تُعد أنظمة التحكم في الحركة التي تستخدم طاقة أقل ويمكن تشغيلها بواسطة موارد متجددة عنصراً أساسياً في المعدات الموفرة للطاقة، وهي جزء من استراتيجية الشركات المستدامة.

التحول الرقمي

يتعامل المصنّعون اليوم مع أنظمة التشغيل الآلي الرقمي وواجهات المستخدم التفصيلية في حياتهم اليومية، ويتوقعون نفس القدرات الرقمية من الأنظمة الصناعية. ومع تحوّل الشركات رقميًا لعملياتها، فإنها تلمس فوائد حقيقية وموثوقة.

تُراقب أجهزة الاستشعار المدمجة في الأجهزة درجة الحرارة والموقع والحمل والتآكل باستمرار في الوقت الفعلي. وتُتيح المراقبة والتكوين التلقائي والتشخيص، بالإضافة إلى بيانات العمليات المُجمّعة والمُقدّمة في لوحات المعلومات، للمشغلين الحصول على المعلومات اللازمة لاتخاذ قرارات واثقة ومستنيرة. كما تُمكّن أنظمة التحكم في الحركة المتصلة المشغلين من تحليل أداء الإنتاج واستهلاك الطاقة والموثوقية.

إن الوصول إلى هذه المعلومات عبر لوحات المعلومات يمكّن المصنّعين من التحكم بشكل أفضل في عملياتهم وتحسينها باستمرار، وفي نهاية المطاف، تحسين إنتاجهم.

المنافسة في السوق

في ظل نقص العمالة ومشاكل سلاسل التوريد، بات الحفاظ على الميزة التنافسية للشركات أكثر صعوبة من أي وقت مضى. علاوة على ذلك، فقد أتاح التحول الرقمي في التصنيع الصناعي والتقنيات المتقدمة التي تقوده للشركات التي تستثمر فيه تحسين عملياتها بشكل ملحوظ.

تزداد الحاجة اليوم أكثر من أي وقت مضى إلى التحلي بالمرونة في الاستجابة لاحتياجات السوق المتغيرة وتلبية طلبات العملاء بكفاءة عالية للبقاء في طليعة السوق. يجب على المصنّعين تقليل وقت توقف الآلات إلى أدنى حد وزيادة الإنتاج إلى أقصى حد، ويمكن أن يُسهم دمج حلول الأتمتة الهجينة المتصلة في تحسين موثوقية الآلات وزيادة وقت تشغيلها.

لتحسين استخدام الطاقة، وتعزيز العمليات، والحفاظ على ريادتها في قطاعاتها، تبحث الشركات عن حزمة متكاملة للتحكم في الحركة. يدرك موردو التكنولوجيا الرائدون هذا الأمر، وقد طوروا مجموعة من الحلول المتقدمة والمتكاملة التي تجمع بين محركات المؤازرة، والمحركات الكهربائية، والمشغلات الكهربائية، بالإضافة إلى أنظمة الهواء المضغوط.

تتمتع الشركات المصنعة للمعدات الأصلية بفرصة كبيرة لدمج أنظمة الأتمتة الهجينة في تصميمات الآلات التي تتوافق بشكل أفضل مع احتياجات عملائها ومخاوفهم وتلبيها بشكل أفضل.

الأتمتة وتصميم الآلات المعاصرة

إحدى الطرق التي تتغلب بها الشركات على التحديات وتزيد الإنتاج هي دمج آلات أصغر حجماً وأكثر تطوراً في خطوط إنتاجها. فالمساحات الأصغر تسمح بوضع عدد أكبر من الآلات في نفس مساحة الإنتاج، كما أن تقنية التحكم المتقدمة في الحركة تُمكّن من أتمتة المهام عالية الدقة بدءاً من التجميع وحتى فحص المنتج النهائي.

يسعى المصنّعون أيضاً إلى استخدام تقنيات التحكم في الحركة التي تتميز بما يلي: دقة أعلى للحد من الهدر؛ أوقات دورة أقصر لزيادة الإنتاج؛ ومرونة أكبر في تحديد المواقع لتمكين المشغلين من تغيير برامج الآلة بضغطة زر. ويمكن أن يؤدي استخدام الآلات التي تتمتع بهذه الميزات إلى زيادة الإنتاج في وقت أقل، وتحسين الاستدامة، وخفض التكاليف.

كيفية اختيار نظام التحكم في الحركة الهوائي أو الكهربائي أو الهجين

تتوفر العديد من خيارات التحكم في الحركة، وقد يكون من الصعب معرفة كيفية الاختيار من بينها. متى يستخدم مصنّعو المعدات الأصلية الأنظمة الكهربائية، ومتى يستخدمون الأنظمة الهوائية، ومتى يستخدمون كليهما؟

هناك العديد من العوامل والاعتبارات التي يجب مراعاتها عند اختيار حلول الحركة:

1. هل تلبي هذه المتطلبات متطلبات الأداء والمرونة والدقة الخاصة بالتطبيق؟
2. ما هي تكاليف التشغيل الأولية وتكاليف الصيانة المستمرة؟
3. كيف تؤثر هذه العوامل على كفاءة الطاقة في الآلة؟
4. كيف ستتكامل منتجات الحركة مع الأجهزة الأخرى؟
5. هل يمكنهم جمع البيانات وتحليل حالة الجهاز؟
6. هل ستجعل هذه التقنيات تصميم الآلات أسهل وأسرع؟
7. ما هي مدة تعلم التكنولوجيا الجديدة؟

لكل من أنظمة التحكم الهوائي والكهربائي في الحركة مزاياها الخاصة، وذلك بحسب احتياجات التطبيق، وقد يستفيد التطبيق من أحدهما أو كليهما. في بعض التطبيقات، يكون من الواضح تمامًا أيّهما الأنسب. ففي آلية بسيطة لدفع الصناديق من على سير ناقل، يُعدّ استخدام أسطوانة هوائية الخيار الأمثل. أما إذا كان المطلوب فرز هذه الصناديق إلى خطوط أو مواقع مختلفة على السير الناقل، فيلزم استخدام مشغل كهربائي متعدد الأوضاع.

في التطبيقات الأكثر تعقيدًا، قد يكون الاختيار غير واضح. وهذا مؤشر على أن التطبيقات قد تستفيد أكثر من استخدام كلا النظامين. يمكن للأسطوانات الكهروميكانيكية استخدام الهواء المضغوط عبر موصل هوائي لإحكام إغلاق الهواء في تطبيقات التعبئة. في أنظمة التجميع، يمكن لنظام كهربائي خطي متعدد المحاور استخدام ماسك هوائي. كما يمكن لمحور كهربائي خطي يعمل في اتجاه رأسي استخدام أسطوانة هوائية لتعويض الوزن.

تتيح الأتمتة متعددة التقنيات لمصنعي المعدات الأصلية الاستفادة من نقاط القوة التكميلية لكل من تقنية التحكم في الحركة الهوائية والكهربائية في نفس التطبيق ونقل الفوائد إلى عملائهم.

دعونا نلقي نظرة على نقاط قوة كل تقنية لفهم كيفية عملها معًا بشكل أفضل:

التحكم في الحركة الهوائية

تُحقق الحركة الهوائية باستخدام غاز مضغوط للتأثير فعليًا على آلية ما، مما يُنتج الحركة المطلوبة. وقد أثبتت الحلول الهوائية كفاءتها في توفير تشغيل قوي للأجهزة والتصميم والتركيب، وعادةً ما يكون عدد المكونات التي يجب تغييرها أو استبدالها عند ترقية النظام الهوائي أقل مقارنةً بنظام المؤازرة.

أكثر الأمثلة شيوعاً للتحكم في الحركة الهوائية هو الأسطوانة ذات المكبس الداخلي، والتي تُنتج حركة خطية. ولعل هذا هو السبب في أن أنظمة الهواء المضغوط تُعتبر غالباً تقنية حركة منفصلة، ​​لا تُستخدم إلا لتمديد أو تقليص الآلية بالكامل.

مع ذلك، فقد وسّع الابتكار المستمر الذي يقوده موردو تكنولوجيا التحكم في الحركة نطاق الإمكانيات المتاحة. فعلى سبيل المثال، يمكن تحقيق الحركة الدورانية المستمرة باستخدام مشغلات ربع الدورة.

تتوفر أيضًا أجهزة استشعار وأنظمة تحكم في التدفق لمراقبة التشغيل وتحسينه، بينما يُمكّن التحكم في فرق الضغط المعدات من تحقيق تحديد المواقع الهوائي المستمر. وباستخدام صمامات كهروهوائية صغيرة نسبيًا للتشغيل/الإيقاف أو صمامات تحديد المواقع المُعدِّلة، يتم تطبيق ضغط مُتحكَّم به في مواجهة ضغط خلفي ثابت.

يمكن للمشغلين التحكم في الموضع يدويًا باستخدام الأزرار والمفاتيح أو تلقائيًا باستخدام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة تحكم الحلقة.

التحكم الكهربائي في الحركة

تُعرف المحركات الكهربائية المقترنة بمحركات المؤازرة بسرعتها العالية ودقتها المتناهية وكفاءتها، وتُحقق الحركة عن طريق تحويل الكهرباء إلى حركة دورانية أو خطية. وتتضمن هذه الأنظمة ذات الحلقة المغلقة عادةً مكونات أكثر تعقيدًا، مثل وحدة التحكم في الحركة، ومحرك المؤازرة، والمحرك، ومستشعر التغذية الراجعة، بالإضافة إلى ممارسات تصميم أكثر تعقيدًا من حلول الحركة الهوائية.

يرتبط كل محرك سيرفو بمحرك واحد يستجيب للإشارات الموجهة التي توفر الوظيفة المطلوبة، ويمكنه توفير تحديد دقيق للموقع، وسرعات زاوية دقيقة، وأنماط تسارع متغيرة. بفضل هذا النطاق الواسع، يمكن لأنظمة السيرفو توفير تحكم دقيق في الحركة الموضعية لتطبيقات متنوعة، بدءًا من ذراع الروبوت وصولًا إلى السيور الناقلة الدوارة باستمرار.

بما أن محركات المؤازرة ووحدات التحكم هي أجهزة معالجة دقيقة، فإنها تتمتع بمستوى عالٍ من الوظائف المدمجة ويمكنها أن توفر بشكل مباشر ميزات التشخيص وتسجيل البيانات المحلية والبعيدة للوحات المعلومات.

يُتيح ربط وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وغيرها من وحدات التحكم بأنظمة الحركة المؤازرة لمصنعي المعدات الأصلية (OEMs) تحقيق تحكم ومزامنة أكثر تطورًا في الحركة. تشمل الوظائف المتخصصة تحديد المواقع بدقة عالية مع تكرارية دون الميكرون، والتحريك الإلكتروني، والتروس الإلكترونية، ويمكن أن تُفيد هذه الوظائف التطبيقات الأكثر تعقيدًا، مثل عمليات التشغيل الآلي، والروبوتات، ومعدات التصنيع.

على سبيل المثال، يمكن ترقية خط تعبئة وتغليف من أقراص الكامات الميكانيكية إلى نظام حركة مؤازرة مزود بأقراص كامات كهربائية. في حين أن تغيير النظام باستخدام الأقراص الميكانيكية عملية معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً وعرضة للأخطاء، فإن تحويل الآلة باستخدام أقراص الكامات الكهربائية يتم بضغطة زر. هذا يوفر الوقت، ويحسن الدقة، ويقلل من الهدر، ويخفض التكاليف.

نظام التحكم الهجين في الحركة

يُمكن لنظام الأتمتة الهجين الكهروهوائي أن يُساعد المصنّعين على تطبيق التقنيات المُناسبة لكل وظيفة مُحددة. عندما تكون الاستدامة، ومرونة تحديد المواقع، والدقة، والاستقرار، والتشغيل الهادئ، والاتصال، والمراقبة هي أهم العوامل، فإن الحركة الكهربائية تُوفر مزايا كبيرة. أما عندما تكون التطبيقات محدودة المساحة، أو تتطلب تشغيلًا قويًا، أو تتطلب تصميمًا وتركيبًا وتشغيلًا سريعًا، فإن التحكم في الحركة الهوائية هو الخيار الأمثل.

تتضمن خطوط الإنتاج في معظم المصانع أنواعًا مختلفة من معدات الشركات المصنعة الأصلية، حيث ينتقل المنتج بين الآلات عبر سيور النقل والتجميع. وتوفر هذه الخطوط فرصًا عديدة لدمج الحركة الخطية الهوائية والكهربائية.

على سبيل المثال، يتضمن خط إنتاج نموذجي لتغليف المشروبات الوظائف التالية: تشكيل الزجاجات بالنفخ، وتعبئتها وتغطيتها، ونقلها وتجميعها، ووضع الملصقات عليها، وفحص عملية التعبئة والملصقات، وتعبئة الزجاجات في صناديق، ورصها على منصات نقالة وتغليفها بغلاف بلاستيكي. تستفيد عمليات تشكيل الزجاجات بالنفخ، وطي الصناديق، ووضع الغراء من الحركة الهوائية، بينما تستفيد عمليات نقل الزجاجات ووضعها داخل آلات التعبئة والملصقات من الحركة المؤازرة.

تستفيد أنظمة النقل البسيطة وأنظمة التعبئة على المنصات من كلا نوعي الحركة: يمكن تشغيل السيور الناقلة بواسطة محركات كهربائية، ويمكن تشغيل نقاط توقف المنتجات والبوابات باستخدام نظام تشغيل هوائي. يمكن التعامل مع الصناديق الكبيرة باستخدام النظام الهوائي، بينما يمكن التحكم في الاستيفاء وتعديلات الموضع الدقيقة باستخدام نظام الحركة المؤازرة.

مزايا أنظمة الأتمتة الهجينة

يقدم موردو تكنولوجيا التحكم في الحركة الرائدون الآن حزم حلول متكاملة وشاملة تتضمن التحكم الكهربائي أو الهوائي أو الهجين في الحركة. وتتميز هذه الحلول الشاملة بأجهزة ذكية على مستوى الحقل، والتحكم في الحركة، والتحكم في الآلات، والتحليلات.

تتضمن الخيارات الهوائية أسطوانة هوائية، ونظام صمامات، ووحدة تحكم، ونظام تحليلات، ولوحة تحكم عبر بوابة، بينما تتضمن الخيارات الكهربائية مشغلًا خطيًا كهربائيًا، ومحركًا مؤازرًا، ووحدة تحكم، ولوحة تحكم عبر بوابة. وبينما توفر كلتا التقنيتين لوحات تحكم، فإن البيانات متاحة مباشرة من المحرك المؤازر، وتتطلب الأنظمة الهوائية إضافة أجهزة استشعار.

توفر الحلول المتكاملة والشاملة كهذه فوائد جمة لكل من مصنعي المعدات الأصلية وعملائهم. فبفضل تصميمها وتجميعها المسبق، تُسهّل أنظمة الأتمتة الهجينة عمليات الشراء والتطوير والتشغيل. أما في حال عدم وجودها، فيتعين على مصنعي المعدات الأصلية الحصول على المكونات بشكل منفصل ومطابقتها وتصميمها بأنفسهم. وهذا لا يُطيل المدة ويُعقّد سلسلة التوريد فحسب، بل قد يُؤدي أيضاً إلى مشاكل في تحديد المقاسات.

توفر أنظمة الأتمتة الهجينة مرونةً تمكّن الشركات المصنعة للمعدات الأصلية من تصميم آلات قادرة على إنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات، وتقليل وقت تغيير الإنتاج، وتلبية المتطلبات المتغيرة بمرور الوقت. ونظرًا للضغوط المستمرة التي تواجهها العديد من الشركات لزيادة الإنتاجية مع خفض تكاليف التشغيل، فإن ذلك يُسهم في تقصير دورات الإنتاج، وزيادة استغلال الآلات، وإطالة عمر المعدات.

بفضل إمكانية إعادة تهيئة التحكم الإلكتروني في الحركة، يستطيع المشغلون تغيير أنماط الحركة أثناء التشغيل، كما تتميز بعض الأنظمة بتصميم مُستقبلي وميزات يُمكن تطبيقها الآن أو في أجيال لاحقة من الآلات. ولتوفير أعلى مستويات المرونة للعملاء، يُنصح بالبحث عن أنظمة مزودة بمحركات كهربائية متعددة الاستخدامات تُغطي نطاقًا واسعًا من متطلبات التطبيقات.

إضافةً إلى الحفاظ على القدرة التنافسية، تُسهم أنظمة الأتمتة الهجينة في تعزيز استدامة المصانع. إذ تُحسّن هذه الأنظمة كفاءة الآلات وتقلل من الهدر، مما يُخفض بدوره استهلاك الموارد والتكاليف. كما تُتيح كفاءة الطاقة تحقيق أهداف الاستدامة بشكل أفضل، بينما تُقلل وفورات التكاليف من التكلفة الإجمالية للملكية. ولضمان دقة وتناسق أكبر، من المهم اختيار نظام ذي حركة خطية كهربائية يوفر أعلى مستويات الموثوقية والدقة.

مرونة وكفاءة وأداء أكبر

يمكن لمصنعي المعدات الأصلية تحديد ما إذا كان نظام الأتمتة الهجين سيفيد تطبيقًا ما من خلال تقييم عوامل التطبيق الرئيسية، بما في ذلك:

1. استهلاك الطاقة،
2. التكاليف التشغيلية،
3. مرونة المنصب،
4. الدقة،
5. الاهتزاز والضوضاء،
6. النفقات الرأسمالية،
7. الاتصال،
8. الحجم،
9. التركيب و
10. وقت التشغيل والمتانة.

لاختيار الحلول الأنسب التي تحقق النتائج المرجوة، من الضروري التعاون مع شريك خبير في مجال التحكم بالحركة والتحول الرقمي، يمتلك مجموعة شاملة من التقنيات وخيارات الأحجام. بإمكان شريك كهذا مساعدة مصنعي المعدات الأصلية في تشغيل الحلول وتقديم الدعم طويل الأمد.

بفضل أنظمة الأتمتة الهجينة، لا تضطر الشركات للاختيار بين الأداء والمرونة والاستدامة والاتصال والتكلفة. بل يمكنها الحصول على كل ذلك: حركة خطية دقيقة وقوية، ومرونة لتلبية متطلبات الإنتاج المتغيرة، وبيانات ورؤى لزيادة الإنتاج إلى أقصى حد، واستهلاك أمثل للطاقة، وتكلفة إجمالية أقل للملكية.