OEMと設計エンジニアは、モーター、ドライブ、コントローラーについて知っておくべきことです。

デザイナーがモーション中心のマシンを改善している場合でも、新しいマシンを構築している場合でも、モーションコントロールを念頭に置いて開始することが不可欠です。その後、効果的で効率的な自動化を実現するための最良の方法を中心に設計を開発できます。

モーションベースのマシンは、コア機能を中心に設計および構築する必要があります。たとえば、特定の一連の巻線アプリケーションに依存する印刷機の場合、設計者は重要な部品に焦点を当て、コア機能をサポートする残りのマシンを開発します。

これは設計エンジニアリング101のように聞こえますが、市場までのプレッシャーとチームが伝統的に機械的、電気的、ソフトウェア部門に沈黙しているため、デザインが主に直線的なプロセスに戻るのは簡単です。ただし、モーションコントロールを念頭に置いて設計するには、初期概念の開発、システムトポロジとマシンアプローチの決定、接続インターフェイスとソフトウェアアーキテクチャの選択を含むメカトロニクスアプローチが必要です。

エンジニアがすべての機械設計プロジェクトの最初から考慮すべきモーター、ドライブ、コントローラー、およびソフトウェアのいくつかの重要な側面を以下に示します。

【設計プロセス】

部品の移動方法と場所は、通常、エンジニアが革新的な機械を開発する際に、エンジニアリングの努力のほとんどを費やす場所です。革新的なビルドは圧倒的に最も時間がかかりますが、特にチームが最新の仮想エンジニアリングとモジュラーデザインを利用している場合、最大のROIを提供することがよくあります。

ゼロからマシンを開発する最初のステップは、このマシンの重要な機能は何ですか？洗浄しやすい、メンテナンスが少ない、または非常に正確なマシンを作ることもできます。必要な機能、パフォーマンス、またはメンテナンスレベルを提供するテクノロジーを特定します。

解決する必要がある問題が複雑になればなるほど、最も重要な機能を決定することはより困難になります。重要な詳細を定義し、適切なアプローチを決定するのに役立つモーション中心の自動化サプライヤーとの作業を検討してください。

次に、マシンの標準機能は何ですか？以前の印刷機の例にとどまると、印刷されている材料を解き放つために使用される張力とセンサーのコントロールはかなり標準です。実際、新しいマシンのタスクの約80％は、過去のマシンのタスクのバリエーションです。

モジュラーハードウェアとコードプログラミングを使用して、標準機能のエンジニアリング要件を処理すると、プロジェクトの完了に必要な設計リソースの量が大幅に削減されます。また、時間が実証された機能を使用して、信頼性を高め、設計のより複雑な部分に焦点を合わせることができます。

モジュラーハードウェアとソフトウェアを使用して標準機能を提供できるモーションコントロールパートナーと連携することは、製品と競合他社を区別する付加価値のある機能に焦点を合わせることができることを意味します。

典型的な設計プロジェクトでは、機械エンジニアが機械の構造とその機械的コンポーネントを構築します。電気エンジニアは、ドライブ、ワイヤー、コントロールなど、電子機器を追加します。そして、ソフトウェアエンジニアがコードを書きます。間違いや問題があるたびに、プロジェクトチームはそれをバックトラックして修正する必要があります。設計プロセスの多くの時間とエネルギーは、変更や間違いに基づいて設計を再入力することに費やされます。幸いなことに、CADソフトウェアとサイロ化された計画とデザインを使用したメカニックの設計は、過去のほぼものです。

今日、仮想エンジニアリングにより、チームはいくつかの並列パスを使用してマシンがどのように動作するかを設計することで、発展途上のサイクルと市場までの時間を劇的に短縮できます。デジタルツイン（マシンの仮想表現）を作成することにより、各部門は独自に作業し、チームの残りの部分と同時に部品と制御を開発できます。

デジタルツインにより、エンジニアはマシンとマシンテクノロジーのさまざまなデザインをすばやくテストできます。たとえば、おそらくプロセスでは、目的の量が収集されてから材料が切断されるまで、材料を機械飼料に供給する必要があります。つまり、材料をカットする必要があるときはいつでも、フィードを止める方法を見つけなければなりません。その課題を処理する方法はいくつかあり、それらはすべて、マシン全体の動作に影響を与える可能性があります。さまざまな救済策を試したり、コンポーネントを再配置して、デジタルツインで操作にどのように影響するかを確認し、より効率的な（および少ない）プロトタイピングにつながります。

仮想エンジニアリングにより、設計チームはすべて、マシン全体とその重複する概念がどのように連携して特定の目標または目標に到達するかを見ることができます。

topologyトポロジの選択】

複数の機能を備えた複雑な設計、複数の機能、複数の軸の動きと多次元の動き、およびより速い出力とスループットにより、システムトポロジは同じように複雑になります。集中化されたコントローラーベースの自動化または分散化されたドライブベースの自動化を選択することは、設計されているマシンに依存します。マシンが行うことは、全体的な機能とローカル機能の両方で、集中トポロジーまたは分散型トポロジを選択するかどうかに影響します。キャビネットスペース、機械のサイズ、周囲の条件、さらには設置時間にも、この決定に影響します。

集中自動化。複雑なマシンの調整されたモーション制御を取得する最良の方法は、コントローラーベースの自動化を使用することです。モーションコントロールコマンドは通常、Ethercatなどの標準化されたリアルタイムバスを介して特定のサーボインバーターに転送され、インバーターはすべてのモーターを駆動します。

コントローラーベースの自動化により、複雑なタスクを実行するためにいくつかのモーション軸を調整できます。動きがマシンの中心にあり、すべての部品を同期する必要がある場合、理想的なトポロジーです。たとえば、各モーション軸がロボットアームを適切に配置するために特定の場所にあることが重要である場合、おそらくコントローラーベースの自動化を選択します。

分散型自動化。よりコンパクトなマシンとマシンモジュールを使用すると、分散型モーションコントロールが機械制御の負荷を削減または排除します。代わりに、小規模なインバータードライブは、分散型制御責任を想定し、I/Oシステムは制御信号を評価し、EtherCatなどの通信バスはエンドツーエンドネットワークを形成します。

分散型自動化は、マシンの一部がタスクを完了する責任を負うことができ、絶えず中央制御に報告する必要がない場合に理想的です。代わりに、マシンの各部分は迅速かつ独立して実行され、タスクが完了した後にのみ報告します。各デバイスはこのような配置で独自の負荷を処理するため、マシン全体がより分散した処理能力を活用できます。

集中型および分散制御。集中自動化は調整を提供し、分散化された分散化により、より効率的な分散処理能力が提供されますが、両方の組み合わせが最良の選択である場合があります。最終決定は、コスト/価値、スループット、効率、時間の経過に伴う信頼性、安全仕様に関連する目標を含む包括的な要件に依存します。

プロジェクトが複雑になればなるほど、さまざまな側面に関するアドバイスを提供できるモーションコントロールエンジニアリングパートナーを持つことが重要になります。マシンビルダーがビジョンをもたらし、自動化パートナーがツールをもたらすとき、それが最良のソリューションを手に入れるときです。

【マシンネットワーキング】

清潔で将来の耐性のある相互接続性を確立することも、モーションコントロールを念頭に置いて設計する上で重要なステップです。通信プロトコルは、モーターやドライブが配置されている場所と同じくらい不可欠です。これは、コンポーネントが行うことだけでなく、すべてを接続する方法でもあります。

優れた設計により、ワイヤの数と距離が削減されます。たとえば、リモート端子に行く10〜15本のワイヤのセットは、EtherCatなどの産業通信プロトコルを使用してイーサネットケーブルに置き換えることができます。イーサネットは唯一の選択肢ではありませんが、使用するものはどちらでも、適切なコミュニケーションツールまたはバスがあることを確認してください。そうすれば、共通のプロトコルを使用できます。優れたコミュニケーションバスを選び、すべてがどのようにレイアウトされるかについての計画を立てることで、将来の拡張が非常に簡単になります。

最初からキャビネット内に良いデザインを構築することに焦点を当てます。たとえば、磁気干渉の影響を受ける可能性のある電子部品の近くに電源を入れないでください。高電流または周波数を持つコンポーネントは、ワイヤの電気ノイズを生成できます。したがって、最高の操作のために、高電圧コンポーネントを低電圧コンポーネントから遠ざけてください。さらに、ネットワークが安全評価であるかどうかを確認します。そうでない場合は、ハードワイヤードの冗長な安全接続が必要になる可能性が高いため、1つの部分が失敗した場合、独自の障害を検出して反応します。

産業用モノのインターネット（IIOT）が定着しているため、高度な機能を追加するか、顧客が使用する準備ができていない可能性があります。マシンに機能を構築することは、後でそのマシンをアップグレードするのが簡単になることを意味します。

【ソフトウェア】

業界の見積もりによると、OEMがソフトウェア要件に焦点を当てた機械開発時間の50〜60％を費やす必要があるのはそう長くはかからない。メカニクスへの焦点からインターフェイスへの焦点への進化により、小規模なマシンビルダーは競争力のある不利な点になりますが、モジュラーソフトウェアと標準化されたオープンプロトコルを採用することをいとわない企業の競技場を平準化することもできます。

ソフトウェアの整理方法は、マシンが今何を将来にできるかを拡張または制限することができます。モジュラーハードウェアと同様に、モジュラーソフトウェアは機械構築の速度と効率を向上させます。

たとえば、マシンを設計していて、2つのフェーズ間に追加のステップを追加したいとします。モジュラーソフトウェアを使用している場合は、再プログラミングや再確認せずにコンポーネントを追加するだけです。また、6つのセクションがすべて同じことを行っている場合は、コードを1回記述して、6つのセクションすべてで使用できます。

モジュラーソフトウェアでより効率的に設計するだけでなく、エンジニアが顧客の柔軟性を切望する柔軟性を提供することもできます。たとえば、顧客はさまざまなサイズの製品を実行するマシンを必要とし、最大のサイズでは1つのセクションの機能の変更が必要になるとします。モジュラーソフトウェアを使用すると、デザイナーは、残りのマシンの機能に影響を与えることなく、セクションを単純に変更できます。この変更は、OEM、または顧客でさえ、マシン機能をすばやく切り替えることができるように自動化できます。モジュールはすでにマシンに含まれているため、再プログラムするものは何もありません。

マシンビルダーは、各顧客の独自の要件を満たすために、オプションの機能を備えた標準的なベースマシンを提供できます。機械、電気、ソフトウェアモジュールのポートフォリオを開発することで、構成可能なマシンを迅速に組み立てることができます。

ただし、モジュラーソフトウェアから最も効率を得るには、特に複数のサプライヤーを使用している場合は、業界の基準に従うことが不可欠です。ドライブとセンサーのサプライヤーが業界標準に従わない場合、それらのコンポーネントは互いに話し合うことができず、すべてのモジュール性効率が部品を接続する方法を考え出すことで失われます。

さらに、顧客がデータストリームをクラウドネットワークに接続することを計画している場合、あらゆるソフトウェアが業界標準プロトコルを使用して作成されることが不可欠であるため、マシンは他のマシンと連携してクラウドサービスとインターフェイスを行うことができます。

OPC UAとMQTTは、最も一般的な標準ソフトウェアアーキテクチャです。 OPC UAは、マシン、コントローラー、クラウド、およびその他のITデバイス間のほぼリアルタイム通信を可能にし、おそらくあなたが得ることができる全体的な通信インフラストラクチャに最も近いものです。 MQTTは、2つのアプリケーションが互いに通信できるようにする、より軽量のIIOTメスングプロトコルです。多くの場合、単一の製品で使用されます。たとえば、センサーやドライブが製品から情報を引っ張ってクラウドに送信します。

【クラウド接続】

相互接続された閉ループマシンは依然として過半数ですが、クラウドと完全にネットワーク化された工場は人気が高まっています。その傾向は、予測メンテナンスとデータ駆動型の生産のレベルを上げることができ、工場ソフトウェアの次の大きな変化です。リモート接続から始まります。

クラウドネットワークのプラントは、さまざまなプロセス、さまざまな生産ラインなどからのデータを分析し、生産プロセスのより完全な表現を作成します。これにより、さまざまな生産施設の全体的な機器の有効性（OEE）を比較できます。最先端のOEMは、信頼できるAutomation Partnersと連携して、データエンドユーザーが必要とするモジュラー業界4.0機能を備えたクラウド対応マシンを提供します。

マシンビルダーの場合、モーションコントロールの自動化を使用し、顧客の植物や企業をより効率的にするための全体的で完全な処理アプローチを採用すると、より多くのビジネスを獲得することができます。