يتعين على مصنعي معدات علوم الحياة والمعدات الطبية والبيولوجية السعي باستمرار لتحسين التقنيات المتقدمة وسير العمل والعمليات لمواجهة ضغوط المنافسة وتحقيق نمو السوق. لكن التقدم لا يقتصر على توسيع نطاق النجاح فحسب، بل يجب أن يضمن أيضاً الدقة والموثوقية والكفاءة أثناء التشغيل، أي منع الأعطال أثناء الاستخدام.

إن إهمال التحسينات والتدابير الوقائية في أحد المكونات التي تبدو بسيطة في أنظمة الحركة الخطية أثناء التشغيل قد يؤدي إلى عواقب تتراوح بين الإزعاج والكارثة. لذا، يجب على المصنّعين والمستخدمين على حد سواء توخي الحذر.

مع التركيز المناسب، يمكن تحديد وتصميم وتركيب وصيانة أنظمة الحركة الخطية من الجيل التالي لتعزيز وضمان فوائد معدات علوم الحياة والمعدات الطبية والطبية الحيوية في التطبيقات الحيوية وحتى المنقذة للحياة.

عواقب

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

المخاطر هائلة.

قد يُكلّف تعطل جزء واحد أو نظام واحد مستخدمي المعدات مئات الآلاف من الدولارات حتى في حالة توقف قصير نسبيًا. وبحسب الموقع وشدة العطل وسرعة الاستجابة للإصلاح أو الاستبدال، قد ترتفع التكاليف إلى أضعاف ذلك بكثير.

يُعدّ خطر سلامة الأفراد مصدر قلق بالغ آخر. فعلى الرغم من ندرة حدوثها، إلا أن عيوب التصميم أو عدم اتباع إجراءات السلامة التشغيلية قد تؤدي إلى أي شيء بدءًا من نقاط الاختناق وصولًا إلى مراحل الانهيار، وقد تتسبب في أضرار تتراوح بين الإصابات الساحقة والصدمات الكهربائية.

المواصفات والتصميم

يجب أن يكون مصنع تصنيع الحركة الخطية حاصلاً على شهادة ISO كاملة لضمان الاتساق في جميع عملياته الرئيسية. بالإضافة إلى ذلك، تساعد عمليات بناء النماذج الأولية الدقيقة في الكشف عن الخطوات الأساسية للحفاظ على أداء وموثوقية مكون الحركة أو النظام النهائي. إن إغفال أي من الخطوات الصغيرة والحاسمة العديدة في التجميع أو الاختبار، أو عدم تنفيذها بشكل صحيح، قد يؤدي في النهاية إلى فشل النظام في الميدان.

يضع العديد من المصنّعين أهدافًا تُترجم إلى سنوات عديدة من الخدمة الموثوقة قبل الحاجة إلى ترقية المعدات. لذا، من المهم حساب العمر الافتراضي للمكونات بدقة. ونظرًا لاختلاف دورات التشغيل من تطبيق لآخر، يُقاس العمر الافتراضي للعديد من مكونات الحركة الخطية بالكيلومترات المقطوعة. ويتعين على مُصنِّع الحركة الخطية بعد ذلك تطبيق هذا الحساب في اتخاذ قرارات مختلفة بشأن المنتج.

على سبيل المثال، يُحدد أحد الكابلات الشائعة الاستخدام قدرة تحمله لأكثر من 10 ملايين دورة انحناء إذا تم الحفاظ على نصف قطر انحناء 50 مم أو أكثر. ولكن، إذا لم يتم تحديد نصف قطر الانحناء بشكل صحيح، فقد تتسبب الجسيمات المتساقطة من الكابل أو الإجهاد الواقع على مسارات الكابل أو الموصلات في حدوث عطل مبكر (خاصةً في حال عدم الالتزام الصارم بجداول الصيانة).

ضع في اعتبارك التخصيص

تلعب القطع الجاهزة دورًا حاسمًا في العديد من تجميعات المعدات. ومن بين المخاوف، على سبيل المثال، أن عنصرًا جاهزًا لمنصة الحركة الخطية قد لا يكون مصممًا ومُصنّعًا ليتوافق تمامًا مع التركيبة الدقيقة للمكونات والهياكل الأخرى التي يقوم المورد بتجميعها. وقد تنشأ حالات عدم توافق غير متوقعة.

السؤال هو: هل سيكتشف المصنّع المشكلات أثناء إجراءات التصميم ومراقبة الجودة والتفتيش الروتينية؟ على الأرجح. ولكن ليس بالضرورة.

في كثير من الأحيان، لا يمكن تحقيق أهداف الأداء ومتطلبات التصميم المحددة إلا من خلال حلول مصممة خصيصًا. فهي تتيح للمصنّع التركيز على جوانب تصميم المنصة التي يتطلبها التطبيق، وتحديدًا تخصيص عوامل مثل السرعة والتسارع والاستقرار. بل ويمكنها أيضًا خفض التكلفة عن طريق إزالة الميزات غير الضرورية التي تأتي قياسية مع المنصات الجاهزة. كما أنها تضمن حلًا متكاملًا دون أي تعارضات خفية.

ينبغي على الموردين البحث عن تحكم كامل ودقيق في جميع مراحل عملية التصنيع، بدءًا من المواصفات الفنية وصولًا إلى بناء النموذج الأولي، وذلك من قِبل الشركة المصنعة لأنظمة الحركة الخطية. يُعد هذا التخصيص الذكي أمرًا بالغ الأهمية لتوقع أوجه القصور في المنتج والقضاء عليها، وتجنب العقبات في عملية التكامل، ومنع حدوث أي أعطال.

حدد المنتجات بدقة من حيث الحجم والشكل والطلاء والمادة التي يتطلبها العمل. واحرص على اختيار حلول تلبي الأهداف المحددة للدقة والسرعة والسطح المستوي والتحميل المسبق (لزيادة الصلابة عن طريق إزالة الفراغات الداخلية) وعمر الخدمة ومستويات الصيانة والسعر.

في بعض الأحيان، قد تُسهم المواد الأكثر ابتكارًا في تقليل المخاطر في التصاميم المخصصة. على سبيل المثال، يُمكن لهيكل ألياف الكربون تحسين القوة الهيكلية والصلابة والاستقرار (على الرغم من انخفاض وزنه وسُمكه). في الوقت نفسه، قد تُمثل المحامل الخزفية حلاً عمليًا لمشاكل التشحيم المُحددة.

تعامل بحذر

بمجرد وصول مكون الحركة الخطية المخصص لتطبيق معين إلى أرضية مصنع الشركة المصنعة للمعدات، يمكن أن تنشأ مخاطر أخرى.

قد يُستعان بمصنّعي أنظمة الحركة الخطية لحلّ العديد من المشاكل التي قد تظهر في هذه المرحلة الوسيطة. على سبيل المثال، قد يُعاني المحرك الخطي من مشكلة احتكاك، حيث يحتكّ الملفّ المتحرك داخل مسار المحرك بالمسار أثناء حركته. قد يكون سبب ذلك مشكلة في التعامل مع المحرك نتيجة اهتزازات تُؤدي إلى إزاحة طفيفة للملفّ أو المسار عن محاذاته. من المحتمل أيضًا أن يتعرّض السرج - وهو الجزء المتحرك من المنصة - للصدمات والتشوّه. عند تصنيع الأداة الأكبر حجمًا، قد تُضاف براغي طويلة جدًا، مما يؤدي إلى دفع لوحة الحركة الخطية داخل الأخرى، مُسبّبةً خدوشًا وخطر قوى غير متوقعة أثناء التشغيل. كما يُحتمل أيضًا أن يُفكّ الملفّ من مكانه للسماح بتمرير كابل إضافي، ثم يُعاد ربطه بشكل خاطئ.

تنطوي هذه الحوادث على مخاطر تتراوح بين انخفاض طفيف في أداء العملية واحتراق المحركات وتوقفات طويلة الأمد. كما أن تحضير السطح يستحق عناية فائقة، إذ يجب أن تتطابق جميع التفاصيل مع المعايير المطلوبة.

في بعض الحالات، قد يلجأ مصنّع الأدوات المستخدمة في هذه العمليات إلى استخدام مكونات حركة خطية مصممة لتحقيق استواء حركة لا يتجاوز 0.0005 بوصة. لكن بعد ذلك، يقوم المصنّع بتثبيت هذه المكونات على مجموعة أكبر ذات استواء لا يتجاوز 0.005 بوصة. قد يكون الالتواء الناتج في المنصة غير محسوس تقريبًا. على سبيل المثال، قد يؤدي ذلك إلى انحشار المحامل، مما ينتج عنه تآكل مبكر لها، أو زيادة الضغط على لولب الكرات، أو زيادة متطلبات الطاقة من المحركات الخطية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط واحتمالية تعطلها.

التأريض

يُعدّ ضمان التأريض الكهربائي السليم لجميع مكونات نظام الحركة الخطية إجراءً احترازيًا آخر يمكن للمصنعين اتخاذه لتجنب حدوث مشاكل مستقبلية. قد يؤدي هذا الإغفال إلى مخاطر الصعق الكهربائي للمشغلين، كما قد يؤثر سلبًا على أداء النظام.

قد تتسبب حلقة أرضية في النظام، تنعكس عبر مسار التأريض، في قراءات خاطئة في جهاز التشفير، بحيث يتحرك أحد المكونات مسافة 1 مم فقط، بينما يسجل جهاز التحكم مسافة 100 مم. وإذا لم يُلاحظ هذا الخطأ، فقد يؤدي إلى أخطاء في قراءات الأجهزة، مما ينتج عنه تحليل غير دقيق.

النقل والتركيب

سبق أن ناقشنا المقاومة المنخفضة نسبياً لأنظمة الحركة الخطية لأحمال الصدمات. وتحدث نقاط الخطر الأكبر 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 أرضية الإنتاج وتركيبها.

يمكن لمورد موثوق وذو خبرة في مجال أنظمة الحركة الخطية أن يقلل بشكل كبير من احتمالية حدوث أضرار ناتجة عن الصدمات خلال المرحلة الأولى. يستطيع خبراء المورد تحديد قيود مساحة التصنيع مبكرًا، وبالتالي لا يصممون منصة كبيرة جدًا أو ثقيلة جدًا بحيث يصعب تجميعها في غرفة نظيفة أو أرضية مصنع. كما يمكنهم التخطيط لاستخدام معدات النقل (الرافعات، العربات المتحركة، إلخ) لضمان نقل المنصة بأمان من الصندوق إلى مكان العمل، مما يقلل من خطر إصابة العاملين في الموقع، بالإضافة إلى احتمالية حدوث أضرار ناتجة عن الصدمات.

وأخيرًا، أثناء التثبيت، يمكن تجهيز نظام الحركة الخطية أو الجزء ذي الصلة من الأداة بإجراءات العزل السلبي اللازمة (مثل الأقدام المطاطية أو الوسادات) أو مخمدات العزل النشطة (أنظمة الوسائد الهوائية المعدلة بواسطة المستشعر) لتقليل فرصة حدوث صدمة أو اهتزاز مفرط أثناء العمليات اللاحقة.

في الغرفة النظيفة

في كلتا المرحلتين، الأولى والثانية، ينبغي على مُورّد أنظمة الحركة الخطية اتباع أفضل الممارسات في تصميم صناديق النقل وأنظمة التغليف. فعلى سبيل المثال، يقوم أحد الموردين الرائدين بتغليف النظام بكيسين، أحدهما داخل جو من النيتروجين والآخر في غرفة نظيفة، وذلك لأغراض النقل. ثم يُوفرون معدات رفع وعربات خاصة لنقل الأنظمة الحساسة.

في المرحلة الثالثة، إذا كان سيتم تركيب النظام على مجموعة الأدوات من الأعلى، فقد تكفي رافعة الشركة المصنعة للأدوات. أما إذا تطلب الأمر مناورة تحميل جانبي أكثر تعقيدًا، فإن المورد يوفر صندوقًا خاصًا يُثبّت على جانب الأداة حتى اكتمال عملية التركيب.

تشحيم

على الرغم من أن أنظمة الحركة الخطية تعمل عادةً دورةً تلو الأخرى دون مشاكل أو عناية إضافية، إلا أن الصيانة الدورية البسيطة ضرورية دائمًا. وهنا تكمن ثلاثة عناصر أساسية للصيانة الفعّالة: التشحيم، التشحيم، ثم التشحيم.

يُزوّد ​​كل مورد لأنظمة الحركة الخطية منتجه بدورة صيانة محددة لإعادة التشحيم. ومع ذلك، ونظرًا لطبيعة البشر، فإن العديد من المشاكل تعود إلى عدم اتباع هذه الدورة الموصى بها. فبدون التشحيم اللازم، تتراكم إجهادات الاحتكاك وتؤدي في النهاية إلى أحداث غير مرغوب فيها للغاية، مثل توقف النظام أو احتراق المحرك.

وتشمل مشاكل التشحيم الأخرى الفشل المبكر للمحامل مما يؤدي إلى انخفاض في الأداء مثل الاستقامة والتسطيح والميل والدوران والانحراف.

من المهم استخدام الشحم المناسب فقط لكل آلة. احرص بشدة على عدم خلط الزيوت أو الشحوم غير المتوافقة. يشمل ذلك استخدام أنواع مختلفة من الشحوم عند صيانة الآلة من دورة إلى أخرى. سيؤدي ذلك إلى تغيير اللزوجة المطلوبة، مما ينتج عنه غالبًا تراكم مادة لزجة تشبه الأسمنت، وهو أمر غير مرغوب فيه في المعدات الحساسة. إذا احتوت هذه المادة أيضًا على جزيئات من كابل مثني بشدة، أو حامل كابل، أو حتى من أي مكان آخر، فعادةً ما يحدث تلف في السكة قريبًا.

خارطة طريق الأداء

استجابةً لمتطلبات مصنعي المعدات، يعمل مصنّعو معدات الحركة الخطية باستمرار على تحسين الأداء إلى أقصى حد. ولكن قبل ذلك، يجب عليهم التأكد من أن أي تحسينات لا تزيد عن غير قصد من خطر أعطال الحركة الخطية.

سيقدم مورد أنظمة الحركة الخطية الجيد "خارطة طريق للأداء" تُبرز عناصر النظام التي يمكن تصميمها ليس فقط لتلبية المتطلبات الحالية، بل أيضاً بقدرة أداء عالية تُمكّن من استخدامها في الجيل القادم. ويُعد هذا الالتزام بالغ الأهمية في تصنيع التقنيات المتقدمة في علوم الحياة والطب والتكنولوجيا الحيوية.

قد لا تكون أنظمة الحركة الخطية من أبرز العناصر في معظم المعدات التكنولوجية المتقدمة، كما أنها لا تُعدّ عادةً من أولويات المستخدمين. إلا أن تعطلها قد يُؤدي إلى عواقب وخيمة على جميع الأطراف المعنية. ولحسن الحظ، يُمكن للاهتمام الدقيق بالتصميم والتركيب والتشغيل والصيانة أن يضمن استمرار أنظمة الحركة الخطية في أداء دور حيوي في التشغيل الناجح والضروري - وربما المنقذ للأرواح - لأحدث المعدات في مجالات علوم الحياة والطب الحيوي.