Ensimmäinen valinta automatisoitujen tuotantolinjojen päivityksiin: Kuinka moniakselinen EtherCAT ratkaisee yksiaukseisten ajureiden aiheuttamat ongelmat?

Yksiaukseisten ajurien hajanaisuuden piilotetut kustannukset

Kuinka aikahäiriö eristetyissä ajureissa aiheuttaa ketjuja muodostavan pysähtelyn

Yksiaukkoiset ajot, jotka toimivat itsenäisesti, eivät sisällä niitä synkronoituja ajoitusominaisuuksia, joita tarvitaan asianmukaiseen koordinaatioon. Nämä mikrosekunnin tason pienet kellonaikojen erot kertyvät ajan myötä, mikä johtaa asteittaiseen erityyppisten akselien väliseen epälinjaukseen. Jos yksi ajo jää aikataulusta jälkeen, kaikki sen jälkeen oleva laitteisto saa materiaalia väärään aikaan, mikä usein laukaisee hätäpysäytyspainikkeet koko tuotantoketjussa. Kun pysähtyminen tapahtuu, se ei vaikuta vain yhteen kohtaan. Otetaan esimerkiksi 3 millisekunnin viive täyttöasemalla: se voi saada kahdeksan pakkausyksikköä pysähtymään odottamaan vuoroaan. Kaiken uudelleenkäynnistäminen tällaisten tapausten jälkeen vie neljästä yhdeksään minuuttiin, ennen kuin järjestelmä voidaan turvallisesti ottaa takaisin käyttöön. Pullotustehdas on erityisen altis tällaiselle järjestelylle: viime vuoden Packaging Digest -lehden mukaan työvuoron aikana tapahtuu 17–34 odottamatonta pysähtymistä. Yhteenveto on selkeä: ilman yhtenäistä ajoitussysteemiä pienet ajoitusongelmat pahenevat jatkuvasti, kunnes ne vähentävät tuottavuutta tavalla, jota kukaan ei odota.

Todellinen vaikutus: 12,7 % tuottotappio korkean nopeuden pakkauksessa akselien synkronoinnin epäonnistumisen vuoksi

Todellinen rahankäyttö lääkkeiden blisterpakkausprosesseissa syntyy, kun asiat menevät epäsynkroniin. Jos lämpömuovauksen, täyttöprosessin ja sinistämisprosessin ei ole saatu riittävän tarkasti synkronoitu, tuotteet usein ohittavat kohdakkeensa siirrossa, mikä johtaa erilaisiin ongelmiin, kuten väärään syöttöön ja epäonnistuneisiin sinistämiin. Noin 120:n eri korkean nopeuden tuotantolinjan keräämien tietojen perusteella keskimääräinen tuotannon menetys on noin 12,7 %. Tarkastellaan, mitä tapahtuu 300 osaa minuutissa toimivassa järjestelmässä: jo pienikin 1 %:n poikkeama akselien välillä tarkoittaa noin 2 200 viallista yksikköä tunnissa. Ja kyse ei ole pelkästään jätemäisestä tuotannosta. Kun koneet jumiutuvat, niitä on jatkuvasti säädettävä uudelleen, mikä kuluttaa arvokasta tuotantoaikaa. Kaikki nämä vaikeudet johtuvat vanhoista, perinteisistä ajopanoksista, jotka eivät pysty koordinoimaan useita liikkeitä yhtä aikaa. Siksi monet älykkäät valmistajat ovat nykyisin siirtyneet moniakselisiin servojärjestelmiin pakkaustarpeidensa tyydyttämiseksi.

Moniakselinen servohallinta: Determinismi, koordinointi ja arkkitehtuurin yhdistäminen

Alle 100 ns:n jyristys EtherCAT:n jakautuneiden kellojen avulla – vertailtu CANopen- ja Profibus-järjestelmiin

EtherCAT-protokollan erinomainen ajoitus perustuu laitteistopohjaisiin jakautuneisiin kelloihin, joiden jyristys on alle 100 nanosekuntia. Tämä on huomattavasti parempaa kuin vanhemmilla kenttäbussijärjestelmillä saavutettavissa oleva tarkkuus. Perinteiset ratkaisut, kuten CANopen ja Profibus, tuottavat yleensä noin 1–10 mikrosekunnin synkronointiepävarmuuden. EtherCAT:ssä sen sisäänrakennetut aikaleimat estävät koko järjestelmän ajassa tapahtuvan hajontamisen. Lopulta tämä tarkka ajoitus on ratkaisevan tärkeää esimerkiksi puolijohdelevyjen nopeassa liikuttamisessa. Jopa mikrosekunneissa mitatut pienet virheet voivat heikentää merkittävästi tuotantotuloksia näissä herkillä valmistusprosesseissa.

Laajennettava synkronointi yli 32 akselin yli ilman pää-alasuhdepiirien pullonkauloja

Nykyajan valmistustarpeet edellyttävät liikkeenohjausjärjestelmiä, jotka skaalautuvat helposti ilman keskitettyjen prosessointipisteiden aiheuttamia pullonkauloja. Uudemmat hajautetut moniakseliset servojärjestelmät toimivat eri tavalla kuin perinteiset järjestelmät. Nämä järjestelmät synkronoivat yli 32 akselia suoran komponenttien välisen viestinnän kautta sen sijaan, että ne luottaisivat keskitettyyn ohjaimen ja ala-ohjattuihin laitteisiin perustuvaan rakenteeseen. Otetaan esimerkiksi EtherCAT: sen renkasmuotoinen verkkorakenne mahdollistaa koneiden keskenäisen viestinnän sykleissä, jotka ovat nopeampia kuin 100 mikrosekuntia riippumatta siitä, kuinka monta solmua on kytketty verkkoon. Autoteollisuuden osien valmistaja vähensi tuotantosykliään lähes kahdella kolmasosalla, kun se siirtyi 36 akselin ohjauksessa vanhoista, PLC-ohjattavista moottoridriveistä tähän uuteen hajautettuun ratkaisuun. Mikä tekee näistä järjestelmistä niin houkuttelevia? Ne tekevät uuden laitteiston lisäämisestä suoraviivaista, säilyttävät toiminnan ennustettavana ja vähentävät yleensä monimutkaisten koneiden integroinnin aiheuttamaa päänvaivaa olemassa oleviin järjestelmiin.

Nopeammat ja kevyempiä päivityksiä: Vähentynyt integrointityö moniakselisten servojärjestelmien kanssa

68 % vähemmän I/O-moduuleja ja 40 % lyhyempi käyttöönottoaika (Rockwell/Beckhoffin kenttätiedot)

Käytännön testit Rockwell Automationin ja Beckhoffin kanssa osoittavat, että kun yritykset siirtyvät integroituun moniakseliseen servojärjestelmään, koko päivitysprosessi muuttuu huomattavasti helpommaksi. Uudet ajoneuvoelektroniikkalaitteet poistavat käytännössä erilliset ohjauskaapit, kaiken monimutkaisen kytkennän komponenttien välillä sekä ne ylimääräiset syöttö-/tulotila-moduulit, joita aiemmin tarvittiin kaikkialla. Yhdessä tehtaassa laitteiston varastomäärä väheni lähes kahdella kolmasosalla siirtymän jälkeen. Asentajat käyttävät vähemmän aikaa mittalaitteiden kanssa juoksemiseen ja enemmän aikaa kaiken tarkkaan kalibrointiin, koska he eivät enää joudu selvittämään eri akseleiden välisiä ajoitusongelmia. Mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Käyttöönotto kestää noin 40 % vähemmän aikaa kuin aiemmin. Tämä kääntyy valmistajien nopeammaksi investoinnin takaisin saamiseksi ja mahdollistaa tehtaiden nopeamman paluun toimintaan kriittisissä huoltotiloissa tai tuotannon uudistuksissa.

Järjestelmätason tarkkuuden saavuttaminen: moniakselisten servojen suorituskyky kriittisissä liikesovelluksissa

±0,005 mm:n toistettavuus CNC-syöttöakselien koordinaatiossa verrattuna ±0,023 mm:n toistettavuuteen yksiaukseisilla ajoneuvoilla (ISO 230-2)

Järjestelmän toistettavuus säilyy ratkaisevan tärkeänä osien laadun ja tuotantotuloksen kannalta tarkkuus-CNC-työssä. Nykyaikaiset moniakseliset servojärjestelmät saavuttavat yleensä noin ±0,005 mm:n toistettavuuden syöttöakselilla ISO 230-2 -testistandardien mukaan, mikä vastaa noin 4,6-kertaista parannusta vanhempiin yksiaukselisiin ajovälinejärjestelmiin verrattuna, joiden toistettavuus on noin ±0,023 mm. Tällaiset tiukat toleranssit ovat kaiken eroa esimerkiksi lääketieteellisten implantaattien ja ilmailukomponenttien alalla, joissa jopa pienikin mittausvirhe yli 0,01 mm:n johtaa usein koko osan hylkäämiseen. Synkronoidut ohjausjärjestelmät pitävät tarkkuutta yllä kiihdytysvaiheissa, hidastumisissa ja suunnanmuutoksissa sekä säätävät aktiivisesti lämpötilan vaihteluita ja mekaanista pelivaraa reaaliajassa. Perinteiset yksiaukseliset menetelmät taipuvat keräämään ajan myötä sijaintivirheitä eri akseleiden välille, mikä johtaa suurempiin mitallisuuksien epäjohdonmukaisuuksiin ja korkeampaan romuasteikkoon. Työpajat, jotka ovat siirtyneet moniakseliseen ratkaisuun, raportoivat merkittävästä romuaineiston vähentymisestä ja paremmasta kokonaistuotteen yhdenmukaisuudesta, mikä osoittaa, miksi moniakselinen koordinointi on tullut välttämättömäksi kaikissa automatisoiduissa prosesseissa, joissa vaaditaan todellista mikrometrin tarkkuutta.