كيف يمكن لـ "LOSTPED" أن تساعد؟

من التعبئة والتغليف ومناولة المواد إلى تصنيع أشباه الموصلات وتجميع السيارات، تتضمن جميع عمليات التصنيع تقريبًا نوعًا من الحركة الخطية، ومع ازدياد معرفة المصنعين بمرونة وبساطة أنظمة الحركة الخطية المعيارية، فإن هذه الأنظمة - سواء كانت أنظمة روبوتية ديكارتية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية المحاور كاملة - تجد طريقها إلى مجالات الإنتاج.

من الأخطاء الشائعة التي يقع فيها المهندسون والمصممون عند تحديد حجم أنظمة الحركة الخطية واختيارها، إغفال متطلبات التطبيق الأساسية في النظام النهائي. قد يؤدي هذا إلى عمليات إعادة تصميم وتعديل مكلفة في أسوأ الأحوال، وقد ينتج عنه في كثير من الأحيان نظام مُصمّم بتعقيد زائد، ما يجعله أكثر تكلفة وأقل فعالية من المطلوب. مع وجود العديد من الحلول الممكنة، من السهل الشعور بالحيرة عند تصميم نظام حركة خطية. ما مقدار الحمل الذي سيحتاج النظام إلى تحمله؟ ما سرعة حركته المطلوبة؟ ما هو التصميم الأكثر فعالية من حيث التكلفة؟

تم أخذ كل هذه الأسئلة وغيرها في الاعتبار عندما قام فريق تقنيات الحركة الخطية والتجميع في شركة بوش ريكسروث بتطوير "LOSTPED"، وهو اختصار بسيط يرشد المهندس أو المصمم في جمع المعلومات اللازمة لتحديد مكونات أو وحدات الحركة الخطية المناسبة في أي تطبيق معين.

ما هو LOSTPED؟

يرمز اختصار LOSTPED إلى الحمل، والاتجاه، والسرعة، والمسافة، والدقة، والبيئة، ودورة التشغيل. يمثل كل حرف من حروف هذا الاختصار عاملاً يجب مراعاته عند تحديد حجم نظام الحركة الخطية واختياره. على سبيل المثال، يفرض الحمل متطلبات مختلفة على نظام المحامل أثناء التسارع والتباطؤ مقارنةً بحركات السرعة الثابتة. ومع تطور حلول الحركة الخطية من مكونات فردية إلى وحدات خطية متكاملة أو أنظمة ديكارتية، تزداد تعقيد التفاعلات بين مكونات النظام - أي أدلة المحامل الخطية ومحركات البراغي الكروية أو الأحزمة أو المحركات الخطية - ويصبح تصميم النظام الأمثل أكثر صعوبة. يساعد اختصار LOSTPED المصممين على تجنب الأخطاء من خلال تذكيرهم ببساطة بضرورة مراعاة جميع العوامل المترابطة أثناء تطوير النظام وتحديد مواصفاته.

كيفية استخدام تطبيق Lostped

فيما يلي وصف لكل عامل من عوامل LOSTPED، بالإضافة إلى الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها عند تحديد معايير تحديد حجم واختيار نظام الحركة الخطية.

حمولة

يشير مصطلح "الحمل" إلى الوزن أو القوة المؤثرة على النظام. تتعرض جميع أنظمة الحركة الخطية لنوع من أنواع الأحمال، مثل القوى الهابطة في تطبيقات مناولة المواد، أو أحمال الدفع في تطبيقات الحفر أو الضغط أو ربط البراغي. وتواجه تطبيقات أخرى حملاً ثابتاً، مثل تطبيقات مناولة رقائق أشباه الموصلات، حيث يتم نقل وحدة FOUP (وحدة الفتح الأمامي الموحدة) من خانة إلى أخرى للإنزال والرفع. أما النوع الثالث فيتميز بأحمال متغيرة، مثل تطبيقات التوزيع الطبي، حيث يتم وضع الكاشف في سلسلة من الماصات واحدة تلو الأخرى، مما ينتج عنه حمل أخف في كل خطوة.

عند النظر في الحمل، يجدر أيضًا النظر في نوع الأداة التي ستُستخدم في نهاية الذراع لالتقاط أو حمل الحمل. على الرغم من أن هذا لا يرتبط مباشرةً بالحمل، إلا أن الأخطاء هنا قد تكون مكلفة. على سبيل المثال، إذا تم التقاط قطعة عمل حساسة للغاية في عملية التقاط ووضع، فقد تتلف إذا تم استخدام نوع خاطئ من الماسكات.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هو مصدر الحمل وكيف يتم توجيهه؟
• هل هناك اعتبارات خاصة تتعلق بالتعامل مع المنتج؟
• ما مقدار الوزن أو القوة التي يجب التحكم بها؟
• هل القوة قوة سفلية، أم قوة رفع، أم قوة جانبية؟

توجيه

يُعدّ التوجيه، أو الوضع النسبي أو اتجاه تطبيق القوة، عاملاً مهماً أيضاً، ولكنه غالباً ما يُغفل عنه. تستطيع بعض أنواع الوحدات أو المحركات الخطية تحمّل أحمال رأسية/رأسية أعلى من الأحمال الجانبية بفضل نظام التوجيه الخطي المستخدم في تصميم الوحدة. بينما تستطيع وحدات أخرى، باستخدام أدلة خطية مختلفة، تحمّل الأحمال نفسها في جميع الاتجاهات.

تستخدم وحدة Rexroth Compact Module CKK، على سبيل المثال، نظام سكة كروية مزدوجة للتوجيه، وتُستخدم بكثرة في التطبيقات التي تتطلب أحمالًا جانبية أو محورية. ولأن معظم موردي أنظمة الحركة الخطية عالية الجودة يصنعون وحدات ومحركات للتعامل مع مختلف الظروف، فمن المهم التأكد من قدرة الوحدات المحددة على تحمل متطلبات الحمل بالاتجاه المطلوب لتحقيق النجاح في التطبيق.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• كيف يتم توجيه الوحدة الخطية أو المحرك؟
• هل هو أفقي، أم رأسي، أم مقلوب؟
• أين يقع اتجاه الحمل بالنسبة للوحدة الخطية؟
• هل سيؤدي الحمل إلى حدوث دوران أو عزم دوران على الوحدة الخطية؟

سرعة

تؤثر السرعة والتسارع أيضًا على اختيار نظام الحركة الخطية. فالحمل المطبق يُولّد قوى مختلفة تمامًا على النظام أثناء التسارع والتباطؤ مقارنةً بتأثيره أثناء الحركة بسرعة ثابتة. كما يجب مراعاة نوع شكل الحركة - شبه منحرف أو مثلث - حيث يتحدد التسارع المطلوب لتحقيق السرعة أو زمن الدورة المطلوبين بنوع الحركة المطلوبة. يعني شكل الحركة شبه المنحرف أن الحمل يتسارع بسرعة، ثم يتحرك بسرعة ثابتة نسبيًا لفترة من الزمن، ثم يتباطأ. أما شكل الحركة المثلث فيعني أن الحمل يتسارع ويتباطأ بسرعة، كما هو الحال في تطبيقات النقل من نقطة إلى أخرى. تُعد السرعة والتسارع أيضًا من العوامل الحاسمة في تحديد محرك الحركة الخطي المناسب، والذي يكون عادةً برغيًا كرويًا أو حزامًا أو محركًا خطيًا.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي السرعة أو زمن الدورة المطلوب تحقيقه؟
• هل هي سرعة ثابتة أم سرعة متغيرة؟
• كيف سيؤثر الحمل على التسارع والتباطؤ؟
• هل شكل الحركة شبه منحرف أم مثلث؟
• أي محرك خطي سيلبي احتياجات السرعة والتسارع على أفضل وجه؟

يسافر

يشير مصطلح "الحركة" إلى المسافة أو نطاق الحركة. ولا يقتصر الأمر على مراعاة مسافة الحركة فحسب، بل يجب مراعاة الحركة الزائدة أيضًا. إن السماح بقدر من "حركة الأمان"، أو مساحة إضافية، في نهاية الشوط يضمن سلامة النظام في حالة التوقف الطارئ.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي المسافة (مدى الحركة)؟
• ما مقدار المسافة الإضافية التي قد تكون مطلوبة في حالة التوقف الطارئ؟

دقة

الدقة مصطلح واسع يُستخدم غالبًا لوصف دقة الحركة (كيفية تحرك النظام من النقطة أ إلى النقطة ب)، أو دقة تحديد الموقع (مدى قرب النظام من الموقع المستهدف). كما يُمكن أن يُشير إلى قابلية التكرار. يُعد فهم الفرق بين هذه المصطلحات الثلاثة - دقة الحركة، ودقة تحديد الموقع، وقابلية التكرار - أمرًا بالغ الأهمية لضمان استيفاء النظام لمواصفات الأداء، ولتجنب المبالغة في تقدير دقة النظام، والتي قد تكون غير ضرورية.

السبب الرئيسي للتفكير ملياً في متطلبات الدقة هو اختيار آلية الدفع: سواء كانت سير ناقل، أو برغي كروي، أو محرك خطي. يقدم كل نوع مزايا وعيوباً بين الدقة والسرعة وقدرة تحمل الأحمال، ويُحدد التطبيق في الغالب الخيار الأمثل.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما مدى أهمية دقة السفر، ودقة تحديد المواقع، وقابلية التكرار في التطبيق؟
• هل الدقة أهم من السرعة أو عوامل أخرى متعلقة بـ LOSTPED؟

بيئة

تشير البيئة إلى الظروف المحيطة التي يُتوقع أن يعمل النظام في ظلها. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تؤثر درجات الحرارة القصوى على أداء المكونات البلاستيكية والتشحيم داخل النظام، بينما يمكن أن تتسبب الأوساخ والسوائل والملوثات الأخرى في تلف مسارات المحامل وعناصر تحمل الأحمال.

يُعدّ هذا عامل أداء غالبًا ما يُغفل عنه، ولكنه يؤثر بشكل كبير على عمر نظام الحركة الخطية. ويمكن لخيارات مثل شرائط منع التسرب والطلاءات الخاصة أن تساعد في منع التلف الناتج عن هذه العوامل البيئية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لخيارات مثل التشحيم الخاص وضغط الهواء الموجب أن تجعل الوحدة أو المشغل مناسبًا للاستخدام في تطبيقات الغرف النظيفة.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي أنواع المخاطر أو الملوثات الموجودة - درجات الحرارة القصوى، والأوساخ، والغبار، والسوائل، وما إلى ذلك؟
• وعلى العكس من ذلك، هل يُعد نظام الحركة الخطية نفسه مصدراً محتملاً للملوثات البيئية (مثل التفريغ الكهروستاتيكي، أو مواد التشحيم، أو الجسيمات)؟

دورة التشغيل

دورة التشغيل هي المدة الزمنية اللازمة لإكمال دورة تشغيل واحدة. في جميع المحركات الخطية، تحدد المكونات الداخلية عادةً عمر النظام النهائي. فعلى سبيل المثال، يتأثر عمر المحامل داخل الوحدة بشكل مباشر بالحمل المُطبق ودورة التشغيل التي يتعرض لها المحمل. قد يكون نظام الحركة الخطية قادرًا على تلبية العوامل الستة السابقة، ولكن إذا عمل باستمرار على مدار الساعة، فسيتعطل أسرع بكثير مما لو عمل ثماني ساعات فقط يوميًا، خمسة أيام في الأسبوع. يؤثر مقدار وقت التشغيل مقابل وقت الراحة على تراكم الحرارة داخل نظام الحركة الخطية، ويؤثر بشكل مباشر على عمر النظام وتكلفة امتلاكه. إن توضيح هذه المسائل مسبقًا يوفر الوقت والجهد لاحقًا، حيث يمكن تخزين قطع الغيار المستهلكة، مثل الأحزمة، بسهولة لاستبدالها.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• كم مرة يتم استخدام النظام، بما في ذلك أي وقت توقف بين الضربات أو الحركات؟
• كم من الوقت يجب أن يستمر النظام؟

بعض النصائح الختامية

بالإضافة إلى برنامج LOSTPED، ينبغي على المصممين استشارة موزع موثوق أو قسم هندسة التطبيقات لدى الشركة المصنعة. يمتلك هؤلاء عادةً خبرة واسعة في مئات التطبيقات، العديد منها مشابه للتطبيق قيد الدراسة. لذا، قد يتمكنون من توفير وقت ثمين وتقديم اقتراحات لخفض التكاليف من خلال توقع المشكلات المحتملة. ففي نهاية المطاف، الهدف النهائي هو الحصول على أفضل نظام حركة خطية ممكن بأقل تكلفة امتلاك؛ ويمكن لمهندسي التطبيقات المهرة الملمين ببرنامج LOSTPED ضمان حصول عملائهم على ذلك.