Gli OEM dei sistemi di produzione di oggi e gli utenti finali dell'automazione sono costantemente alla ricerca di progressi tecnologici che possano semplificare la loro vita. Le innovazioni dell’Industria 4.0 hanno stimolato una nuova classe di tecnologie intelligenti che combinano elettronica digitale e interfacce di comunicazione per maggiore sofisticatezza, funzionalità e facilità d’uso.

Mentre sempre più aziende manifatturiere abbracciano la tecnologia predisposta per l’Industria 4.0, le tecnologie meccatroniche intelligenti emergenti stanno conferendo alle macchine maggiore intelligenza e versatilità. Questi sistemi avanzati sono anche più facili da specificare, ordinare e implementare rispetto alle opzioni precedenti, aumentandone il valore per gli OEM e gli utenti finali.

Comprendere le capacità della meccatronica intelligente può aiutare i progettisti di sistemi a valutare il modo migliore per sfruttare questa meccatronica per rendere le loro soluzioni di produzione altamente competitive.

La meccatronica moderna è integrata e versatile

La meccatronica è sistemi e sottoassiemi che combinano componenti meccanici ed elettronici disparati in soluzioni dedicate a compiti specifici. Nel mondo del movimento, due esempi sono l'assemblaggio e il trasporto dei prodotti soddisfatti da sistemi di movimento lineare meccatronici e robot cartesiani. Il fulcro della meccatronica è la stretta integrazione di motori elettronici, controlli, sensori e componenti lineari. La meccatronica potrebbe essere considerata un precursore delle tecnologie dell’Industria 4.0.

La meccatronica intelligente porta avanti il ​​concetto, assumendo la forma di soluzioni complete che incorporano sensori avanzati e piattaforme di controllo di facile utilizzo. Questi sistemi producono:

• Dati in tempo reale sulle prestazioni della macchina
• Dati in tempo reale sulla qualità della produzione, ove applicabile
• Controllo ed esecuzione precisi delle sequenze di movimento
• Monitoraggio automatizzato dei dati di produzione e della produttività
• Facile connettività con sistemi di gestione a livello di macchina e di impianto

Meccatronica intelligente, fase uno: configurazione online

La meccatronica intelligente è più veloce e più facile da progettare e mettere in servizio rispetto ai precedenti sistemi meccatronici. Ciò è utile perché la meccatronica è per sua stessa natura piuttosto complessa: richiede la considerazione e il dimensionamento simultanei di più componenti lineari, azionamenti, controller e interfacce operatore... e quindi la loro attenta combinazione.

Il primo passo per specificare, acquistare e mettere in servizio una macchina meccatronica intelligente è sfruttare gli strumenti online accessibili tramite i portali dei fornitori. Questi strumenti di configurazione consentono agli ingegneri di costruire sistemi intelligenti pronti a funzionare "out of the box" con una programmazione minima... quindi sono forse più utili per gli ingegneri che hanno solo una conoscenza di base dell'attuazione elettrica e della potenza fluida (compreso il movimento lineare) e dei controlli di movimento. Gli utenti inseriscono parametri quali corsa, peso del pezzo e tempo di ciclo, che poi generano un output che può essere verificato nell'ambiente CAD dello strumento online. Con le seguenti istruzioni di dimensionamento e configurazione, tutti i componenti per la soluzione meccatronica completa, come un robot cartesiano, una pressa o una macchina di giunzione, possono essere specificati in una volta sola. Si tratta di un'opzione che consente agli ingegneri di ottenere una soluzione completa da un unico fornitore, ricevendo un sistema integrato fornito con sequenze di movimento preprogrammate pronte per l'implementazione plug-and-produce.

Controllo operativo più intelligente e semplice

La meccatronica intelligente può migliorare la produttività e la flessibilità, solitamente con processi di produzione “trasparenti” – con sensori per il monitoraggio delle condizioni in tempo reale.

Basti considerare come alcuni produttori offrono kit di funzioni meccatroniche specifiche per l'operazione per supportare tale monitoraggio. Ad esempio, un kit funzionale per una pressa potrebbe includere un cilindro elettromeccanico, un servoazionamento, un motore, un controller, sensori e un software operatore per supportare le operazioni di pressatura e assemblaggio di giunzione. Le macchine costruite utilizzando tale kit di funzioni sono facili da implementare, poiché i componenti vengono forniti con software operativo preinstallato... e parametrizzazione automatica pronta per essere eseguita sul servoazionamento, quindi non è necessaria alcuna conoscenza di programmazione del controllo del movimento per portare la macchina online. Il software è dotato di un'interfaccia utente grafica (GUI) drag-and-drop che consente agli operatori di creare in modo intuitivo sequenze di produzione, come ad esempio la pressatura dei cuscinetti a sfera in un alloggiamento.

Inoltre, la macchina può essere dotata di un sensore di forza integrato per misurare e monitorare le operazioni. Ad esempio, tali sensori in un'applicazione di pressa per cuscinetti potrebbero seguire l'attuatore lineare per garantire che applichi esattamente la forza giusta per inserire le sfere nell'alloggiamento del cuscinetto. Nel frattempo, i controlli del sistema possono anche eseguire il controllo di qualità garantendo che gli attuatori funzionino correttamente attraverso le loro sequenze controllate con precisione. Poiché tali sequenze su una pressa si ripetono tipicamente centinaia o addirittura migliaia di volte all'ora, il controller del sistema registra e quindi inoltra per archiviare le misurazioni di ciascun ciclo di movimento. Gli operatori possono quindi utilizzare gli strumenti nel pacchetto del controller per creare visualizzazioni dei risultati del processo. Questi potrebbero mappare se le forze di pressione hanno superato o meno le soglie del processo... e consentire agli operatori di analizzare le curve forza-spostamento in tempo reale sulle loro postazioni di lavoro. Tali dati consentono agli operatori di macchine esperti di mantenere la massima qualità di produzione e produttività senza alcuna programmazione specializzata o sviluppo di analisi di qualità da parte di ingegneri software esperti.

Inoltre, i dati possono anche essere esportati tramite interfacce di sistema a sistemi di analisi di produzione a livello di stabilimento o basati su cloud... rendendo il sistema meccatronico intelligente una componente integrale della piattaforma Industria 4.0 di un'azienda.

Funzionalità simili vengono implementate anche per altri scenari di automazione di fabbrica, compresi i sistemi di movimento lineare come i robot di movimentazione cartesiani per operazioni di pick-and-place o di trasporto. Utilizzano strumenti di configurazione online simili per dimensionare e specificare tutti i moduli lineari, gli attuatori e gli effettori finali, i cavi, i sensori, gli azionamenti elettrici e il controller necessari per sistemi di movimentazione completi.

Applicazioni di meccatronica intelligente in azione

La meccatronica intelligente dimostra come una tecnologia sofisticata possa risolvere problemi ingegneristici complessi in modo più semplice. In uno scenario industriale comune, i costruttori di macchine hanno generalmente cercato di sviluppare i propri gruppi meccatronici ordinando e integrando componenti separati: attuatori lineari, controller, alimentatori, effettori finali e altro ancora. Questo processo è spesso complicato e richiede molto tempo.

In molte aziende o integratori di sistemi, è normale che il gruppo di ingegneria meccanica sia responsabile della specifica e dell'ordine di un set di componenti mentre il gruppo elettrico ordina i suoi componenti. Tali accordi sono più impegnativi per il reparto acquisti e lo staff tecnico ha il compito di far combaciare fisicamente il tutto e programmarlo per garantire che funzioni come specificato.

Il concetto di meccatronica intelligente cambia questo paradigma e, nel processo, libera gli ingegneri che possono dedicare tempo e risorse a problemi di progettazione più complessi e impegnativi. Non c’è dubbio: i benefici e i vantaggi offerti dalla tecnologia meccatronica intelligente aiuteranno i produttori a costruire sistemi più pronti per la produzione con l’intelligenza e la tecnologia dei sensori integrati per supportare i requisiti dell’Industria 4.0.

Sebbene il concetto di meccatronica intelligente sia molto intuitivo, è comunque importante collaborare con fornitori di meccatronica i cui portafogli e competenze ingegneristiche comprendano l'intera gamma di componenti (prodotti di movimento lineare, controller, servoazionamenti e software operatore) necessari per costruire meccatronica completa e ad alte prestazioni. soluzioni. È anche importante valutare la qualità e la facilità d'uso dei loro strumenti di configurazione, per garantire che la facilità d'uso promessa dai movimenti meccatronici intelligenti, dall'inizio alla fine, sia pienamente garantita. Ciò aiuta a garantire che i costruttori di macchine e gli utenti finali possano sfruttare appieno i vantaggi plug-and-produce della meccatronica intelligente nelle loro operazioni.