يجب على مُصنّعي معدات علوم الحياة والطب والطب الحيوي السعي باستمرار لتحسين التكنولوجيا المتقدمة وسير العمل والعمليات لمواكبة الضغوط التنافسية ونمو السوق. ولكن لا يقتصر التقدم على التركيز على توسيع نطاق النجاح فحسب، بل يجب أيضًا ضمان الدقة والموثوقية والأداء الوظيفي أثناء التشغيل، ومنع الأعطال أثناء الاستخدام.

إن إهمال التحسينات والضمانات في عنصر بسيط ظاهريًا من أنظمة الحركة الخطية أثناء التشغيل قد يُؤدي إلى عواقب تتراوح بين المزعجة والكارثية. يجب على المصنّعين، وكذلك المستخدمين، توخي الحذر.

مع التركيز المناسب، يمكن تحديد وتصميم وتثبيت وصيانة أنظمة الحركة الخطية من الجيل التالي من أجل تطوير وضمان فوائد معدات العلوم الحياتية والطبية والطبية الحيوية في التطبيقات الحيوية وحتى المنقذة للحياة.

عواقب

لأن الحركة الخطية الموثوقة ضرورة تشغيلية، يجب على مصنعي المعدات ومستخدميها مراقبة مخاطر الأعطال، حتى النادرة منها نسبيًا، في مكونات أو أنظمة الحركة الخطية طوال العملية. ويشمل هذا الاهتمام معدات تتراوح من تسلسل الحمض النووي إلى الطباعة الحيوية ووصولًا إلى مجاهر القوة الذرية (AFMs).

إن المخاطر هائلة.

قد يُكلف عطلٌ في قطعةٍ أو نظامٍ واحدٍ مستخدمي المعدات مئاتِ آلافِ الدولارات، حتى في حالةِ توقفٍ قصيرِ الأمد. وحسبَ الموقعِ وشدّةِ العطلِ ووقتِ الاستجابةِ للإصلاحِ أو الاستبدال، قد تتراكمُ التكاليفُ بشكلٍ كبير.

يُعدّ خطر سلامة الأفراد مصدر قلق بالغ. ورغم ندرة حدوثه، فإن عيوب التصميم أو عدم اتباع إجراءات السلامة التشغيلية قد تؤدي إلى عواقب وخيمة، بدءًا من نقاط الضغط وصولًا إلى مراحل الانهيار، وتتسبب في أضرار ناجمة عن إصابات ساحقة وصدمات كهربائية.

المواصفات والتصميم

يجب أن يكون مصنع تصنيع أنظمة الحركة الخطية حاصلًا على شهادة ISO كاملة لضمان الاتساق في جميع عملياته الرئيسية. بالإضافة إلى ذلك، يُسهم بناء النماذج الأولية بدقة في تحديد الخطوات الأساسية للحفاظ على أداء وموثوقية مكونات أو أنظمة الحركة النهائية. قد يؤدي عدم تنفيذ أيٍّ من الخطوات الصغيرة والهامة في التجميع أو الاختبار بشكل صحيح أو عدم تنفيذها بشكل صحيح إلى فشل النظام في الموقع.

يضع العديد من المصنّعين أيضًا أهدافًا تُترجم إلى سنوات عديدة من الخدمة الموثوقة قبل ترقية المعدات. لذلك، من المهم حساب عمر خدمة المكونات بدقة. نظرًا لاختلاف دورات العمل من تطبيق لآخر، يُقاس عمر الخدمة بالكيلومترات المقطوعة للعديد من مكونات الحركة الخطية. بعد ذلك، يجب على مُصنّع الحركة الخطية ترجمة هذا الحساب إلى قرارات مختلفة بشأن المنتج.

على سبيل المثال، يتطلب أحد الكابلات الشائعة الاستخدام أكثر من 10 ملايين دورة انثناء إذا تم الحفاظ على نصف قطر انحناء 50 مم أو أكثر. ولكن، إذا لم يكن نصف قطر الانحناء مُحددًا بدقة، فقد تتسبب الجسيمات المتساقطة من الكابل أو الضغط على مسارات الكابلات أو موصلاتها في عطل مبكر في العملية (خاصةً في حالة عدم الالتزام بجداول الصيانة بدقة).

خذ بعين الاعتبار التخصيص

تلعب القطع الجاهزة دورًا حاسمًا في تجميع العديد من المعدات. على سبيل المثال، قد لا يكون عنصر مرحلة الحركة الخطية الأصلي مصممًا ومُصنّعًا للعمل مع التركيبة الدقيقة للمكونات والهياكل الأخرى التي يُجمّعها المورد. قد تنشأ حالات عدم توافق غير متوقعة.

السؤال هو: هل سيكتشف المُصنِّع مشاكل أثناء إجراءات التصميم ومراقبة الجودة والتفتيش الروتينية؟ ربما. ولكن ليس بالتأكيد.

في كثير من الأحيان، لا تُلبي العروض المُخصصة إلا متطلبات الأداء والتصميم المُحددة. فهي تُمكّن المُصنِّع من التركيز على جوانب تصميم المرحلة التي يتطلبها التطبيق، مُصممةً بدقة عوامل مُختلفة، من السرعة إلى التسارع إلى الاستقرار. كما يُمكنها خفض التكلفة من خلال التخلص من الميزات غير الضرورية المُصاحبة للمرحلة الجاهزة. كما تضمن حلاً متكاملاً خاليًا من أي تضاربات خفية.

ينبغي على الموردين السعي لتحقيق تحكم حقيقي في طلباتهم من مُصنِّع الحركة الخطية، بدءًا من ورقة المواصفات وحتى بناء النموذج الأولي. يُعدّ هذا التخصيص الذكي أمرًا بالغ الأهمية لتوقع عيوب المنتج والتغلب عليها، وتجنب عقبات التكامل، ومنع الأعطال طوال العملية.

حدد المنتجات بالحجم والشكل والطلاء أو المادة المطلوبة بدقة. وأصر على حلول تلبي الأهداف الفريدة للدقة والسرعة والسطحية والتحميل المسبق (لزيادة الصلابة عن طريق إزالة الخلوصات الداخلية) وعمر الخدمة ومستويات الصيانة والسعر.

في بعض الأحيان، قد تُساعد المواد الأكثر ابتكارًا أيضًا في تقليل المخاطر في تصميمات مُخصصة مُحددة. على سبيل المثال، يُمكن لألياف الكربون تحسين قوة الهيكل وصلابته واستقراره (على الرغم من خفة وزنه وسمكه). في الوقت نفسه، قد تُمثل المحامل الخزفية حلاً عمليًا لمشاكل تزييت مُحددة.

التعامل معها بعناية

بمجرد وصول مكون الحركة الخطية المخصص لتطبيق معين إلى مصنع المعدات، فقد تنشأ مخاطر أخرى.

قد يُستعان بمصنّعي الحركة الخطية لحل العديد من المشاكل التي تنشأ في هذه المرحلة الوسيطة. على سبيل المثال، قد يعاني محرك خطي من مشكلة ربط، حيث يحتك الملف المتحرك داخل مسار المحرك بالمسار أثناء حركته. قد يكون سبب ذلك مشكلة في المناولة بسبب الاهتزاز الذي يُغير الملف أو المسار قليلاً عن محاذاة. من الممكن أن يصطدم السرج - وهو جزء المرحلة المتحركة - ويتعرض للتشوه. عند بناء الأداة الأكبر حجمًا، قد تُضاف براغي طويلة جدًا، مما يدفع من خلال لوحة حركة خطية إلى أخرى، مما يُسبب خدوشًا وخطر قوى غير متوقعة أثناء التشغيل. من الممكن أيضًا أن يُفك الملف من مكانه للسماح بتمرير كابل إضافي، ثم يُعاد ربطه بشكل غير صحيح.

تنطوي هذه الحوادث على مخاطر تتراوح بين انخفاض طفيف في الأداء أثناء العملية، واحتراق المحركات، وتوقفات عمل كبيرة. كما يتطلب تحضير السطح عناية فائقة. يجب أن تتطابق التفاوتات في جميع التفاصيل.

في بعض الحالات، قد يلجأ مُصنِّع الأدوات المُخصص لهذه العمليات إلى استخدام مُكوِّن حركة خطية مُصمَّم لاستواء حركة الحركة، مثلاً 0.0005 بوصة. ثم يُثبِّت المُصنِّع هذا المُكوِّن بمسامير في مجموعة أكبر ذات استواء لا يتجاوز 0.005 بوصة. قد يكون الالتواء الناتج عن ذلك غير مُلاحظ تقريبًا. على سبيل المثال، قد يُسبِّب هذا التواءً في المحامل، مما يُؤدِّي إلى تآكلها المُبكِّر، أو زيادة القوى المُؤثِّرة على المسمار الكروي، أو زيادة متطلبات الطاقة للمحركات الخطية، مما يُؤدِّي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مُفرط واحتمالية حدوث عطل.

احصل على الأرض

يُعدّ ضمان تأريض جميع مكونات نظام الحركة الخطية كهربائيًا سليمًا إجراءً احتياطيًا آخر يمكن للمصنعين اتخاذه لتجنب أي مشكلة مستقبلية. قد يؤدي هذا الإهمال إلى مخاطر تعرض المشغلين لصدمات كهربائية، ولكنه قد يؤثر أيضًا على أداء النظام.

قد تُؤدي حلقة تأريض في النظام، تُغذّي عبر مسار التأريض، إلى قراءات خاطئة في المُشفِّر، بحيث لا يتجاوز طول أحد المكونات 1 مم، بينما يُسجّل جهاز التحكم مسافة 100 مم. في حال عدم الانتباه، على سبيل المثال، قد يُؤدي عدم دقة الموقع إلى أخطاء في قراءات الأجهزة، مما يُؤدّي إلى تحليل غير دقيق.

النقل والتركيب

سبق أن نوقشت المقاومة المنخفضة نسبيًا لأنظمة الحركة الخطية لأحمال الصدمات. وتظهر نقاط الخطر الأكثر أهمية بشكل طبيعي في ثلاث فترات:

• أثناء النقل من مورد الحركة الخطية إلى صانع أدوات المعدات؛
• أثناء وصول النظام ودمجه في أداة المعدات؛
• أثناء نقل مجموعة المعدات النهائية إلى موقع العملية والتثبيت.

يمكن لمورد حركة خطية موثوق وذو خبرة أن يقلل بشكل كبير من احتمالية حدوث أضرار صدمات خلال المرحلة الأولى. يستطيع خبراء الموردين التأكد مبكرًا من قيود مساحة التصنيع، وبالتالي لا يصممون منصة كبيرة أو ثقيلة جدًا بحيث يصعب تجميعها في غرفة نظيفة أو أرضية تصنيع. كما يمكنهم تخطيط استخدام معدات النقل (الرافعات، عربات النقل، إلخ) بحيث يمكن نقل المنصة بأمان من الصندوق إلى الأداة، مما يقلل من خطر إصابة العاملين في الموقع، وكذلك من احتمالية حدوث أضرار.

أخيرًا، أثناء التثبيت، يمكن تجهيز نظام الحركة الخطية أو الجزء ذي الصلة من الأداة بتدابير العزل السلبي الضرورية (مثل أقدام أو وسادات الإيلاستومر) أو مخمدات العزل النشطة (أنظمة الوسائد الهوائية المعدلة بواسطة المستشعر) لتقليل فرصة حدوث صدمة أو اهتزاز مفرط أثناء العمليات اللاحقة.

في الغرفة النظيفة

في المرحلتين الأولى والثانية، ينبغي على مورد الحركة الخطية اتباع أفضل الممارسات في بناء صناديق النقل وأنظمة التعبئة. على سبيل المثال، يُغلّف أحد الموردين الرئيسيين النظام في كيسين، أحدهما يُوضع في جوّ نيتروجيني والآخر في غرفة نظيفة، للنقل. ثم يُوفّر معدات وعربات خاصة لعمليات النقل الدقيقة.

في المرحلة الثالثة، إذا كان سيتم تركيب النظام على مجموعة الأدوات من الأعلى، فقد تكفي رافعة صانع الأدوات. أما إذا تطلب الأمر مناورة تحميل جانبي أكثر صعوبة، فيوفر المورد صندوقًا خاصًا للحجرات، يمكن تثبيته على جانب الأداة بمسامير حتى اكتمال التركيب.

تشحيم

على الرغم من أن أنظمة الحركة الخطية تعمل عادةً دورةً تلو الأخرى دون عناء أو عناية إضافية، إلا أن القليل من الصيانة الدورية أمرٌ بالغ الأهمية. وهنا ثلاثة عوامل أساسية للصيانة الفعالة: التزييت، التزييت، والتزييت.

يُزوّد كل مُورّد لأنظمة الحركة الخطية منتجاته بدورة خدمة إعادة تزييت مُحددة. ومع ذلك، فبحكم طبيعة الإنسان، يُمكن إرجاع العديد من المشاكل إلى عدم اتباع هذه الدورة المُوصى بها. فبدون التزييت اللازم، تتراكم إجهادات الاحتكاك، مُسببةً في النهاية أحداثًا غير مرغوب فيها للغاية، مثل توقف المحرك عن العمل أو احتراقه.

تشمل مشكلات التشحيم الأخرى الفشل المبكر للمحامل مما يؤدي إلى انخفاض الأداء مثل الاستقامة والتسطيح والانحدار والتدحرج والانحراف.

من المهم استخدام الشحم المناسب فقط لكل آلة. احرص بشدة على عدم خلط الزيوت أو الشحوم غير المتوافقة. يشمل ذلك استخدام شحوم مختلفة عند صيانة الآلة من دورة لأخرى. سيؤدي ذلك إلى تغيير اللزوجة المطلوبة، مما يؤدي غالبًا إلى تراكم مادة لزجة تشبه الأسمنت، وهي آخر ما يُنصح به في المعدات الحساسة. إذا احتوت المادة أيضًا على جزيئات من كابل شديد الانحناء، أو حامل كابل، أو حتى أي شيء آخر، فعادةً ما يؤدي ذلك إلى تلف السكة بسرعة.

خريطة طريق الأداء

استجابةً لمطالب مصنعي المعدات، يعمل مصنعو معدات الحركة الخطية باستمرار على الارتقاء بالأداء إلى أقصى حد. ولكن عليهم أولًا التأكد من أن أي تحسينات لا تزيد، دون قصد، من خطر أعطال الحركة الخطية.

سيُقدّم مُورّد الحركة الخطية المُتميّز "خارطة طريق للأداء" تُسلّط الضوء على عناصر النظام التي يُمكن تصميمها ليس فقط لتلبية المتطلبات الحالية، بل أيضًا مع قدرة أداء عالية للاستخدامات المستقبلية. يُعدّ هذا الالتزام بالغ الأهمية في تصنيع تقنيات علوم الحياة والطب والطب الحيوي المُتقدّمة.

قد لا تُعدّ أنظمة معالجة الحركة الخطية من أبرز العناصر في معظم المعدات التكنولوجية المتقدمة، كما أنها لا تُشكّل عادةً مصدر قلقٍ رئيسيّ لمعظم المستخدمين. إلا أن فشلها قد يُسفر عن عواقب وخيمة على جميع المعنيين. ولحسن الحظ، يُمكن أن يضمن الاهتمام المناسب بالتصميم والتركيب والتشغيل والصيانة أن تلعب أنظمة الحركة الخطية دورًا حيويًا في استمرار التشغيل الناجح والحيوي، بل وربما المُنقذ للحياة، لأكثر معدات علوم الحياة والطب والطب الحيوي تطورًا.