Si vous travaillez dans la construction de machines, vous utilisez probablement quotidiennement des actionneurs et des systèmes de positionnement. Mais tirez-vous réellement le meilleur parti de ces dispositifs de mouvement, en termes de performances ou de coût total de possession ? La réponse pourrait vous surprendre.

Trop souvent, les ingénieurs considèrent les platines ou les actionneurs comme de simples éléments de la nomenclature. Du moment que le dispositif de mouvement répond aux exigences nominales de positionnement, de force, de charge utile, de vitesse et de coût, il est prêt à l'emploi.

Pour des exigences de mouvement simples, cette approche de sélection de l'étage ou de l'actionneur peut donner des résultats acceptables. Cependant, les machines aux exigences de mouvement mécanique complexes tireront profit d'une stratégie de conception de mouvement intégrée. Plutôt qu'un ensemble de composants électromécaniques, dont le fonctionnement peut être aléatoire, les systèmes de mouvement intégrés fonctionnent comme de véritables sous-systèmes de machine prêts à l'emploi.

Les systèmes de mouvement embarqués sont conçus pour s'intégrer dans un espace physique prédéfini sur une machine et se connecter à son système de commande de mouvement. Ils sont prêts à recevoir des commandes d'une interface informatique, d'une carte de contrôle ou d'un automate programmable. Dans leur version la plus simple, ces systèmes peuvent se limiter à un étage ou un actionneur doté de connecteurs pour faciliter l'installation. Dans leur version la plus complexe, ces sous-systèmes de mouvement s'étendent du brochage à la charge utile. Ils englobent non seulement le dispositif de mouvement lui-même, mais aussi tous les composants qu'il transporte.

Comparée à une approche composant par composant du mouvement des machines, la commande de mouvement intégrée offre des avantages indéniables :

Performances mécaniques

Même avec une platine ou un actionneur identiques, les systèmes de mouvement embarqués surpassent généralement les systèmes à composants séparés. Cela s'explique par leur expertise en matière d'application et d'assemblage. Un bon fournisseur de systèmes de mouvement embarqués possède une longue expérience dans la résolution de problèmes de positionnement complexes et dispose d'une gamme de modules de mouvement éprouvés, personnalisables pour chaque application. Il maîtrise parfaitement l'influence de la dynamique de la platine, de l'architecture de commande de mouvement et de l'environnement d'exploitation sur les exigences de positionnement.

En ce qui concerne l'assemblage, de nombreux constructeurs de machines ne disposent pas des techniciens qualifiés, des dispositifs spécialisés, des interféromètres laser et autres systèmes de métrologie nécessaires pour aligner les platines multi-axes les plus précises, dont les tolérances d'alignement axe à axe se mesurent souvent en microns.

Expertise en matière de contrôle

Les systèmes de mouvement embarqués peuvent être livrés avec ou sans commandes de mouvement, selon les exigences du client. Toutefois, une stratégie de commande doit toujours faire partie intégrante de la conception des systèmes de mouvement embarqués. Un fournisseur compétent de systèmes de mouvement embarqués possède une connaissance approfondie de l'interaction entre les différentes plateformes de commande de mouvement et leurs capacités cinématiques, ainsi que des systèmes de mouvement mécaniques. Cette expertise nous permet de repousser les limites des performances dynamiques, notamment en ce qui concerne les rapports de déséquilibre d'inertie acceptables.

Fiabilité

Lors de la mise en service d'un nouveau système de mouvement, les problèmes les plus fréquents sont dus à des défaillances de composants individuels, apparemment mineurs, ou à des incompatibilités entre eux. Par exemple, un simple connecteur défectueux ou un câble inadapté peut immobiliser même la meilleure platine de mouvement. Les systèmes de mouvement intégrés évitent ce type de panne car ils sont assemblés et testés en tant que système avant leur intégration sur la machine de production. Avec les systèmes de mouvement composés de composants individuels, les petites défaillances et les incompatibilités peuvent passer inaperçues jusqu'à l'assemblage de la machine de production.

Réduction des coûts

Les systèmes de mouvement intégrés coûtent généralement de 25 à 50 % moins cher que leurs homologues composés de composants. Ces économies proviennent notamment de la réduction du nombre de pièces, par exemple grâce à l'intégration de supports, de connecteurs et d'autres composants. La réduction des coûts peut largement dépasser 50 % si l'on prend en compte tous les coûts cachés liés à la conception et à l'installation d'un système de mouvement. Ces coûts incluent notamment ceux liés à l'ingénierie de conception, aux stocks, aux délais de mise sur le marché, etc.

De nombreuses applications peuvent tirer parti du mouvement embarqué. Nous avons mis en œuvre cette approche sur des dizaines de machines pour les secteurs des semi-conducteurs, des procédés de soudage humide, de la découpe laser, du conditionnement et de l'automatisation de laboratoire.

Les coûts cachés des systèmes de mouvement

Les systèmes de mouvement construits à partir de composants présentent un certain nombre de coûts cachés qui peuvent être éliminés par l'approche du mouvement intégré, notamment :

1. Réduction des coûts liés au délai de mise sur le marché. Les systèmes de mouvement embarqués, qui prennent intrinsèquement en charge l'ingénierie simultanée, peuvent réduire de plusieurs semaines, voire de plusieurs mois, le temps de développement d'une machine complexe.
2. Coûts de gestion des programmes, de la production et des matériaux. Les systèmes de mouvement intégrés sont livrés sous forme d'un seul élément de nomenclature, ce qui élimine des centaines de pièces à commander, à stocker et à assembler.
3. Coûts de production. Les systèmes de mouvement de précision nécessitent des techniciens d'assemblage qualifiés et des équipements de production spécialisés dont le coût peut être difficile à justifier en cas de sous-utilisation.
4. Garantie et coûts liés aux pannes. Un bon fournisseur de systèmes de mouvement embarqués garantit ses systèmes contre les pannes et assume la responsabilité de son travail, ce qui réduit les risques pour le fabricant d'équipement d'origine (OEM).

Cette machine CNC non traditionnelle présente toutes les caractéristiques d'une application de mouvement embarquée idéale. Elle nécessitait :

1. À la fois en matière de contrôle et d'expertise mécanique.L'intégration du système mécanique aux commandes et aux amplificateurs qui gèrent la cinématique complexe du mouvement polaire a nécessité une approche systémique et des mois d'essais. Nous avons également dû développer un ensemble de techniques et d'outils d'alignement pour construire ce nouveau système CNC.

2. Conception compacte, intégration facile.L'espace était précieux sur cette machine CNC de bureau. La conception du module servo Rotary, avec son large trou traversant sans obstruction, nous a permis d'optimiser l'espace disponible. Les trous traversants de 100 mm ont facilité l'acheminement de l'alimentation en air directement vers la broche, l'intégration d'un indexeur de matériau côté pièce et la réalisation de tous les raccordements électriques nécessaires.

3. Maîtrise des coûts.L'un des aspects intéressants de ce système de mouvement embarqué est sa simplicité. L'exigence fonctionnelle principale concernait la finition de surface, et non la précision de positionnement. Les besoins en positionnement sont d'ailleurs assez modestes, du moins selon nos critères. Nous avons donc pu nous passer d'encodeurs à lecture directe et faire fonctionner l'ensemble du système en boucle ouverte. Cela a permis à notre client d'économiser des milliers de dollars par machine.

Premiers pas avec Embedded Motion

Passer de systèmes de mouvement composés de composants individuels à des systèmes de mouvement embarqués peut sembler un pari risqué. Après tout, vous allez externaliser la commande de mouvement auprès d'un fournisseur.

En choisissant le bon fournisseur, l'externalisation sera rentable grâce à des performances et une fiabilité accrues. Les coûts diminueront également, car les sous-systèmes de mouvement arriveront dans votre usine entièrement testés, garantis et prêts à être installés dans votre machine.