Какие производители и инженеры по проектированию должны знать о двигателях, дисках и контроллерах.

Независимо от того, улучшают ли дизайнеры машину, ориентированную на движение, или создают новую, очень важно, чтобы они начали с управления движением. Затем они могут разработать дизайн вокруг лучшего способа получить эффективную и эффективную автоматизацию.

Машины на основе движения должны быть разработаны и построены вокруг их основных функций. Например, для печатной машины, которая опирается на определенный набор приложений обмотки, дизайнеры будут сосредоточены на критических частях и разрабатывают остальную часть машины в поддержку основных функций.

Это звучит как Design Engineering 101, но с давлением на рынок и командах, традиционно охватываемых в механические, электрические и программные отделы, дизайн легко вернуться к в значительной степени линейным процессом. Однако разработка с учетом управления движением требует подхода мехатроники, который включает в себя разработку первоначальных концепций, определение топологии системы и машинного подхода, а также выбор интерфейса соединения и архитектуры программного обеспечения.

Вот некоторые важные аспекты двигателей, дисков, контроллеров и программного обеспечения, которые инженеры должны рассматривать с самого начала каждого проекта проектирования машины, чтобы снизить неэффективность, ошибки и стоимость, позволяя OEM -производителям решать проблемы с клиентами за меньшее время.

【Процесс проектирования】

Как и куда движутся детали, обычно инженеры проводят большую часть своих инженерных усилий, особенно при разработке инновационных машин. Хотя инновационные сборки, безусловно, являются самыми трудоемкими, они часто предлагают самую большую рентабельность инвестиций, особенно если команды используют новейшие виртуальные инженерные и модульные дизайны.

Первый шаг при разработке машины с нуля - это спросить: каковы критические функции этой машины? Это может быть сделать машину, которая легко очистить, низкое обслуживание или очень точное. Определите технологию, которая обеспечит необходимую функцию, производительность или уровень обслуживания.

Чем сложнее проблема, которая должна быть решена, тем сложнее будет определить наиболее важные функции. Рассмотрим работу с поставщиком автоматизации, ориентированной на движение, который может помочь определить критические детали и определить правильный подход.

Затем спросите: каковы стандартные функции машины? Оставаясь с более ранним примером печатной машины, элементы управления натяжением и датчиком, используемым для раскручивания напечатанного материала, являются довольно стандартными. На самом деле, около 80% задач новой машины - это вариации задач прошлых машин.

Использование модульного аппаратного и кодового программирования для выполнения инженерных требований для стандартных функций значительно снижает объем дизайнерских ресурсов, необходимых для завершения проекта. Он также использует проверенные по времени функции, тем самым повышая надежность и позволяя вам сосредоточиться на более сложных частях проекта.

Работа с партнером по управлению движением, который может выполнять стандартные функции с помощью модульного оборудования и программного обеспечения, означает, что вы можете сосредоточиться на функциях с добавленной стоимостью, которые отличают ваш продукт от конкурентов.

В типичном проектном проекте инженеры -механики строят структуру машины и ее механические компоненты; Инженеры -электрики добавляют электронику, включая диски, провода и управления; А потом инженеры -программисты пишут код. Каждый раз, когда возникает ошибка или проблема, команда проекта должна отступить и исправить ее. Так много времени и энергии в процессе проектирования тратится на повторную работу дизайна на основе изменений или ошибок. К счастью, проектирование механики с программным обеспечением CAD и планированием и дизайном илибала - это почти вещи прошлого.

Сегодня Virtual Engineering позволяет командам разрабатывать, как машины будут работать, используя несколько параллельных путей, что значительно сокращает развивающий цикл и время на рынок. Создавая цифровой близнец (виртуальное представление машины), каждый отдел может работать самостоятельно и разрабатывать детали и контроль одновременно с остальной частью команды.

Цифровой близнец позволяет инженерам быстро тестировать различные конструкции для машины, а также для ваших машинных технологий. Например, возможно, процесс требует, чтобы материал подал в машину, пока не будет собрано желаемое количество, а затем материал не будет вырезан; Это означает, что вы должны найти способ остановить подачу, когда необходимо разрезать материал. Есть несколько способов справиться с этой проблемой, и все они могут повлиять на то, как работает общая машина. Попробовать различные средства правовой защиты или перемещение компонентов, чтобы увидеть, как это влияет на операции, проста с цифровым близнецом и приводит к более эффективному (и менее) прототипированию.

Virtual Engineering Lets Design Teams все увидит, как вся машина и его перекрывающиеся концепции работают вместе, чтобы достичь определенной цели или целей.

【Выбор топологии】

Сложные конструкции с несколькими функциями, более чем одна ось движения и многомерного движения, а также более быстрая выпускная и пропускная способность делают топологию системы столь же сложной. Выбор между централизованной автоматизацией на основе контроллера или децентрализованной автоматизацией на основе диска зависит от разработки машины. То, что делает машина, как ее общие, так и локальные функции, влияет на то, выбираете ли вы централизованную или децентрализованную топологию. Пространство шкафа, размер машины, условия окружающей среды и даже время установки также влияют на это решение.

Централизованная автоматизация. Лучший способ получить координированное управление движением для сложных машин-это автоматизация на основе контроллера. Команды управления движением обычно направляются в конкретные сервоприводы через стандартизированную шину в реальном времени, такую ​​как EtherCat, и инверторы управляют всеми двигателями.

При автоматизации на основе контроллера несколько осей движения могут быть скоординированы для выполнения сложной задачи. Это идеальная топология, если движение лежит в основе машины, и все части должны быть синхронизированы. Например, если для каждой оси движения решается быть в определенном месте, чтобы получить правильное расположение рука робота, вы, вероятно, выберите автоматизацию на основе контроллера.

Децентрализованная автоматизация. С большим количеством компактных машин и машинных модулей децентрализованное управление движением уменьшает или устраняет нагрузку на элементы управления машины. Вместо этого меньшие инверторные диски принимают децентрализованные управляющие обязанности, система ввода-вывода оценивает управляющие сигналы, а коммуникационная шина, такая как EtherCat, образует сквозную сеть.

Децентрализованная автоматизация идеальна, когда одна часть машины может взять на себя ответственность за выполнение задачи и не приходится постоянно сообщать о центральном контроле. Вместо этого каждая часть машины работает быстро и независимо, отчитываясь только после завершения ее задачи. Поскольку каждое устройство обрабатывает свою собственную нагрузку в таком расположении, общая машина может воспользоваться преимуществами более распределенной мощности обработки.

Централизованный и децентрализованный контроль. Хотя централизованная автоматизация обеспечивает координацию и децентрализованную способность обеспечивает более эффективную мощность распределенной обработки, комбинация обоих иногда является лучшим выбором. Окончательное решение зависит от всеобъемлющих требований, включая цели, связанные с: стоимостью/стоимостью, пропускной способностью, эффективностью, надежностью с течением времени, спецификациями безопасности.

Чем сложнее проект, тем важнее иметь партнера по управлению движением, который может дать советы по различным аспектам. Когда машиностроитель приносит видение, а партнер по автоматизации приносит инструменты, это когда вы получаете лучшее решение.

【Метовая сеть】

Установление чистой, защищенной от будущей взаимосвязанности также является ключевым шагом в разработке с учетом управления движением. Протокол коммуникации так же важен, как и то, где находятся двигатели и диски, потому что речь идет не только о том, что делают компоненты, а также то, как вы все это соединяете.

Хороший дизайн уменьшает количество проводов и расстояние, которое они должны идти. Например, набор из 10-15 проводов, идущих на удаленный терминал, может быть заменен кабелем Ethernet с использованием протокола промышленной связи, такого как EtherCat. Ethernet не единственный выбор, но какой бы вы ни использовали, убедитесь, что у вас есть правильные инструменты связи или шины, поэтому вы можете использовать общие протоколы. Выбор хорошего коммуникационного автобуса и наличие плана того, как все будет выложено, делает будущие расширения намного проще.

Сосредоточьтесь на создании хорошего дизайна внутри шкафа с самого начала. Например, не ставивайте питания вблизи электронных компонентов, на которые может повлиять магнитные помехи. Компонент с высокими токами или частотами может генерировать электрический шум в проводах. Итак, держите высоковольтные компоненты вдали от низковольтных компонентов для лучшей работы. Кроме того, выясните, имеет ли ваша сеть оценена безопасность. Если нет, то вам, вероятно, понадобятся жесткие избыточные соединения безопасности, поэтому, если одна часть не удается, она обнаруживает свой собственный отказ и реагирует.

По мере того, как промышленный Интернет вещей (IIOT) занимается, рассмотрите возможность добавления расширенных функций, которые вы или ваши клиенты могут быть не совсем готовы к использованию. Создание возможностей в машине означает, что позже будет проще обновить эту машину.

【Программное обеспечение】

Согласно отраслевым оценкам, пройдет не так много времени, прежде чем OEMS потребуется потратить 50-60% своего времени разработки машины, ориентированного на требования к программному обеспечению. Эволюция от акцента на механике до сосредоточения на интерфейсе ставит меньшие строители машин в невыгодное положение, но также может выровнять игровое поле для компаний, желающих принять модульное программное обеспечение и стандартизированные открытые протоколы.

Как организовано программное обеспечение, может расширить или ограничить то, что машина может сделать сейчас и в будущем. Как и модульное оборудование, модульное программное обеспечение улучшает скорость и эффективность строительства машин.

Например, скажем, вы проектируете машину и хотите добавить дополнительный шаг между двумя фазами. Если вы используете модульное программное обеспечение, вы можете просто добавить компонент без перепрограммирования или перекодирования. И, если у вас есть шесть разделов, которые делают одно и то же, вы можете написать код один раз и использовать его во всех шести разделах.

Мало того, что проектирует более эффективное с помощью модульного программного обеспечения, это также позволяет инженерам обеспечить гибкость, которую жаждут клиентов. Например, скажем, клиент хочет машину, которая запускает продукты разных размеров, а самый большой размер требует изменения в том, как функционирует один раздел. С помощью модульного программного обеспечения дизайнеры могут просто изменить раздел, не влияя на остальные функции машины. Это изменение может быть автоматизировано, чтобы позволить OEM или даже клиенту, быстро переключаться между функциями машины. Там нет ничего, чтобы перепрограммировать, потому что модуль уже находится в машине.

Строители машины могут предложить стандартную базовую машину с дополнительными функциями для удовлетворения уникальных требований каждого клиента. Разработка портфеля механических, электрических и программных модулей облегчает быстрого сборки настраиваемых машин.

Однако, чтобы получить максимальную эффективность от модульного программного обеспечения, важно следовать отраслевым стандартам, особенно если вы используете более одного поставщика. Если поставщик диска и датчиков не соблюдает отраслевые стандарты, то эти компоненты не могут разговаривать друг с другом, и все эффективность модульности теряются при выяснении, как подключить детали.

Кроме того, если ваши клиенты планируют подключение потока данных к облачной сети, важно, чтобы любое программное обеспечение создается с использованием отраслевых стандартных протоколов, поэтому машина может работать с другими машинами и интерфейсом с облачными службами.

OPC UA и MQTT являются наиболее распространенными стандартными программными архитектурами. OPC UA обеспечивает связь между машинами, контроллерами, облаками и другими устройствами ИТ, и, вероятно, является наиболее близкой к целостной инфраструктуре связи, которую вы можете получить. MQTT-это более легкий протокол IIOT-Messaging, который позволяет двум приложениям разговаривать друг с другом. Он часто используется в одном продукте - дает, например, датчик или информацию о вытяжении привода из продукта и отправляет его в облако.

【Облачное подключение】

Взаимосвязанные машины с замкнутым контуром по-прежнему являются большинством, но фабрики, полностью сеть в облако, растут в популярности. Эта тенденция может повысить уровень прогнозного обслуживания и производства, управляемого данными, и является следующим основным изменением в заводском программном обеспечении; Это начинается с удаленного подключения.

Заводы с облачными сетками анализируют данные из разных процессов, различных производственных линий и многого другого, чтобы создать более полные представления производственного процесса. Это позволяет им сравнить общую эффективность оборудования (OEE) различных производственных мощностей. Передовые OEM-производители работают с Trusted Automation Partners, чтобы предложить готовые к облаку машины с возможностями модульной отрасли 4.0, которые могут отправлять необходимость конечных пользователей данных.

Для строителей машин, использование автоматизации управления движением и целостный, общий процесс подход, чтобы сделать заводы или компании клиентов более эффективными, обязательно выиграет больше бизнеса.