Если вы занимаетесь производством машин, вы, вероятно, ежедневно работаете с приводами и позиционирующими платформами. Но действительно ли вы получаете максимальную производительность или минимальные эксплуатационные расходы от этих устройств управления движением? Ответ может оказаться не таким, как вы ожидаете.

Слишком часто инженеры рассматривают подвижные платформы или исполнительные механизмы просто как еще один пункт в спецификации материалов. Пока устройство перемещения в целом соответствует требуемым параметрам позиционирования, силы, полезной нагрузки, скорости и стоимости, оно готово к использованию.

При простых требованиях к перемещению такой подход к выбору платформы или исполнительного механизма может дать приемлемые результаты. Однако для машин со сложными требованиями к механическому перемещению будет полезнее использовать стратегию проектирования с интегрированными системами управления движением. Вместо набора электромеханических компонентов, которые могут хорошо или плохо взаимодействовать друг с другом, интегрированные системы управления движением функционируют как настоящие подсистемы машины, готовые к подключению и использованию.

Встраиваемые системы управления движением проектируются таким образом, чтобы помещаться в заранее определенном физическом пространстве на станке и подключаться к системе управления движением станка, готовые принимать команды от компьютерного интерфейса верхнего уровня, платы управления или ПЛК. В простейшем случае встраиваемые системы управления движением могут представлять собой не более чем платформу или исполнительный механизм с разъемами для упрощения установки. В наиболее сложных случаях эти подсистемы управления движением охватывают все этапы, от расположения контактов до полезной нагрузки. Они включают в себя не только само устройство управления движением, но и все, что оно несет.

По сравнению с поэтапным подходом к управлению движением машин, встроенная система управления движением обладает рядом существенных преимуществ:

Механические характеристики

Даже при использовании одной и той же платформы или исполнительного механизма, встроенные системы управления движением, как правило, превосходят системы, созданные на основе отдельных компонентов. Причина кроется в опыте применения и сборки. Хороший поставщик встроенных систем управления движением обладает многолетним опытом решения сложных задач позиционирования и набором проверенных компонентов, которые можно адаптировать под конкретную задачу. Он досконально понимает, как динамика платформы, архитектура управления движением и условия эксплуатации влияют на требования к позиционированию.

Что касается сборки, то многим производителям оборудования не хватает квалифицированных техников, специализированных приспособлений, лазерных интерферометров и других метрологических систем, необходимых для выравнивания самых точных многоосевых столов, допуски на выравнивание которых часто измеряются в микронах.

Экспертиза в области систем управления

Встраиваемые системы управления движением могут поставляться с элементами управления или без них, в зависимости от требований заказчика. Однако стратегия управления всегда должна быть частью уравнения встраиваемой системы управления движением. Хороший поставщик встраиваемых систем управления движением обладает обширными знаниями о том, как различные платформы управления движением и их кинематические возможности будут взаимодействовать с механическими системами управления движением. Эти знания позволяют нам расширить границы возможного в плане динамических возможностей, таких как допустимые коэффициенты несоответствия инерции.

Надежность

При вводе в эксплуатацию новой системы управления движением наиболее распространенные проблемы возникают из-за того, что отдельные, казалось бы, незначительные компоненты не работают должным образом — или не взаимодействуют друг с другом. Например, неисправный разъем или неправильный провод могут привести к тому, что даже самая лучшая система управления движением останется неподвижной. Встроенные системы управления движением позволяют избежать подобных сбоев, поскольку они собираются и тестируются как единая система до интеграции в производственное оборудование. В системах управления движением, состоящих из отдельных компонентов, мелкие неисправности и несовместимости могут остаться незамеченными до тех пор, пока не будет собрано производственное оборудование.

Снижение затрат

Встраиваемые системы управления движением обычно стоят на 25–50% меньше, чем их аналоги, состоящие из отдельных компонентов. Частично эта экономия достигается за счет сокращения количества деталей — например, путем включения в конструкцию кронштейнов, соединителей и других компонентов. Снижение стоимости может значительно превышать 50%, если учесть все скрытые затраты, связанные с проектированием и установкой системы управления движением. К ним относятся затраты на проектирование, складские запасы, время выхода на рынок и многое другое.

Встроенные системы управления движением могут принести пользу многим типам приложений. Мы внедрили этот подход на десятках полупроводниковых, лабораторных, лазерных, упаковочных и автоматизированных лабораторных станков.

Скрытые издержки систем управления движением

В составных системах управления движением входит ряд скрытых издержек, которые можно устранить с помощью подхода, основанного на встроенных системах управления движением, в том числе:

1. Сокращение времени выхода на рынок. Встроенные системы управления движением, которые по своей природе поддерживают параллельное проектирование, могут сократить время разработки сложной машины на недели или даже месяцы.
2. Затраты на программное обеспечение, производство и управление материалами. Встроенные системы управления движением поставляются в виде единого комплектующего элемента, что исключает необходимость заказа, учета и сборки сотен деталей.
3. Производственные затраты. Для создания прецизионных систем перемещения требуются квалифицированные специалисты по сборке и специализированное производственное оборудование, экономическую целесообразность которого сложно обосновать при неполной загрузке.
4. Гарантийные расходы и затраты, связанные с отказами. Хороший поставщик встраиваемых систем управления движением гарантирует защиту своих систем от поломок и отвечает за свою работу, что снижает риски для производителя оборудования.

Этот нетрадиционный станок с ЧПУ обладает всеми признаками идеального приложения для встроенной системы управления движением. Для его работы потребовалось:

1. Обладаю как навыками в области управления, так и техническими знаниями.Для объединения механической системы с элементами управления и усилителями, обеспечивающими сложную кинематику полярного перемещения, потребовался системный подход и месяцы тестирования. Нам также пришлось разработать набор методов и инструментов выравнивания для создания этой новой системы ЧПУ.

2. Компактный дизайн, простая интеграция.Пространство на этом настольном станке с ЧПУ было на вес золота. Конструкция сервомодуля Rotary, включающая большое сквозное отверстие без препятствий, позволила нам эффективно использовать доступное пространство. Сквозные отверстия диаметром 100 мм упростили подачу воздуха непосредственно к шпинделю, встраивание датчика положения материала со стороны заготовки и выполнение всех необходимых подключений питания.

3. Снижение затрат.Одна из интересных особенностей этой встроенной системы управления движением заключается в том, что она не сложнее, чем это необходимо. Основное функциональное требование касалось качества обработки поверхности, а не точности позиционирования. Требования к позиционированию на самом деле довольно скромные, по крайней мере, по нашим меркам. Поэтому мы смогли отказаться от прямого считывания показаний энкодеров и запустить всю систему в режиме разомкнутого контура. Это позволило нашему клиенту сэкономить тысячи долларов на каждой машине.

Начало работы с встроенным управлением движением

Переход от компонентно-ориентированных систем управления движением к встроенным системам управления движением может показаться рискованным шагом. В конце концов, вы будете передавать управление движением стороннему поставщику.

Однако, если вы выберете правильного поставщика, аутсорсинг окупится за счет повышения производительности и надежности. Затраты также снизятся, поскольку системы управления движением будут доставлены на ваше предприятие полностью протестированными, с гарантией и готовыми к установке в ваше оборудование.