilvivalmiita koneita modulaarisilla Industry 4.0 -ominaisuuksilla, jotka voivat lähettää loppukäyttäjien tarvitsemaa dataa.

Koneenrakentajille liikkeenohjausautomaation käyttö ja kokonaisvaltainen, prosessin kokonaisvaltainen lähestymistapa asiakkaiden tehtaiden tai yritysten tehostamiseksi tuovat varmasti lisää liiketoimintaa.