ओईएम और डिजाइन इंजीनियरों को मोटर, ड्राइव और नियंत्रकों के बारे में क्या जानना चाहिए।

चाहे डिज़ाइनर गति-केंद्रित मशीन में सुधार कर रहे हों या नई मशीन बना रहे हों, यह ज़रूरी है कि वे गति नियंत्रण को ध्यान में रखकर शुरुआत करें। तभी वे प्रभावी और कुशल स्वचालन प्राप्त करने के सर्वोत्तम तरीके के आधार पर डिज़ाइन विकसित कर सकते हैं।

गति-आधारित मशीनों को उनके मूल कार्यों के अनुरूप डिज़ाइन और निर्मित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक प्रिंटिंग मशीन जो विशिष्ट वाइंडिंग अनुप्रयोगों पर निर्भर करती है, उसके लिए डिज़ाइनर महत्वपूर्ण भागों पर ध्यान केंद्रित करेंगे और मशीन के बाकी हिस्सों को मूल कार्यों के अनुरूप विकसित करेंगे।

यह डिज़ाइन इंजीनियरिंग की पहली कक्षा जैसा लगता है, लेकिन बाज़ार में समय-सीमा के दबाव और पारंपरिक रूप से यांत्रिक, विद्युतीय और सॉफ़्टवेयर विभागों में बँटी टीमों के कारण, डिज़ाइन के लिए एक व्यापक रूप से रैखिक प्रक्रिया पर वापस लौटना आसान है। हालाँकि, गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन करने के लिए एक मेक्ट्रोनिक्स दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है जिसमें प्रारंभिक अवधारणाओं का विकास, सिस्टम टोपोलॉजी और मशीन दृष्टिकोण का निर्धारण, और कनेक्शन इंटरफ़ेस और सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर का चयन शामिल है।

यहां मोटर, ड्राइव, नियंत्रक और सॉफ्टवेयर के कुछ आवश्यक पहलू दिए गए हैं, जिन पर इंजीनियरों को प्रत्येक मशीन डिजाइन परियोजना की शुरुआत से ही विचार करना चाहिए, ताकि अकुशलता, त्रुटियों और लागत को कम किया जा सके, साथ ही OEM के लिए ग्राहकों की समस्याओं को कम समय में हल करना संभव हो सके।

【डिज़ाइन प्रक्रिया】

पुर्जे कैसे और कहाँ चलते हैं, इस पर इंजीनियर आमतौर पर अपना ज़्यादातर इंजीनियरिंग प्रयास लगाते हैं, खासकर जब वे नवीन मशीनें विकसित कर रहे हों। हालाँकि नवीन निर्माण सबसे ज़्यादा समय लेने वाले होते हैं, लेकिन अक्सर वे सबसे ज़्यादा ROI प्रदान करते हैं, खासकर अगर टीमें नवीनतम वर्चुअल इंजीनियरिंग और मॉड्यूलर डिज़ाइन का इस्तेमाल करती हैं।

किसी मशीन को नए सिरे से विकसित करते समय पहला कदम यह पूछना है: इस मशीन के महत्वपूर्ण कार्य क्या हैं? यह एक ऐसी मशीन बनाने के लिए हो सकता है जिसे साफ करना आसान हो, कम रखरखाव की आवश्यकता हो, या जिसकी सटीकता बहुत अच्छी हो। उस तकनीक की पहचान करें जो आवश्यक कार्य, प्रदर्शन या रखरखाव स्तर प्रदान करेगी।

जिस समस्या का समाधान करना है, वह जितनी जटिल होगी, उसके सबसे ज़रूरी कार्यों का निर्धारण करना उतना ही मुश्किल होगा। किसी गति-केंद्रित स्वचालन आपूर्तिकर्ता के साथ काम करने पर विचार करें जो महत्वपूर्ण विवरणों को परिभाषित करने और सही दृष्टिकोण निर्धारित करने में मदद कर सके।

फिर पूछें: मशीन के मानक कार्य क्या हैं? पुरानी प्रिंटिंग मशीन के उदाहरण पर चलते हुए, जिस सामग्री पर प्रिंट किया जा रहा है उसे खोलने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले तनाव और सेंसर नियंत्रण काफी हद तक मानक हैं। दरअसल, नई मशीन के लगभग 80% कार्य पुरानी मशीनों के कार्यों से अलग होते हैं।

मानक कार्यों के लिए इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु मॉड्यूलर हार्डवेयर और कोड प्रोग्रामिंग का उपयोग करने से परियोजना को पूरा करने के लिए आवश्यक डिज़ाइन संसाधनों की मात्रा में उल्लेखनीय कमी आती है। यह समय-परीक्षणित कार्यों का भी उपयोग करता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है और आप डिज़ाइन के अधिक जटिल भागों पर ध्यान केंद्रित कर पाते हैं।

एक ऐसे मोशन कंट्रोल पार्टनर के साथ काम करना जो मॉड्यूलर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के साथ मानक कार्य प्रदान कर सकता है, इसका मतलब है कि आप उन मूल्यवर्धित सुविधाओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो आपके उत्पाद को प्रतिस्पर्धा से अलग करती हैं।

एक सामान्य डिज़ाइन परियोजना में, मैकेनिकल इंजीनियर मशीन की संरचना और उसके यांत्रिक घटक बनाते हैं; इलेक्ट्रिकल इंजीनियर ड्राइव, तार और नियंत्रण सहित इलेक्ट्रॉनिक्स जोड़ते हैं; और फिर सॉफ़्टवेयर इंजीनियर कोड लिखते हैं। हर बार जब कोई गलती या समस्या होती है, तो परियोजना टीम को पीछे हटकर उसे सुधारना पड़ता है। डिज़ाइन प्रक्रिया में बहुत समय और ऊर्जा बदलावों या गलतियों के आधार पर डिज़ाइन को दोबारा बनाने में खर्च होती है। सौभाग्य से, CAD सॉफ़्टवेयर और अलग-अलग योजना और डिज़ाइन के साथ यांत्रिकी डिज़ाइन करना लगभग अतीत की बात हो गई है।

आज, वर्चुअल इंजीनियरिंग टीमों को कई समानांतर रास्तों का उपयोग करके मशीनों के काम करने के तरीके को डिज़ाइन करने की सुविधा देती है, जिससे विकास चक्र और बाज़ार में आने का समय नाटकीय रूप से कम हो जाता है। एक डिजिटल ट्विन (मशीन का एक आभासी प्रतिनिधित्व) बनाकर, प्रत्येक विभाग अपने आप काम कर सकता है और बाकी टीम के साथ मिलकर पुर्जे और नियंत्रण विकसित कर सकता है।

एक डिजिटल ट्विन इंजीनियरों को किसी मशीन के विभिन्न डिज़ाइनों के साथ-साथ आपकी मशीन तकनीकों का भी त्वरित परीक्षण करने की सुविधा देता है। उदाहरण के लिए, हो सकता है कि किसी प्रक्रिया में मशीन फीड में तब तक सामग्री डाली जाए जब तक कि वांछित मात्रा एकत्र न हो जाए और फिर सामग्री को काटा जाए; इसका मतलब है कि जब भी सामग्री को काटने की आवश्यकता हो, आपको फीड को रोकने का कोई तरीका निकालना होगा। इस चुनौती से निपटने के कई तरीके हैं, और ये सभी मशीन के समग्र संचालन को प्रभावित कर सकते हैं। डिजिटल ट्विन के साथ विभिन्न उपायों को आज़माना या घटकों को स्थानांतरित करके यह देखना आसान है कि यह संचालन को कैसे प्रभावित करता है और इससे प्रोटोटाइपिंग अधिक कुशल (और कम) होती है।

वर्चुअल इंजीनियरिंग से डिजाइन टीमों को यह देखने का अवसर मिलता है कि किसी विशेष लक्ष्य या लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए पूरी मशीन और उसकी अतिव्यापी अवधारणाएं किस प्रकार एक साथ मिलकर काम करती हैं।

【टोपोलॉजी का चयन】

कई कार्यों वाले जटिल डिज़ाइन, गति और बहुआयामी गति के एक से अधिक अक्ष, और तेज़ आउटपुट और थ्रूपुट, सिस्टम टोपोलॉजी को उतना ही जटिल बना देते हैं। केंद्रीकृत, नियंत्रक-आधारित स्वचालन या विकेन्द्रीकृत, ड्राइव-आधारित स्वचालन के बीच चयन डिज़ाइन की जा रही मशीन पर निर्भर करता है। मशीन क्या करती है, उसके समग्र और स्थानीय कार्य, दोनों ही इस बात को प्रभावित करते हैं कि आप केंद्रीकृत या विकेन्द्रीकृत टोपोलॉजी चुनते हैं। कैबिनेट का स्थान, मशीन का आकार, परिवेश की परिस्थितियाँ और यहाँ तक कि स्थापना का समय भी इस निर्णय को प्रभावित करते हैं।

केंद्रीकृत स्वचालन। जटिल मशीनों के लिए समन्वित गति नियंत्रण प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका नियंत्रक-आधारित स्वचालन है। गति-नियंत्रण आदेश आमतौर पर ईथरकैट जैसी मानकीकृत रीयल-टाइम बस के माध्यम से विशिष्ट सर्वो-इन्वर्टरों को भेजे जाते हैं, और इन्वर्टर सभी मोटरों को चलाते हैं।

नियंत्रक-आधारित स्वचालन के साथ, कई गति अक्षों को एक जटिल कार्य करने के लिए समन्वित किया जा सकता है। यदि गति मशीन के केंद्र में है और सभी भागों का समन्वय आवश्यक है, तो यह आदर्श टोपोलॉजी है। उदाहरण के लिए, यदि रोबोट भुजा को सही स्थिति में रखने के लिए प्रत्येक गति अक्ष का एक विशिष्ट स्थान पर होना आवश्यक है, तो आप संभवतः नियंत्रक-आधारित स्वचालन चुनेंगे।

विकेंद्रीकृत स्वचालन। अधिक कॉम्पैक्ट मशीनों और मशीन मॉड्यूल के साथ, विकेंद्रीकृत गति नियंत्रण मशीन नियंत्रणों पर भार को कम या समाप्त कर देता है। इसके बजाय, छोटे इन्वर्टर ड्राइव विकेंद्रीकृत नियंत्रण ज़िम्मेदारियाँ संभालते हैं, एक I/O सिस्टम नियंत्रण संकेतों का मूल्यांकन करता है, और EtherCAT जैसी एक संचार बस एक एंड-टू-एंड नेटवर्क बनाती है।

विकेन्द्रीकृत स्वचालन तब आदर्श होता है जब मशीन का एक भाग किसी कार्य को पूरा करने की ज़िम्मेदारी ले सके और उसे लगातार केंद्रीय नियंत्रण को रिपोर्ट करने की आवश्यकता न हो। इसके बजाय, मशीन का प्रत्येक भाग तेज़ी से और स्वतंत्र रूप से कार्य करता है, और कार्य पूरा होने के बाद ही रिपोर्ट करता है। चूँकि इस व्यवस्था में प्रत्येक उपकरण अपना भार स्वयं संभालता है, इसलिए समग्र मशीन अधिक वितरित प्रसंस्करण शक्ति का लाभ उठा सकती है।

केंद्रीकृत और विकेन्द्रीकृत नियंत्रण। हालाँकि केंद्रीकृत स्वचालन समन्वय प्रदान करता है और विकेन्द्रीकृत स्वचालन अधिक कुशल वितरित प्रसंस्करण शक्ति प्रदान करता है, फिर भी कभी-कभी दोनों का संयोजन सबसे अच्छा विकल्प होता है। अंतिम निर्णय व्यापक आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, जिनमें निम्नलिखित से संबंधित लक्ष्य शामिल हैं: लागत/मूल्य, थ्रूपुट, दक्षता, समय के साथ विश्वसनीयता, सुरक्षा विनिर्देश।

परियोजना जितनी जटिल होगी, एक मोशन कंट्रोल इंजीनियरिंग पार्टनर का होना उतना ही ज़रूरी है जो विभिन्न पहलुओं पर सलाह दे सके। जब मशीन निर्माता विज़न लेकर आता है और ऑटोमेशन पार्टनर उपकरण लेकर आता है, तभी आपको सबसे अच्छा समाधान मिलता है।

【मशीन नेटवर्किंग】

गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइनिंग में स्वच्छ, भविष्य-सुरक्षित अंतर्संबंध स्थापित करना भी एक महत्वपूर्ण कदम है। संचार प्रोटोकॉल उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि मोटर और ड्राइव कहाँ स्थित हैं, क्योंकि यह केवल इस बारे में नहीं है कि घटक क्या करते हैं—यह भी महत्वपूर्ण है कि आप उन्हें कैसे जोड़ते हैं।

एक अच्छा डिज़ाइन तारों की संख्या और उनकी दूरी को कम करता है। उदाहरण के लिए, किसी दूरस्थ टर्मिनल तक जाने वाले 10 से 15 तारों के सेट को ईथरकैट जैसे औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले ईथरनेट केबल से बदला जा सकता है। ईथरनेट ही एकमात्र विकल्प नहीं है, लेकिन आप जो भी विकल्प चुनें, सुनिश्चित करें कि आपके पास सही संचार उपकरण या बसें हों, ताकि आप सामान्य प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकें। एक अच्छी संचार बस चुनना और यह योजना बनाना कि सब कुछ कैसे व्यवस्थित किया जाएगा, भविष्य के विस्तार को बहुत आसान बना देता है।

शुरुआत से ही कैबिनेट के अंदर एक अच्छा डिज़ाइन बनाने पर ध्यान दें। उदाहरण के लिए, बिजली की आपूर्ति को उन इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के पास न रखें जो चुंबकीय हस्तक्षेप से प्रभावित हो सकते हैं। उच्च धारा या आवृत्ति वाले उपकरण तारों में विद्युत शोर उत्पन्न कर सकते हैं। इसलिए, सर्वोत्तम संचालन के लिए उच्च-वोल्टेज वाले उपकरणों को निम्न-वोल्टेज वाले उपकरणों से दूर रखें। इसके अतिरिक्त, पता करें कि क्या आपका नेटवर्क सुरक्षा के लिए रेटेड है। यदि नहीं, तो आपको संभवतः हार्डवायर्ड अतिरिक्त सुरक्षा कनेक्शन की आवश्यकता होगी ताकि यदि कोई उपकरण खराब हो जाए, तो वह अपनी विफलता का पता लगा सके और प्रतिक्रिया दे सके।

जैसे-जैसे इंडस्ट्रियल इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) का चलन बढ़ रहा है, ऐसे उन्नत फ़ंक्शन जोड़ने पर विचार करें जिनके इस्तेमाल के लिए आप या आपके ग्राहक पूरी तरह तैयार न हों। मशीन में ये क्षमताएँ जोड़ने का मतलब है कि बाद में उस मशीन को अपग्रेड करना आसान होगा।

【सॉफ़्टवेयर】

उद्योग के अनुमानों के अनुसार, ज़्यादा समय नहीं लगेगा जब OEM को अपनी मशीन विकास समय का 50-60% सॉफ़्टवेयर आवश्यकताओं पर केंद्रित करना होगा। यांत्रिकी पर ध्यान केंद्रित करने से इंटरफ़ेस पर ध्यान केंद्रित करने की ओर बढ़ने से छोटे मशीन निर्माता प्रतिस्पर्धात्मक रूप से नुकसान में रहेंगे, लेकिन यह मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर और मानकीकृत, खुले प्रोटोकॉल अपनाने की इच्छुक कंपनियों के लिए समान अवसर भी प्रदान कर सकता है।

सॉफ़्टवेयर को जिस तरह व्यवस्थित किया जाता है, वह मशीन के वर्तमान और भविष्य के कार्यों को बढ़ा या सीमित कर सकता है। मॉड्यूलर हार्डवेयर की तरह, मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर भी मशीन निर्माण की गति और दक्षता में सुधार करता है।

उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि आप एक मशीन डिज़ाइन कर रहे हैं और दो चरणों के बीच एक अतिरिक्त चरण जोड़ना चाहते हैं। अगर आप मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर का इस्तेमाल कर रहे हैं, तो आप बिना रीप्रोग्रामिंग या रीकोडिंग के आसानी से एक घटक जोड़ सकते हैं। और, अगर आपके छह सेक्शन एक ही काम कर रहे हैं, तो आप एक बार कोड लिखकर उसे सभी छह सेक्शन में इस्तेमाल कर सकते हैं।

मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर से न केवल डिज़ाइनिंग अधिक कुशल होती है, बल्कि यह इंजीनियरों को ग्राहकों की ज़रूरत के अनुसार लचीलापन भी प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, मान लीजिए ग्राहक एक ऐसी मशीन चाहता है जो विभिन्न आकार के उत्पादों पर काम करे, और सबसे बड़े आकार के लिए एक सेक्शन के कार्य करने के तरीके में बदलाव करना ज़रूरी है। मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर के साथ, डिज़ाइनर मशीन के बाकी कार्यों को प्रभावित किए बिना बस सेक्शन को बदल सकते हैं। यह परिवर्तन स्वचालित हो सकता है ताकि OEM, या ग्राहक भी, मशीन के कार्यों के बीच तेज़ी से स्विच कर सकें। इसमें रीप्रोग्राम करने की कोई ज़रूरत नहीं है क्योंकि मॉड्यूल पहले से ही मशीन में मौजूद है।

मशीन निर्माता प्रत्येक ग्राहक की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए वैकल्पिक सुविधाओं के साथ एक मानक बेस मशीन प्रदान कर सकते हैं। मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और सॉफ्टवेयर मॉड्यूल का एक पोर्टफोलियो विकसित करने से कॉन्फ़िगर करने योग्य मशीनों को जल्दी से असेंबल करना आसान हो जाता है।

हालाँकि, मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर से अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, उद्योग मानकों का पालन करना आवश्यक है, खासकर यदि आप एक से अधिक आपूर्तिकर्ताओं का उपयोग कर रहे हैं। यदि ड्राइव और सेंसर आपूर्तिकर्ता उद्योग मानकों का पालन नहीं कर रहे हैं, तो वे घटक एक-दूसरे से संवाद नहीं कर पाएंगे और पुर्जों को कैसे जोड़ा जाए, यह पता लगाने में सारी मॉड्यूलर दक्षताएँ नष्ट हो जाएँगी।

इसके अतिरिक्त, यदि आपका ग्राहक डेटा स्ट्रीम को क्लाउड नेटवर्क से जोड़ने की योजना बना रहा है, तो यह आवश्यक है कि कोई भी सॉफ्टवेयर उद्योग मानक प्रोटोकॉल का उपयोग करके बनाया जाए, ताकि मशीन अन्य मशीनों के साथ काम कर सके और क्लाउड सेवाओं के साथ इंटरफेस कर सके।

OPC UA और MQTT सबसे आम मानक सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर हैं। OPC UA मशीनों, नियंत्रकों, क्लाउड और अन्य IT उपकरणों के बीच लगभग वास्तविक समय में संचार को सक्षम बनाता है, और संभवतः एक समग्र संचार संरचना के सबसे करीब है जो आपको मिल सकती है। MQTT एक हल्का IIoT-मैसेजिंग प्रोटोकॉल है जो दो अनुप्रयोगों को एक-दूसरे से संवाद करने में सक्षम बनाता है। इसका उपयोग अक्सर एक ही उत्पाद में किया जाता है—उदाहरण के लिए, एक सेंसर या ड्राइव किसी उत्पाद से जानकारी खींचकर उसे क्लाउड पर भेज सकता है।

【क्लाउड कनेक्टिविटी】

इंटरकनेक्टेड, क्लोज्ड-लूप मशीनें अभी भी बहुसंख्यक हैं, लेकिन क्लाउड से पूरी तरह जुड़े कारखाने लोकप्रियता में बढ़ रहे हैं। यह चलन पूर्वानुमानित रखरखाव और डेटा-संचालित उत्पादन के स्तर को बढ़ा सकता है और यह फैक्ट्री सॉफ्टवेयर में अगला बड़ा बदलाव है; इसकी शुरुआत रिमोट कनेक्टिविटी से होती है।

क्लाउड-नेटवर्क वाले संयंत्र विभिन्न प्रक्रियाओं, विभिन्न उत्पादन लाइनों, आदि से प्राप्त डेटा का विश्लेषण करके उत्पादन प्रक्रिया का अधिक संपूर्ण प्रतिनिधित्व तैयार करते हैं। इससे वे विभिन्न उत्पादन सुविधाओं की समग्र उपकरण प्रभावशीलता (OEE) की तुलना कर पाते हैं। अत्याधुनिक OEM, विश्वसनीय स्वचालन भागीदारों के साथ मिलकर, मॉड्यूलर इंडस्ट्री 4.0 क्षमताओं वाली क्लाउड-रेडी मशीनें प्रदान करते हैं जो अंतिम उपयोगकर्ताओं को आवश्यक डेटा भेज सकती हैं।

मशीन निर्माताओं के लिए, गति नियंत्रण स्वचालन का उपयोग करना तथा ग्राहकों के संयंत्रों या कंपनियों को अधिक कुशल बनाने के लिए समग्र, कुल-प्रक्रिया दृष्टिकोण अपनाना निश्चित रूप से अधिक व्यवसाय जीतने में सहायक होगा।