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

Tasarımcıların ister hareket merkezli bir makineyi geliştirmesi ister yeni bir makine oluşturması olsun, hareket kontrolünü akılda tutarak başlamaları önemlidir. Daha sonra tasarımı etkili ve verimli otomasyon elde etmenin en iyi yolu etrafında geliştirebilirler.

Hareket tabanlı makineler, temel işlevleri etrafında tasarlanmalı ve inşa edilmelidir. Örneğin, belirli bir dizi sarma uygulamasına dayanan bir baskı makinesi için tasarımcılar, kritik parçalara odaklanacak ve makinenin geri kalanını temel işlevleri destekleyecek şekilde geliştirecektir.

Bu, Tasarım Mühendisliği 101'e benziyor, ancak pazara çıkış süresi baskıları ve geleneksel olarak mekanik, elektrik ve yazılım departmanlarına ayrılan ekipler nedeniyle tasarımın büyük ölçüde doğrusal bir sürece geri dönmesi kolaydır. Ancak hareket kontrolü göz önünde bulundurularak tasarım yapmak, başlangıç ​​konseptlerinin geliştirilmesini, sistem topolojisinin ve makine yaklaşımının belirlenmesini ve bağlantı arayüzü ile yazılım mimarisinin seçilmesini içeren bir mekatronik yaklaşım gerektirir.

Verimsizliği, hataları ve maliyetleri azaltmak ve aynı zamanda OEM'lerin müşteri sorunlarını daha kısa sürede çözmesini mümkün kılmak için mühendislerin her makine tasarım projesinin başlangıcından itibaren göz önünde bulundurması gereken motorlar, sürücüler, kontrolörler ve yazılımlarla ilgili bazı temel yönleri burada bulabilirsiniz.

[Tasarım Süreci]

Parçaların nasıl ve nereye taşınacağı, özellikle yenilikçi makineler geliştirirken mühendislerin mühendislik çabalarının çoğunu harcadıkları yerdir. Yenilikçi yapılar açık ara en fazla zaman harcayan yapılar olsa da, özellikle ekipler sanal mühendislik ve modüler tasarımlardaki en son gelişmeleri kullanıyorsa genellikle en büyük yatırım getirisini sunarlar.

Sıfırdan bir makine geliştirmenin ilk adımı şu soruyu sormaktır: Bu makinenin kritik işlevleri nelerdir? Temizlemesi kolay, az bakım gerektiren veya son derece hassas bir makine yapmak olabilir. Gerekli işlevi, performansı veya bakım düzeyini sağlayacak teknolojiyi belirleyin.

Çözülmesi gereken sorun ne kadar karmaşıksa, en hayati fonksiyonları belirlemek de 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 örneğini sürdürerek, üzerine basılan malzemeyi açmak için kullanılan gerginlik ve sensör kontrolleri oldukça standarttır. Aslında yeni bir makinenin görevlerinin yaklaşık %80'i geçmiş makinelerin görevlerinin varyasyonlarıdır.

Standart işlevlere yönelik mühendislik gereksinimlerini karşılamak için modüler donanım ve kod programlamanın kullanılması, projeyi tamamlamak için gereken tasarım kaynaklarının miktarını önemli ölçüde azaltır. Ayrıca zamanla kanıtlanmış işlevleri kullanır, böylece güvenilirliği artırır ve tasarımın daha karmaşık kısımlarına odaklanmanıza olanak tanır.

Modüler donanım ve yazılımla standart işlevler sunabilen bir hareket kontrol ortağıyla çalışmak, ürününüzü rakiplerinizden ayıran katma değerli özelliklere odaklanabileceğiniz anlamına gelir.

Tipik bir tasarım projesinde makine mühendisleri makinenin yapısını ve mekanik bileşenlerini oluşturur; elektrik mühendisleri sürücüler, kablolar ve kontroller dahil olmak üzere elektronik aksamı ekler; ve ardından yazılım mühendisleri kodu yazar. Ne zaman bir hata ya da sorun olsa, proje ekibi bunu geri takip edip düzeltmek zorundadır. Tasarım sürecinde, değişikliklere veya hatalara göre tasarımın yeniden yapılması için çok fazla zaman ve enerji harcanmaktadır. Neyse ki, CAD yazılımıyla mekanik tasarlamak ve silolanmış planlama ve tasarım neredeyse geçmişte kaldı.

Günümüzde sanal mühendislik, ekiplerin birden fazla paralel yol kullanarak makinelerin nasıl çalışacağını tasarlamasına olanak tanıyor ve böylece geliştirme döngüsünü ve pazara sunma süresini önemli ölçüde kısaltıyor. Dijital bir ikiz (makinenin sanal bir temsili) oluşturarak her departman kendi başına çalışabilir ve ekibin geri kalanıyla eş zamanlı olarak parça ve kontroller geliştirebilir.

Dijital ikiz, mühendislerin bir makine ve makine teknolojileriniz için çeşitli tasarımları hızlı bir şekilde test etmelerine olanak tanır. Örneğin, belki de bir işlem, istenen miktar toplanana kadar malzemenin bir makine beslemesine beslenmesini ve ardından malzemenin kesilmesini gerektirebilir; bu, malzemenin kesilmesi gerektiğinde ilerlemeyi durdurmanın bir yolunu bulmanız gerektiği anlamına gelir. Bu zorluğun üstesinden gelmenin birkaç yolu vardır ve bunların hepsi makinenin genel işleyişini etkileyebilir. Operasyonları nasıl etkilediğini görmek için farklı çözümler denemek veya bileşenlerin yerini değiştirmek, dijital ikiz ile basittir ve daha verimli (ve daha az) prototip oluşturmaya yol açar.

Sanal mühendislik, tasarım ekiplerinin tüm makinenin ve onun örtüşen konseptlerinin belirli bir hedefe veya hedeflere ulaşmak için birlikte nasıl çalıştığını görmesine olanak tanır.

[Topolojinin Seçilmesi]

Çeşitli işlevlere sahip karmaşık tasarımlar, birden fazla hareket ekseni ve çok boyutlu hareket, daha hızlı çıktı ve verim, sistem topolojisini de bir o kadar karmaşık hale getirir. Merkezi, kontrolör tabanlı otomasyon veya merkezi olmayan, sürücü tabanlı otomasyon arasında seçim yapmak, tasarlanan makineye bağlıdır. Makinenin ne yaptığı, hem genel hem de yerel işlevleri, merkezi mi yoksa merkezi olmayan topolojiyi mi tercih ettiğinizi 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 bir gerçek zamanlı veri yolu aracılığıyla belirli servo invertörlere iletilir ve invertörler tüm motorları çalıştırır.

Kontrolör tabanlı otomasyonla, karmaşık bir görevi gerçekleştirmek için çeşitli hareket eksenleri koordine edilebilir. Hareketin makinenin kalbinde yer alması ve tüm parçaların senkronize edilmesinin gerekli olması ideal bir topolojidir. Örneğin, bir robot kolunun düzgün bir şekilde konumlandırılabilmesi için her hareket ekseninin belirli bir yerde olması kritikse, muhtemelen kontrolör tabanlı otomasyonu seçeceksiniz.

Merkezi olmayan otomasyon. Daha kompakt makineler ve makine modülleri ile merkezi olmayan hareket kontrolü, makine kontrolleri üzerindeki yükü azaltır veya ortadan kaldırır. Bunun yerine, daha küçük invertör sürücüleri merkezi olmayan kontrol sorumluluklarını üstlenir, bir I/O sistemi kontrol sinyallerini değerlendirir ve EtherCAT gibi bir iletişim veri yolu uçtan uca bir ağ oluşturur.

Merkezi olmayan otomasyon, makinenin bir bölümünün bir görevi tamamlama sorumluluğunu üstlenebildiği ve sürekli olarak merkezi kontrole rapor vermek zorunda olmadığı durumlarda idealdir. Bunun yerine, makinenin her bir kısmı hızlı ve bağımsız bir şekilde çalışır ve yalnızca görevi tamamlandıktan sonra rapor verir. Böyle bir düzenlemede her cihaz kendi yükünü üstlendiğinden, makinenin tamamı daha fazla dağıtılmış işlem gücünden yararlanabilir.

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

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

[Makine Ağı]

Temiz, geleceğe hazır ara bağlantı oluşturmak, hareket kontrolü göz önünde bulundurularak tasarım yapılmasında da önemli bir adımdır. İletişim protokolü, motorların ve sürücülerin nerede bulunduğu kadar önemlidir, çünkü önemli olan yalnızca bileşenlerin ne yaptığı değil, aynı zamanda hepsini nasıl bağladığınızdır.

İyi bir tasarım kablo sayısını ve gitmeleri gereken mesafeyi azaltır. Örneğin, uzak bir terminale giden 10 ila 15 kablodan oluşan bir set, EtherCAT gibi bir endüstriyel iletişim protokolü kullanılarak 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 düzenleneceğine dair bir plana sahip olmak, gelecekteki genişlemeleri çok daha kolay hale getirir.

Başlangıçtan itibaren kabinin içinde iyi bir tasarım oluşturmaya odaklanın. Örneğin, güç kaynaklarını manyetik girişimden etkilenebilecek elektronik bileşenlerin yakınına koymayın. Yüksek akım veya frekansa sahip bileşenler kablolarda elektriksel gürültü oluşturabilir. Bu nedenle, en iyi çalışma için yüksek voltajlı bileşenleri düşük voltajlı bileşenlerden uzak tutun. Ayrıca ağınızın güvenlik derecelendirmesine sahip olup olmadığını öğrenin. Değilse, muhtemelen kablolu yedekli güvenlik bağlantılarına ihtiyacınız olacaktır; böylece bir parça arızalanırsa kendi arızasını algılar ve tepki verir.

Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) yaygınlaştıkça, sizin veya müşterilerinizin kullanıma tam olarak hazır olmayabileceği gelişmiş işlevler eklemeyi düşünün. Yeteneklerin makineye yerleştirilmesi, makineyi daha sonra yükseltmenin daha kolay olacağı anlamına gelir.

【Yazılım】

Sektör tahminlerine göre, OEM'lerin makine geliştirme sürelerinin %50-60'ını yazılım gereksinimlerine odaklamak zorunda kalması çok uzun sürmeyecek. Mekaniğe odaklanmaktan arayüze odaklanmaya geçiş, daha küçük makine imalatçılarını rekabet açısından dezavantajlı duruma sokuyor, ancak aynı zamanda modüler yazılım ve standartlaştırılmış, açık protokolleri benimsemek isteyen şirketler için oyun alanını eşitleyebilir.

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

Örneğin, bir makine tasarladığınızı ve iki aşama arasına fazladan bir adım eklemek istediğinizi varsayalım. Modüler yazılım kullanıyorsanız yeniden programlamaya veya yeniden kodlamaya gerek kalmadan bir bileşeni kolayca ekleyebilirsiniz. Ve eğer hepsi aynı şeyi yapan altı bölümünüz varsa, kodu bir kez yazıp altı bölümün tamamında kullanabilirsiniz.

Modüler yazılımla tasarım yalnızca daha verimli olmakla kalmaz, aynı zamanda mühendislerin müşterilerin arzuladığı esnekliği sunmasına da olanak tanır. Örneğin, müşterinin farklı boyutlardaki ürünleri çalıştıran bir makine istediğini ve en büyük boyutun bir bölümün işleyişinde değişiklik gerektirdiğini varsayalım. Modüler yazılım sayesinde tasarımcılar, makinenin geri kalan fonksiyonlarını etkilemeden bölümü kolayca değiştirebilirler. Bu değişiklik, OEM'in ve hatta müşterinin makine işlevleri arasında hızlı bir şekilde geçiş yapmasına olanak tanıyacak şekilde 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 monte edilmesini kolaylaştırır.

Ancak modüler yazılımdan en yüksek verimi almak için, özellikle birden fazla tedarikçi kullanıyorsanız endüstri standartlarını takip etmek önemlidir. Sürücü ve sensör tedarikçisi endüstri standartlarını takip etmiyorsa bu bileşenler birbirleriyle konuşamaz ve parçaların nasıl bağlanacağını bulmada tüm modülerlik verimliliği kaybolur.

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

OPC UA ve MQTT en yaygın standart yazılım mimarileridir. OPC UA, makineler, kontrolörler, bulut ve diğer BT cihazları arasında gerçek zamanlıya yakın iletişim sağlar ve muhtemelen alabileceğiniz bütünsel iletişim altyapısına en yakın olanıdır. MQTT, iki uygulamanın birbiriyle konuşmasını sağlayan daha hafif bir IIoT mesajlaşma protokolüdür. Genellikle tek bir üründe kullanılır; örneğin bir sensörün veya sürücünün bir üründen bilgi alıp buluta göndermesine olanak tanır.

[Bulut Bağlantısı]

Birbirine bağlı, kapalı döngü makineler hâlâ çoğunlukta ancak tamamen buluta bağlı fabrikaların popülaritesi artıyor. Bu eğilim, kestirimci bakım ve veriye dayalı üretim düzeyini yükseltebilir ve fabrika yazılımındaki bir sonraki büyük değişikliktir; uzaktan bağlantıyla başlar.

Bulut ağ bağlantılı 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 verimliliğini (OEE) karşılaştırmalarına olanak tanır. Son teknoloji OEM'ler, son kullanıcıların ihtiyaç duyduğu verileri gönderebilen modüler Endüstri 4.0 özelliklerine sahip, buluta hazır makineler sunmak için güvenilir otomasyon ortaklarıyla birlikte çalışır.

Makine imalatçıları için, müşterilerin tesislerini veya şirketlerini daha verimli hale getirmek için hareket kontrolü otomasyonunu kullanmak ve bütünsel, toplam süreç yaklaşımını benimsemek, daha fazla iş kazanmalarını sağlayacaktır.