Сегодня производители производственных систем и конечные пользователи систем автоматизации постоянно ищут технологические усовершенствования, которые могли бы облегчить им жизнь. Инновации в рамках концепции «Индустрия 4.0» породили новый класс интеллектуальных технологий, которые сочетают цифровую электронику и коммуникационные интерфейсы для повышения сложности, функциональности и удобства использования.

По мере того, как все больше производственных компаний внедряют технологии, готовые к Индустрии 4.0, новые интеллектуальные мехатронные технологии наделяют машины большей интеллектуальностью и универсальностью. Эти передовые системы также проще в проектировании, заказе и развертывании, чем предыдущие варианты, что повышает их ценность для производителей оригинального оборудования и конечных пользователей.

Понимание возможностей интеллектуальной мехатроники может помочь инженерам-конструкторам систем оценить, как лучше всего использовать эти технологии для повышения конкурентоспособности своих производственных решений.

Современная мехатроника является интегрированной и универсальной.

Мехатроника — это системы и узлы, объединяющие разрозненные механические и электронные компоненты в решения, предназначенные для выполнения конкретных задач. В мире движения двумя примерами являются сборка и транспортировка продукции, обеспечиваемые мехатронными системами линейного перемещения и декартовыми роботами. Ключевым элементом мехатроники является тесная интеграция электронных двигателей, систем управления, датчиков и линейных компонентов. Мехатронику можно считать предшественницей технологий Индустрии 4.0.

Интеллектуальная мехатроника развивает эту концепцию дальше, воплощая ее в комплексных решениях, включающих передовые датчики и удобные для оператора платформы управления. Эти системы обеспечивают:

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

Первый шаг в развитии интеллектуальной мехатроники: онлайн-конфигурация.

Интеллектуальные мехатронные системы проектируются и вводятся в эксплуатацию быстрее и проще, чем предыдущие мехатронные системы. Это полезно, поскольку мехатроника по своей природе довольно сложна — она требует одновременного рассмотрения и расчета размеров множества линейных компонентов, приводов, контроллеров и интерфейсов оператора… а затем их тщательного комбинирования.

Первый шаг в выборе, приобретении и вводе в эксплуатацию интеллектуальной мехатронной машины — это использование онлайн-инструментов, доступных через порталы поставщиков. Эти инструменты конфигурации позволяют инженерам создавать интеллектуальные системы, готовые к работе «из коробки» с минимальным программированием… поэтому они, пожалуй, наиболее полезны для инженеров, имеющих лишь базовое понимание электрических и гидравлических приводов (включая линейное перемещение) и управления движением. Пользователи вводят такие параметры, как ход, вес заготовки и время цикла, после чего генерируется выходной сигнал, который можно проверить в среде САПР онлайн-инструмента. После подсказок по размерам и конфигуратору все компоненты для полного мехатронного решения — такие как декартов робот, прессовальный станок или соединительный станок — могут быть указаны за один раз. Это опция, которая позволяет инженерам получить комплексное решение от одного поставщика — интегрированную систему, поставляемую с предварительно запрограммированными последовательностями движений, готовую к внедрению по принципу «подключи и работай».

Более интеллектуальное и простое оперативное управление

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

Просто подумайте, как некоторые производители предлагают специализированные мехатронные функциональные комплекты для поддержки такого мониторинга. Например, один из функциональных комплектов для прессовального станка может включать электромеханический цилиндр, сервопривод, двигатель, контроллер, датчики и программное обеспечение для оператора, поддерживающее операции прессования и соединения. Станки, собранные с использованием такого функционального комплекта, легко внедрять, поскольку компоненты поставляются с предустановленным программным обеспечением… и автоматической параметризацией, готовой к работе на сервоприводе — поэтому для запуска станка не требуются знания в области программирования управления движением. Программное обеспечение имеет графический пользовательский интерфейс (GUI) с функцией перетаскивания, который позволяет операторам интуитивно создавать последовательности производственных операций — например, запрессовывать шарикоподшипники в корпус.

Кроме того, станок может быть оснащен встроенным датчиком силы для измерения и отслеживания операций. Например, такие датчики в прессовании подшипников могут отслеживать линейный актуатор, чтобы гарантировать, что он прикладывает точно необходимое усилие для вставки шариков в корпус подшипника. В то же время, система управления может также осуществлять контроль качества, обеспечивая правильное выполнение актуаторами точно заданных последовательностей. Поскольку такие последовательности на прессовальном станке обычно повторяются сотни или даже тысячи раз в час, контроллер системы записывает и затем передает для хранения измерения каждого цикла движения. Затем операторы могут использовать инструменты в пакете контроллера для создания визуализаций результатов процесса. Они могут показывать, превысили ли силы прессования пороговые значения процесса или нет… и позволять операторам анализировать кривые зависимости силы от смещения в режиме реального времени на своих рабочих местах. Такие данные позволяют опытным операторам станков поддерживать высочайшее качество и производительность производства без необходимости специализированного программирования или разработки аналитики качества экспертами-программистами.

Кроме того, данные могут экспортироваться через системные интерфейсы в общезаводские или облачные системы производственной аналитики… что делает интеллектуальную мехатронную систему неотъемлемым компонентом платформы Индустрии 4.0 компании.

Аналогичные возможности также используются в других сценариях автоматизации производства, включая системы линейного перемещения, такие как декартовы роботы для операций захвата и перемещения или транспортировки. В них используются аналогичные онлайн-инструменты для расчета и задания всех линейных модулей, приводов и концевых захватов, кабелей, датчиков, электроприводов и контроллеров, необходимых для создания комплексных систем обработки грузов.

Применение интеллектуальных мехатронных технологий на практике.

Интеллектуальная мехатроника демонстрирует, как сложные технологии могут решать сложные инженерные задачи более простым способом. В типичной отраслевой ситуации производители оборудования обычно пытаются разрабатывать собственные мехатронные узлы, заказывая и интегрируя отдельные компоненты — линейные актуаторы, контроллеры, источники питания, концевые захваты и многое другое. Этот процесс часто бывает громоздким и трудоемким.

Во многих компаниях или у системных интеграторов часто бывает так, что группа инженеров-механиков отвечает за определение и заказ одного комплекта компонентов, в то время как группа инженеров-электриков заказывает свои компоненты. Такие договоренности создают дополнительные сложности для отдела закупок, и инженерному персоналу приходится физически собирать все компоненты и программировать их, чтобы обеспечить корректную работу в соответствии со спецификацией.

Концепция интеллектуальной мехатроники меняет эту парадигму и, в процессе, освобождает инженеров, позволяя им уделять время и ресурсы более сложным и трудоемким задачам проектирования. Несомненно, преимущества и выгоды, предлагаемые технологией интеллектуальной мехатроники, помогут производителям создавать больше готовых к серийному производству систем со встроенными интеллектуальными и сенсорными технологиями, отвечающими требованиям Индустрии 4.0.

Хотя концепция интеллектуальной мехатроники очень интуитивно понятна, важно сотрудничать с поставщиками мехатроники, чьи портфолио и инженерный опыт охватывают весь спектр компонентов — линейные приводы, контроллеры, сервоприводы и программное обеспечение для операторов — необходимых для создания комплексных высокопроизводительных мехатронных решений. Также важно оценить качество и удобство использования их инструментов конфигурации, чтобы убедиться, что простота использования, обещанная интеллектуальными мехатронными системами, — от начала до конца — полностью реализована. Это помогает гарантировать, что производители оборудования и конечные пользователи смогут в полной мере использовать преимущества интеллектуальной мехатроники, обеспечивающие простоту подключения и эксплуатации, в своей работе.