ओईएम और डिजाइन इंजीनियरों को मोटर, ड्राइव और नियंत्रकों के बारे में क्या जानना चाहिए।

चाहे डिज़ाइनर गति-केंद्रित मशीन में सुधार कर रहे हों या नई मशीन बना रहे हों, यह ज़रूरी है कि वे गति नियंत्रण को ध्यान में रखकर शुरुआत करें। फिर वे प्रभावी और कुशल स्वचालन प्राप्त करने के सर्वोत्तम तरीके के इर्द-गिर्द डिज़ाइन विकसित कर सकते हैं।

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

यह डिज़ाइन इंजीनियरिंग 101 जैसा लगता है, लेकिन समय-समय पर बाज़ार में आने वाले दबावों और पारंपरिक रूप से मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और सॉफ़्टवेयर विभागों में सिमटी हुई टीमों के साथ, डिज़ाइन के लिए एक बड़े पैमाने पर रैखिक प्रक्रिया में वापस जाना 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, नियंत्रक और सॉफ्टवेयर के कुछ आवश्यक पहलू दिए गए हैं, जिन पर इंजीनियरों को प्रत्येक मशीन डिजाइन परियोजना की शुरुआत से ही विचार करना चाहिए, ताकि अकुशलताएं, त्रुटियां और लागत कम हो सके, साथ ही OEM के लिए ग्राहकों की समस्याओं को कम समय में हल करना संभव हो सके।

【डिजाइन प्रक्रिया】

पुर्जे कैसे और कहाँ चलते हैं, यह आमतौर पर वह जगह होती है जहाँ इंजीनियर अपना अधिकांश इंजीनियरिंग प्रयास खर्च करते हैं, खासकर जब वे अभिनव मशीनें विकसित कर रहे होते हैं। हालाँकि अभिनव निर्माण अब तक सबसे अधिक समय लेने वाले हैं, लेकिन वे अक्सर सबसे बड़ा ROI 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 ऐसी मशीन बनाना हो सकता है जिसे साफ करना आसान हो, कम रखरखाव की आवश्यकता हो, या अत्यधिक सटीक हो। उस तकनीक की पहचान करें जो आवश्यक कार्य, प्रदर्शन, या रखरखाव स्तर प्रदान करेगी।

समस्या जितनी जटिल होगी, सबसे महत्वपूर्ण कार्यों को निर्धारित करना उतना ही कठिन होगा। 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? पहले की प्रिंटिंग मशीन के उदाहरण पर चलते हुए, जिस सामग्री पर प्रिंट किया जा रहा है उसे खोलने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले तनाव और सेंसर नियंत्रण काफी मानक हैं। वास्तव में, नई मशीन के लगभग 80% कार्य पिछली मशीनों के कार्यों में भिन्नताएं 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 में काफी कमी आती है। यह समय-परीक्षणित कार्यों का भी उपयोग करता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है और आप डिज़ाइन के अधिक जटिल भागों पर ध्यान केंद्रित कर पाते हैं।

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 उन मूल्यवर्धित सुविधाओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो आपके उत्पाद को प्रतिस्पर्धियों से अलग करती हैं।

एक सामान्य डिज़ाइन प्रोजेक्ट में, मैकेनिकल इंजीनियर मशीन की संरचना और उसके मैकेनिकल घटकों का निर्माण करते हैं; इलेक्ट्रिकल इंजीनियर ड्राइव, तार और नियंत्रण सहित इलेक्ट्रॉनिक्स जोड़ते हैं; और फिर सॉफ़्टवेयर 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 बहुत समय और ऊर्जा परिवर्तनों या गलतियों के आधार पर डिज़ाइन को फिर से करने में खर्च होती है। सौभाग्य से, CAD सॉफ़्टवेयर और सिलोइड प्लानिंग और डिज़ाइन के साथ मैकेनिक्स को डिज़ाइन करना लगभग अतीत की बात हो गई है।

आज, वर्चुअल इंजीनियरिंग टीमों को कई समानांतर पथों का उपयोग करके मशीनों के काम करने के तरीके को डिजाइन करने की सुविधा देती है, जिससे विकास चक्र और बाजार में आने का समय नाटकीय रूप से कम हो जाता है। डिजिटल ट्विन (मशीन का एक आभासी प्रतिनिधित्व) बनाकर, प्रत्येक विभाग अपने आप काम कर सकता है और टीम के बाकी सदस्यों के साथ मिलकर पुर्जे और नियंत्रण विकसित कर सकता है।

डिजिटल ट्विन इंजीनियरों को मशीन के लिए विभिन्न डिज़ाइनों के साथ-साथ आपकी मशीन तकनीकों का भी त्वरित परीक्षण करने देता है। उदाहरण के लिए, शायद किसी प्रक्रिया के लिए मशीन फ़ीड में सामग्री को तब तक डालना आवश्यक है जब तक कि वांछित मात्रा एकत्र न हो जाए और फिर सामग्री को काटा जाए; इसका मतलब है कि जब भी सामग्री को काटने की आवश्यकता हो, तो आपको फ़ीड को रोकने का कोई तरीका निकालना होगा। उस चुनौती से निपटने के कई तरीके हैं, और उनमें से सभी इस बात को प्रभावित कर सकते हैं कि समग्र मशीन कैसे काम करती है। डिजिटल ट्विन के साथ संचालन को कैसे प्रभावित करता है यह देखने के लिए विभिन्न उपायों की कोशिश करना या घटकों को स्थानांतरित करना सरल है और अधिक कुशल (और कम) प्रोटोटाइपिंग की ओर ले जाता है।

वर्चुअल इंजीनियरिंग से डिजाइन टीमों को यह देखने का अवसर मिलता है कि किसी विशेष लक्ष्य या लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए पूरी मशीन और उसकी परस्पर-संबंधित अवधारणाएं किस प्रकार एक साथ मिलकर काम करती हैं।

【टोपोलॉजी का चयन】

कई कार्यों के साथ जटिल डिजाइन, गति और बहुआयामी गति की एक से अधिक धुरी, 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 क्या करती है, इसके समग्र और स्थानीय दोनों कार्य, इस बात को प्रभावित करते हैं कि आप केंद्रीकृत या विकेंद्रीकृत टोपोलॉजी चुनते हैं या नहीं। कैबिनेट स्पेस, 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। गति-नियंत्रण आदेश आमतौर पर ईथरकैट जैसे मानकीकृत वास्तविक समय बस के माध्यम से विशिष्ट सर्वो-इन्वर्टर को भेजे जाते हैं, और इन्वर्टर सभी मोटरों को चलाते हैं।

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

विकेंद्रीकृत स्वचालन। अधिक कॉम्पैक्ट मशीनों और मशीन मॉड्यूल के साथ, विकेंद्रीकृत गति नियंत्रण मशीन नियंत्रण पर लोड को कम या समाप्त कर देता है। इसके बजाय, छोटे इन्वर्टर ड्राइव विकेंद्रीकृत नियंत्रण जिम्मेदारियों को संभालते हैं, एक I/O सिस्टम नियंत्रण संकेतों का मूल्यांकन करता है, और EtherCAT जैसी संचार बस एक अंत-से-अंत नेटवर्क बनाती है।

विकेंद्रीकृत स्वचालन तब आदर्श होता है जब मशीन का एक भाग 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 तेज़ी से और स्वतंत्र रूप से कार्य करता है, केवल तभी रिपोर्ट करता है जब उसका कार्य पूरा हो जाता है। चूँकि प्रत्येक डिवाइस ऐसी व्यवस्था में अपना स्वयं का भार संभालता है, इसलिए समग्र मशीन अधिक वितरित प्रसंस्करण शक्ति का लाभ उठा सकती है।

केंद्रीकृत और विकेंद्रीकृत नियंत्रण। हालाँकि 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 व्यापक आवश्यकताओं पर निर्भर करता है जिसमें निम्न से संबंधित लक्ष्य शामिल हैं: लागत/मूल्य, थ्रूपुट, दक्षता, समय के साथ विश्वसनीयता, सुरक्षा विनिर्देश।

प्रोजेक्ट जितना जटिल होगा, मोशन कंट्रोल इंजीनियरिंग पार्टनर का होना उतना ही ज़रूरी होगा जो अलग-अलग पहलुओं पर सलाह दे सके। जब मशीन बनाने वाला विज़न लेकर आता है और ऑटोमेशन पार्टनर उपकरण लेकर आता है, तभी आपको सबसे अच्छा समाधान मिलता है।

【मशीन नेटवर्किंग】

स्वच्छ, भविष्य-प्रूफ इंटरकनेक्टिविटी स्थापित करना भी गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिजाइन करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। संचार प्रोटोकॉल उतना ही आवश्यक है जितना कि मोटर और ड्राइव कहाँ स्थित हैं क्योंकि यह केवल इस बारे में नहीं है कि घटक क्या करते हैं - यह भी है कि आप इसे कैसे जोड़ते हैं।

एक अच्छा डिज़ाइन तारों की संख्या और उनके द्वारा तय की जाने वाली दूरी को कम करता है। उदाहरण के लिए, रिमोट टर्मिनल पर जाने वाले 10 से 15 तारों के सेट को ईथरनेट केबल से बदला जा सकता है, जो ईथरकैट जैसे औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल का उपयोग करता है। ईथरनेट एकमात्र विकल्प नहीं है, लेकिन आप जो भी उपयोग करते हैं, सुनिश्चित करें कि आपके पास सही संचार उपकरण या बसें हैं, ताकि आप सामान्य प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकें। एक अच्छी संचार बस चुनना और यह योजना बनाना कि सब कुछ कैसे रखा जाएगा, भविष्य के विस्तार को बहुत आसान बनाता है।

शुरू से ही कैबिनेट के अंदर एक अच्छा डिज़ाइन बनाने पर ध्यान दें। उदाहरण के लिए, बिजली की आपूर्ति को 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 आपका नेटवर्क सुरक्षा रेटेड है या नहीं। यदि नहीं, तो आपको संभवतः हार्डवायर्ड रिडंडेंट सुरक्षा कनेक्शन की आवश्यकता होगी ताकि यदि कोई भाग विफल हो जाए, तो यह अपनी विफलता का पता लगा सके और प्रतिक्रिया करे।

जैसे-जैसे इंडस्ट्रियल इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) का चलन बढ़ता है, ऐसे उन्नत फ़ंक्शन जोड़ने पर विचार करें जिन्हें आप या आपके ग्राहक उपयोग करने के लिए तैयार नहीं हैं। मशीन में क्षमताएँ बनाने का मतलब है कि बाद में उस मशीन को अपग्रेड करना आसान होगा।

【सॉफ़्टवेयर】

उद्योग के अनुमानों के अनुसार, बहुत जल्द ही OEM को अपने मशीन विकास समय का 50-60% सॉफ्टवेयर आवश्यकताओं पर केंद्रित करना होगा। यांत्रिकी पर ध्यान केंद्रित करने से लेकर इंटरफ़ेस पर ध्यान केंद्रित करने तक का विकास छोटे मशीन बिल्डरों को प्रतिस्पर्धात्मक रूप से नुकसान में डालता है, लेकिन मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर और मानकीकृत, खुले प्रोटोकॉल को अपनाने के इच्छुक कंपनियों के लिए खेल का मैदान भी समतल कर सकता है।

सॉफ़्टवेयर को कैसे व्यवस्थित किया जाता है, यह मशीन की मौजूदा और भविष्य की गतिविधियों को बढ़ा या सीमित कर सकता है। मॉड्यूलर हार्डवेयर की तरह, मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर मशीन निर्माण की गति और दक्षता में सुधार करता है।

उदाहरण के लिए, मान लीजिए 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 बिना रीप्रोग्रामिंग या रीकोडिंग के बस एक घटक जोड़ सकते हैं। और, यदि आपके पास छह खंड हैं जो सभी एक ही काम कर रहे हैं, तो आप एक बार कोड लिख सकते हैं और इसे सभी छह खंडों में उपयोग कर सकते हैं।

मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर के साथ न केवल डिज़ाइनिंग अधिक कुशल है, बल्कि यह इंजीनियरों को ग्राहकों की ज़रूरत के अनुसार लचीलापन प्रदान करने में भी सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, मान लें कि ग्राहक एक ऐसी मशीन चाहता है जो अलग-अलग आकार के उत्पादों को चलाए, और सबसे बड़े आकार के लिए एक सेक्शन के काम करने के तरीके में बदलाव की आवश्यकता होती है। मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर के साथ, डिज़ाइनर मशीन के बाकी कार्यों को प्रभावित किए बिना बस सेक्शन को बदल सकते हैं। यह परिवर्तन स्वचालित किया जा सकता है ताकि OEM या ग्राहक भी मशीन के कार्यों के बीच तेज़ी से स्विच कर सकें। रीप्रोग्राम करने की कोई ज़रूरत 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 आपूर्तिकर्ता 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 मॉड्यूलरिटी दक्षताएँ खो जाती हैं।

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

OPC UA और MQTT सबसे आम मानक सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर हैं। OPC UA मशीनों, नियंत्रकों, क्लाउड और अन्य IT डिवाइस के बीच लगभग वास्तविक समय संचार को सक्षम बनाता है, और संभवतः एक समग्र संचार बुनियादी ढांचे के सबसे करीब है जिसे आप प्राप्त कर सकते हैं। MQTT एक अधिक हल्का IIoT-मैसेजिंग प्रोटोकॉल है जो दो अनुप्रयोगों 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 खींचकर उसे क्लाउड पर भेज सकता है।

【क्लाउड कनेक्टिविटी】

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

क्लाउड-नेटवर्क वाले प्लांट अलग-अलग प्रक्रियाओं, अलग-अलग उत्पादन लाइनों और अन्य से डेटा का विश्लेषण करके उत्पादन प्रक्रिया का अधिक संपूर्ण प्रतिनिधित्व तैयार करते हैं। इससे उन्हें विभिन्न उत्पादन सुविधाओं की समग्र उपकरण प्रभावशीलता (OEE) की तुलना करने में मदद मिलती है। अत्याधुनिक OEM विश्वसनीय स्वचालन भागीदारों के साथ मिलकर मॉड्यूलर इंडस्ट्री 4.0 क्षमताओं के साथ क्लाउड-तैयार मशीनें पेश करते हैं जो अंतिम उपयोगकर्ताओं की ज़रूरत के अनुसार डेटा भेज सकती हैं।

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