O que os OEMs e os engenheiros de design precisam saber sobre motores, unidades e controladores.

Se os designers estão melhorando uma máquina centrada em movimento ou construindo uma nova, é essencial que eles comecem com o controle de movimento em mente. Em seguida, eles podem desenvolver o design em torno da melhor maneira de obter automação eficaz e eficiente.

Máquinas baseadas em movimento devem ser projetadas e construídas em torno de suas funções principais. Para uma máquina de impressão que se baseia em um conjunto específico de aplicações de enrolamento, por exemplo, os designers se concentrariam nas partes críticas e desenvolveriam o restante da máquina no suporte das funções principais.

Isso soa como o Design Engineering 101, mas com as pressões e equipes de tempo até o mercado tradicionalmente isoladas em departamentos mecânicos, elétricos e de software, é fácil para o design reverter para um processo amplamente linear. Projetar com controle de movimento em mente, no entanto, requer uma abordagem mecatrônica que inclua o desenvolvimento dos conceitos iniciais, a determinação da topologia do sistema e a abordagem da máquina e a seleção da interface de conexão e da arquitetura de software.

Aqui estão alguns aspectos essenciais de motores, unidades, controladores e software que os engenheiros devem considerar desde o início de todos os projetos de design de máquinas para reduzir ineficiências, erros e custos, ao mesmo tempo em que possibilitam que os OEMs resolvam problemas de clientes em menos tempo.

【O processo de design】

Como e para onde as peças se movem normalmente, onde os engenheiros gastam a maior parte de seu esforço de engenharia, especialmente ao desenvolver máquinas inovadoras. Embora as construções inovadoras sejam de longe as mais demoradas, elas geralmente oferecem o maior ROI, especialmente se as equipes usarem as últimas mais recentes em engenharia virtual e designs modulares.

O primeiro passo ao desenvolver uma máquina do zero é perguntar: Quais são as funções críticas desta máquina? Pode ser fazer uma máquina fácil de limpar, de baixa manutenção ou altamente precisa. Identifique a tecnologia que fornecerá o nível de função, desempenho ou manutenção necessário.

Quanto mais complexo o problema que precisa ser resolvido, mais difícil será determinar as funções mais vitais. Considere trabalhar com um fornecedor de automação centrado em movimento que pode ajudar a definir os detalhes críticos e determinar a abordagem correta.

Então pergunte: Quais são as funções padrão da máquina? Permanecendo no exemplo anterior da máquina de impressão, os controles de tensão e sensor usados ​​para desenrolar o material que está sendo impresso são bastante padrão. De fato, cerca de 80% das tarefas de uma nova máquina são variações nas tarefas das máquinas anteriores.

O uso de hardware modular e programação de código para lidar com os requisitos de engenharia para funções padrão reduz significativamente a quantidade de recursos de design necessários para concluir o projeto. Ele também usa funções comprovadas pelo tempo, aumentando assim a confiabilidade e permitindo que você se concentre em partes mais complexas do design.

Trabalhar com um parceiro de controle de movimento que pode fornecer funções padrão com hardware e software modulares significa que você pode se concentrar nos recursos de valor agregado que distinguem seu produto da concorrência.

Em um projeto de design típico, os engenheiros mecânicos constroem a estrutura da máquina e seus componentes mecânicos; Os engenheiros elétricos adicionam os eletrônicos, incluindo unidades, fios e controles; e então os engenheiros de software escrevem o código. Toda vez que há um erro ou problema, a equipe do projeto precisa voltar e corrigi -lo. Tanto tempo e energia no processo de design são gastos refazendo o design com base em mudanças ou erros. Felizmente, projetar mecânica com software CAD e planejamento e design em silêncio são quase coisas do passado.

Hoje, a engenharia virtual permite que as equipes projetem como as máquinas funcionarão usando vários caminhos paralelos, reduzindo drasticamente o ciclo de desenvolvimento e o tempo até o mercado. Ao criar um gêmeo digital (uma representação virtual da máquina), cada departamento pode trabalhar por conta própria e desenvolver peças e controla simultaneamente com o restante da equipe.

Um gêmeo digital permite que os engenheiros testem rapidamente vários designs para uma máquina e suas tecnologias de máquinas. Por exemplo, talvez um processo exija que o material seja alimentado em uma alimentação da máquina até que a quantidade desejada seja coletada e, em seguida, o material seja cortado; Isso significa que você deve descobrir uma maneira de interromper a alimentação sempre que o material precisa ser cortado. Existem várias maneiras de lidar com esse desafio, e todas elas podem afetar como a máquina geral opera. Tentar remédios diferentes ou realocar componentes para ver como isso afeta as operações é simples com um gêmeo digital e leva a prototipagem mais eficiente (e menos).

A engenharia virtual permite que as equipes de design vejam como toda a máquina e seus conceitos sobrepostos funcionam juntos para atingir uma meta ou objetivo específico.

【Selecionando a topologia】

Designs complexos com várias funções, mais de um eixo de movimento e movimento multidimensional e saída e rendimento mais rápidos tornam a topologia do sistema da mesma forma complicada. A escolha entre automação centralizada e baseada em controlador ou automação baseada em acionamento descentralizada depende da máquina que está sendo projetada. O que a máquina faz, suas funções gerais e locais, afeta se você opta pela topologia centralizada ou descentralizada. O espaço do gabinete, o tamanho da máquina, as condições ambientais e até o tempo de instalação também afetam essa decisão.

Automação centralizada. A melhor maneira de obter controle de movimento coordenado para máquinas complexas é com a automação baseada em controlador. Os comandos de controle de movimento geralmente são encaminhados para servo-inversores específicos por meio de um ônibus padronizado em tempo real, como o Ethercat, e os inversores dirigem todos os motores.

Com a automação baseada em controlador, vários eixos de movimento podem ser coordenados para executar uma tarefa complexa. É a topologia ideal se o movimento estiver no coração da máquina e todas as partes devem ser sincronizadas. Por exemplo, se for crítico para cada eixo de movimento estar em um local específico para posicionar corretamente um braço de robô, você provavelmente escolherá a automação baseada em controlador.

Automação descentralizada. Com máquinas mais compactas e módulos da máquina, o controle de movimento descentralizado reduziu ou elimina a carga nos controles da máquina. Em vez disso, unidades de inversor menores assumem responsabilidades de controle descentralizadas, um sistema de E/S avalia os sinais de controle e um barramento de comunicação como o Ethercat forma uma rede de ponta a ponta.

A automação descentralizada é ideal quando uma parte da máquina pode assumir a responsabilidade de concluir uma tarefa e não precisa se reportar constantemente ao controle central. Em vez disso, cada parte da máquina tem desempenho rápida e independente, apenas relatando de volta quando sua tarefa estiver concluída. Como cada dispositivo lida com sua própria carga nesse arranjo, a máquina geral pode aproveitar a potência de processamento mais distribuída.

Controle centralizado e descentralizado. Embora a automação centralizada forneça coordenação e descentralização fornece mais eficiente poder de processamento distribuído, uma combinação de ambos às vezes é a melhor escolha. A decisão final depende de requisitos gerais, incluindo metas relacionadas a: custo/valor, taxa de transferência, eficiência, confiabilidade ao longo do tempo, especificações de segurança.

Quanto mais complexo o projeto, mais importante é ter um parceiro de engenharia de controle de movimento que possa dar conselhos sobre os diferentes aspectos. Quando o construtor de máquinas traz a visão e o parceiro de automação traz as ferramentas, é quando você obtém a melhor solução.

【Redes de máquinas】

O estabelecimento de interconectividade limpa e à prova de futuro também é uma etapa essencial para projetar com controle de movimento em mente. O protocolo de comunicação é tão essencial quanto onde os motores e unidades estão localizados porque não se trata apenas do que os componentes fazem - é também como você conecta tudo.

Um bom design reduz o número de fios e a distância que eles devem percorrer. Por exemplo, um conjunto de 10 a 15 fios que vai a um terminal remoto pode ser substituído por um cabo Ethernet usando um protocolo de comunicação industrial como o Ethercat. O Ethernet não é a única opção, mas qualquer que você use, verifique se possui as ferramentas ou barramentos de comunicação certos, para que você possa usar protocolos comuns. Escolher um bom ônibus de comunicação e ter um plano de como tudo será estabelecido torna as expansões futuras muito mais fáceis.

Concentre -se em construir um bom design dentro do gabinete desde o início. Por exemplo, não coloque fontes de alimentação perto de componentes eletrônicos que possam ser afetados pela interferência magnética. O componente com correntes ou frequências altas pode gerar ruído elétrico em fios. Portanto, mantenha os componentes de alta tensão longe dos componentes de baixa tensão para obter a melhor operação. Além disso, descubra se sua rede está classificada como segurança. Caso contrário, você provavelmente precisará de conexões de segurança redundantes com fio, portanto, se uma parte falhar, ele detecta sua própria falha e reage.

À medida que a Internet das Coisas Industriais (IIOT) toma conta, considere adicionar funções avançadas que você ou seus clientes podem não estar prontos para uso. Construir as capacidades na máquina significa que será mais fácil atualizar essa máquina posteriormente.

【Software】

De acordo com as estimativas do setor, não demorará muito para que os OEMs precisem gastar 50-60% do tempo de desenvolvimento da máquina focado nos requisitos de software. A evolução do foco na mecânica para o foco na interface coloca os construtores de máquinas menores em uma desvantagem competitiva, mas também pode nivelar o campo de jogo para empresas dispostas a adotar software modular e protocolos abertos padronizados.

Como o software está organizado pode expandir ou limitar o que uma máquina pode fazer agora e no futuro. Como o hardware modular, o software modular melhora a velocidade e a eficiência da construção de máquinas.

Por exemplo, diga que você está projetando uma máquina e deseja adicionar uma etapa extra entre duas fases. Se você estiver usando o software modular, basta adicionar um componente sem reprogramar ou recodificar. E, se você tiver seis seções fazendo a mesma coisa, poderá escrever código uma vez e usá -lo em todas as seis seções.

O design não é apenas mais eficiente com o software modular, mas também permite que os engenheiros entreguem a flexibilidade que os clientes desejam. Por exemplo, digamos que o cliente deseja uma máquina que execute produtos de tamanhos diferentes, e o maior tamanho requer uma alteração na maneira como uma seção funciona. Com o software modular, os designers podem simplesmente alterar a seção sem afetar o restante das funções da máquina. Essa alteração pode ser automatizada para deixar o OEM, ou mesmo o cliente, alternar rapidamente as funções da máquina. Não há nada para reprogramar porque o módulo já está na máquina.

Os construtores de máquinas podem oferecer uma máquina base padrão com recursos opcionais para atender aos requisitos exclusivos de cada cliente. O desenvolvimento de um portfólio de módulos mecânicos, elétricos e de software facilita a montagem de máquinas configuráveis ​​rapidamente.

Para obter a maior eficiência do software modular, no entanto, é essencial seguir os padrões do setor, especialmente se você estiver usando mais de um fornecedor. Se o fornecedor de unidades e sensores não estiver seguindo os padrões do setor, esses componentes não poderão conversar entre si e todas as eficiências de modularidade serão perdidas para descobrir como conectar as peças.

Além disso, se seu cliente planeja conectar o fluxo de dados a uma rede em nuvem, é essencial qualquer software é criado usando protocolos padrão do setor, para que a máquina possa funcionar com outras máquinas e interface com os serviços em nuvem.

OPC UA e MQTT são as arquiteturas de software padrão mais comuns. O OPC UA permite a comunicação de tempo quase real entre máquinas, controladores, nuvem e outros dispositivos de TI, e provavelmente é o mais próximo de uma infraestrutura de comunicação holística que você pode obter. O MQTT é um protocolo de mensagem IIOT mais leve que permite que dois aplicativos conversem entre si. É frequentemente usado em um único produto - lançando, por exemplo, um sensor ou uma unidade de tração de informações de um produto e envie para a nuvem.

【Conectividade em nuvem】

As máquinas interconectadas de circuito fechado ainda são a maioria, mas as fábricas totalmente relacionadas à nuvem estão crescendo em popularidade. Essa tendência pode aumentar o nível de manutenção preditiva e produção orientada a dados e é a próxima grande mudança no software de fábrica; Começa com conectividade remota.

As plantas de rede em nuvem analisam dados de diferentes processos, diferentes linhas de produção e muito mais para criar representações mais completas do processo de produção. Isso permite que eles comparem a eficácia geral do equipamento (OEE) de várias instalações de produção. Os OEMs de ponta trabalham com parceiros de automação confiáveis ​​para oferecer máquinas prontas para a nuvem com recursos modulares da indústria 4.0 que podem enviar a necessidade dos usuários finais de dados.

Para construtores de máquinas, o uso da automação de controle de movimento e adota uma abordagem holística de processo total para tornar as plantas ou empresas dos clientes mais eficientes, certamente ganharão mais negócios.