Nowoczesna produkcja wymaga zarówno technologii i metodologii skoncentrowanych na minimalizowaniu wymagań inżynierskich, jak i usprawniania sterowania ruchem maszyn przez podzielenie złożonych sekwencji na funkcjonalne moduły maszynowe oraz połączenie mechaniki, elektroniki i oprogramowania.

Produkcja, pakowanie oraz inne systemy wytwarzania dóbr konsumenckich przeszły długą drogę w ciągu ostatniej dekady, szczególnie jeśli chodzi o sterowanie ruchem maszyn. W wyniku tego dokonała się także ewolucja definiowania, podejścia oraz wdrażania technologii sterowania ruchem na etapie opracowywania maszyn.

Konsumenci pragną (i oczekują) produktów w bardzo wysokim stopniu dostosowanych do ich potrzeb, natomiast firmy, które potrafią sprostać wymaganiom klientów, oczekują osiągnięcia dużych zysków. Niezależnie od tego, czy są to zindywidualizowane buty sportowe, personalizowana butelka z napojem gazowanym, czy najnowszy luksusowy samochód dostosowany do oczekiwań klienta, produkcja unikalnych wyrobów wymaga wyjątkowo elastycznej fabryki, wykorzystującej taką technologię sterowania ruchem wykorzystywanych w niej maszyn, która potrafi szybko i łatwo przystosować się do zmieniających się wymagań.

Ten nowy świat produkcji wymaga zarówno technologii i metodologii skoncentrowanych na minimalizowaniu wymagań inżynierskich, jak i usprawniania sterowania ruchem maszyn przez podzielenie złożonych sekwencji na funkcjonalne moduły maszynowe, a następnie płynne połączenie mechaniki, elektroniki i oprogramowania.

Opisane dalej trendy, procesy i narzędzia inteligentnego sterowania ruchem pozwolą producentom typu OEM i konstruktorom maszyn sprawić, że ich systemy będą funkcjonowały z najwyższą wydajnością w coraz bardziej elastycznym środowisku.

Zaawansowana modularyzacja

Z powodu rosnącego popytu na bardziej elastyczną produkcję nowoczesna inżynieria mechaniczna wykonała ruch w kierunku bardziej modułowego podejścia do jej organizacji. Złożone maszyny wymagają potężnych i jednolitych systemów automatyki, które umożliwiają realizację skoordynowanego ruchu wzdłuż wielu osi.

Dziś liderzy przemysłu łączą mechanikę maszyn i oprogramowanie, które jest oparte na spójnej strukturze, w celu osiągnięcia maksymalnej efektywności. Konstruktorzy maszyn przez kilka lat wymagali modułów technologicznych sterowania ruchem, ale współczesne zaawansowane systemy obejmują ustrukturyzowaną i spójną technologię sterowania, nowoczesne sieci poziomu obiektowego (fieldbus), standardy niezależne od producenta oraz elastyczną, dopasowaną do klienta funkcjonalność.

Nowoczesne moduły technologiczne dostarczają łatwe do sparametryzowania rozwiązania napędów z rdzeniem robotycznym, które sprawiają, że programowanie wieloosiowych sterowników ruchu jest tak proste, jak sterowników jednoosiowych (rys. 1). Na przykład w nawijarce ze wstępnie zaprogramowanym modułem, który ma już wszystkie funkcje wbudowane, inżynier może zaprogramować wszystko – od funkcjonalności wałka tańczącego do regulacji naprężenia, poprzez proste ustawienie właściwych parametrów. Nie trzeba się martwić pisaniem kodu w celu zaprogramowania każdej indywidualnej funkcji. Dodawanie lub eliminowanie modułów i urządzeń stało się proste, dopuszczona jest najszersza konfiguracja podstawowa. Inżynierowie mogą więc łatwo dopasować maszynę do swoich potrzeb poprzez selekcję lub deselekcję modułów czy parametrów.

Za pomocą właściwego rozwiązania programowania modułowego inżynierowie mogą tworzyć aż 80% swoich aplikacji w ciągu 20% czasu wymaganego do ręcznego napisania odpowiedniego kodu. Nie ma potrzeby testowania, wyszukiwania błędów, poprawiania ich, a następnie ponownego testowania. Nie trzeba realizować czasochłonnych analiz i prac, aby zrozumieć, jak kod został oryginalnie napisany, tylko po to, aby zoptymalizować prostą funkcję.

Standardowe szablony aplikacji

Nikt nie chce spędzać czasu, pracując nad programowaniem przenośnika podającego. Dziś nie ma już takiej potrzeby. Wiodący producenci OEM nie tylko przechodzą na bardziej zaawansowane rozwiązania modułowe sterowania ruchem, które mogą być łatwo parametryzowane, ale upraszczają też konstrukcje maszyn, stosując w nich wstępnie skonfigurowane, specyficzne dla aplikacji zestawy modułów technologicznych opartych na często wykorzystywanych funkcjach maszyn (rys. 2).

Nawet specyficzne dla projektu funkcje mogą być łatwo zintegrowane z modułami i ponownie użyte do tworzenia struktur mechanicznych w różnych typach maszyn. Niezależnie od tego, czy są to serie produktów dopasowanych do zamówienia klienta, profilowanie wałków, cięcie i uszczelnianie, koordynacja wielu przenośników, czy nawet bardziej złożone aplikacje robotyczne do precyzyjnego montażu elementów (ang. pick-and-place), obecnie łatwo jest opracowywać koncepcje sterowania ruchem za pomocą prostego dodawania indywidualnych modułów, przy wykorzystaniu szablonu aplikacji.

Na przykład pewien światowy producent OEM maszyn do pakowania wtórnego poszukiwał znacznie wydajniejszego rozwiązania sterowania ruchem dla swoich maszyn do pakowania karmy dla zwierząt domowych. Wykorzystując standaryzowane moduły maszynowe, firma ta mogła stworzyć bardziej elastyczną konstrukcję maszyny, zawierającą mniej unikalnych elementów. Efekt: firma zredukowała proces opracowania inżynierskiego maszyny, w tym specyfikację, wdrożenie i uruchomienie o 30%.

Kompleksowe, holistyczne podejście do automatyki maszyn

Tu już nie chodzi o proste połączenie napędów i przesyłanie danych do systemu informatycznego. Producenci OEM i konstruktorzy maszyn są odpowiedzialni za reagowanie na zmienne wymagania rynku. Gdy wymagany czas wprowadzenia produktu na rynek staje się znacznie krótszy, producenci chcą wytwarzać produkty dostosowane do potrzeb klienta, dokonywać zmian w locie, a zatem chcą także, aby maszyny szybko reagowały na te zmiany. Nie jesteśmy daleko od nieszablonowej koncepcji pojedynczych maszyn, które automatycznie przystosowują się do wytwarzania indywidualnie unikalnych produktów.

Producenci OEM muszą zautomatyzować całe maszyny w sposób, który jest konsekwentny, elastyczny i łatwy do aktualizacji czy ulepszenia. Jako takie, następną szansą na osiągnięcie sukcesu w świecie sterowania ruchem – oraz ogólnie w automatyce – jest przyjęcie kompleksowego (holistycznego) podejścia do projektowania maszyn.

Producenci układów sterowania ruchem obecnie ściśle współpracują z producentami OEM maszyn w celu zdefiniowania kompletnych systemów, które obsługują maszynę w najbardziej efektywny sposób z możliwych – od wizualizacji do narzędzi programowych, napędów, silników i wałów.

Kompletny system, który jest spójny pod każdym względem, ze znacznie większym prawdopodobieństwem będzie spełniał lub przewyższał wysokie wymagania dzisiejszego i jutrzejszego przemysłu dóbr konsumenckich.

Daniel Repp jest dyrektorem ds. automatyki przemysłowej w firmie Lenze Americas Corp.