OEM'lerin ve tasarım mühendislerinin motorlar, sürücüler ve kontrolörler hakkında bilmesi gerekenler.

Tasarımcılar ister hareket odaklı bir makineyi geliştiriyor ister yeni bir makine inşa ediyor olsun, işe hareket kontrolünü göz önünde bulundurarak başlamaları çok önemlidir. Ardından, etkili ve verimli otomasyon elde etmenin en iyi yolunu belirleyerek tasarımı geliştirebilirler.

Hareket tabanlı makineler, temel işlevleri etrafında tasarlanmalı ve üretilmelidir. Örneğin, belirli bir sarım uygulaması setine dayanan bir baskı makinesi için, tasarımcılar kritik parçalara odaklanır ve makinenin geri kalanını temel işlevleri destekleyecek şekilde geliştirir.

Bu, Tasarım Mühendisliği 101 gibi görünse de, pazara sunma süresi baskıları ve geleneksel olarak mekanik, elektrik ve yazılım departmanlarına ayrılmış ekipler nedeniyle, tasarımın büyük ölçüde doğrusal bir sürece dönüşmesi kolaydır. Ancak hareket kontrolünü göz önünde bulundurarak tasarım yapmak, ilk konseptlerin geliştirilmesini, sistem topolojisinin ve makine yaklaşımının belirlenmesini ve bağlantı arayüzü ile yazılım mimarisinin seçilmesini içeren bir mekatronik yaklaşımı gerektirir.

Mühendislerin her makine tasarım projesinin başlangıcından itibaren dikkate alması gereken motorlar, sürücüler, kontrolörler ve yazılımların bazı temel yönleri şunlardır: Böylece verimsizlikler, hatalar ve maliyetler azaltılırken, OEM'lerin müşteri sorunlarını daha kısa sürede çözmesi mümkün kılınır.

【Tasarım Süreci】

Parçaların nasıl ve nereye taşınacağı, özellikle yenilikçi makineler geliştirirken mühendislerin mühendislik çabalarının çoğunu harcadığı konulardır. Yenilikçi yapılar açık ara en çok zaman alan yapılar olsa da, özellikle ekipler sanal mühendislik ve modüler tasarımlardaki en son yenilikleri kullanıyorsa, genellikle en büyük yatırım getirisini sağlarlar.

Sıfırdan bir makine geliştirirken atılacak ilk adım şu soruyu sormaktır: Bu makinenin kritik işlevleri nelerdir? Kolay temizlenebilir, düşük bakım gerektiren veya son derece hassas bir makine üretmek olabilir. Gerekli işlevi, performansı veya bakım seviyesini sağlayacak teknolojiyi belirleyin.

Çözülmesi gereken sorun ne kadar karmaşıksa, en önemli işlevleri belirlemek de o kadar zor olacaktır. Kritik ayrıntıları belirlemenize ve doğru yaklaşımı belirlemenize yardımcı olabilecek hareket odaklı bir otomasyon tedarikçisiyle çalışmayı düşünün.

Ardından şunu sorun: Makinenin standart işlevleri nelerdir? Daha önceki baskı makinesi örneğinden devam edersek, üzerine baskı yapılan malzemeyi çözmek için kullanılan gerilim ve sensör kontrolleri oldukça standarttır. Aslında, yeni bir makinenin görevlerinin yaklaşık %80'i önceki makinelerin görevlerinden türetilmiştir.

Standart fonksiyonların mühendislik gereksinimlerini karşılamak için modüler donanım ve kod programlama kullanmak, projeyi tamamlamak için gereken tasarım kaynaklarının miktarını önemli ölçüde azaltır. Ayrıca, zamanla test edilmiş fonksiyonları kullanarak güvenilirliği artırır ve tasarımın daha karmaşık kısımlarına odaklanmanızı sağlar.

Standart işlevleri modüler donanım ve yazılımla sunabilen bir hareket kontrol ortağıyla çalışmak, ürününüzü rakiplerinden ayıran katma değerli özelliklere odaklanabileceğiniz anlamına gelir.

Tipik bir tasarım projesinde, makine mühendisleri makinenin yapısını ve mekanik bileşenlerini inşa eder; elektrik mühendisleri sürücüler, kablolar ve kontroller dahil olmak üzere elektronik aksamları ekler; ardından yazılım mühendisleri kodu yazar. Her hata veya sorun çıktığında, proje ekibinin geriye dönüp düzeltmesi gerekir. Tasarım sürecinde, değişikliklere veya hatalara dayanarak tasarımı yeniden yapmak için çok fazla zaman ve enerji harcanır. Neyse ki, CAD yazılımlarıyla mekanik tasarım yapmak ve bölümlere ayrılmış planlama ve tasarım neredeyse geçmişte kaldı.

Günümüzde sanal mühendislik, ekiplerin makinelerin nasıl çalışacağını birkaç paralel yol kullanarak tasarlamalarına olanak tanır ve böylece geliştirme döngüsünü ve pazara sunma süresini önemli ölçüde kısaltır. Dijital bir ikiz (makinenin sanal bir temsili) oluşturarak, her departman kendi başına çalışabilir ve ekibin geri kalanıyla eş zamanlı olarak parça ve kontroller geliştirebilir.

Dijital ikiz, mühendislerin bir makine için çeşitli tasarımları ve makine teknolojilerini hızla test etmelerini sağlar. Örneğin, bir işlem, istenen miktar toplanana kadar bir makine beslemesine malzeme beslenmesini ve ardından malzemenin kesilmesini gerektirebilir; bu, malzemenin kesilmesi gerektiğinde beslemeyi durdurmanın bir yolunu bulmanız gerektiği anlamına gelir. Bu zorlukla başa çıkmanın birkaç yolu vardır ve bunların hepsi makinenin genel çalışma şeklini etkileyebilir. Dijital ikiz ile farklı çözümler denemek veya operasyonları nasıl etkilediğini görmek için bileşenlerin yerini değiştirmek kolaydır ve daha verimli (ve daha az) prototiplemeye yol açar.

Sanal mühendislik, tasarım ekiplerinin tüm makinenin ve onun örtüşen kavramlarının belirli bir veya birden fazla hedefe ulaşmak için nasıl birlikte çalıştığını görmelerini sağlar.

【Topolojinin Seçilmesi】

Birden fazla fonksiyona, birden fazla hareket eksenine ve çok boyutlu harekete sahip karmaşık tasarımlar ve daha hızlı çıktı ve işlem hacmi, sistem topolojisini de aynı derecede karmaşık hale getirir. Merkezi, denetleyici tabanlı otomasyon ile merkezi olmayan, sürücü tabanlı otomasyon arasında seçim yapmak, tasarlanan makineye bağlıdır. Makinenin hem genel hem de yerel işlevleri, merkezi veya merkezi olmayan topolojiyi seçmenizi etkiler. Kabin alanı, makine boyutu, ortam koşulları ve hatta kurulum süresi de bu kararı etkiler.

Merkezi otomasyon. Karmaşık makineler için koordineli hareket kontrolü sağlamanın en iyi yolu, kontrolör tabanlı otomasyondur. Hareket kontrol komutları genellikle EtherCAT gibi standartlaştırılmış bir gerçek zamanlı veri yolu aracılığıyla belirli servo invertörlere iletilir ve invertörler tüm motorları çalıştırır.

Kontrolör tabanlı otomasyonla, karmaşık bir görevi gerçekleştirmek için birden fazla hareket ekseni koordine edilebilir. Hareket makinenin merkezindeyse ve tüm parçaların senkronize olması gerekiyorsa, bu ideal bir topolojidir. Örneğin, bir robot kolunu doğru şekilde konumlandırmak için her hareket ekseninin belirli bir konumda olması kritik öneme sahipse, büyük olasılıkla kontrolör tabanlı otomasyonu tercih edersiniz.

Dağıtık otomasyon. Daha kompakt makineler ve makine modülleriyle, dağıtık hareket kontrolü makine kontrollerindeki yükü azaltır veya ortadan kaldırır. Bunun yerine, daha küçük invertör sürücüler dağıtık kontrol sorumluluklarını üstlenir, bir G/Ç sistemi kontrol sinyallerini değerlendirir ve EtherCAT gibi bir iletişim veri yolu uçtan uca bir ağ oluşturur.

Dağıtık otomasyon, makinenin bir bölümünün bir görevi tamamlama sorumluluğunu üstlenebildiği ve merkezi kontrole sürekli olarak rapor vermek zorunda olmadığı durumlarda idealdir. Bunun yerine, makinenin her bölümü hızlı ve bağımsız bir şekilde çalışır ve yalnızca görevi tamamlandığında rapor verir. Her cihaz bu şekilde kendi yükünü idare ettiği için, genel makine daha dağıtılmış işlem gücünden yararlanabilir.

Merkezi ve merkezi olmayan kontrol. Merkezi otomasyon koordinasyon sağlarken, merkezi olmayan otomasyon daha verimli dağıtılmış işlem gücü sağlasa da, bazen her ikisinin birleşimi en iyi seçimdir. Nihai karar, Maliyet/değer, Verim, Verimlilik, Zaman içinde güvenilirlik ve Güvenlik özellikleriyle ilgili hedefler de dahil olmak üzere genel gereksinimlere bağlıdır.

Proje ne kadar karmaşıksa, farklı yönlerde tavsiyelerde bulunabilecek bir hareket kontrol mühendisliği ortağına sahip olmak o kadar önemlidir. Makine üreticisi vizyonu, otomasyon ortağı ise araçları getirdiğinde, en iyi çözüme ulaşırsınız.

【Makine Ağları】

Hareket kontrolünü göz önünde bulundurarak tasarım yaparken temiz ve geleceğe dönük bir bağlantı kurmak da önemli bir adımdır. İletişim protokolü, motorların ve sürücülerin nerede bulunduğu kadar önemlidir, çünkü sadece bileşenlerin ne yaptığı değil, aynı zamanda nasıl bağlandığı da önemlidir.

İyi bir tasarım, kablo sayısını ve kat etmeleri gereken mesafeyi azaltır. Örneğin, uzak bir terminale giden 10 ila 15 kablo seti, EtherCAT gibi endüstriyel bir iletişim protokolü kullanan bir Ethernet kablosuyla değiştirilebilir. Ethernet tek seçenek değildir, ancak hangisini kullanırsanız kullanın, ortak protokolleri kullanabilmeniz için doğru iletişim araçlarına veya veri yollarına sahip olduğunuzdan emin olun. İyi bir iletişim veri yolu seçmek ve her şeyin nasıl yerleştirileceğine dair bir plan yapmak, gelecekteki genişlemeleri çok daha kolay hale getirir.

Kabinin içinde en başından itibaren iyi bir tasarım oluşturmaya odaklanın. Örneğin, güç kaynaklarını manyetik parazitten etkilenebilecek elektronik bileşenlerin yakınına koymayın. Yüksek akım veya frekansa sahip bileşenler, kablolarda elektriksel gürültü oluşturabilir. Bu nedenle, en iyi performans için yüksek voltajlı bileşenleri düşük voltajlı bileşenlerden uzak tutun. Ayrıca, ağınızın güvenlik sınıfına uygun olup olmadığını öğrenin. Uygun değilse, bir parça arızalanırsa kendi arızasını algılayıp tepki vermesi için muhtemelen sabit kablolu yedekli güvenlik bağlantılarına ihtiyacınız olacaktır.

Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) yaygınlaştıkça, sizin veya müşterilerinizin henüz kullanmaya hazır olmadığı gelişmiş işlevler eklemeyi düşünün. Bu özellikleri makineye entegre etmek, daha sonra o makineyi yükseltmeyi kolaylaştıracaktır.

【Yazılım】

Sektör tahminlerine göre, OEM'lerin makine geliştirme sürelerinin %50-60'ını yazılım gereksinimlerine ayırması uzun sürmeyecek. Mekaniğe odaklanmaktan arayüze odaklanmaya geçiş, küçük makine üreticilerini rekabette dezavantajlı duruma düşürse de, modüler yazılım ve standartlaştırılmış, açık protokolleri benimsemeye istekli şirketler için eşit şartlar sağlayabilir.

Yazılımın nasıl organize edildiği, bir makinenin şu anda ve gelecekte yapabileceklerini genişletebilir veya sınırlayabilir. Modüler donanım gibi, modüler yazılım da makine üretiminin hızını ve verimliliğini artırır.

Örneğin, bir makine tasarlıyorsunuz ve iki aşama arasına fazladan bir adım eklemek istiyorsunuz. Modüler bir yazılım kullanıyorsanız, yeniden programlama veya kodlama yapmadan kolayca bir bileşen ekleyebilirsiniz. Aynı işi yapan altı bölümünüz varsa, kodu bir kez yazıp altı bölümün tamamında kullanabilirsiniz.

Modüler yazılımla tasarım yapmak daha verimli olmakla kalmaz, aynı zamanda mühendislerin müşterilerin özlediği esnekliği de sağlamasına olanak tanır. Örneğin, müşterinin farklı boyutlarda ürünler çalıştıran bir makine istediğini ve en büyük boyutun bir bölümün işleyişinde değişiklik gerektirdiğini varsayalım. Modüler yazılımla tasarımcılar, makinenin diğer işlevlerini etkilemeden bölümü kolayca değiştirebilirler. Bu değişiklik, OEM'in veya hatta müşterinin makine işlevleri arasında hızla geçiş yapmasını sağlayacak şekilde otomatikleştirilebilir. Modül zaten makinede olduğundan, yeniden programlanacak bir şey yoktur.

Makine üreticileri, her müşterinin benzersiz gereksinimlerini karşılamak için isteğe bağlı özelliklerle birlikte standart bir temel makine sunabilir. Mekanik, elektrik ve yazılım modüllerinden oluşan bir portföy geliştirmek, yapılandırılabilir makinelerin hızlı bir şekilde monte edilmesini kolaylaştırır.

Ancak modüler yazılımlardan en yüksek verimi almak için, özellikle birden fazla tedarikçi kullanıyorsanız, endüstri standartlarına uymanız çok önemlidir. Sürücü ve sensör tedarikçisi endüstri standartlarına uymuyorsa, bu bileşenler birbirleriyle iletişim kuramaz ve tüm modülerlik verimliliği, parçaların nasıl bağlanacağını bulmaya çalışırken boşa gider.

Ayrıca, müşteriniz veri akışını bir bulut ağına bağlamayı planlıyorsa, makinenin diğer makinelerle çalışabilmesi ve bulut hizmetleriyle arayüz oluşturabilmesi için tüm yazılımların endüstri standardı protokoller kullanılarak oluşturulması önemlidir.

OPC UA ve MQTT en yaygın standart yazılım mimarileridir. OPC UA, makineler, denetleyiciler, bulut ve diğer BT cihazları arasında neredeyse gerçek zamanlı iletişimi mümkün kılar ve muhtemelen bütünsel bir iletişim altyapısına en yakın olanıdır. MQTT, iki uygulamanın birbiriyle iletişim kurmasını sağlayan daha hafif bir IIoT mesajlaşma protokolüdür. Genellikle tek bir üründe kullanılır; örneğin, bir sensörün veya sürücünün bir üründen bilgi çekmesine ve buluta göndermesine olanak tanır.

【Bulut Bağlantısı】

Birbirine bağlı, kapalı devre makineler hâlâ çoğunlukta olsa da, tamamen buluta bağlı fabrikalar giderek daha popüler hale geliyor. Bu trend, öngörücü bakım ve veri odaklı üretim seviyesini artırabilir ve fabrika yazılımındaki bir sonraki büyük değişiklik olabilir; uzaktan bağlantıyla başlıyor.

Bulut tabanlı tesisler, farklı süreçlerden, farklı üretim hatlarından ve daha fazlasından gelen verileri analiz ederek üretim süreçlerinin daha eksiksiz temsillerini oluşturur. Bu sayede, çeşitli üretim tesislerinin genel ekipman verimliliği (OEE) karşılaştırılabilir. Son teknoloji OEM'ler, son kullanıcıların ihtiyaç duyduğu verileri gönderebilen modüler Endüstri 4.0 özelliklerine sahip bulut uyumlu makineler sunmak için güvenilir otomasyon ortaklarıyla çalışır.

Makine üreticileri için hareket kontrol otomasyonunu kullanmak ve müşterilerin tesislerini veya şirketlerini daha verimli hale getirmek için bütünsel, toplam süreç yaklaşımını benimsemek daha fazla iş kazandıracaktır.