יצרני ציוד מקורי (OEM) של מערכות ייצור ומשתמשי קצה בתחום האוטומציה של ימינו מחפשים ללא הרף התקדמות טכנולוגית כדי להקל על חייהם. חידושים בתעשייה 4.0 הובילו לסוג חדש של טכנולוגיות חכמות המשלבות אלקטרוניקה דיגיטלית וממשקי תקשורת לשיפור תחכום, פונקציונליות וקלות שימוש.

ככל שיותר חברות ייצור מאמצות טכנולוגיה מוכנה לתעשייה 4.0, טכנולוגיות מכטרוניקה חכמות מתפתחות מעניקות למכונות אינטליגנציה וגמישות רבה יותר. מערכות מתקדמות אלו גם קלות יותר להגדרה, הזמנה ופריסה בהשוואה לאפשרויות קודמות - מה שמשפר את ערכן עבור יצרני ציוד מקורי (OEM) ומשתמשי קצה.

הבנת היכולות של מכטרוניקה חכמה יכולה לעזור למהנדסי תכנון מערכות להעריך כיצד למנף בצורה הטובה ביותר את המכטרוניקה הזו כדי להפוך את פתרונות הייצור שלהם לתחרותיים ביותר.

מכטרוניקה מודרנית משולבת ורב-תכליתית

מכטרוניקה היא מערכות ותת-הרכבות המשלבות רכיבים מכניים ואלקטרוניים שונים לפתרונות ייעודיים למשימות ספציפיות. בעולם התנועה, שתי דוגמאות לכך הן הרכבה והובלת מוצרים, המבוצעות על ידי מערכות תנועה לינאריות מכטרוניות ורובוטים קרטזיים. הליבה של המכטרוניקה היא שילוב הדוק של מנועים אלקטרוניים, בקרות, חיישנים ורכיבים ליניאריים. מכטרוניקה יכולה להיחשב כמבשרת טכנולוגיות Industry 4.0.

מכטרוניקה חכמה לוקחת את הקונספט צעד קדימה - ומגיעה לצורתם של פתרונות שלמים המשלבים חיישנים מתקדמים ופלטפורמות בקרה ידידותיות למפעיל. מערכות אלו מניבות:

• נתונים בזמן אמת על ביצועי המכונה
• נתונים בזמן אמת על איכות הייצור, במידת הצורך
• שליטה וביצוע מדויקים של רצפי תנועה
• מעקב אוטומטי אחר נתוני ייצור ותפוקה
• קישוריות קלה עם מערכות ניהול ברמת המכונה וברמת המפעל כולו

מכטרוניקה חכמה שלב ראשון: תצורה מקוונת

מכטרוניקה חכמה מהירה וקלה יותר לתכנון ולהפעלה בהשוואה למערכות מכטרוניקה קודמות. זה מועיל מכיוון שמכטרוניקה היא מטבעה מורכבת למדי - דורשת שיקול דעת וגודל בו זמנית של רכיבים ליניאריים מרובים, כוננים, בקרים וממשקי מפעיל... ולאחר מכן שילוב זהיר שלהם.

הצעד הראשון באפיון, רכישה והפעלת מכונה מכטרוניקה חכמה הוא ניצול כלים מקוונים הנגישים דרך פורטלים של ספקים. כלי תצורה אלה מאפשרים למהנדסים לבנות מערכות חכמות מוכנות לפעולה "ישר מהקופסה" עם תכנות מינימלי... ולכן הם אולי מועילים ביותר למהנדסים בעלי הבנה בסיסית בלבד של הפעלה חשמלית וזרימה (כולל תנועה ליניארית) ובקרות תנועה. משתמשים מזינים פרמטרים כגון מהלך, משקל חומר העבודה וזמן מחזור, אשר לאחר מכן מייצרים פלט שניתן לאמת בסביבת ה-CAD של הכלי המקוון. באמצעות הנחיות הגודל והתצורה הבאות, ניתן לציין את כל הרכיבים עבור הפתרון המכטרוניקה המלא - כגון רובוט קרטזיאני, מכונת כבישה או מכונת חיבור - בבת אחת. זוהי אפשרות המאפשרת למהנדסים לקבל פתרון מלא מספק יחיד - קבלת מערכת משולבת המסופקת עם רצפי תנועה מתוכנתים מראש מוכנים ליישום "חבר וייצור".

בקרה תפעולית חכמה ופשוטה יותר

מכטרוניקה חכמה יכולה לשפר את הפרודוקטיביות והגמישות, בדרך כלל באמצעות תהליכי ייצור "שקופים" - עם חיישנים לניטור מצב בזמן אמת.

רק חשבו כיצד יצרנים מסוימים מציעים ערכות פונקציות מכטרוניות ספציפיות לפעולה כדי לתמוך בניטור כזה. לדוגמה, ערכת פונקציות אחת עבור מכונת כבישה עשויה לכלול גליל אלקטרומכני, מנוע סרוו, מנוע, בקר, חיישנים ותוכנת מפעיל לתמיכה בפעולות כבישה והרכבה. מכונות שנבנו באמצעות ערכת פונקציות כזו קלות ליישום, מכיוון שהרכיבים מגיעים עם תוכנת הפעלה מותקנת מראש... ופרמטריזציה אוטומטית מוכנה להפעלה על מנוע הסרוו - כך שאין צורך בידע בתכנות בקרת תנועה כדי להפעיל את המכונה. התוכנה כוללת ממשק משתמש גרפי (GUI) של גרירה ושחרור המאפשר למפעילים לבנות באופן אינטואיטיבי רצפי ייצור - כגון כבישת מיסבים כדוריים לתוך בית, למשל.

בנוסף, המכונה יכולה להגיע עם חיישן כוח משולב למדידה ומעקב אחר פעולות. לדוגמה, חיישנים כאלה ביישום מכבש מסבים עשויים לעקוב אחר המפעיל הליניארי כדי להבטיח שהוא מפעיל את הכוח הנכון בדיוק כדי להכניס את הכדורים לתוך בית המיסב שלהם. במקביל, בקרות המערכת יכולות גם לבצע בקרת איכות על ידי הבטחה שהמפעילים פועלים כראוי דרך הרצפים הנשלטים במדויק שלהם. מכיוון שרצפים כאלה במכונת כבישה חוזרים בדרך כלל על עצמם מאות או אפילו אלפי פעמים בשעה, בקר המערכת רושם ולאחר מכן מעביר לאחסון את המדידות של כל מחזור תנועה. לאחר מכן, מפעילים יכולים להשתמש בכלים בחבילת הבקר כדי ליצור הדמיות של תוצאות התהליך. אלה עשויות למפות האם כוחות הכבישה חרגו או לא עמדו בספי התהליך... ולאפשר למפעילים לנתח עקומות כוח-תזוזה בזמן אמת בתחנות העבודה שלהם. נתונים כאלה מאפשרים למפעילי מכונות מנוסים לשמור על איכות ייצור ופרודוקטיביות גבוהות ללא כל תכנות מיוחד או פיתוח ניתוח איכות על ידי מהנדסי תוכנה מומחים.

בנוסף, ניתן לייצא נתונים גם דרך ממשקי מערכת למערכות אנליטיקה ייצור כלל-מפעליות או מבוססות ענן ... מה שהופך את מערכת המכטרוניקה החכמה למרכיב בלתי נפרד מפלטפורמת Industry 4.0 של חברה.

יכולות דומות נפרסות גם עבור תרחישים אחרים של אוטומציה במפעלים, כולל מערכות תנועה לינארית כגון רובוטים קרטזיים לטיפול ברכב עבור פעולות איסוף והצבה או הובלה. הם משתמשים בכלי תצורה מקוונים דומים כדי לקבוע את גודלם ולציין את כל המודולים הליניאריים, המפעילים ואפקטורי הקצה, הכבלים, החיישנים, המניעים החשמליים והבקר הדרושים למערכות טיפול שלמות.

יישומי מכטרוניקה חכמים בפעולה

מכטרוניקה חכמה מדגימה כיצד טכנולוגיה מתוחכמת יכולה לפתור בעיות הנדסיות מורכבות בצורה פשוטה יותר. בתרחיש נפוץ בתעשייה, בוני מכונות ניסו בדרך כלל לפתח מכלולי מכטרוניקה משלהם על ידי הזמנה ושילוב של רכיבים נפרדים - מפעילים ליניאריים, בקרים, ספקי כוח, אפקטורים סופיים ועוד. תהליך זה לרוב מסורבל וגוזל זמן.

בחברות רבות או במשלבי מערכות, מקובל שקבוצת הנדסת המכונות אחראית על ציון והזמנה של סט רכיבים אחד, בעוד שקבוצת החשמל מזמינה את הרכיבים שלה. הסדרים כאלה מאתגרים יותר עבור מחלקת הרכש, וצוות ההנדסה מוטל על משימה להתאים את הכל פיזית ולתכנת אותו כדי להבטיח שהוא יפעל כמצוין.

תפיסת המכטרוניקה החכמה משנה את הפרדיגמה הזו, ובתהליך זה מפנה את המהנדסים כדי שיוכלו להקדיש זמן ומשאבים לנושאי תכנון מורכבים ומאתגרים יותר. אין ספק שהיתרונות והיתרונות שמציעה טכנולוגיית המכטרוניקה החכמה יסייעו ליצרנים לבנות מערכות מוכנות יותר לייצור, עם טכנולוגיית אינטליגנציה וחיישנים מובנית לתמיכה בדרישות Industry 4.0.

למרות שמושג המכטרוניקה החכמה הוא אינטואיטיבי מאוד, עדיין חשוב לעבוד עם ספקי מכטרוניקה שתיק העבודות והמומחיות ההנדסית שלהם מקיפים את מלוא מגוון הרכיבים - מוצרי תנועה ליניארית, בקרים, מנועי סרוו ותוכנות מפעיל - הנחוצים לבניית פתרונות מכטרוניקה מלאים ובעלי ביצועים גבוהים. חשוב גם להעריך את האיכות וקלות השימוש של כלי התצורה שלהם, כדי לוודא שקלות השימוש המובטחת על ידי תנועות המכטרוניקה החכמות - מתחילתן ועד סופן - מסופקת במלואה. זה עוזר להבטיח שבוני מכונות ומשתמשי קצה יוכלו למנף באופן מלא את היתרונות של "חבר ויצר" של מכטרוניקה חכמה בפעילותם.