Если вы строите машины, вы, вероятно, каждый день работаете с приводами и позиционирующими устройствами. Но действительно ли эти устройства обеспечивают максимальную производительность или минимальную стоимость владения? Ответ может оказаться не таким, как вы ожидаете.

Слишком часто инженеры воспринимают ступени или приводы как просто ещё один пункт в спецификации. Если устройство движения номинально соответствует требованиям к позиционированию, усилию, полезной нагрузке, скорости и стоимости, оно готово к использованию.

При простых требованиях к движению такой подход к выбору ступени или привода может дать приемлемые результаты. Однако для машин со сложными требованиями к движению выгодна стратегия проектирования встроенных систем движения. Вместо набора электромеханических компонентов, которые могут работать вместе не всегда хорошо, встроенные системы движения функционируют как полноценные подсистемы машины, готовые к использованию.

Встраиваемые системы управления движением проектируются таким образом, чтобы их можно было разместить в заранее определённом физическом пространстве машины и интегрировать в её систему управления движением, готовые принимать команды от компьютерного интерфейса верхнего уровня, платы управления или ПЛК. В простейшем случае встраиваемые системы управления движением могут состоять лишь из подвижной платформы или привода, объединённых для облегчения установки. В наиболее сложных случаях эти подсистемы управления движением охватывают всё: от распиновки до полезной нагрузки. Они охватывают не только само устройство управления движением, но и всё, что оно несёт.

По сравнению с подходом, основанным на покомпонентном подходе к движению машины, встроенное движение обеспечивает ряд убедительных преимуществ:

Механические характеристики

Даже при использовании одного и того же стола или привода встраиваемые системы движения, как правило, превосходят компоненты, собранные из компонентов. Причина этого кроется в опыте применения и сборки. Хороший поставщик встраиваемых систем движения обладает многолетним опытом решения сложных задач позиционирования и набором проверенных компонентов, которые можно адаптировать под конкретную задачу. Он должен досконально понимать, как динамика стола, архитектура управления движением и рабочая среда влияют на требования к позиционированию.

Что касается сборки, многим машиностроителям не хватает квалифицированных специалистов, специализированных приспособлений, лазерных интерферометров и других метрологических систем, необходимых для выравнивания самых точных многокоординатных столов, допуски совмещения которых между осями часто измеряются в микронах.

Экспертиза управления

Встраиваемые системы движения могут поставляться с элементами управления движением или без них в зависимости от требований заказчика. Однако стратегия управления всегда должна быть частью уравнения движения. Хороший поставщик встраиваемых систем движения обладает обширными знаниями о том, как различные платформы управления движением и их кинематические возможности взаимодействуют с механическими системами движения. Эти знания позволяют нам расширить границы возможного с точки зрения динамических характеристик, таких как приемлемые коэффициенты рассогласования моментов инерции.

Надежность

При вводе в эксплуатацию новой системы движения некоторые из наиболее распространенных проблем возникают из-за некорректной работы отдельных, казалось бы, незначительных компонентов или их некорректной работы друг с другом. Например, один неисправный разъём или неправильный провод могут привести к сбоям в работе даже самого лучшего подвижного модуля. Встроенные системы движения позволяют избежать подобных сбоев, поскольку они собираются и тестируются как единая система перед интеграцией в производственную машину. Поскольку системы движения состоят из отдельных компонентов, небольшие сбои и несовместимости могут остаться незамеченными до сборки всей производственной машины.

Снижение затрат

Встраиваемые системы управления движением обычно стоят на 25–50% дешевле, чем их компонентные аналоги. Отчасти эта экономия достигается за счёт возможности сократить количество деталей, например, за счёт использования кронштейнов, разъёмов и других компонентов. Снижение стоимости может значительно превысить 50%, если учесть все скрытые затраты, связанные с разработкой и установкой системы управления движением. К ним относятся затраты на проектирование, хранение запасов, время вывода продукции на рынок и многое другое.

Преимущества встроенного движения могут быть реализованы во многих областях применения. Мы внедрили этот подход на десятках полупроводниковых, лабораторных, лазерных, упаковочных и лабораторных автоматизированных станков.

Скрытые затраты на системы управления движением

Системы движения, состоящие из компонентов, имеют ряд скрытых затрат, которые можно устранить с помощью подхода, основанного на встроенном движении, в том числе:

1. Затраты на вывод продукции на рынок. Встроенные системы управления движением, изначально поддерживающие параллельное проектирование, могут сократить время разработки сложной машины на недели и даже месяцы.
2. Расходы на управление программой, производством и материалами. Встроенные системы управления движением поставляются в виде единой спецификации материалов, что исключает необходимость заказа, инвентаризации и сборки сотен деталей.
3. Производственные расходы. Системы точного перемещения требуют квалифицированных сборщиков и специализированного производственного оборудования, затраты на которое может быть сложно оправдать при неполной загрузке.
4. Гарантия и расходы на устранение неполадок. Хороший поставщик встраиваемых систем движения предоставляет гарантию на свои системы от сбоев и отвечает за свою работу, что снижает риски OEM-производителя.

Этот нетрадиционный станок с ЧПУ обладает всеми признаками идеального решения для встроенных систем управления движением. Для него требовалось:

1. Как органы управления, так и механическая экспертиза.Объединение механической системы с элементами управления и усилителями, поддерживающими сложную кинематику полярного движения, потребовало системного подхода и месяцев испытаний. Кроме того, для создания этой новой системы ЧПУ нам пришлось разработать комплекс методов и инструментов юстировки.

2. Компактная конструкция, простая интеграция.Пространство было в дефиците на этом настольном станке с ЧПУ. Конструкция сервомодуля Rotary с большим свободным сквозным отверстием позволила нам эффективно использовать имеющееся пространство. Сквозные отверстия диаметром 100 мм позволили легко подвести воздух непосредственно к шпинделю, встроить индексатор материала со стороны заготовки и выполнить все необходимые подключения к электросети.

3. Сдерживание затрат.Один из интересных аспектов этой встроенной системы управления движением заключается в том, что она не сложнее, чем требуется. Основным функциональным требованием была чистота поверхности, а не точность позиционирования. Требования к позиционированию на самом деле довольно скромны, по крайней мере, по нашим меркам. Поэтому мы смогли отказаться от энкодеров прямого считывания и запустить всю систему в режиме разомкнутого контура. Это сэкономило нашему клиенту тысячи долларов на каждом станке.

Начало работы со встроенным движением

Переход от покомпонентных систем управления движением к встроенным системам управления движением может показаться смелым шагом. В конце концов, вам придётся передать управление движением на аутсорсинг поставщику.

Однако, если вы выберете правильного поставщика, аутсорсинг окупится повышением производительности и надежности. Расходы также снизятся, поскольку подсистемы управления движением будут доставлены на ваш завод полностью протестированными, с гарантией и готовыми к установке на ваше оборудование.