يُجبر بناء المحركات والمنصات الحركية من الصفر المصممين على طلب وتخزين وتجميع مئات القطع. كما يُطيل ذلك مدة طرح المنتج في السوق ويتطلب فنيين ومعدات إنتاج متخصصة. ويُعدّ طلب أجهزة الحركة الجاهزة بديلاً مناسباً.

غالباً ما تُعتبر المنصات والمحركات مجرد عناصر في قائمة مكونات الآلة. فإذا كانت توفر القوة والحمولة والموقع والسرعة المناسبة، فلا يحتاج مصنّعو الآلات إلى تخصيص وقت إضافي لدراستها. ولكن في الواقع، يمكن للشركات تحسين آلاتها باستخدام منصات ومحركات مُصممة مسبقاً.

تُكلّف المراحل المُصممة مسبقًا، مثل هذا المحرك الخطي ServoBelt، عادةً ما بين 25 و50% أقل من نظيراتها القائمة على المكونات، وذلك بفضل انخفاض عدد الأجزاء، وخاصة الأقواس والموصلات. كما أنها تُقلّل بشكل كبير من التكاليف المتعلقة بالتصميم وصيانة المخزون.
تتلاءم أنظمة الحركة الفرعية المصممة مسبقًا بشكل صحيح مع حيز مادي محدد وترتبط بوحدات التحكم في الآلة. وعادةً ما تستقبل هذه الأنظمة الأوامر من واجهة حاسوبية رئيسية، أو بطاقة تحكم، أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). تتكون أبسط الأنظمة المصممة مسبقًا من مشغل وموصلات فقط. أما المراحل المعقدة المصممة مسبقًا فتضيف وحدات تحكم، بل وحتى أدوات طرفية لتحريك الحمولات.

غالباً ما تتفوق المنصات المصممة مسبقاً على الأنظمة المصنعة من مكونات منفصلة لأنها مصممة حسب الطلب. في المقابل، يفتقر العديد من مصنعي الآلات إلى الفنيين المهرة، والتجهيزات، ومقاييس التداخل الليزرية، وغيرها من المعدات اللازمة لمحاذاة المنصات (والتي غالباً ما تكون دقة محاذاتها بين المحاور بالميكرونات).

تُحدد استراتيجية التحكم بعض جوانب التصميم، لذا لا تلتزم المراحل المُصممة مسبقًا دائمًا بقواعد التصميم التقليدية. لنأخذ على سبيل المثال عدم تطابق القصور الذاتي. القاعدة العامة هي الحفاظ على نسبة قصور الحمولة الذاتي إلى قصور المحرك الذاتي أقل من 20:1 لتجنب المشاكل عند استخدام إعدادات الكسب المُسبقة لمجموعات المُضخمات والمحركات المُجهزة مسبقًا. لكن العديد من المراحل المُصممة مسبقًا تصل نسبها إلى 200:1 (أو حتى 4500:1 في الطاولات الدوارة، على سبيل المثال) ومع ذلك تُحقق حركات دقيقة دون تجاوز. هنا، يقوم المُصنِّع بتغيير كسب الضبط للمرحلة ديناميكيًا ويتحقق من صحته باختبارات عملية. هذا يسمح لمحركات أصغر بأداء المهمة.

تُستخدم المنصات الدوارة كهذه عادةً لتحديد المواقع، ولكنها مناسبة أيضًا لآلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC). ومن أكثر الآلات استخدامًا للمنصات المصممة مسبقًا: آلات أشباه الموصلات المدمجة، وآلات المعالجة الرطبة، وآلات القطع بالليزر، وآلات التغليف، وآلات أتمتة المختبرات.
تتميز المراحل المصممة مسبقًا بالموثوقية. عند تشغيل أنظمة الحركة الجديدة، قد تتعطل بعض المكونات، التي تبدو بسيطة، عن العمل معًا بشكل صحيح. على سبيل المثال، قد يتسبب موصل معيب في تعطل آلة بأكملها. يتم تجميع المراحل المصممة مسبقًا واختبارها قبل تركيبها في الآلات لتجنب حدوث ذلك.

مثال: الحركة الخطية
لنفترض تطبيقًا يقوم فيه محرك خطي بحركتين مختلفتين. الأولى هي حركة طويلة بسرعة 400 مم/ثانية، والثانية هي حركة انزلاقية سريعة لمسافة 13 مم، يجب أن تستقر في حدود 10 ميكرومتر من الموضع المستهدف خلال 150 مللي ثانية. تبلغ كتلة المحرك المتحرك 38 كجم، مع دقة ثنائية الاتجاه مستهدفة تبلغ ±5 ميكرومتر، بناءً على بيانات من مشفر خطي بصري بدقة 1 ميكرومتر.

لا تُعدّ منصات الحركة التقليدية ذات المحورين XY المزودة ببراغي كروية دقيقة بما يكفي إلا إذا اختار المُصنِّع إصدارات باهظة الثمن خالية من رد الفعل العكسي. تُعدّ المحركات الخطية خيارًا آخر، ولكنها ستكون كبيرة الحجم ومكلفة في هذا التطبيق، إذ لا يُمكن تلبية متطلبات قوة 300 نيوتن من القوة المستمرة إلا باستخدام ملف محرك طويل. كما أن استخدام ملف طويل سيستلزم تغييرات جذرية في التصميم العام، مما يجعله أغلى بنسبة 50% من الخيارات الأخرى.

تُختبر هذه المنصة متعددة المحاور المصممة مسبقًا، والمبنية على مشغلات خطية من نوع ServoBelt، قبل إضافتها إلى آلة تصنيع أشباه الموصلات. تتميز المنصة بانعدام رد الفعل العكسي، مما يسمح للمصمم بضبط عناصر التحكم وفقًا للمتطلبات الديناميكية. وهذا مفيد لأن الطريقة الوحيدة لإجراء حركات فهرسة سريعة في هذه الآلة هي إغلاق حلقات المؤازرة باستخدام المشفر الخطي، الأمر الذي يتطلب خط نقل حركة خالٍ من رد الفعل العكسي من المحرك إلى الحمولة.
على النقيض من ذلك، تُعدّ المرحلة المُصممة مسبقًا والمبنية على محركات تعمل بالسيور فعّالة من حيث التكلفة. فهي لا تحتاج إلى تحكم ثنائي الحلقة، إذ يُمكنها الاكتفاء بتحكم أحادي الحلقة باستخدام المُشفّر الخطي فقط. كما يتميز المحرك بتخميد ميكانيكي عالٍ بطبيعته، مما يسمح لعناصر التحكم بتحقيق مكاسب ضبط عالية (تصل إلى أربعة أضعاف مكاسب السرعة والموضع) مع أوقات استقرار قصيرة. في المقابل، يجب على المحركات الخطية محاكاة التخميد في إلكترونيات مُضخّم المؤازرة، مما يُقلل من مكسب الموضع المُمكن.

مثال: الحركة الدورانية
لنأخذ مثالاً آخر: ماكينة تفريز CNC مكتبية ثلاثية المحاور. عادةً ما تستخدم هذه الماكينات أنظمة حركة خطية لتحديد موضع أداة القطع. في المقابل، تجمع منصة مُصممة مسبقًا بين تحديد الموضع الدوراني والخطي. هنا، يحمل جهازان دورانيان يعملان بواسطة سير أحمالًا على محامل دورانية كبيرة القطر، ويتقابلان وجهًا لوجه. يحمل أحدهما مغزلًا يعمل بالهواء المضغوط بسرعة 150,000 دورة في الدقيقة. أما الآخر فيحمل قطعة العمل ويديرها بزاوية 180 درجة، بحيث تتمكن أداة القطع من الوصول إلى أي نقطة على سطح قطعة العمل ضمن حجم 40 × 40 × 40 مم.

تستخدم آلة التفريز CNC هذه منصة مصممة مسبقًا لا تتجاوز تعقيدها الحد المطلوب. يتطلب التطبيق جودة سطح ممتازة بدلاً من دقة تحديد المواقع، لذا يتم الاستغناء عن أجهزة التشفير وتعمل بنظام الحلقة المفتوحة (مما قد يوفر آلاف الدولارات لكل آلة).
يُشغّل مُحرك خطي يعمل ببرغي المحور الخطي، بينما يسمح للجهاز الدوار المزود برؤوس القطع بالتحرك محوريًا بالنسبة للجهاز الذي يحمل قطعة العمل. تتحرك الأجهزة الثلاثة جميعها بتزامن تام. يتولى المحور الخطي تحديد موضع المحور Z، ويُقرّب أداة القطع من سطح قطعة العمل.

يتميز التصميم الدوار بصلابته، مما يُساعده على تلبية متطلبات دقة التصنيع. ويُقلل خيار التشحيم الدائم من احتمالية التلوث، وتمتد أدوات القطع في كلا المرحلتين الدوارتين عبر موانع تسرب دوارة بسيطة في جدار حجرة القطع. تحمي موانع التسرب الأجزاء الداخلية من سائل التبريد وغبار السيراميك المتطاير. في المقابل، تتطلب مراحل XYZ منافيخ ضخمة وأغطية واقية.

يستخدم نظام تحديد الموضع الدوراني لأداة القطع وقطعة العمل الإحداثيات القطبية، وليس الإحداثيات الديكارتية (كما هو شائع في أنظمة التحكم الرقمي الحاسوبي). يستقبل المتحكم أوامر G-code XYZ ويحولها إلى إحداثيات قطبية في الوقت الفعلي. ما الفائدة؟ الحركة الدورانية أفضل من الحركة الخطية في الحصول على أسطح ناعمة، لأن حتى أفضل المحامل الخطية والبراغي الكروية تُصدر صوت اهتزاز عند دوران الكرات داخل وخارج حالة التحميل. يتردد هذا الاهتزاز عبر نظام الحركة، وقد يظهر على الأجزاء على شكل تغيرات دورية في جودة السطح.