Около Меган Рэй Николс • STEM-писатель | schooledbyscience.com

Управление движением является жизненно важной частью работы оборудования и играет непосредственную роль в автоматизации. Промышленные пользователи сборочного и погрузочно-разгрузочного оборудования предъявляют все более обширные требования, начиная от конструкций оборудования для конкретных областей применения и заканчивая более мелкими и легкими компонентами. Ниже приведены три тенденции в области управления движением, которые стимулируют инновации и повышают производительность в промышленном секторе.

Переход к “цифровому всему” привел к значительным изменениям в управлении движением: симуляции. Разработка машины — это длительный и сложный процесс, включающий в себя детальные чертежи и конструкторские работы, за которыми следует создание прототипа и тестирование новой машины. Естественно, на этапе проектирования невозможно предусмотреть все неожиданности и сбои в дизайне — а это означает больше прототипирования, за которым следует больше тестирования. Моделирование меняет весь этот процесс для производителей устройств управления движением.

Моделирование, обычно включающее конечно-элементное моделирование, помогает инженерам тестировать гораздо более широкий набор переменных, устранять неожиданности на этапе проектирования, сокращать время вывода на рынок и лучше понимать реальные характеристики каждого отдельного компонента. Кульминацией процесса моделирования является рабочая цифровая модель конечного продукта, которую люди могут детально и безопасно изучать, наблюдая за эффектом изменения размеров коробок передач и двигателей и, в конечном счете, добиваясь идеального баланса между материальными затратами, оптимальной производительностью и занимаемой станком площадью.

Моделирование с помощью “цифрового двойникования” полезно не только для проектирования и разработки новых продуктов — инженеры также могут использовать моделирование для наблюдения за эффектом новых алгоритмов управления или модернизации оборудования. Это также упрощает тестирование новых функций и, в конечном счете, предоставляет пользователю функциональность, специфичную для конкретного приложения и ниши.

Рассмотрим 3D-принтеры в качестве примера того, почему проектирование с учетом специфики приложения с помощью моделирования так ценно. Нанесение материала слой за слоем на заготовку — это процесс, который очень чувствителен к вибрации станка. Но имитация движения машины во время создания нового продукта может подсказать инженерам о причудах в дизайне продукта или в принтере, что может подорвать качество или целостность готового продукта. Еще до того, как прототип появится в продаже, инженеры уже могут принимать решения о дизайне продукта или о выборе другого печатающего оборудования.

В поисках повышения эффективности оборудования, а также более высокой производительности и пропускной способности производители оборудования и разработчики двигателей все чаще обращаются к бескаркасным двигателям. Бескаркасные двигатели обладают целым рядом конкурентных преимуществ, включая более высокую производительность при более компактной конструкции, простоту настройки и большую гибкость. По мере того как производственные процессы становятся все более специализированными, а фабрикам требуются более гибкие машины, ориентированные на конкретные области применения, бескаркасные двигатели обеспечивают питание этих гибких машин и поддерживают специализированные технологии.

Мы будем видеть все больше и больше бескаркасных двигателей в оборудовании производственных цехов и особенно в роботизированных манипуляторах и других маневренных машинах, которым требуется точно настроенный баланс между весом и производительностью. В отличие от других двигателей, бескаркасные двигатели не имеют карданного вала. Это означает, что они не такие громоздкие или тяжелые, как двигатели предыдущего поколения. Вместо этого производители поставляют их в виде отдельных статоров и роторов, которые можно более гибко и непосредственно встраивать в механическую конструкцию различных машин.

Поскольку бескаркасные двигатели не нуждаются в муфтах, приводных валах или коробках передач, они также не создают таких проблем со временем отладки и потенциальным превышением скорости, как двигатели с корпусом. Этот тип двигателя хорошо сочетается с передовыми программируемыми логическими контроллерами, которые могут управлять движением машины до 96 осей Бескаркасные двигатели обеспечивают гибкость для физического выполнения всей работы, которую делает возможной вычислительная мощность.

В конечном счете, бескаркасные двигатели обеспечивают большую гибкость и творческий подход к проектированию машин. Их конструкция может непосредственно поддерживать применение, для которого они предназначены, в отличие от каркасных двигателей, которые обычно соответствуют стандартам NEMA и IEC и которые могут не обеспечивать гибкость и точность, требуемые современной промышленностью.

Незапланированный простой отрицательно сказывается на производительности и прибыльности. В предыдущие десятилетия, когда оборудование выходило из строя, выделение проблемной части требовало, казалось бы, бесконечной работы по диагностике и устранению неполадок. И некоторые компоненты не так легко достать и диагностировать, как другие. Весь процесс был дорогостоящим и длительным.

Прогнозируемое техническое обслуживание — это тенденция, ставшая возможной благодаря цифровизации и переходу к промышленному Интернету вещей. Это означает, что производители и другие лица, которые полагаются на время безотказной работы тяжелого оборудования, могут предсказать, какие машины приближаются к состоянию отказа, затем изолировать и устранить эти физические активы до того, как они создадут угрозу производительности, прибыли и безопасности сотрудников.

Например, приводы могут передавать данные в режиме реального времени об изменениях крутящего момента или напряжения, которые могут указывать на выход из строя смазочного материала машины или необходимость замены подшипника. Благодаря такой степени заблаговременного предупреждения владельцы машин могут запланировать техническое обслуживание и ремонт в то время, когда оборудование все равно не будет использоваться, — и задолго до сбоя, который приведет к остановке производства и может даже сократить срок службы машины.

Достижение этого требует понимания прочность и точки разрыва из важнейших компонентов машины, таких как сервоприводы, кабели и фитинги. Остальное достигается благодаря подключенным к сети датчикам температуры, измерителям напряжения и датчикам усилия, которые могут быть экономически эффективно интегрированы в конструкцию различных компонентов машины.

Это может занять шесть месяцев или даже дольше чтобы “составить карту” сложных систем управления движением и оборудования, которое они питают, и полностью понять, как выглядит идеальная производительность во время эксплуатации. После этого бортовые датчики вступают в действие и выдают полезные, детализированные данные о производительности, которые делают интервалы технического обслуживания упреждающими и по-настоящему прогнозируемыми.

Профилактическое обслуживание, как и три другие представленные здесь тенденции, больше не является роскошью. Эти тенденции все чаще становятся существенными конкурентными преимуществами для компаний, которые полагаются на тяжелое оборудование и контроллеры движения. В наступающем году темпы внедрения этих новых технологий и техник будут еще более высокими.

Меган Рэй Николс является выпускником Блумсбургского университета Пенсильвании. Она профессиональная писательница и астроном-любитель.