OEM'lerin ve tasarım mühendislerinin motorlar, sürücüler ve kontrolörler hakkında bilmesi gerekenler.

Tasarımcılar hareket merkezli bir makineyi geliştiriyor veya yeni bir makine inşa ediyor olsun, hareket kontrolünü akıllarında tutarak işe başlamaları esastır. Daha sonra etkili ve verimli otomasyon elde etmenin en iyi yolu etrafında tasarım geliştirebilirler.

Hareket tabanlı makineler, çekirdek işlevleri etrafında tasarlanmalı ve inşa edilmelidir. Örneğin, belirli bir sarma uygulamaları setine dayanan bir baskı makinesi için, tasarımcılar kritik parçalara odaklanır ve makinenin geri kalanını çekirdek işlevleri destekleyecek şekilde geliştirir.

Bu, Tasarım Mühendisliği 101 gibi geliyor, ancak pazara sunma süresi baskıları ve geleneksel olarak mekanik, elektrik ve yazılım departmanlarına ayrılmış ekiplerle, tasarımın büyük ölçüde doğrusal bir sürece geri dönmesi kolaydır. Ancak hareket kontrolünü göz önünde bulundurarak tasarım yapmak, ilk konseptleri geliştirmeyi, sistem topolojisini ve makine yaklaşımını belirlemeyi ve bağlantı arayüzünü ve yazılım mimarisini seçmeyi içeren bir mekatronik yaklaşımı gerektirir.

Mühendislerin her makine tasarım projesinin başından itibaren dikkate alması gereken motorlar, sürücüler, kontrolörler ve yazılımların bazı temel yönleri, verimsizlikleri, hataları ve maliyetleri azaltırken OEM'lerin müşteri sorunlarını daha kısa sürede çözmesini mümkün kılıyor.

【Tasarım Süreci】

Parçaların nasıl ve nereye hareket ettiği, mühendislerin mühendislik çabalarının çoğunu harcadıkları yerdir, özellikle de yenilikçi makineler geliştirirken. Yenilikçi yapılar açık ara en çok zaman alan yapı olsa da, özellikle ekipler sanal mühendislik ve modüler tasarımlardaki en son yenilikleri kullanırsa, genellikle en büyük yatırım getirisini sunarlar.

Sıfırdan bir makine geliştirirken atılacak ilk adım şu soruyu sormaktır: Bu makinenin kritik işlevleri nelerdir? Kolay temizlenen, düşük bakım gerektiren veya son derece hassas bir makine yapmak olabilir. Gerekli işlevi, performansı veya bakım seviyesini sağlayacak teknolojiyi belirleyin.

Çözülmesi gereken sorun ne kadar karmaşıksa, en hayati işlevleri belirlemek o kadar zor olacaktır. Kritik ayrıntıları tanımlamanıza ve doğru yaklaşımı belirlemenize yardımcı olabilecek hareket merkezli bir otomasyon tedarikçisiyle çalışmayı düşünün.

Sonra şunu sorun: Makinenin standart işlevleri nelerdir? Daha önceki baskı makinesi örneğinde kalırsak, üzerine baskı yapılan malzemeyi çözmek için kullanılan gerginlik ve sensör kontrolleri oldukça standarttır. Aslında, yeni bir makinenin görevlerinin yaklaşık %80'i geçmiş makinelerin görevlerindeki değişikliklerdir.

Standart işlevler için mühendislik gereksinimlerini karşılamak üzere modüler donanım ve kod programlama kullanmak, projeyi tamamlamak için gereken tasarım kaynaklarının miktarını önemli ölçüde azaltır. Ayrıca zamanla test edilmiş işlevleri kullanır, böylece güvenilirliği artırır ve tasarımın daha karmaşık kısımlarına odaklanmanızı sağlar.

Standart işlevleri modüler donanım ve yazılımla sunabilen bir hareket kontrol ortağıyla çalışmak, ürününüzü rakiplerinden ayıran katma değerli özelliklere odaklanabileceğiniz anlamına gelir.

Tipik bir tasarım projesinde, makine mühendisleri makinenin yapısını ve mekanik bileşenlerini inşa eder; elektrik mühendisleri sürücüler, kablolar ve kontroller dahil olmak üzere elektronik aksamları ekler; ve ardından yazılım mühendisleri kodu yazar. Her hata veya sorun olduğunda, proje ekibi geri dönüp düzeltmek zorundadır. Tasarım sürecinde çok fazla zaman ve enerji, değişikliklere veya hatalara dayalı olarak tasarımı yeniden yapmak için harcanır. Neyse ki, CAD yazılımı ve silolanmış planlama ve tasarımla mekanik tasarım yapmak neredeyse geçmişte kaldı.

Günümüzde sanal mühendislik, ekiplerin makinelerin nasıl çalışacağını çeşitli paralel yollar kullanarak tasarlamasına olanak tanır ve böylece geliştirme döngüsünü ve pazara sunma süresini önemli ölçüde kısaltır. Dijital bir ikiz (makinenin sanal bir temsili) oluşturarak, her departman kendi başına çalışabilir ve ekibin geri kalanıyla eş zamanlı olarak parçalar ve kontroller geliştirebilir.

Dijital ikiz, mühendislerin bir makine için çeşitli tasarımları ve makine teknolojilerinizi hızla test etmelerini sağlar. Örneğin, belki bir işlem, istenen miktar toplanana kadar bir makine beslemesine malzeme beslenmesini ve ardından malzemenin kesilmesini gerektirir; bu, malzemenin kesilmesi gerektiğinde beslemeyi durdurmanın bir yolunu bulmanız gerektiği anlamına gelir. Bu zorlukla başa çıkmanın birkaç yolu vardır ve bunların hepsi genel makinenin nasıl çalıştığını etkileyebilir. Farklı çözümler denemek veya işlemleri nasıl etkilediğini görmek için bileşenleri yeniden yerleştirmek, dijital ikiz ile basittir ve daha verimli (ve daha az) prototiplemeye yol açar.

Sanal mühendislik, tasarım ekiplerinin tüm makinenin ve onun örtüşen kavramlarının belirli bir hedefe veya hedeflere ulaşmak için nasıl birlikte çalıştığını görmelerini sağlar.

【Topolojinin Seçilmesi】

Birkaç işleve sahip karmaşık tasarımlar, birden fazla hareket ekseni ve çok boyutlu hareket ve daha hızlı çıktı ve verim, sistem topolojisini de aynı derecede karmaşık hale getirir. Merkezi, denetleyici tabanlı otomasyon ile merkezi olmayan, sürücü tabanlı otomasyon arasında seçim yapmak, tasarlanan makineye bağlıdır. Makinenin hem genel hem de yerel işlevleri ne yaptığı, merkezi veya merkezi olmayan topolojiyi seçmenizi etkiler. Kabin alanı, makine boyutu, ortam koşulları ve hatta kurulum süresi de bu kararı etkiler.

Merkezi otomasyon. Karmaşık makineler için koordineli hareket kontrolü elde etmenin en iyi yolu, kontrolör tabanlı otomasyondur. Hareket kontrol komutları genellikle EtherCAT gibi standartlaştırılmış gerçek zamanlı bir veri yolu üzerinden belirli servo invertörlere iletilir ve invertörler tüm motorları çalıştırır.

Kontrolör tabanlı otomasyonla, karmaşık bir görevi gerçekleştirmek için birkaç hareket ekseni koordine edilebilir. Hareket makinenin kalbindeyse ve tüm parçalar senkronize edilmek zorundaysa ideal bir topolojidir. Örneğin, bir robot kolunu düzgün bir şekilde konumlandırmak için her hareket ekseninin belirli bir yerde olması kritikse, büyük ihtimalle kontrolör tabanlı otomasyonu seçersiniz.

Dağıtık otomasyon. Daha kompakt makineler ve makine modülleriyle, dağıtık hareket kontrolü makine kontrollerindeki yükü azaltır veya ortadan kaldırır. Bunun yerine, daha küçük invertör sürücüler dağıtık kontrol sorumluluklarını üstlenir, bir G/Ç sistemi kontrol sinyallerini değerlendirir ve EtherCAT gibi bir iletişim veri yolu uçtan uca bir ağ oluşturur.

Dağıtık otomasyon, makinenin bir bölümünün bir görevi tamamlama sorumluluğunu üstlenebildiği ve sürekli olarak merkezi kontrole rapor vermek zorunda olmadığı durumlarda idealdir. Bunun yerine, makinenin her bölümü hızlı ve bağımsız bir şekilde çalışır ve yalnızca görevi tamamlandığında rapor verir. Her cihaz kendi yükünü böyle bir düzenlemede idare ettiği için, genel makine daha dağıtılmış işlem gücünden yararlanabilir.

Merkezi ve merkezi olmayan kontrol. Merkezi otomasyon koordinasyon sağlarken, merkezi olmayan daha verimli dağıtılmış işlem gücü sağlasa da, her ikisinin birleşimi bazen en iyi seçimdir. Son karar, aşağıdakilerle ilgili hedefler de dahil olmak üzere genel gereksinimlere bağlıdır: Maliyet/değer, Verim, Verimlilik, Zaman içinde güvenilirlik, Güvenlik özellikleri.

Proje ne kadar karmaşıksa, farklı yönler hakkında tavsiyelerde bulunabilecek bir hareket kontrol mühendisliği ortağına sahip olmak o kadar önemlidir. Makine üreticisi vizyonu ve otomasyon ortağı araçları getirdiğinde, işte o zaman en iyi çözümü elde edersiniz.

【Makine Ağları】

Temiz, geleceğe yönelik bağlantı kurmak, hareket kontrolünü akılda tutarak tasarım yapmanın da önemli bir adımıdır. İletişim protokolü, motorların ve sürücülerin nerede bulunduğu kadar önemlidir çünkü sadece bileşenlerin ne yaptığıyla ilgili değildir; aynı zamanda her şeyi nasıl bağladığınızla da ilgilidir.

İyi bir tasarım, kablo sayısını ve gitmeleri gereken mesafeyi azaltır. Örneğin, uzak bir terminale giden 10 ila 15 kablo seti, EtherCAT gibi endüstriyel bir iletişim protokolü kullanan bir Ethernet kablosuyla değiştirilebilir. Ethernet tek seçenek değildir, ancak hangisini kullanırsanız kullanın, ortak protokolleri kullanabilmeniz için doğru iletişim araçlarına veya veri yollarına sahip olduğunuzdan emin olun. İyi bir iletişim veri yolu seçmek ve her şeyin nasıl yerleştirileceğine dair bir plan yapmak, gelecekteki genişlemeleri çok daha kolaylaştırır.

Kabinin içinde baştan itibaren iyi bir tasarım oluşturmaya odaklanın. Örneğin, güç kaynaklarını manyetik girişimden etkilenebilecek elektronik bileşenlerin yakınına koymayın. Yüksek akım veya frekanslara sahip bileşenler kablolarda elektriksel gürültü oluşturabilir. Bu nedenle, en iyi çalışma için yüksek voltajlı bileşenleri düşük voltajlı bileşenlerden uzak tutun. Ayrıca, ağınızın güvenlik derecesine sahip olup olmadığını öğrenin. Değilse, muhtemelen sabit kablolu yedekli güvenlik bağlantılarına ihtiyacınız olacak, böylece bir parça arızalanırsa kendi arızasını algılayıp tepki verecek.

Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) yaygınlaştıkça, siz veya müşterilerinizin kullanmaya henüz hazır olmayabileceği gelişmiş işlevler eklemeyi düşünün. Yetenekleri makineye yerleştirmek, o makineyi daha sonra yükseltmeyi kolaylaştıracaktır.

【Yazılım】

Sektör tahminlerine göre, OEM'lerin makine geliştirme zamanlarının %50-60'ını yazılım gereksinimlerine ayırması uzun sürmeyecek. Mekaniğe odaklanmaktan arayüze odaklanmaya doğru evrim, daha küçük makine üreticilerini rekabette dezavantajlı duruma sokuyor, ancak aynı zamanda modüler yazılım ve standartlaştırılmış, açık protokolleri benimsemeye istekli şirketler için eşit şartlar sağlayabilir.

Yazılımın nasıl organize edildiği, bir makinenin şu anda ve gelecekte neler yapabileceğini genişletebilir veya sınırlayabilir. Modüler donanım gibi, modüler yazılım da makine yapımının hızını ve verimliliğini artırır.

Örneğin, bir makine tasarlıyorsunuz ve iki faz arasına fazladan bir adım eklemek istiyorsunuz. Modüler yazılım kullanıyorsanız, yeniden programlama veya yeniden kodlama yapmadan basitçe bir bileşen ekleyebilirsiniz. Ve, aynı şeyi yapan altı bölümünüz varsa, bir kez kod yazabilir ve altı bölümün hepsinde kullanabilirsiniz.

Modüler yazılımla tasarım yapmak daha verimli olmakla kalmaz, aynı zamanda mühendislerin müşterilerin özlediği esnekliği sunmasını sağlar. Örneğin, müşterinin farklı boyutlarda ürünler çalıştıran bir makine istediğini ve en büyük boyutun bir bölümün işleyişinde değişiklik gerektirdiğini varsayalım. Modüler yazılımla, tasarımcılar makinenin geri kalan işlevlerini etkilemeden bölümü kolayca değiştirebilirler. Bu değişiklik, OEM'in veya hatta müşterinin makine işlevleri arasında hızla geçiş yapmasını sağlamak için otomatikleştirilebilir. Modül zaten makinede olduğundan yeniden programlanacak hiçbir şey yoktur.

Makine üreticileri, her müşterinin benzersiz gereksinimlerini karşılamak için isteğe bağlı özelliklere sahip standart bir temel makine sunabilir. Mekanik, elektrik ve yazılım modüllerinden oluşan bir portföy geliştirmek, yapılandırılabilir makinelerin hızlı bir şekilde bir araya getirilmesini kolaylaştırır.

Ancak modüler yazılımdan en fazla verimi almak için, özellikle birden fazla tedarikçi kullanıyorsanız, endüstri standartlarına uymak önemlidir. Sürücü ve sensör tedarikçisi endüstri standartlarına uymuyorsa, bu bileşenler birbirleriyle iletişim kuramaz ve tüm modülerlik verimlilikleri parçaları nasıl bağlayacaklarını anlamaya çalışırken kaybolur.

Ayrıca, müşteriniz veri akışını bir bulut ağına bağlamayı planlıyorsa, makinenin diğer makinelerle çalışabilmesi ve bulut hizmetleriyle arayüz oluşturabilmesi için tüm yazılımların endüstri standardı protokolleri kullanılarak oluşturulması önemlidir.

OPC UA ve MQTT en yaygın standart yazılım mimarileridir. OPC UA, makineler, denetleyiciler, bulut ve diğer BT cihazları arasında neredeyse gerçek zamanlı iletişimi mümkün kılar ve muhtemelen elde edebileceğiniz bütünsel bir iletişim altyapısına en yakın olanıdır. MQTT, iki uygulamanın birbirleriyle konuşmasını sağlayan daha hafif bir IIoT mesajlaşma protokolüdür. Genellikle tek bir üründe kullanılır; örneğin bir sensörün veya sürücünün bir üründen bilgi çekmesine ve buluta göndermesine izin verir.

【Bulut Bağlantısı】

Birbirine bağlı, kapalı devre makineler hala çoğunlukta, ancak buluta tamamen bağlı fabrikalar popülerlik kazanıyor. Bu trend, öngörücü bakım ve veri odaklı üretim seviyesini artırabilir ve fabrika yazılımındaki bir sonraki büyük değişikliktir; uzaktan bağlantıyla başlar.

Bulut ağlı tesisler, üretim sürecinin daha eksiksiz temsillerini oluşturmak için farklı süreçlerden, farklı üretim hatlarından ve daha fazlasından gelen verileri analiz eder. Bu, çeşitli üretim tesislerinin genel ekipman etkinliğini (OEE) karşılaştırmalarına olanak tanır. Son teknoloji OEM'ler, son kullanıcıların ihtiyaç duyduğu verileri gönderebilen modüler Endüstri 4.0 yeteneklerine sahip buluta hazır makineler sunmak için güvenilir otomasyon ortaklarıyla çalışır.

Makine üreticileri için hareket kontrol otomasyonunu kullanmak ve müşterilerin tesislerini veya şirketlerini daha verimli hale getirmek için bütünsel, toplam süreç yaklaşımını benimsemek daha fazla iş kazandıracaktır.