ओईएम और डिजाइन इंजीनियरों को मोटर्स, ड्राइव और कंट्रोलर्स के बारे में क्या जानना चाहिए।

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

गति-आधारित मशीनों को उनके मूल कार्यों को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन और निर्मित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक प्रिंटिंग मशीन जो वाइंडिंग अनुप्रयोगों के एक विशिष्ट सेट पर निर्भर करती है, उसके डिज़ाइनर महत्वपूर्ण भागों पर ध्यान केंद्रित करेंगे और मशीन के शेष भाग को मूल कार्यों के समर्थन में विकसित करेंगे।

यह डिज़ाइन इंजीनियरिंग की बुनियादी बातों जैसा लगता है, लेकिन बाज़ार में उत्पाद लाने के दबाव और टीमों के पारंपरिक रूप से यांत्रिक, विद्युत और सॉफ़्टवेयर विभागों में विभाजित होने के कारण, डिज़ाइन प्रक्रिया का एक रैखिक स्वरूप में सिमट जाना आसान है। हालाँकि, गति नियंत्रण को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन करने के लिए एक मेकाट्रॉनिक्स 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 मोटर्स, ड्राइव, कंट्रोलर 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 अक्षमताओं, त्रुटियों और लागत को कम किया जा सके और साथ ही ओईएम के लिए ग्राहकों की समस्याओं को कम समय में हल करना संभव हो सके।

【डिजाइन प्रक्रिया】

पुर्जों की गति और स्थान निर्धारण में इंजीनियर आमतौर पर अपना अधिकांश समय व्यतीत करते हैं, विशेष रूप से नवीन मशीनों के विकास में। यद्यपि नवीन निर्माण सबसे अधिक समय लेने वाले होते हैं, फिर भी इनसे सबसे अधिक निवेश पर लाभ (आरओआई) प्राप्त होता है, खासकर यदि टीमें वर्चुअल इंजीनियरिंग और मॉड्यूलर डिज़ाइन की नवीनतम तकनीकों का उपयोग करती हैं।

किसी मशीन को बिल्कुल शुरुआत से विकसित करते समय पहला कदम यह पूछना है: इस मशीन के महत्वपूर्ण कार्य क्या हैं? यह एक ऐसी मशीन बनाना हो सकता है जो साफ करने में आसान हो, कम रखरखाव वाली हो या अत्यधिक सटीक हो। ऐसी तकनीक की पहचान करें जो अपेक्षित कार्य, प्रदर्शन या रखरखाव स्तर प्रदान करे।

समस्या जितनी जटिल होगी, उसके सबसे महत्वपूर्ण कार्यों को निर्धारित करना उतना ही कठिन होगा। किसी ऐसे मोशन-सेंट्रिक ऑटोमेशन सप्लायर 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? पहले दिए गए प्रिंटिंग मशीन के उदाहरण को ही लें, तो प्रिंट करने के लिए इस्तेमाल होने वाले तनाव और सेंसर नियंत्रण काफी हद तक मानक होते हैं। वास्तव में, नई मशीन के लगभग 80% कार्य पिछली मशीनों के कार्यों के ही संशोधित रूप 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 काफी कमी आती है। साथ ही, यह समय-सिद्ध कार्यों का उपयोग करता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है और आप डिज़ाइन के अधिक जटिल भागों पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं।

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

एक सामान्य डिज़ाइन परियोजना में, यांत्रिक अभियंता मशीन की संरचना और उसके यांत्रिक घटकों का निर्माण करते हैं; विद्युत अभियंता ड्राइव, तारों और नियंत्रणों सहित इलेक्ट्रॉनिक्स को जोड़ते हैं; और फिर सॉफ़्टवेयर अभियंता कोड लिखते हैं। हर बार कोई गलती या समस्या होने पर, परियोजना टीम को पीछे जाकर उसे ठीक करना पड़ता है। डिज़ाइन प्रक्रिया में बहुत सारा समय और ऊर्जा बदलावों या गलतियों के आधार पर डिज़ाइन को दोबारा करने में खर्च हो जाती है। सौभाग्य से, सीएडी सॉफ़्टवेयर के साथ यांत्रिकी का डिज़ाइन करना और अलग-अलग योजना और डिज़ाइन करना अब लगभग बीते दिनों की बात हो गई है।

आज, वर्चुअल इंजीनियरिंग टीमों को कई समानांतर रास्तों का उपयोग करके मशीनों के काम करने के तरीके को डिजाइन करने की सुविधा देती है, जिससे विकास चक्र और बाजार में उत्पाद लाने का समय काफी कम हो जाता है। एक डिजिटल ट्विन (मशीन का एक वर्चुअल प्रतिनिधित्व) बनाकर, प्रत्येक विभाग अपने दम पर काम कर सकता है और टीम के बाकी सदस्यों के साथ-साथ पुर्जे और नियंत्रण विकसित कर सकता है।

डिजिटल ट्विन इंजीनियरों को मशीन के विभिन्न डिज़ाइनों के साथ-साथ मशीन की तकनीकों का त्वरित परीक्षण करने की सुविधा देता है। उदाहरण के लिए, मान लीजिए किसी प्रक्रिया में वांछित मात्रा में सामग्री एकत्र होने तक मशीन फीड में सामग्री डाली जाती है और फिर उसे काटा जाता है; इसका मतलब है कि जब भी सामग्री को काटने की आवश्यकता हो, आपको फीड को रोकने का तरीका ढूंढना होगा। इस चुनौती से निपटने के कई तरीके हैं, और ये सभी मशीन के समग्र संचालन को प्रभावित कर सकते हैं। डिजिटल ट्विन की मदद से विभिन्न उपायों को आज़माना या घटकों को स्थानांतरित करके यह देखना आसान है कि इससे संचालन पर क्या प्रभाव पड़ता है, और इससे अधिक कुशल (और कम) प्रोटोटाइपिंग होती है।

वर्चुअल इंजीनियरिंग डिजाइन टीमों को यह देखने की सुविधा देती है कि पूरी मशीन और उसकी परस्पर संबंधित अवधारणाएं किसी विशेष लक्ष्य या लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए एक साथ कैसे काम करती हैं।

【टोपोलॉजी का चयन】

कई कार्यों, एक से अधिक गति अक्षों, बहु-आयामी गति और उच्च आउटपुट व थ्रूपुट वाले जटिल डिज़ाइनों के कारण सिस्टम की संरचना भी उतनी ही जटिल हो जाती है। केंद्रीकृत, नियंत्रक-आधारित स्वचालन या विकेंद्रीकृत, ड्राइव-आधारित स्वचालन में से चुनाव मशीन के डिज़ाइन पर निर्भर करता है। मशीन के समग्र और स्थानीय कार्यों सहित, उसके कार्य इस बात को प्रभावित करते हैं कि आप केंद्रीकृत या विकेंद्रीकृत संरचना का चुनाव करें। कैबिनेट का स्थान, मशीन का आकार, परिवेश की स्थितियाँ 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 सर्वोत्तम तरीका नियंत्रक-आधारित स्वचालन है। गति-नियंत्रण कमांड आमतौर पर ईथरकैट जैसे मानकीकृत रीयल-टाइम बस के माध्यम से विशिष्ट सर्वो-इनवर्टर को भेजे जाते हैं, और इनवर्टर सभी मोटरों को संचालित करते हैं।

कंट्रोलर-आधारित स्वचालन के साथ, कई गति अक्षों को समन्वित करके एक जटिल कार्य को अंजाम दिया जा सकता है। यह आदर्श प्रणाली है यदि गति मशीन का मुख्य आधार है और सभी भागों का सिंक्रनाइज़ेशन आवश्यक है। उदाहरण के लिए, यदि रोबोट आर्म को सही स्थिति में लाने के लिए प्रत्येक गति अक्ष का एक विशिष्ट स्थान पर होना महत्वपूर्ण है, तो आप संभवतः कंट्रोलर-आधारित स्वचालन का चयन करेंगे।

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 जिम्मेदारियों को संभालते हैं, एक I/O सिस्टम नियंत्रण संकेतों का मूल्यांकन करता है, और EtherCAT जैसी संचार बस एक एंड-टू-एंड नेटवर्क बनाती है।

विकेंद्रीकृत स्वचालन तब आदर्श होता है जब मशीन का एक हिस्सा किसी कार्य को पूरा करने की जिम्मेदारी ले सकता है और उसे लगातार केंद्रीय नियंत्रण को रिपोर्ट करने की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, मशीन का प्रत्येक हिस्सा तेजी से और स्वतंत्र रूप से कार्य करता है, और कार्य पूरा होने पर ही रिपोर्ट करता है। इस व्यवस्था में, चूंकि प्रत्येक उपकरण अपना भार स्वयं संभालता है, इसलिए पूरी मशीन अधिक वितरित प्रसंस्करण शक्ति का लाभ उठा सकती है।

केंद्रीकृत और विकेंद्रीकृत नियंत्रण। हालांकि केंद्रीकृत स्वचालन समन्वय प्रदान करता है और विकेंद्रीकृत स्वचालन अधिक कुशल वितरित प्रसंस्करण शक्ति प्रदान करता है, कभी-कभी दोनों का संयोजन सर्वोत्तम विकल्प होता है। अंतिम निर्णय लागत/मूल्य, उत्पादन क्षमता, दक्षता, समय के साथ विश्वसनीयता और सुरक्षा विनिर्देशों से संबंधित लक्ष्यों सहित व्यापक आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

परियोजना जितनी जटिल होगी, उतने ही महत्वपूर्ण यह होंगे कि आपके पास एक ऐसा मोशन कंट्रोल इंजीनियरिंग पार्टनर हो जो विभिन्न पहलुओं पर सलाह दे सके। जब मशीन निर्माता विज़न लेकर आता है और ऑटोमेशन पार्टनर उपकरण लेकर आता है, तभी आपको सर्वोत्तम समाधान प्राप्त होता है।

【मशीन नेटवर्किंग】

मोशन कंट्रोल को ध्यान में रखते हुए डिजाइन तैयार करने में स्वच्छ और भविष्य के लिए उपयुक्त इंटरकनेक्टिविटी स्थापित करना भी एक महत्वपूर्ण कदम है। मोटर और ड्राइव कहाँ स्थित हैं, यह जितना महत्वपूर्ण है, उतना ही महत्वपूर्ण संचार प्रोटोकॉल भी है, क्योंकि यह केवल घटकों के कार्य से संबंधित नहीं है, बल्कि यह भी महत्वपूर्ण है कि आप उन सभी को कैसे जोड़ते हैं।

एक अच्छा डिज़ाइन तारों की संख्या और उनकी दूरी को कम करता है। उदाहरण के लिए, एक दूरस्थ टर्मिनल तक जाने वाले 10 से 15 तारों के समूह को ईथरनेट केबल से बदला जा सकता है, जिसमें ईथरकैट जैसे औद्योगिक संचार प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है। ईथरनेट एकमात्र विकल्प नहीं है, लेकिन आप जो भी उपयोग करें, यह सुनिश्चित करें कि आपके पास सही संचार उपकरण या बसें हों, ताकि आप सामान्य प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकें। एक अच्छी संचार बस का चयन करना और सब कुछ व्यवस्थित करने की योजना बनाना 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 आपूर्ति को ऐसे इलेक्ट्रॉनिक घटकों के पास न रखें जो चुंबकीय हस्तक्षेप से प्रभावित हो सकते हैं। उच्च धारा या आवृत्ति वाले घटक तारों में विद्युत शोर उत्पन्न कर सकते हैं। इसलिए, बेहतर संचालन के लिए उच्च-वोल्टेज घटकों को निम्न-वोल्टेज घटकों से दूर रखें। इसके अलावा, पता करें कि आपका नेटवर्क सुरक्षा के लिहाज़ से प्रमाणित है या नहीं। यदि नहीं, तो आपको संभवतः हार्डवायर्ड रिडंडेंट सुरक्षा कनेक्शन की आवश्यकता होगी ताकि यदि कोई एक भाग विफल हो जाए, तो वह अपनी विफलता का पता लगा सके और प्रतिक्रिया कर सके।

जैसे-जैसे इंडस्ट्रियल इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IIoT) का प्रचलन बढ़ रहा है, मशीन में उन्नत कार्यक्षमताएँ जोड़ने पर विचार करें, जिनका उपयोग करने के लिए आप या आपके ग्राहक अभी पूरी तरह से तैयार न हों। मशीन में ये क्षमताएँ अंतर्निहित होने से बाद में उसे अपग्रेड करना आसान हो जाएगा।

【सॉफ़्टवेयर】

उद्योग के अनुमानों के अनुसार, जल्द ही ऐसा समय आएगा जब मशीन निर्माताओं को अपने मशीन विकास के समय का 50-60% हिस्सा सॉफ्टवेयर आवश्यकताओं पर केंद्रित करना होगा। यांत्रिकी पर ध्यान केंद्रित करने से इंटरफेस पर ध्यान केंद्रित करने की ओर यह बदलाव छोटे मशीन निर्माताओं को प्रतिस्पर्धात्मक रूप से नुकसान पहुंचाता है, लेकिन मॉड्यूलर सॉफ्टवेयर और मानकीकृत, खुले प्रोटोकॉल को अपनाने के इच्छुक कंपनियों के लिए समान अवसर भी प्रदान करता है।

सॉफ्टवेयर को जिस तरह से व्यवस्थित किया जाता है, वह मशीन की वर्तमान और भविष्य की क्षमताओं को बढ़ा या सीमित कर सकता है। मॉड्यूलर हार्डवेयर की तरह, मॉड्यूलर सॉफ्टवेयर 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। यदि आप मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर रहे हैं, तो आप प्रोग्रामिंग या कोडिंग में बदलाव किए बिना आसानी से एक घटक जोड़ सकते हैं। और, यदि आपके पास छह खंड हैं जो सभी एक ही काम कर रहे हैं, तो आप एक बार कोड लिखकर उसे सभी छह खंडों में उपयोग कर सकते हैं।

मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर से डिज़ाइनिंग न केवल अधिक कुशल हो जाती है, बल्कि इंजीनियर ग्राहकों की वांछित लचीलता भी प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि ग्राहक एक ऐसी मशीन चाहता है जो विभिन्न आकारों के उत्पादों को प्रोसेस कर सके, और सबसे बड़े आकार के उत्पाद के लिए एक सेक्शन के कार्य करने के तरीके में बदलाव की आवश्यकता हो। मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर के साथ, डिज़ाइनर मशीन के बाकी कार्यों को प्रभावित किए बिना उस सेक्शन को आसानी से बदल सकते हैं। इस बदलाव को स्वचालित किया जा सकता है ताकि OEM या ग्राहक भी मशीन के कार्यों के बीच तेज़ी से स्विच कर सकें। मॉड्यूल पहले से ही मशीन में मौजूद होने के कारण कुछ भी रीप्रोग्राम करने की आवश्यकता नहीं है।

मशीन निर्माता प्रत्येक ग्राहक की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए वैकल्पिक सुविधाओं के साथ एक मानक आधार मशीन की पेशकश कर सकते हैं। यांत्रिक, विद्युत और सॉफ़्टवेयर मॉड्यूल का एक पोर्टफोलियो विकसित करने से कॉन्फ़िगर करने योग्य मशीनों को जल्दी से असेंबल करना आसान हो जाता है।

मॉड्यूलर सॉफ़्टवेयर से अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, उद्योग मानकों का पालन करना आवश्यक है, विशेष रूप से 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 आपस में संवाद नहीं कर पाएंगे और भागों को जोड़ने का तरीका समझने में ही मॉड्यूलरिटी की सारी दक्षताएँ व्यर्थ हो जाएंगी।

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

OPC UA और MQTT सबसे आम मानक सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर हैं। OPC UA मशीनों, कंट्रोलरों, क्लाउड और अन्य IT उपकरणों के बीच लगभग वास्तविक समय में संचार को सक्षम बनाता है, और संभवतः यह एक समग्र संचार अवसंरचना के सबसे करीब है। MQTT एक हल्का IIoT-मैसेजिंग प्रोटोकॉल है जो दो अनुप्रयोगों को आपस में संवाद करने में सक्षम बनाता है। इसका उपयोग अक्सर एक ही उत्पाद में किया जाता है—उदाहरण के लिए, एक सेंसर या ड्राइव को उत्पाद से जानकारी प्राप्त करने और उसे क्लाउड पर भेजने की अनुमति देता है।

【क्लाउड कनेक्टिविटी】

आपस में जुड़ी हुई, क्लोज्ड-लूप मशीनें अभी भी बहुमत में हैं, लेकिन क्लाउड से पूरी तरह से नेटवर्क से जुड़ी फैक्ट्रियां तेजी से लोकप्रिय हो रही हैं। यह प्रवृत्ति पूर्वानुमानित रखरखाव और डेटा-संचालित उत्पादन के स्तर को बढ़ा सकती है और फैक्ट्री सॉफ्टवेयर में अगला बड़ा बदलाव है; इसकी शुरुआत रिमोट कनेक्टिविटी से होती है।

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

मशीन निर्माताओं के लिए, मोशन कंट्रोल ऑटोमेशन का उपयोग करना और ग्राहकों के संयंत्रों या कंपनियों को अधिक कुशल बनाने के लिए एक समग्र, संपूर्ण प्रक्रिया दृष्टिकोण अपनाना निश्चित रूप से अधिक व्यवसाय हासिल करने में सहायक होगा।