מה שצריכים יצרני ציוד מקורי ומהנדסי עיצוב לדעת על מנועים, כוננים ובקרים.

בין אם מעצבים משפרים מכונה ממוקדת תנועה או בונים ממנה חדשה, חיוני שהם מתחילים בבקרת תנועה בראש. אז הם יכולים לפתח את העיצוב סביב הדרך הטובה ביותר לקבל אוטומציה יעילה ויעילה.

יש לתכנן ולבנות מכונות מבוססות תנועה סביב פונקציות הליבה שלהן. עבור מכונת דפוס הנשענת על קבוצה ספציפית של יישומים מפותלים, למשל, מעצבים יתמקדו בחלקים הקריטיים ומפתחים את שאר המכונה בתמיכה בפונקציות הליבה.

זה נשמע כמו העיצוב הנדסי 101, אבל עם לחצים וצוותים בזמן לשוק, באופן מסורתי מושתלים למחלקות מכניות, חשמליות ותוכנה, קל לעיצוב לחזור לתהליך ליניארי ברובו. עם זאת, תכנון עם בקרת תנועה דורש גישה מכטרוניקה הכוללת פיתוח המושגים הראשוניים, קביעת טופולוגיית המערכת וגישת המכונה ובחירת ממשק החיבור וארכיטקטורת התוכנה.

להלן כמה היבטים חיוניים של מנועים, כוננים, בקרים ותוכנות שעל המהנדסים לקחת בחשבון מתחילת כל פרויקט תכנון מכונה כדי להפחית את היעילות, השגיאות והעלות תוך אפשרות עבור יצרני ציוד מקורי לפתור בעיות לקוחות בפחות זמן.

【תהליך העיצוב】

כיצד נעים חלקים נעים זה בדרך כלל המקום בו המהנדסים מוציאים את מרבית המאמץ ההנדסי שלהם, במיוחד בעת פיתוח מכונות חדשניות. אף על פי שבנייה חדשנית היא ללא ספק הגוזלת הזמן ביותר, הם לעתים קרובות מציעים את ההחזר על ההשקעה הגדול ביותר, במיוחד אם צוותים עושים שימוש באחרון בהנדסה וירטואלית ועיצובים מודולריים.

השלב הראשון בעת ​​פיתוח מכונה מאפס הוא לשאול: מהם הפונקציות הקריטיות של מכונה זו? זה יכול להיות להכין מכונה שהיא קלה לניקוי, תחזוקה נמוכה או מדויקת ביותר. זהה את הטכנולוגיה שתספק את הפונקציה, הביצועים או רמת התחזוקה הנדרשת.

ככל שהבעיה צריכה להיפתר מורכבת יותר, כך תהיה קשה יותר לקבוע את הפונקציות החיוניות ביותר. שקול לעבוד עם ספק אוטומציה ממוקד תנועה שיכול לעזור להגדיר את הפרטים הקריטיים ולקבוע את הגישה הנכונה.

ואז שאל: מהן הפונקציות הסטנדרטיות של המכונה? להישאר עם דוגמת מכונת ההדפסה הקודמת, פקדי המתח והחיישנים המשמשים להרגעת החומר המודפס עליו הם סטנדרטיים למדי. למעשה, כ 80% מהמשימות של מכונה חדשה הן וריאציות במשימות של מכונות עבר.

שימוש בתכנות חומרה וקוד מודולרית כדי לטפל בדרישות ההנדסה לפונקציות סטנדרטיות מפחית משמעותית את כמות משאבי העיצוב הדרושים להשלמת הפרויקט. זה גם משתמש בפונקציות מוכחות זמן, ובכך מגביר את האמינות ומאפשר לך להתמקד בחלקים מורכבים יותר של העיצוב.

עבודה עם שותף לבקרת תנועה שיכולה לספק פונקציות סטנדרטיות עם חומרה ותוכנה מודולרית פירושה שאתה יכול להתמקד בתכונות המוסף המוסף המבדילות את המוצר שלך לתחרות.

בפרויקט תכנון טיפוסי, מהנדסי מכונות בונים את מבנה המכונה ואת רכיביו המכניים; מהנדסי חשמל מוסיפים את האלקטרוניקה, כולל כוננים, חוטים ובקרות; ואז מהנדסי תוכנה כותבים את הקוד. בכל פעם שיש טעות או בעיה, צוות הפרויקט צריך לעקוב אחריו ולתקן אותה. כל כך הרבה זמן ואנרגיה בתהליך העיצוב מבזבזים עיצוב מחדש על בסיס שינויים או טעויות. למרבה המזל, תכנון מכניקה עם תוכנת CAD ותכנון ועיצוב משופעים הם כמעט דברים בעבר.

כיום, הנדסה וירטואלית מאפשרת לצוותים לתכנן כיצד מכונות יעבדו באמצעות מספר נתיבים מקבילים, ובכך לקצר באופן דרמטי את מחזור ההתפתחות ואת הזמן לשוק. על ידי יצירת תאום דיגיטלי (ייצוג וירטואלי של המכונה), כל מחלקה יכולה לעבוד בכוחות עצמה ולפתח חלקים ושולטים במקביל לשאר הצוות.

תאום דיגיטלי מאפשר למהנדסים לבדוק במהירות עיצובים שונים עבור מכונה כמו גם את טכנולוגיות המכונה שלך. לדוגמה, אולי תהליך מחייב להזין חומר להזנת מכונה עד לאיסוף הכמות הרצויה ואז החומר נחתך; זה אומר שעליך להבין דרך לעצור את ההזנה בכל פעם שצריך לחתוך את החומר. ישנן מספר דרכים להתמודד עם האתגר הזה, וכולן עשויות להשפיע על אופן הפעולה של המכונה הכוללת. לנסות תרופות שונות או להעביר רכיבים כדי לראות כיצד זה משפיע על הפעולות הוא פשוט עם תאום דיגיטלי ומוביל לאופוטו -טיפוס יעיל יותר (ופחות).

הנדסה וירטואלית מאפשרת לצוותי עיצוב כולם לראות כיצד כל המכונה והמושגים החופפים שלה פועלים יחד כדי להגיע למטרה או ליעדים מסוימים.

【בחירת הטופולוגיה】

עיצובים מורכבים עם מספר פונקציות, יותר מציר תנועה אחד ותנועה רב-ממדית, ותפוקה ותפוקה מהירה יותר הופכים את טופולוגיית המערכת למורכבת לא פחות. בחירה בין אוטומציה ריכוזית מבוססת בקר או אוטומציה מבוזרת מבוססת כונן תלויה במכונה המתוכננת. מה שהמכונה עושה, הן הפונקציות הכוללות והן המקומיות שלה, משפיע על אם אתה בוחר בטופולוגיה ריכוזית או מבוזרת. שטח הארון, גודל המכונה, תנאי הסביבה ואפילו זמן ההתקנה משפיעים גם על החלטה זו.

אוטומציה ריכוזית. הדרך הטובה ביותר לקבל בקרת תנועה מתואמת למכונות מורכבות היא עם אוטומציה מבוססת בקר. פקודות בקרת תנועה מועברות בדרך כלל למממזי סרוו ספציפיים באמצעות אוטובוס סטנדרטי בזמן אמת כמו Ethercat, וממירים מניעים את כל המנועים.

באמצעות אוטומציה מבוססת בקר, ניתן לתאם מספר צירי תנועה לביצוע משימה מורכבת. זוהי טופולוגיה אידיאלית אם התנועה נמצאת בלב המכונה ויש לסנכרן את כל החלקים. לדוגמה, אם זה קריטי שכל ציר תנועה יהיה במקום ספציפי להגיע למקם כראוי זרוע רובוט, סביר להניח שתבחר אוטומציה מבוססת בקר.

אוטומציה מבוזרת. עם מכונות קומפקטיות יותר ומודולי מכונות, בקרת תנועה מבוזרת מופחתת או מבטלת את העומס על בקרות המכונה. במקום זאת, כונני מהפך קטנים יותר מניחים אחריות בקרה מבוזרת, מערכת קלט/פלט מעריכה אותות בקרה ואוטובוס תקשורת כמו Ethercat מהווה רשת מקצה לקצה.

אוטומציה מבוזרת היא אידיאלית כאשר חלק אחד של המכונה יכול לקחת אחריות על השלמת משימה ואינו צריך לדווח כל הזמן לשליטה מרכזית. במקום זאת, כל חלק מהמכונה מתפקד במהירות ובעצמאי, ומדווח רק בחזרה לאחר השלמת המשימה שלה. מכיוון שכל מכשיר מטפל בעומס משלו בסידור כזה, המכונה הכוללת יכולה לנצל את כוח העיבוד המופץ יותר.

שליטה ריכוזית ומבוזרת. למרות שאוטומציה ריכוזית מספקת תיאום ומבוזרת מספקת כוח עיבוד מבוזר יעיל יותר, שילוב של שניהם הוא לפעמים הבחירה הטובה ביותר. ההחלטה הסופית תלויה בדרישות הכלליות הכוללות יעדים הקשורים ל: עלות/ערך, תפוקה, יעילות, אמינות לאורך זמן, מפרטי בטיחות.

ככל שהפרויקט מורכב יותר, כך חשוב יותר להיות שותף להנדסת בקרת תנועה שיכול לתת עצות לגבי ההיבטים השונים. כאשר בונה המכונות מביא את החזון ושותף האוטומציה מביא את הכלים, זה כאשר אתה מקבל את הפיתרון הטוב ביותר.

【רשת מכונות】

קביעת קישוריות נקייה, מוגנת בעתיד היא גם צעד מרכזי בעיצוב עם בקרת תנועה בראש. פרוטוקול התקשורת חיוני לא פחות ממנו ממוקמים מנועים וכוננים מכיוון שלא מדובר רק במה שהרכיבים עושים - זה גם איך אתה מחבר את הכל.

עיצוב טוב מצמצם את מספר החוטים ואת המרחק שהם חייבים ללכת. לדוגמה, ניתן להחליף קבוצה של 10 עד 15 חוטים העוברים לטרמינל מרוחק בכבל Ethernet באמצעות פרוטוקול תקשורת תעשייתי כמו Ethercat. Ethernet אינה הבחירה היחידה, אך לא משנה מה אתה משתמש, וודא שיש לך את כלי התקשורת או האוטובוסים הנכונים, כך שתוכל להשתמש בפרוטוקולים נפוצים. בחירת אוטובוס תקשורת טוב ובעלי תוכנית כיצד הכל יונח הופכת את הרחבות העתידיות להרבה יותר קלות.

התמקד בבניית עיצוב טוב בתוך הארון מההתחלה. לדוגמה, אל תשים ספקי חשמל ליד רכיבים אלקטרוניים שעלולים להיות מושפעים מהפרעות מגנטיות. רכיב עם זרמים או תדרים גבוהים יכול לייצר רעש חשמלי בחוטים. לכן, הרחק רכיבי מתח גבוה מרכיבים עם מתח נמוך להפעלה הטובה ביותר. בנוסף, גלה אם הרשת שלך מדורגת בטיחות. אם לא, סביר להניח שתזדקק לחיבורי בטיחות מיותרים, כך שאם חלק אחד נכשל, הוא מגלה את הכישלון שלו ומגיב.

מכיוון שהאינטרנט התעשייתי של הדברים (IIOT) תופס, שקול להוסיף פונקציות מתקדמות שאתה או הלקוחות שלך לא ממש מוכנים לשימוש. בניית היכולות למכונה פירושה שיהיה קל יותר לשדרג את המכונה בהמשך.

【תוֹכנָה】

על פי הערכות התעשייה, לא ייקח זמן רב עד שיצרני ציוד מקורי יצטרכו להוציא 50-60% מזמן פיתוח המכונה שלהם הממוקד בדרישות התוכנה. ההתפתחות ממיקוד במכניקה ועד להתמקדות בממשק מעמידה בוני מכונות קטנים יותר בעמדת נחיתות תחרותית, אך יכולה גם לפלס את תחום המשחק עבור חברות שמוכנות לאמץ תוכנה מודולרית ופרוטוקולים פתוחים סטנדרטיים.

כיצד מאורגנת תוכנה יכולה להרחיב או להגביל את מה שמכונה יכולה לעשות עכשיו ולעתיד. בדומה לחומרה מודולרית, תוכנה מודולרית משפרת את המהירות והיעילות של בניית המכונות.

לדוגמה, נניח שאתה מעצב מכונה ורוצה להוסיף צעד נוסף בין שני שלבים. אם אתה משתמש בתוכנה מודולרית, אתה יכול פשוט להוסיף רכיב ללא תכנות מחדש או קידוד מחדש. ואם יש לך שישה חלקים שכולם עושים את אותו הדבר, אתה יכול לכתוב קוד פעם אחת ולהשתמש בו בכל ששת החלקים.

לא רק שתכנון יעיל יותר עם תוכנה מודולרית, הוא גם מאפשר למהנדסים לספק את הגמישות שלקוחות חושקים. לדוגמה, נניח שהלקוח רוצה מכונה שמריצה מוצרים בגודל שונה, והגודל הגדול ביותר מחייב שינוי באופן מתפקד קטע אחד. בעזרת תוכנה מודולרית, מעצבים יכולים פשוט לשנות את החלק מבלי להשפיע על שאר פונקציות המכונה. שינוי זה יכול להיות אוטומטי כדי לאפשר ל- OEM, או אפילו ללקוח, לעבור במהירות בין פונקציות המכונה. אין מה לתכנת מחדש כי המודול כבר נמצא במכונה.

בוני מכונות יכולים להציע מכונת בסיס סטנדרטית עם תכונות אופציונליות שתעמוד בדרישות הייחודיות של כל לקוח. פיתוח פורטפוליו של מודולי מכונות, חשמל ותוכנה מקל על הרכבה במהירות של מכונות הניתנות להגדרה.

עם זאת, כדי לקבל את היעילות ביותר מתוכנה מודולרית, חיוני לעקוב אחר תקני התעשייה, במיוחד אם אתה משתמש ביותר מספק אחד. אם ספק הכונן והחיישן אינם עוקבים אחר סטנדרטים בתעשייה, אז רכיבים אלה לא יכולים לדבר זה עם זה וכל יעילות המודולריות הולכת לאיבוד כדי להבין כיצד לחבר את החלקים.

בנוסף, אם הלקוח שלך מתכנן לחבר את זרם הנתונים לרשת ענן, חיוני כל תוכנה נוצרת באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים בתעשייה, כך שהמכונה יכולה לעבוד עם מכונות אחרות ולממשק לשירותי ענן.

OPC UA ו- MQTT הם ארכיטקטורות התוכנה הסטנדרטיות הנפוצות ביותר. OPC UA מאפשר תקשורת כמעט אמיתית בין מכונות, בקרים, ענן ומכשירי IT אחרים, והיא ככל הנראה הקרובה ביותר לתשתית תקשורת הוליסטית שתוכלו לקבל. MQTT הוא פרוטוקול העברת IIOT קל יותר המאפשר לשני יישומים לדבר זה עם זה. לעתים קרובות הוא משמש במוצר יחיד - בהתאמה, למשל, חיישן או כונן שולף מידע ממוצר ושלח אותו לענן.

【קישוריות ענן】

מכונות מחוברות לולאה סגורה הן עדיין הרוב, אך מפעלים ברשת באופן מלא לענן צומחים בפופולריות. מגמה זו עשויה להעלות את רמת התחזוקה החזויה וייצור מונע נתונים והיא השינוי העיקרי הבא בתוכנת המפעל; זה מתחיל בקישוריות מרחוק.

צמחים בעלי רשת ענן מנתחים נתונים מתהליכים שונים, קווי ייצור שונים ועוד ליצירת ייצוגים מלאים יותר של תהליך הייצור. זה מאפשר להם להשוות את יעילות הציוד הכוללת (OEE) של מתקני ייצור שונים. יצרני ציוד מקורי מתקדמים עובדים עם שותפי אוטומציה מהימנים כדי להציע מכונות מוכנות לענן עם יכולות Modular Industry 4.0 שיכולות לשלוח את משתמשי הקצה של הנתונים.

עבור בוני מכונות, שימוש באוטומציה של בקרת תנועה ונקיטת גישה הוליסטית, לתהליך כולל כדי להפוך את המפעלים או החברות של הלקוחות ליעילות יותר, יקפידו לזכות בעסקים רבים יותר.