OEM और डिज़ाइन इंजीनियरों को मोटर, ड्राइव और नियंत्रकों के बारे में क्या जानने की आवश्यकता है।

चाहे डिजाइनर गति-केंद्रित मशीन में सुधार कर रहे हों या नई मशीन का निर्माण कर रहे हों, यह आवश्यक है कि वे गति नियंत्रण को ध्यान में रखकर शुरुआत करें। फिर वे प्रभावी और कुशल स्वचालन प्राप्त करने के लिए सर्वोत्तम तरीके से डिज़ाइन विकसित कर सकते हैं।

गति-आधारित मशीनों को उनके मुख्य कार्यों के आधार पर डिजाइन और निर्मित किया जाना चाहिए। एक प्रिंटिंग मशीन के लिए जो वाइंडिंग अनुप्रयोगों के एक विशिष्ट सेट पर निर्भर करती है, उदाहरण के लिए, डिजाइनर महत्वपूर्ण भागों पर ध्यान केंद्रित करेंगे और मुख्य कार्यों के समर्थन में मशीन के बाकी हिस्सों को विकसित करेंगे।

यह डिज़ाइन इंजीनियरिंग 101 की तरह लगता है, लेकिन समय-समय पर बाज़ार के दबाव और टीमों को पारंपरिक रूप से मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और सॉफ्टवेयर विभागों में बंद कर दिया गया है, डिज़ाइन के लिए बड़े पैमाने पर रैखिक प्रक्रिया पर वापस लौटना आसान है। हालाँकि, गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन करने के लिए एक मेक्ट्रोनिक्स दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है जिसमें प्रारंभिक अवधारणाओं को विकसित करना, सिस्टम टोपोलॉजी और मशीन दृष्टिकोण का निर्धारण करना और कनेक्शन इंटरफ़ेस और सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर का चयन करना शामिल है।

यहां मोटर, ड्राइव, कंट्रोलर और सॉफ्टवेयर के कुछ आवश्यक पहलू दिए गए हैं, जिन पर इंजीनियरों को हर मशीन डिजाइन प्रोजेक्ट की शुरुआत से ही विचार करना चाहिए ताकि अक्षमताओं, त्रुटियों और लागत को कम किया जा सके और ओईएम के लिए कम समय में ग्राहकों की समस्याओं को हल करना संभव हो सके।

【डिज़ाइन प्रक्रिया】

पार्ट्स कैसे और कहाँ चलते हैं, आमतौर पर इंजीनियर अपने इंजीनियरिंग प्रयासों का अधिकांश हिस्सा खर्च करते हैं, खासकर नवीन मशीनों को विकसित करते समय। हालाँकि इनोवेटिव बिल्ड अब तक सबसे अधिक समय लेने वाले हैं, वे अक्सर सबसे बड़ा आरओआई प्रदान करते हैं, खासकर अगर टीमें वर्चुअल इंजीनियरिंग और मॉड्यूलर डिज़ाइन में नवीनतम का उपयोग करती हैं।

किसी मशीन को शुरू से विकसित करते समय पहला कदम यह पूछना है: इस मशीन के महत्वपूर्ण कार्य क्या हैं? यह एक ऐसी मशीन बनाने के लिए हो सकता है जो साफ करने में आसान हो, कम रखरखाव वाली हो, या अत्यधिक सटीक हो। उस तकनीक की पहचान करें जो आवश्यक कार्य, प्रदर्शन या रखरखाव स्तर प्रदान करेगी।

समस्या को हल करने की आवश्यकता जितनी अधिक जटिल होगी, सबसे महत्वपूर्ण कार्यों को निर्धारित करना उतना ही कठिन होगा। एक गति-केंद्रित स्वचालन आपूर्तिकर्ता के साथ काम करने पर विचार करें जो महत्वपूर्ण विवरणों को परिभाषित करने और सही दृष्टिकोण निर्धारित करने में मदद कर सकता है।

फिर पूछें: मशीन के मानक कार्य क्या हैं? पिछली प्रिंटिंग मशीन के उदाहरण को ध्यान में रखते हुए, मुद्रित की जा रही सामग्री को खोलने के लिए उपयोग किए जाने वाले तनाव और सेंसर नियंत्रण काफी मानक हैं। वास्तव में, एक नई मशीन के लगभग 80% कार्य पिछली मशीनों के कार्यों से भिन्न होते हैं।

मानक कार्यों के लिए इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को संभालने के लिए मॉड्यूलर हार्डवेयर और कोड प्रोग्रामिंग का उपयोग करने से परियोजना को पूरा करने के लिए आवश्यक डिज़ाइन संसाधनों की मात्रा काफी कम हो जाती है। यह समय-सिद्ध कार्यों का भी उपयोग करता है, इस प्रकार विश्वसनीयता बढ़ाता है और आपको डिज़ाइन के अधिक जटिल हिस्सों पर ध्यान केंद्रित करने देता है।

एक मोशन कंट्रोल पार्टनर के साथ काम करना जो मॉड्यूलर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के साथ मानक कार्य प्रदान कर सकता है, इसका मतलब है कि आप मूल्य-वर्धित सुविधाओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो आपके उत्पाद को प्रतिस्पर्धा से अलग करते हैं।

एक विशिष्ट डिज़ाइन प्रोजेक्ट में, मैकेनिकल इंजीनियर मशीन की संरचना और उसके यांत्रिक घटकों का निर्माण करते हैं; इलेक्ट्रिकल इंजीनियर ड्राइव, तार और नियंत्रण सहित इलेक्ट्रॉनिक्स जोड़ते हैं; और फिर सॉफ्टवेयर इंजीनियर कोड लिखते हैं। हर बार जब कोई गलती या समस्या होती है, तो प्रोजेक्ट टीम को पीछे हटना पड़ता है और उसे ठीक करना पड़ता है। डिज़ाइन प्रक्रिया में इतना समय और ऊर्जा परिवर्तनों या गलतियों के आधार पर डिज़ाइन को दोबारा करने में खर्च होती है। सौभाग्य से, सीएडी सॉफ्टवेयर और सिलेड प्लानिंग और डिज़ाइन के साथ डिजाइनिंग मैकेनिक्स लगभग अतीत की बातें हैं।

आज, वर्चुअल इंजीनियरिंग टीमों को डिज़ाइन करने देती है कि मशीनें कई समानांतर पथों का उपयोग करके कैसे काम करेंगी, इस प्रकार विकास चक्र और बाज़ार में आने का समय नाटकीय रूप से छोटा हो जाएगा। एक डिजिटल ट्विन (मशीन का एक आभासी प्रतिनिधित्व) बनाकर, प्रत्येक विभाग अपने आप काम कर सकता है और बाकी टीम के साथ समवर्ती रूप से भागों और नियंत्रणों को विकसित कर सकता है।

एक डिजिटल ट्विन इंजीनियरों को मशीन के साथ-साथ आपकी मशीन प्रौद्योगिकियों के लिए विभिन्न डिज़ाइनों का त्वरित परीक्षण करने देता है। उदाहरण के लिए, शायद किसी प्रक्रिया के लिए सामग्री को मशीन फ़ीड में डालने की आवश्यकता होती है जब तक कि वांछित मात्रा एकत्र न हो जाए और फिर सामग्री को काट दिया जाए; इसका मतलब है कि जब भी सामग्री को काटने की आवश्यकता हो तो आपको फ़ीड को रोकने का एक तरीका पता लगाना होगा। उस चुनौती से निपटने के कई तरीके हैं, और वे सभी प्रभावित कर सकते हैं कि समग्र मशीन कैसे संचालित होती है। विभिन्न उपायों को आज़माना या घटकों को स्थानांतरित करना यह देखने के लिए कि यह संचालन को कैसे प्रभावित करता है, डिजिटल ट्विन के साथ सरल है और अधिक कुशल (और कम) प्रोटोटाइप की ओर ले जाता है।

वर्चुअल इंजीनियरिंग डिज़ाइन टीमों को यह देखने देती है कि किसी विशेष लक्ष्य या लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए पूरी मशीन और इसकी ओवरलैपिंग अवधारणाएं एक साथ कैसे काम करती हैं।

【टोपोलॉजी का चयन】

कई कार्यों के साथ जटिल डिज़ाइन, गति के एक से अधिक अक्ष और बहुआयामी गति, और तेज़ आउटपुट और थ्रूपुट सिस्टम टोपोलॉजी को उतना ही जटिल बनाते हैं। केंद्रीकृत, नियंत्रक-आधारित स्वचालन या विकेंद्रीकृत, ड्राइव-आधारित स्वचालन के बीच चयन करना डिज़ाइन की जा रही मशीन पर निर्भर करता है। मशीन जो करती है, उसके समग्र और स्थानीय दोनों कार्य, यह प्रभावित करते हैं कि आप केंद्रीकृत या विकेंद्रीकृत टोपोलॉजी का विकल्प चुनते हैं या नहीं। कैबिनेट स्थान, मशीन का आकार, परिवेश की स्थिति और यहां तक ​​कि स्थापना का समय भी इस निर्णय को प्रभावित करता है।

केंद्रीकृत स्वचालन. जटिल मशीनों के लिए समन्वित गति नियंत्रण प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका नियंत्रक-आधारित स्वचालन है। मोशन-कंट्रोल कमांड आमतौर पर EtherCAT जैसे मानकीकृत वास्तविक समय बस के माध्यम से विशिष्ट सर्वो-इनवर्टर को भेजे जाते हैं, और इनवर्टर सभी मोटरों को चलाते हैं।

नियंत्रक-आधारित स्वचालन के साथ, एक जटिल कार्य को करने के लिए कई गति अक्षों को समन्वित किया जा सकता है। यदि गति मशीन के केंद्र में है और सभी भागों को सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए तो यह आदर्श टोपोलॉजी है। उदाहरण के लिए, यदि रोबोट बांह को ठीक से स्थापित करने के लिए प्रत्येक गति अक्ष का एक विशिष्ट स्थान पर होना महत्वपूर्ण है, तो आप संभवतः नियंत्रक-आधारित स्वचालन का चयन करेंगे।

विकेन्द्रीकृत स्वचालन. अधिक कॉम्पैक्ट मशीनों और मशीन मॉड्यूल के साथ, विकेन्द्रीकृत गति नियंत्रण मशीन नियंत्रण पर भार को कम या समाप्त कर देता है। इसके बजाय, छोटे इन्वर्टर ड्राइव विकेंद्रीकृत नियंत्रण जिम्मेदारियों को मानते हैं, एक I/O प्रणाली नियंत्रण संकेतों का मूल्यांकन करती है, और EtherCAT जैसी संचार बस एक एंड-टू-एंड नेटवर्क बनाती है।

विकेंद्रीकृत स्वचालन तब आदर्श होता है जब मशीन का एक हिस्सा किसी कार्य को पूरा करने की जिम्मेदारी ले सकता है और उसे लगातार केंद्रीय नियंत्रण को रिपोर्ट करने की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, मशीन का प्रत्येक भाग तेजी से और स्वतंत्र रूप से कार्य करता है, केवल अपना कार्य पूरा होने के बाद ही रिपोर्ट करता है। क्योंकि ऐसी व्यवस्था में प्रत्येक उपकरण अपना स्वयं का भार संभालता है, समग्र मशीन अधिक वितरित प्रसंस्करण शक्ति का लाभ उठा सकती है।

केन्द्रीकृत एवं विकेन्द्रीकृत नियंत्रण। यद्यपि केंद्रीकृत स्वचालन समन्वय प्रदान करता है और विकेंद्रीकृत अधिक कुशल वितरित प्रसंस्करण शक्ति प्रदान करता है, दोनों का संयोजन कभी-कभी सबसे अच्छा विकल्प होता है। अंतिम निर्णय निम्नलिखित से संबंधित लक्ष्यों सहित व्यापक आवश्यकताओं पर निर्भर करता है: लागत/मूल्य, थ्रूपुट, दक्षता, समय के साथ विश्वसनीयता, सुरक्षा विनिर्देश।

प्रोजेक्ट जितना जटिल होगा, मोशन कंट्रोल इंजीनियरिंग पार्टनर का होना उतना ही महत्वपूर्ण है जो विभिन्न पहलुओं पर सलाह दे सके। जब मशीन बिल्डर विज़न लाता है और ऑटोमेशन पार्टनर उपकरण लाता है, तभी आपको सबसे अच्छा समाधान मिलता है।

【मशीन नेटवर्किंग】

गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिजाइनिंग में स्वच्छ, भविष्य-प्रूफ इंटरकनेक्टिविटी स्थापित करना भी एक महत्वपूर्ण कदम है। संचार प्रोटोकॉल उतना ही आवश्यक है जितना कि मोटर और ड्राइव कहाँ स्थित हैं क्योंकि यह केवल घटकों के बारे में नहीं है - बल्कि यह भी है कि आप यह सब कैसे जोड़ते हैं।

एक अच्छा डिज़ाइन तारों की संख्या और उनके द्वारा तय की जाने वाली दूरी को कम कर देता है। उदाहरण के लिए, किसी दूरस्थ टर्मिनल पर जाने वाले 10 से 15 तारों के एक सेट को EtherCAT जैसे औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल का उपयोग करके ईथरनेट केबल से बदला जा सकता है। ईथरनेट ही एकमात्र विकल्प नहीं है, लेकिन चाहे आप इसका भी उपयोग करें, सुनिश्चित करें कि आपके पास सही संचार उपकरण या बसें हों, ताकि आप सामान्य प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकें। एक अच्छी संचार बस चुनना और सब कुछ कैसे व्यवस्थित किया जाएगा इसकी योजना बनाना भविष्य के विस्तार को बहुत आसान बना देता है।

शुरू से ही कैबिनेट के अंदर एक अच्छा डिज़ाइन बनाने पर ध्यान दें। उदाहरण के लिए, बिजली की आपूर्ति को उन इलेक्ट्रॉनिक घटकों के पास न रखें जो चुंबकीय हस्तक्षेप से प्रभावित हो सकते हैं। उच्च धाराओं या आवृत्तियों वाले घटक तारों में विद्युत शोर उत्पन्न कर सकते हैं। इसलिए, सर्वोत्तम संचालन के लिए उच्च-वोल्टेज घटकों को कम-वोल्टेज घटकों से दूर रखें। इसके अतिरिक्त, पता करें कि क्या आपका नेटवर्क सुरक्षा रेटेड है। यदि नहीं, तो आपको संभवतः हार्डवेयर्ड अनावश्यक सुरक्षा कनेक्शन की आवश्यकता होगी ताकि यदि एक भाग विफल हो जाए, तो यह अपनी विफलता का पता लगाए और प्रतिक्रिया दे।

जैसे-जैसे औद्योगिक इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) ने जोर पकड़ लिया है, ऐसे उन्नत फ़ंक्शन जोड़ने पर विचार करें जिन्हें आप या आपके ग्राहक उपयोग करने के लिए तैयार नहीं हैं। मशीन में क्षमताओं का निर्माण करने का मतलब है कि बाद में उस मशीन को अपग्रेड करना आसान हो जाएगा।

【सॉफ़्टवेयर】

उद्योग के अनुमान के मुताबिक, ज्यादा समय नहीं लगेगा जब ओईएम को अपने मशीन विकास समय का 50-60% सॉफ्टवेयर आवश्यकताओं पर केंद्रित करने की आवश्यकता होगी। मैकेनिक्स पर फोकस से इंटरफ़ेस पर फोकस तक का विकास छोटे मशीन बिल्डरों को प्रतिस्पर्धी नुकसान में डालता है, लेकिन मॉड्यूलर सॉफ्टवेयर और मानकीकृत, खुले प्रोटोकॉल को अपनाने की इच्छुक कंपनियों के लिए खेल के मैदान को भी समतल कर सकता है।

सॉफ़्टवेयर को कैसे व्यवस्थित किया जाता है, यह मशीन अभी और भविष्य में क्या कर सकती है, इसका विस्तार या सीमित कर सकती है। मॉड्यूलर हार्डवेयर की तरह, मॉड्यूलर सॉफ्टवेयर मशीन निर्माण की गति और दक्षता में सुधार करता है।

उदाहरण के लिए, मान लें कि आप एक मशीन डिज़ाइन कर रहे हैं और दो चरणों के बीच एक अतिरिक्त चरण जोड़ना चाहते हैं। यदि आप मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर रहे हैं, तो आप रीप्रोग्रामिंग या रीकोडिंग के बिना बस एक घटक जोड़ सकते हैं। और, यदि आपके पास छह अनुभाग हैं जो सभी समान कार्य कर रहे हैं, तो आप एक बार कोड लिख सकते हैं और सभी छह अनुभागों में इसका उपयोग कर सकते हैं।

मॉड्यूलर सॉफ्टवेयर के साथ डिजाइनिंग न केवल अधिक कुशल है, बल्कि यह इंजीनियरों को ग्राहकों की इच्छानुसार लचीलापन प्रदान करने की सुविधा भी देता है। उदाहरण के लिए, मान लें कि ग्राहक एक ऐसी मशीन चाहता है जो विभिन्न आकार के उत्पाद चलाती है, और सबसे बड़े आकार के लिए एक अनुभाग के कार्य करने के तरीके में बदलाव की आवश्यकता होती है। मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर के साथ, डिज़ाइनर मशीन के बाकी कार्यों को प्रभावित किए बिना आसानी से अनुभाग को बदल सकते हैं। इस परिवर्तन को स्वचालित किया जा सकता है ताकि ओईएम या यहां तक ​​कि ग्राहक भी मशीन के कार्यों के बीच तुरंत स्विच कर सकें। दोबारा प्रोग्राम करने की कोई जरूरत नहीं है क्योंकि मॉड्यूल पहले से ही मशीन में है।

मशीन निर्माता प्रत्येक ग्राहक की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए वैकल्पिक सुविधाओं के साथ एक मानक आधार मशीन की पेशकश कर सकते हैं। मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल का एक पोर्टफोलियो विकसित करने से कॉन्फ़िगर करने योग्य मशीनों को जल्दी से इकट्ठा करना आसान हो जाता है।

हालाँकि, मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर से अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, उद्योग मानकों का पालन करना आवश्यक है, खासकर यदि आप एक से अधिक आपूर्तिकर्ताओं का उपयोग कर रहे हैं। यदि ड्राइव और सेंसर आपूर्तिकर्ता उद्योग मानकों का पालन नहीं कर रहे हैं, तो वे घटक एक-दूसरे से बात नहीं कर सकते हैं और भागों को कैसे जोड़ा जाए, यह पता लगाने में सभी मॉड्यूलर क्षमताएं खो जाती हैं।

इसके अतिरिक्त, यदि आपका ग्राहक डेटा स्ट्रीम को क्लाउड नेटवर्क से कनेक्ट करने की योजना बना रहा है, तो यह आवश्यक है कि कोई भी सॉफ़्टवेयर उद्योग मानक प्रोटोकॉल का उपयोग करके बनाया जाए, ताकि मशीन अन्य मशीनों के साथ काम कर सके और क्लाउड सेवाओं के साथ इंटरफ़ेस कर सके।

ओपीसी यूए और एमक्यूटीटी सबसे आम मानक सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर हैं। ओपीसी यूए मशीनों, नियंत्रकों, क्लाउड और अन्य आईटी उपकरणों के बीच लगभग वास्तविक समय संचार को सक्षम बनाता है, और संभवतः यह आपके द्वारा प्राप्त किए जा सकने वाले समग्र संचार बुनियादी ढांचे के सबसे करीब है। MQTT एक अधिक हल्का IIoT-मैसेजिंग प्रोटोकॉल है जो दो एप्लिकेशन को एक-दूसरे से बात करने में सक्षम बनाता है। इसका उपयोग अक्सर एक ही उत्पाद में किया जाता है - उदाहरण के लिए, एक सेंसर या ड्राइव किसी उत्पाद से जानकारी खींचता है और उसे क्लाउड पर भेजता है।

【क्लाउड कनेक्टिविटी】

इंटरकनेक्टेड, बंद-लूप मशीनें अभी भी बहुसंख्यक हैं, लेकिन पूरी तरह से क्लाउड से नेटवर्क वाली फैक्ट्रियां लोकप्रियता में बढ़ रही हैं। यह प्रवृत्ति पूर्वानुमानित रखरखाव और डेटा-संचालित उत्पादन के स्तर को बढ़ा सकती है और फ़ैक्टरी सॉफ़्टवेयर में अगला बड़ा बदलाव है; इसकी शुरुआत रिमोट कनेक्टिविटी से होती है।

क्लाउड-नेटवर्क वाले प्लांट उत्पादन प्रक्रिया का अधिक संपूर्ण प्रतिनिधित्व बनाने के लिए विभिन्न प्रक्रियाओं, विभिन्न उत्पादन लाइनों और बहुत कुछ से डेटा का विश्लेषण करते हैं। इससे उन्हें विभिन्न उत्पादन सुविधाओं की समग्र उपकरण प्रभावशीलता (ओईई) की तुलना करने की सुविधा मिलती है। अत्याधुनिक ओईएम मॉड्यूलर इंडस्ट्री 4.0 क्षमताओं के साथ क्लाउड-रेडी मशीनें पेश करने के लिए विश्वसनीय ऑटोमेशन साझेदारों के साथ काम करते हैं जो अंतिम उपयोगकर्ताओं की जरूरत का डेटा भेज सकते हैं।

मशीन निर्माताओं के लिए, गति नियंत्रण स्वचालन का उपयोग करना और ग्राहकों के संयंत्रों या कंपनियों को अधिक कुशल बनाने के लिए समग्र, कुल-प्रक्रिया दृष्टिकोण अपनाना निश्चित रूप से अधिक व्यवसाय जीतना होगा।