Производители современного оборудования для производственных систем и конечные пользователи систем автоматизации постоянно стремятся к технологическим достижениям, которые облегчают им жизнь. Инновации Индустрии 4.0 привели к появлению нового класса интеллектуальных технологий, сочетающих цифровую электронику и коммуникационные интерфейсы для повышения уровня сложности, функциональности и простоты использования.

По мере того, как всё больше производственных компаний внедряют технологии, готовые к Индустрии 4.0, новые технологии интеллектуальной мехатроники делают машины более интеллектуальными и универсальными. Эти передовые системы также проще в настройке, заказе и развертывании, чем прежние решения, что повышает их ценность для производителей оригинального оборудования и конечных пользователей.

Понимание возможностей интеллектуальной мехатроники может помочь инженерам-проектировщикам систем оценить, как лучше всего использовать мехатронику, чтобы сделать свои производственные решения высококонкурентоспособными.

Современная мехатроника интегрирована и универсальна.

Мехатроника — это системы и подузлы, объединяющие разрозненные механические и электронные компоненты в решения, предназначенные для решения конкретных задач. В сфере движения двумя примерами являются сборка и транспортировка изделий, реализуемые мехатронными системами линейного перемещения и декартовыми роботами. В основе мехатроники лежит тесная интеграция электронных двигателей, органов управления, датчиков и линейных компонентов. Мехатронику можно считать предвестником технологий Индустрии 4.0.

Интеллектуальная мехатроника развивает эту концепцию, предлагая комплексные решения, включающие передовые датчики и удобные для оператора платформы контроллеров. Эти системы обеспечивают:

• Данные о производительности машины в режиме реального времени
• Данные о качестве производства в режиме реального времени (при необходимости)
• Точный контроль и выполнение последовательностей движений
• Автоматизированное отслеживание производственных данных и производительности
• Простое подключение к системам управления на уровне машины и всего предприятия

Умная мехатроника, шаг первый: онлайн-конфигурация

Интеллектуальная мехатроника быстрее и проще в проектировании и вводе в эксплуатацию, чем предыдущие мехатронные системы. Это полезно, поскольку мехатроника по своей природе довольно сложна, требуя одновременного рассмотрения и подбора множества линейных компонентов, приводов, контроллеров и интерфейсов оператора… а затем их тщательного комбинирования.

Первым шагом в определении спецификации, покупке и вводе в эксплуатацию интеллектуальной мехатронной машины является использование онлайн-инструментов, доступных через порталы поставщиков. Эти инструменты конфигурирования позволяют инженерам создавать интеллектуальные системы, готовые к работе «из коробки» с минимальным программированием… поэтому, пожалуй, они наиболее полезны инженерам, имеющим лишь базовые знания об электрических и гидравлических приводах (включая линейное перемещение) и системах управления движением. Пользователи вводят такие параметры, как ход поршня, вес заготовки и время цикла, которые затем генерируют выходные данные, которые можно проверить в среде CAD онлайн-инструмента. Последующие подсказки по выбору размеров и конфигуратору позволяют указать все компоненты для комплексного мехатронного решения, такие как декартов робот, пресс-форма или соединительный станок, за один раз. Это вариант, позволяющий инженерам получить комплексное решение от одного поставщика, получив интегрированную систему с предварительно запрограммированными последовательностями движений, готовую к внедрению по принципу «подключи и работай».

Более интеллектуальное и простое управление операциями

Интеллектуальная мехатроника может повысить производительность и гибкость, как правило, за счет «прозрачных» производственных процессов — с датчиками для мониторинга состояния в реальном времени.

Достаточно вспомнить, как некоторые производители предлагают специализированные мехатронные комплекты функций для поддержки такого мониторинга. Например, один комплект функций для прессового станка может включать электромеханический цилиндр, сервопривод, двигатель, контроллер, датчики и программное обеспечение оператора для поддержки операций прессования и сборки. Станки, созданные с использованием такого комплекта функций, просты в реализации, поскольку компоненты поставляются с предустановленным программным обеспечением… и автоматической параметризацией, готовой к работе на сервоприводе, поэтому для запуска станка в эксплуатацию не требуются знания программирования управления движением. Программное обеспечение имеет графический пользовательский интерфейс с функцией перетаскивания (GUI), который позволяет операторам интуитивно выстраивать производственные последовательности, например, запрессовку шарикоподшипников в корпус.

Кроме того, машина может быть оснащена встроенным датчиком силы для измерения и отслеживания операций. Например, такие датчики в приложениях для прессования подшипников могут отслеживать линейный привод, чтобы гарантировать приложение им точно необходимого усилия для установки шариков в корпус подшипника. Между тем, система управления также может осуществлять контроль качества, гарантируя, что приводы правильно выполняют свои точно контролируемые последовательности. Поскольку такие последовательности на прессе обычно повторяются сотни или даже тысячи раз в час, контроллер системы регистрирует и затем передает на хранение измерения каждого цикла движения. Операторы могут затем использовать инструменты в пакете контроллера для создания визуализаций результатов процесса. Они могут отображать, превысили ли усилия прессования пороговые значения или нет… и позволяют операторам анализировать кривые «сила-смещение» в режиме реального времени на своих рабочих местах. Такие данные позволяют опытным операторам машин поддерживать высочайшее качество производства и производительность без необходимости в специализированном программировании или разработке аналитики качества опытными инженерами-программистами.

Кроме того, данные можно экспортировать через системные интерфейсы в общезаводские или облачные системы производственной аналитики... что делает интеллектуальную мехатронную систему неотъемлемым компонентом платформы компании «Индустрия 4.0».

Аналогичные возможности также используются для других сценариев автоматизации производства, включая системы линейного перемещения, такие как декартовы роботы для манипуляций с грузами и транспортировки. Они используют аналогичные онлайн-инструменты конфигурирования для определения размеров и спецификации всех линейных модулей, исполнительных механизмов и рабочих органов, кабелей, датчиков, электроприводов и контроллеров, необходимых для комплексных систем перемещения.

Интеллектуальные мехатронные приложения в действии

Интеллектуальная мехатроника демонстрирует, как передовые технологии могут решать сложные инженерные задачи более простым способом. В обычной отраслевой практике машиностроители обычно пытаются разрабатывать собственные мехатронные узлы, заказывая и интегрируя отдельные компоненты — линейные приводы, контроллеры, источники питания, рабочие органы и многое другое. Этот процесс часто оказывается трудоемким и занимает много времени.

Во многих компаниях и системных интеграторах группа инженеров-механиков обычно отвечает за спецификацию и заказ одного набора компонентов, а группа электриков — заказывает его компоненты. Такие договоренности представляют большую сложность для отдела закупок, и инженерам приходится физически соединить всё это вместе и запрограммировать, чтобы гарантировать его работу в соответствии с требованиями.

Концепция интеллектуальной мехатроники меняет эту парадигму и, таким образом, освобождает инженеров, позволяя им уделять время и ресурсы более сложным и ответственным вопросам проектирования. Несомненно, преимущества и преимущества технологии интеллектуальной мехатроники помогут производителям создавать более готовые к производству системы со встроенными интеллектуальными технологиями и сенсорными технологиями, отвечающими требованиям Индустрии 4.0.

Несмотря на то, что концепция интеллектуальной мехатроники интуитивно понятна, важно работать с поставщиками мехатроники, чьи портфолио и инженерный опыт охватывают весь спектр компонентов — линейные системы перемещения, контроллеры, сервоприводы и программное обеспечение оператора, — необходимых для создания комплексных высокопроизводительных мехатронных решений. Также важно оценить качество и удобство использования их инструментов конфигурирования, чтобы убедиться в полной реализации простоты использования, которую обеспечивают интеллектуальные мехатронные механизмы — от начала до конца. Это помогает машиностроителям и конечным пользователям в полной мере использовать преимущества технологии «подключи и работай» (plug-and-product) интеллектуальной мехатроники в своей работе.