Ce que les OEM et les ingénieurs de conception doivent savoir sur les moteurs, les lecteurs et les contrôleurs.

Que les concepteurs améliorent une machine axée sur le mouvement ou en construisent une nouvelle, il est essentiel qu'ils commencent par le contrôle du mouvement à l'esprit. Ensuite, ils peuvent développer la conception autour de la meilleure façon d'obtenir une automatisation efficace et efficiente.

Les machines basées sur le mouvement doivent être conçues et construites autour de leurs fonctions de base. Pour une machine d'impression qui s'appuie sur un ensemble spécifique d'applications d'enroulement, par exemple, les concepteurs se concentreraient sur les pièces critiques et développeraient le reste de la machine à l'appui des fonctions de base.

Cela ressemble à Design Engineering 101, mais avec les pressions et les équipes de temps de marché traditionnellement plongées dans les départements mécaniques, électriques et logiciels, il est facile pour la conception de revenir à un processus largement linéaire. La conception avec le contrôle de mouvement à l'esprit nécessite cependant une approche mécatronique qui comprend le développement des concepts initiaux, la détermination de la topologie du système et de l'approche machine et de la sélection de l'interface de connexion et de l'architecture logicielle.

Voici quelques aspects essentiels des moteurs, des lecteurs, des contrôleurs et des logiciels que les ingénieurs devraient considérer depuis le début de chaque projet de conception de machines afin de réduire les inefficacités, les erreurs et les coûts tout en permettant aux OEM de résoudre les problèmes des clients en moins de temps.

【Le processus de conception】

Comment et où les pièces se déplacent est généralement là où les ingénieurs passent la plupart de leurs efforts d'ingénierie, en particulier lors du développement de machines innovantes. Bien que les versions innovantes soient de loin la plus longue, elles offrent souvent le plus grand retour sur investissement, surtout si les équipes utilisent les dernières conceptions d'ingénierie virtuelle et modulaires.

La première étape lors du développement d'une machine à partir de zéro est de demander: quelles sont les fonctions critiques de cette machine? Il pourrait s'agir de fabriquer une machine facile à nettoyer, à faible entretien ou très précise. Identifiez la technologie qui fournira la fonction, les performances ou le niveau de maintenance requis.

Plus le problème doit être résolu, plus il sera difficile de déterminer les fonctions les plus vitales. Envisagez de travailler avec un fournisseur d'automatisation centré sur le mouvement qui peut aider à définir les détails critiques et à déterminer la bonne approche.

Ensuite, demandez: quelles sont les fonctions standard de la machine? Resté avec l'exemple de machine d'impression antérieure, les commandes de tension et de capteur utilisées pour dénouer le matériau imprimé sont assez standard. En fait, environ 80% des tâches d'une nouvelle machine sont des variations sur les tâches des machines passées.

L'utilisation de la programmation matérielle modulaire et de code pour gérer les exigences d'ingénierie pour les fonctions standard réduit considérablement la quantité de ressources de conception nécessaires pour terminer le projet. Il utilise également des fonctions éprouvées dans le temps, augmentant ainsi la fiabilité et vous permettant de vous concentrer sur des parties plus complexes de la conception.

Travailler avec un partenaire de contrôle de mouvement qui peut fournir des fonctions standard avec du matériel et des logiciels modulaires signifie que vous pouvez vous concentrer sur les fonctionnalités à valeur ajoutée qui distinguent votre produit de la concurrence.

Dans un projet de conception typique, les ingénieurs mécaniques construisent la structure de la machine et ses composants mécaniques; Les ingénieurs électriciens ajoutent l'électronique, y compris les lecteurs, les fils et les commandes; puis les ingénieurs logiciels écrivent le code. Chaque fois qu'il y a une erreur ou un problème, l'équipe de projet doit revenir en arrière et la corriger. Tant de temps et d'énergie dans le processus de conception sont passés à refaire une conception en fonction des changements ou des erreurs. Heureusement, la conception de mécanismes avec des logiciels CAO et la planification et la conception cloisonnés sont presque des choses du passé.

Aujourd'hui, l'ingénierie virtuelle permet aux équipes de concevoir comment les machines fonctionneront en utilisant plusieurs chemins parallèles, raccourcissant ainsi considérablement le cycle de développement et le délai de marché. En créant un jumeau numérique (une représentation virtuelle de la machine), chaque département peut travailler seul et développer des pièces et des contrôles simultanément avec le reste de l'équipe.

Un jumeau numérique permet aux ingénieurs tester rapidement divers conceptions pour une machine ainsi que vos technologies de machine. Par exemple, peut-être qu'un processus nécessite que le matériau soit introduit dans un aliment de la machine jusqu'à ce que la quantité souhaitée soit collectée, puis le matériau est coupé; Cela signifie que vous devez trouver un moyen d'arrêter l'alimentation chaque fois que le matériau doit être coupé. Il existe plusieurs façons de relever ce défi, et tous peuvent affecter le fonctionnement de la machine globale. Essayer différents remèdes ou délocalisation des composants pour voir comment il affecte les opérations est simple avec un jumeau numérique et conduit à un prototypage plus efficace (et moins).

L'ingénierie virtuelle permet aux équipes de conception de voir comment toute la machine et ses concepts qui se chevauchent fonctionnent ensemble pour atteindre un objectif ou des objectifs particuliers.

【Sélection de la topologie】

Designs complexes avec plusieurs fonctions, plus d'un axe de mouvement et de mouvement multidimensionnel, et une sortie et un débit plus rapides rendent la topologie du système tout aussi compliquée. Le choix entre l'automatisation centralisée basée sur le contrôleur ou l'automatisation décentralisée, basée sur le lecteur dépend de la conception de la machine. Ce que la machine fait, à la fois ses fonctions globales et locales, affecte que vous optiez pour une topologie centralisée ou décentralisée. L'espace de l'armoire, la taille de la machine, les conditions ambiantes et même le temps d'installation affectent également cette décision.

Automatisation centralisée. La meilleure façon d'obtenir un contrôle de mouvement coordonné pour les machines complexes est la automatisation basée sur le contrôleur. Les commandes de contrôle de mouvement sont généralement transmises à des serviteurs spécifiques via un bus standardisé en temps réel tel que Ethercat, et les onduleurs conduisent tous les moteurs.

Avec l'automatisation basée sur le contrôleur, plusieurs axes de mouvement peuvent être coordonnés pour effectuer une tâche complexe. C'est une topologie idéale si le mouvement est au cœur de la machine et que toutes les pièces doivent être synchronisées. Par exemple, s'il est essentiel que chaque axe de mouvement soit dans un endroit spécifique pour positionner correctement un bras de robot, vous choisirez probablement l'automatisation basée sur le contrôleur.

Automatisation décentralisée. Avec des machines et des modules de machine plus compacts, le contrôle de mouvement décentralisé réduit ou élimine la charge sur les commandes de la machine. Au lieu de cela, les entraînements d'onduleurs plus petits assument des responsabilités de contrôle décentralisées, un système d'E / S évalue les signaux de contrôle et un bus de communication tel que EtherCat forme un réseau de bout en bout.

L'automatisation décentralisée est idéale lorsqu'une partie de la machine peut assumer la responsabilité de terminer une tâche et n'a pas à se présenter constamment au contrôle central. Au lieu de cela, chaque partie de la machine fonctionne rapidement et indépendamment, ne rapportant que une fois que sa tâche est terminée. Étant donné que chaque appareil gère sa propre charge dans un tel arrangement, la machine globale peut profiter d'une puissance de traitement plus distribuée.

Contrôle centralisé et décentralisé. Bien que l'automatisation centralisée fournit une coordination et décentralisé fournit une puissance de traitement distribuée plus efficace, une combinaison des deux est parfois le meilleur choix. La décision finale dépend des exigences globales, notamment des objectifs liés à: le coût / la valeur, le débit, l'efficacité, la fiabilité dans le temps, les spécifications de sécurité.

Plus le projet est complexe, plus il est important d'avoir un partenaire d'ingénierie de contrôle de mouvement qui peut donner des conseils sur les différents aspects. Lorsque le constructeur de machines apporte la vision et que le partenaire d'automatisation apporte les outils, c'est à ce moment que vous obtenez la meilleure solution.

【Réseautage de machines】

L'établissement de l'interconnectivité propre et à l'épreuve de l'avenir est également une étape clé dans la conception avec le contrôle de mouvement à l'esprit. Le protocole de communication est tout aussi essentiel que où les moteurs et les lecteurs sont situés parce qu'il ne s'agit pas seulement de ce que font les composants - c'est aussi la façon dont vous connectez tout.

Une bonne conception réduit le nombre de fils et la distance qu'ils doivent aller. Par exemple, un ensemble de 10 à 15 fils allant dans un terminal distant pourrait être remplacé par un câble Ethernet en utilisant un protocole de communication industriel tel que EtherCAT. Ethernet n'est pas le seul choix, mais celui que vous utilisez, assurez-vous d'avoir les bons outils de communication ou les bons bus, afin que vous puissiez utiliser des protocoles communs. Choisir un bon bus de communication et avoir un plan sur la façon dont tout sera présenté facilite beaucoup les extensions.

Concentrez-vous sur la construction d'un bon design à l'intérieur de l'armoire dès le début. Par exemple, ne mettez pas d'alimentation à proximité des composants électroniques qui pourraient être affectés par des interférences magnétiques. Le composant avec des courants ou des fréquences élevés peut générer du bruit électrique dans les fils. Alors, éloignez les composants haute tension des composants basse tension pour la meilleure opération. De plus, découvrez si votre réseau est évalué en sécurité. Sinon, vous aurez probablement besoin de connexions de sécurité redondantes câblées, donc si une partie échoue, elle détecte sa propre défaillance et réagit.

Au fur et à mesure que l'Internet des objets industriels (IIOT), envisagez d'ajouter des fonctions avancées, vous ou vos clients, vous pouvez ne pas être prêt à l'emploi. La construction des capacités dans la machine signifie qu'il sera plus facile de mettre à niveau cette machine plus tard.

【Logiciel】

Selon les estimations de l'industrie, il ne faudra pas longtemps avant que les OEM devront passer 50 à 60% de leur temps de développement de machines axé sur les exigences logicielles. L'évolution de l'accent mis sur la mécanique à l'accent mis sur l'interface met les plus petits constructeurs de machines à un désavantage concurrentiel, mais peut également niveler les règles du jeu pour les entreprises disposées à adopter des logiciels modulaires et des protocoles ouverts standardisés.

La façon dont les logiciels sont organisés peuvent étendre ou limiter ce qu'une machine peut faire maintenant et dans le futur. Comme le matériel modulaire, le logiciel modulaire améliore la vitesse et l'efficacité de la construction de machines.

Par exemple, disons que vous concevez une machine et souhaitez ajouter une étape supplémentaire entre deux phases. Si vous utilisez un logiciel modulaire, vous pouvez simplement ajouter un composant sans reprogrammer ou recoder. Et, si vous avez six sections qui font la même chose, vous pouvez écrire du code une fois et l'utiliser sur les six sections.

Non seulement la conception est plus efficace avec les logiciels modulaires, mais il permet également aux ingénieurs de fournir la flexibilité que les clients recherchent. Par exemple, disons que le client veut une machine qui exécute des produits de taille de différentes tailles, et la plus grande taille nécessite un changement dans le fonctionnement d'une section. Avec le logiciel modulaire, les concepteurs peuvent simplement modifier la section sans affecter le reste des fonctions de la machine. Ce changement pourrait être automatisé pour permettre à l'OEM, ou même au client de basculer rapidement entre les fonctions de la machine. Il n'y a rien à reprogrammer car le module est déjà dans la machine.

Les constructeurs de machines peuvent offrir une machine de base standard avec des fonctionnalités en option pour répondre aux exigences uniques de chaque client. Le développement d'un portefeuille de modules mécaniques, électriques et logiciels facilite l'assemblage des machines configurables rapidement.

Cependant, pour obtenir le plus d'efficacité du logiciel modulaire, il est essentiel de suivre les normes de l'industrie, surtout si vous utilisez plus d'un fournisseur. Si le fournisseur de lecteur et du capteur ne respecte pas les normes de l'industrie, ces composants ne peuvent pas se parler et toutes les efficacités de modularité sont perdues pour déterminer comment relier les pièces.

De plus, si votre client prévoit de connecter le flux de données à un réseau cloud, il est essentiel que tout logiciel soit créé à l'aide de protocoles standard de l'industrie, afin que la machine puisse fonctionner avec d'autres machines et interface avec les services cloud.

OPC UA et MQTT sont les architectures logicielles standard les plus courantes. OPC UA permet une communication en temps presque réel entre les machines, les contrôleurs, le cloud et d'autres appareils informatiques, et est probablement le plus proche d'une infrastructure de communication holistique que vous pouvez obtenir. MQTT est un protocole de messagerie IIOT plus léger qui permet à deux applications de se parler. Il est souvent utilisé dans un seul produit - en laissant, par exemple, un capteur ou un entraînement des informations de traction d'un produit et l'envoyer au cloud.

【Connectivité cloud】

Les machines interconnectées en boucle fermée sont toujours la majorité, mais les usines entièrement en réseau vers le cloud gagnent en popularité. Cette tendance pourrait augmenter le niveau de maintenance prédictive et de production basée sur les données et est le prochain changement majeur du logiciel d'usine; Il commence par une connectivité à distance.

Les usines de réseau cloud analysent les données de différents processus, différentes lignes de production, et plus encore pour créer des représentations plus complètes du processus de production. Cela leur permet de comparer l'efficacité globale de l'équipement (OEE) de diverses installations de production. Les OEM de pointe fonctionnent avec des partenaires d'automatisation de confiance pour offrir des machines prêtes pour le cloud avec des capacités modulaires de l'industrie 4.0 qui peuvent envoyer les besoins des utilisateurs finaux de données.

Pour les constructeurs de machines, l'utilisation de l'automatisation du contrôle de mouvement et adopter une approche holistique et totale pour rendre les usines ou les entreprises des clients plus efficaces seront sûrs de gagner plus d'affaires.