Если вы строите машины, вы, вероятно, каждый день работаете с приводами и позиционирующими устройствами. Но действительно ли вы получаете максимальную производительность или минимальную стоимость владения от этих движущихся устройств? Ответ может быть не таким, как вы ожидаете.

Слишком часто инженеры думают о ступенях или приводах как о еще одном элементе в спецификации. Если устройство перемещения номинально соответствует желаемым требованиям к позиционированию, силе, полезной нагрузке, скорости и стоимости, его можно использовать.

При простых требованиях к движению такой подход к выбору ступени или привода может дать приемлемые результаты. Однако машины со сложными требованиями к механическому движению выиграют от встроенной стратегии проектирования движения. Вместо набора электромеханических компонентов, которые могут хорошо или плохо работать вместе, встроенные системы движения функционируют как настоящие автоматические подсистемы машин.

Встроенные системы управления движением спроектированы так, чтобы помещаться в заранее определенное физическое пространство на машине и подключаться к системе управления движением машины, готовой принимать команды от компьютерного интерфейса верхнего уровня, карты управления или ПЛК. В простейшем случае встраиваемые системы движения могут состоять не более чем из сцены или привода, подключенного к разъемам для упрощения установки. В наиболее сложных случаях эти подсистемы движения простираются от распиновки до полезной нагрузки. Они охватывают не только само движущееся устройство, но и все, что оно несет.

По сравнению с покомпонентным подходом к движению машины встроенное движение предлагает некоторые убедительные преимущества:

Механические характеристики

Даже если они используют одну и ту же ступень или привод, встроенные системы движения обычно превосходят системы движения, построенные на основе компонентов. Причина кроется в опыте применения и сборки. Хороший поставщик встроенных систем управления движением будет иметь многолетний опыт решения сложных задач позиционирования и набор проверенных строительных блоков управления движением, которые можно настроить для решения поставленной задачи. Они будут иметь глубокое понимание того, как динамика сцены, архитектура управления движением и операционная среда будут влиять на требования к позиционированию.

Что касается сборки, то многим машиностроителям не хватает квалифицированных технических специалистов, специализированных приспособлений, лазерных интерферометров и других метрологических систем, необходимых для наиболее точной центровки многоосных ступеней, которые часто имеют допуски на центровку по осям, измеряемые микронами.

Экспертиза средств контроля

Встроенные системы управления движением могут поставляться или не поставляться с элементами управления движением, в зависимости от требований заказчика. Но стратегия управления всегда должна быть частью встроенного уравнения движения. Хороший поставщик встроенных систем управления движением должен обладать обширными знаниями о том, как различные платформы управления движением и их кинематические возможности будут взаимодействовать с системами механического движения. Эти знания могут позволить нам расширить границы возможного с точки зрения динамических возможностей, таких как приемлемые коэффициенты несоответствия инерции.

Надежность

При вводе в эксплуатацию новой системы перемещения некоторые из наиболее распространенных проблем возникают из-за того, что отдельные, казалось бы, незначительные компоненты не работают должным образом или не работают должным образом друг с другом. Например, один-единственный неисправный разъем или неправильный провод могут оставить даже самую лучшую сцену неподвижной. Встроенные системы перемещения позволяют избежать сбоев такого типа, поскольку они собираются и тестируются как система перед интеграцией на производственную машину. Благодаря системам движения, состоящим из отдельных компонентов, небольшие сбои и несовместимости могут оставаться незамеченными до тех пор, пока производственная машина не будет собрана воедино.

Снижение затрат

Встроенные системы движения обычно стоят на 25–50 % дешевле, чем их компонентные аналоги. Частично эта экономия достигается за счет возможности сократить количество деталей, например, за счет проектирования кронштейнов, разъемов и других компонентов. Снижение затрат может значительно превысить 50%, если учесть все скрытые компоненты затрат, связанные со сборкой и установкой системы движения. К ним относятся затраты, связанные с проектированием, инвентарем, временем выхода на рынок и многим другим.

Многие типы приложений могут воспользоваться преимуществами встроенного движения. Мы внедрили этот подход на десятках полупроводниковых станков, станков для влажной обработки, лазерной резки, упаковки и автоматизации лабораторий.

Скрытые издержки систем движения

Компонентные системы движения имеют ряд скрытых затрат, которые можно устранить с помощью встроенного подхода к перемещению, в том числе:

1. Затраты времени выхода на рынок. Встроенные системы управления движением, которые по своей сути поддерживают параллельное проектирование, могут сократить время разработки сложной машины на недели или даже месяцы.
2. Затраты на программу, производство и управление материалами. Встроенные системы перемещения поставляются как единая спецификация, что исключает необходимость заказа, инвентаризации и сборки сотен деталей.
3. Производственные затраты. Системы прецизионного перемещения требуют квалифицированных специалистов по сборке и специализированного производственного оборудования, стоимость которого может быть трудно оправдать при неполной загрузке.
4. Гарантия и стоимость неисправности. Хороший поставщик встраиваемых систем управления движением дает гарантию на свои системы от сбоев и отвечает за их работу, что снижает риск OEM-производителя.

Этот нетрадиционный станок с ЧПУ обладает всеми признаками идеального встроенного приложения для управления движением. Это потребовало:

1. И средства управления, и механическая экспертиза.Соединение механической системы с органами управления и усилителями, поддерживающими сложную кинематику полярного движения, потребовало системного подхода и месяцев испытаний. Нам также пришлось разработать набор методов и инструментов центровки для создания этой новой системы ЧПУ.

2. Компактный дизайн, простая интеграция.На этом станке с ЧПУ размером с настольный компьютер пространство было в дефиците. Конструкция сервомодуля Rotary с большим беспрепятственным сквозным отверстием позволила нам эффективно использовать имеющееся пространство. Сквозные отверстия диаметром 100 мм позволили легко подвести подачу воздуха прямо к шпинделю, установить индексатор материала со стороны заготовки и выполнить все необходимые подключения питания.

3. Сдерживание затрат.Одним из интересных аспектов этой встроенной системы управления движением является то, что она не сложнее, чем должна быть. Основным функциональным требованием была чистота поверхности, а не точность позиционирования. Потребности в позиционировании на самом деле весьма скромны, по крайней мере, по нашим меркам. Таким образом, мы смогли отказаться от энкодеров прямого считывания и запустить всю систему в режиме разомкнутого контура. Это сэкономило нашим клиентам тысячи долларов на каждой машине.

Начало работы со встроенным движением

Переход от покомпонентных систем движения к встроенным системам движения может показаться решительным шагом. В конце концов, вы будете передавать управление движением поставщику.

Однако если вы выберете правильного поставщика, аутсорсинг окупится повышением производительности и надежности. Затраты также снизятся, поскольку подсистемы движения поступят на ваш завод полностью протестированными, с гарантией и готовыми к установке на вашу машину.