今日の製造システムOEMとオートメーションのエンドユーザーは、生活をより便利にするための技術革新を常に求めています。インダストリー4.0のイノベーションは、デジタルエレクトロニクスと通信インターフェースを融合させ、より洗練され、機能的で、使いやすい、新たなスマートテクノロジーの誕生を促しました。

インダストリー4.0対応テクノロジーを導入する製造企業が増えるにつれ、新興のスマートメカトロニクステクノロジーが機械の知能と汎用性を高めています。これらの高度なシステムは、従来のシステムよりも仕様の指定、注文、導入が容易であり、OEMとエンドユーザーにとっての価値を高めています。

スマート メカトロニクスの機能を理解することで、システム設計エンジニアは、これらのメカトロニクスを最大限に活用して製造ソリューションの競争力を高める方法を評価できるようになります。

現代のメカトロニクスは統合され、多用途である

メカトロニクスとは、異なる機械部品と電子部品を特定のタスクに特化したソリューションとして組み合わせるシステムおよびサブアセンブリです。動作の世界では、製品の組み立てと搬送は、メカトロニクスによる直線運動システムと直交座標ロボットによって実現されます。メカトロニクスの中核は、電子モーター、制御装置、センサー、そして直線部品の緊密な統合です。メカトロニクスは、インダストリー4.0技術の先駆けと言えるでしょう。

スマートメカトロニクスは、このコンセプトをさらに発展させ、高度なセンサーと操作性に優れた制御プラットフォームを組み込んだ包括的なソリューションを提供します。これらのシステムは、以下のことを実現します。

• 機械のパフォーマンスに関するリアルタイムデータ
• 製造品質に関するリアルタイムデータ（該当する場合）
• モーションシーケンスの正確な制御と実行
• 生産データとスループットの自動追跡
• 機械レベルおよび工場全体の管理システムとの容易な接続

スマートメカトロニクスのステップ1：オンライン構成

スマートメカトロニクスは、従来のメカトロニクスシステムよりも設計と試運転が迅速かつ容易です。これは、メカトロニクスが本質的に非常に複雑であり、複数のリニアコンポーネント、ドライブ、コントローラ、オペレータインターフェースを同時に検討・設計し、それらを慎重に組み合わせる必要があるため、非常に有利です。

スマート メカトロニクス マシンの指定、購入、試運転の最初のステップは、サプライヤー ポータルからアクセスできるオンライン ツールを活用することです。これらの構成ツールを使用すると、エンジニアは最小限のプログラミングで「すぐに」操作できるインテリジェント システムを構築できます。そのため、電気および流体動力駆動 (直線運動を含む) とモーション コントロールについて基本的な知識を持つエンジニアにとって最も役立つでしょう。ユーザーはストローク、ワークピースの重量、サイクル タイムなどのパラメーターを入力すると、オンライン ツールの CAD 環境で検証可能な出力が生成されます。次のサイズ設定およびコンフィギュレーターのプロンプトで、直交ロボット、プレス機、接合機など、完全なメカトロニクス ソリューションのすべてのコンポーネントを一度に指定できます。これは、エンジニアが単一のサプライヤーから完全なソリューションを取得できるオプションであり、プラグ アンド プロデュース実装の準備が整った、プログラム済みのモーション シーケンスが付属した統合システムが提供されます。

よりスマートでシンプルな運用管理

スマート メカトロニクスは、通常、リアルタイムの状態監視用のセンサーを備えた「透明な」生産プロセスにより、生産性と柔軟性を高めることができます。

一部のメーカーが、このような監視をサポートするために、オペレーションに特化したメカトロニクス機能キットを提供している例を考えてみましょう。例えば、プレス機用の機能キットには、プレスおよび接合組立オペレーションをサポートする電気機械式シリンダー、サーボドライブ、モーター、コントローラー、センサー、オペレーターソフトウェアなどが含まれています。このような機能キットを使用して構築されたマシンは、コンポーネントにオペレーティングソフトウェアがプリインストールされており、サーボドライブ上で実行可能な自動パラメータ設定機能を備えているため、導入が容易です。そのため、マシンをオンライン状態にするためにモーションコントロールのプログラミング知識は必要ありません。このソフトウェアは、ドラッグアンドドロップ式のグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）を備えており、オペレーターは、例えばボールベアリングをハウジングに押し込むなどの生産シーケンスを直感的に構築できます。

さらに、機械には動作を測定・追跡するための力センサーを内蔵できます。例えば、ベアリングプレスアプリケーションでは、このようなセンサーはリニアアクチュエータを追跡し、ボールをベアリングハウジングに挿入するために正確な力を加えることを保証します。一方、システム制御は、アクチュエータが精密に制御されたシーケンスを適切に実行していることを確認することで品質管理も実行できます。プレス機のこのようなシーケンスは通常、1時間に数百回、あるいは数千回繰り返されるため、システムのコントローラは各動作サイクルの測定値を記録し、保存のために転送します。オペレーターはコントローラパッケージ内のツールを使用して、プロセス結果を視覚化できます。これにより、プレス力がプロセスのしきい値を超えたか、またはしきい値を下回ったかをマッピングし、ワークステーションで力-変位曲線をリアルタイムで分析できます。このようなデータにより、経験豊富な機械オペレーターは、専門のソフトウェアエンジニアによる特別なプログラミングや品質分析の開発なしに、最高の製造品質と生産性を維持できます。

さらに、データはシステム インターフェイスを介して工場全体またはクラウドベースの製造分析システムにエクスポートすることもできるため、スマート メカトロニクス システムは企業のインダストリー 4.0 プラットフォームの不可欠なコンポーネントになります。

同様の機能は、ピックアンドプレースや搬送作業用の直交座標ハンドリングロボットなどのリニアモーションシステムを含む、他のファクトリーオートメーションシナリオにも導入されています。これらのシステムでは、同様のオンライン構成ツールを使用して、完全なハンドリングシステムに必要なすべてのリニアモジュール、アクチュエータ、エンドエフェクタ、ケーブル、センサー、電動ドライブ、コントローラのサイズと仕様を決定します。

スマートメカトロニクスアプリケーションの実例

スマートメカトロニクスは、高度な技術によって複雑なエンジニアリング課題をよりシンプルな方法で解決できることを実証しています。一般的な業界では、機械メーカーはリニアアクチュエータ、コントローラ、電源、エンドエフェクタなど、個別のコンポーネントを発注・統合することで、独自のメカトロニクスアセンブリを開発しようとしてきました。このプロセスは、多くの場合、煩雑で時間がかかります。

多くの企業やシステムインテグレーターでは、機械エンジニアリンググループが部品セットの仕様と発注を担当し、電気エンジニアリンググループが部品の発注を担当するのが一般的です。このような体制は購買部門にとってより困難であり、エンジニアリングスタッフは、すべての部品を物理的に組み立て、仕様通りに動作するようにプログラミングする責任を負います。

スマートメカトロニクスのコンセプトは、このパラダイムを変革し、エンジニアの負担を軽減することで、より複雑で困難な設計課題に時間とリソースを集中できるようになります。スマートメカトロニクス技術がもたらすメリットと利点は、インダストリー4.0の要件に対応するインテリジェンスとセンサー技術を組み込んだ、より生産性の高いシステムをメーカーが構築する上で、間違いなく役立つでしょう。

スマートメカトロニクスのコンセプトは非常に直感的ですが、それでもなお、高性能で包括的なメカトロニクスソリューションを構築するために必要な、リニアモーション製品、コントローラ、サーボドライブ、オペレータソフトウェアなど、あらゆるコンポーネントを網羅したポートフォリオとエンジニアリングの専門知識を持つメカトロニクスサプライヤーと連携することが重要です。また、スマートメカトロニクスの動きが最初から最後まで約束する使いやすさが十分に実現されていることを確認するために、構成ツールの品質と使いやすさを評価することも重要です。これにより、機械メーカーとエンドユーザーは、スマートメカトロニクスのプラグアンドプロデュースの利点を業務で最大限に活用できるようになります。