Korvaavat perinteiset yksiaukkoajurit! Kuinka paljon kustannuksia moniaukko-EtherCAT-ratkaisut voivat säästää yrityksille?

Miksi moniakselinen servomoottoriohjainarkkitehtuuri tarjoaa välittömiä infrastruktuurisäästöjä

Turhien komponenttien poistaminen: Ei ulkoisia kytkimiä, keskitteitä tai ketjuun kytkettyjä toistimia

Moniakseliset servomoottoriohjaimet yhdistävät kaikki nuo ohjausfunktiot yhteen kokonaisuuteen sen sijaan, että tarvittaisiin kaikkia niitä ylimärisiä verkkoratkaisuja, jotka kuuluvat tavallisesti vanhoihin yksiaukselisiin järjestelmiin. Kun kaikki integroidaan, ei enää tarvita kytkimiä, keskittelemiä tai niitä ärsyttäviä ketjutettuja toistimia. Nämä komponentit vain monimutkaistavat asioita, luovat lisää kohtia, joissa jotain voi mennä pieleen, ja aiheuttavat yrityksille ajan myötä huomattavia lisäkustannuksia. Useiden akselien sijoittaminen yhden älykkään moottoriohjaimen sisälle tarkoittaa, että valmistajat säästävät osista noin 15–20 prosenttia ja tekevät järjestelmistään paljon vähemmän alttiita yhteysongelmille. Joissakin automaatiohyötysuhde-raporteissa on todettu, että näillä yhdistetyillä järjestelmillä sähköliitokset vähenevät noin kolme neljäsosaa verrattuna perinteisiin ratkaisuihin. Tämä kääntyy suoraan nopeammin suoritettaviin asennuksiin ja poistaa tarpeen huolehtia kaikista ylimärisistä verkkolaitteista. Lisäksi yksinkertaisempi rakenne vähentää käyttöönoton validointia noin 40 prosenttia verrattuna aiempaan.

Kaapin tilan ja johdotuksen vähentäminen: Kaksiaukkaiset ja neliaukkaiset ohjaimet vähentävät kaapin käyttöpinta-alaa jopa 60 %

Kun kyseessä on ajopohjat, yhdistetyt konfiguraatiot vähentävät fyysisen infrastruktuurin tarvetta huomattavasti. Kaksia- ja neljäakselisia malleja käytettäessä useita moottoriohjaimia pakataan periaatteessa yhteen yksikköön, mikä vapauttaa noin 60 % enemmän kaapin tilaa verrattuna erillisesti asennettuihin ajoihin. Yhteisen DC-välipiirin ja sisäänrakennettujen viestintäliitäntöjen avulla tarvitaan merkittävästi vähemmän kaapelointia kokonaisuudessaan. Puhutaan kaapelien määrän vähentämisestä jopa 70–85 prosenttia, mikä tarkoittaa vähemmän seinien läpi kulkevia putkistoja, vähemmän päätöstyötä liitospisteissä ja ilmeisesti aikaa sekä kustannuksia säästetään asennustyövoimasta. Kenttätekniikkojen raporttien mukaan asennusajat lyhenevät tyypillisesti noin 30 prosenttia. Myös muita kustannusedutteita on: pienempiä ohjauskaappeja käytettäessä kotelomateriaalit ovat halvempia, ja vähemmän tuotettua lämpöä tarkoittaa myös vähemmän jäähdytystarvetta laitoksessa. Valmistajille, joilla on rajoitettuja tiloja, nämä tiukat ajopohjaratkaisut mahdollistavat vaikutusvaltaisia tuloksia suhteessa 3 akselia neliömetriä kohden. Tämä tekee tuotantolinjojen laajentamisesta paljon helpompaa ilman, että olemassa oleviin tiloihin tarvitaan merkittäviä muutoksia.

EtherCAT:n deterministinen suorituskyky suorana kustannussäästötekijänä

Alle mikrosekunnin tärinä ja jakautunut kellonaika mahdollistavat tarkan moniakselisen servomoottorien synkronoinnin – vähentäen liiketilanteiden virheitä ja kalliita laitteistopohjaisia uusintayrityksiä

EtherCAT:n jakautunut kellonaikajärjestelmä saavuttaa synkronoinnin alle yhden mikrosekunnin tarkkuudella, mikä käytännössä poistaa ajoitusongelmat, jotka häiritsevät tasausprosesseja moniakselisissa liikkeenohjausjärjestelmissä. Tällaisen tarkkuuden ansiosta servosijoitusten virheet vähenevät noin 90 % verrattuna vanhempiin kenttäbussiteknologioihin, mikä tarkoittaa vähemmän laitteistoon liittyviä uusintayrityksiä ja huomattavasti vähemmän hukkaan menevää materiaalia. Myös käytännön tulokset ovat vaikutusvaltaisia. Pakkausyritykset ovat havainneet noin 40 % vähemmän liikkeeseen liittyviä pysähtymisiä siitä lähtien, kun ne ovat siirtyneet EtherCAT-ohjattuihin servomoottoreihin. Tämä kääntyy tutkimuksen mukaan noin 740 000 dollarin vuosittaiseksi säästöksi yhdellä tuotantolinjalla Ponemon-instituutin vuoden 2023 raportin mukaan teollisen automaation pysähtymisaikojen aiheuttamista kustannuksista.

Yksikaapelinen, yksirunkoinen viestintä, joka skaalautuu yli 10 000 solmuun – vähentää akselikohtaista viestintäkuormaa noin 70 %

EtherCAT:n reaaliaikainen käsittelyominaisuus mahdollistaa yli 65 000 laitteen ketjuttamisen käyttämällä ainoastaan yhtä kaapelia joka kerta, kun laitteet kytketään toisiinsa päästä päähän. Tämä korvaa monimutkaiset tähtimäiset verkkorakenteet paljon yksinkertaisemmalla ratkaisulla, joka vaatii huomattavasti vähemmän laitteita kokonaisuudessaan. Yritykset ilmoittavat säästäneensä kaapeleihin 60–80 prosenttia verrattuna perinteisiin pistepohjaisiin yhteyksiin sekä vähentäneensä viestien kulkuajan järjestelmän läpi. Viestintäviiveet pienenevät noin 30 mikrosekuntiin jokaista tuhatta syöttö-/tulostopistettä kohden, ja insinöörit käyttävät nykyisin noin puolet vähemmän aikaa näiden verkkojen asennukseen. Tunnetut valmistajat ovat myös saavuttaneet hyviä tuloksia: jotkut väittävät viestintäkuormansa laskeneen noin seitsemänkymmentä prosenttia, kun järjestelmiä laajennettiin yli kymmenen tuhannen solmun mittaisiksi ilman ylimääräisiä laitteita, kuten kytkimiä tai toistimia. Nämä parannukset muuttuvat todelliseksi säästöksi: yksi tehdas ilmoitti lähes kahden miljoonan dollarin säästöistä viiden vuoden aikana korkean akselin robottijärjestelmiä käyttäessään.

Kokonaishintalaskelma: moniakselinen servomoottoriohjain verrattuna yksiaukselisiin kenttäbussijärjestelmiin

Johtojen ja työn säästöt: 60–80 % vähemmän kaapelia, putkistoa ja liitäntöjä verrattuna CANopen-/PROFIBUS-järjestelmiin

Kun kyseessä on moniakseliset servomoottoriohjaimet, nämä järjestelmät yhdistävät ohjauksen noin 2–4 akseliin kaikki yhdessä tiukassa yksikössä. Tämä ratkaisu vähentää merkittävästi fyysistä infrastruktuuria vaativaa tarvetta. Puhumme asennuksista, joissa tarvitaan 60–80 % vähemmän kaapelointia verrattuna vanhempiin CANopen- tai PROFIBUS-järjestelmiin. Mitä tämä tarkoittaa? Ei enää pitkiä putkia, joita pitää raahata ympäriinsä, ei enää satoja päätöspisteitä eikä vaikeasti kokoonpanettavia, monimutkaisia kaapelikimpuja, jotka aiemmin veivät kauan aikaa kokoonpanoa varten. Otetaan esimerkiksi tyypillinen 50-akselinen tuotantolinja. Tässä tapauksessa säästöt ovat melko huomattavia: pelkästään kuparikaapeloinnin kustannuksissa säästetään noin 18 000 dollaria. Älkäämme myöskään unohtako työvoimakustannuksia. Asentajien riittää nyt käsitellä vain yksi virtakaapeli ja yksi EtherCAT-kaapeli kuhunkin ohjaimen, eikä heidän tarvitse vetää erillisiä kaapeleita jokaiseen moottoriin kuten tehtiin vanhoilla perinteisillä järjestelmillä. Myös kytkinlaitteiston (kabinetin) kokoonpano sujuu paljon nopeammin, mikä vähentää rakennusaikaa 40–65 prosenttia. Tämä tarkoittaa, että kaiken saaminen käyntiin tapahtuu nopeammin kuin koskaan aiemmin.

Piilotetut TCO:n ajurit: suunnitteluaika, validointikierrokset, varaosavaraston koko ja pitkäaikainen huolto

Moniakselisten servomoottorien ohjaimien hyödyt ulottuvat laitteistosäästöjen yli: ne vähentävät piilotettuja kustannuksia koko käyttöelinkaaren ajan:

• Suunnittelutyön määrä laskee 30–50 %:lla standardoidun topologian ja vähentyneen erityisohjelmoinnin ansiosta
• Validointikierrokset lyhenevät, koska ketjumaisesti kytkettyjen liitäntöjen aiheuttamat signaalilaatua uhkaavat riskit poistuvat
• Varaosavarasto pienenee 60 %:lla – yksi ohjain korvaa 2–4 yksiakselisten ohjaimeen perustuvaa yksikköä
• Ennakoiva huolto yksinkertaistuu keskitetyn terveydentilan seurannan avulla EtherCAT-diagnostiikan kautta

Teollisuuslaitokset ilmoittavat 35 %:n alentuneista vuotuisista huoltokustannuksista vikakohtien vähentymisen ansiosta. Odottamaton käyttökatko liittimien korroosion tai kaapelivaurion vuoksi vähenee merkittävästi – mikä on erityisen tärkeää korkean käytettävyyden vaativissa aloissa, kuten pakkausteollisuudessa, jossa käyttökatkon arvioidut kustannukset ovat 740 000 dollaria tunnissa (Ponemon Institute, Teollisen automaation käyttökatkokustannusten vertailuraportti , 2023).

Hyväksynnän esteiden voittaminen: miksi OEM:t epäröivät – ja miten kuilua voidaan kuroa umpeen

Vaikka tutkimukset osoittavat kokonaiskustannusten säästön olevan 35–42 prosenttia moniakselisten servomoottorien käyttöönoton yhteydessä, monet OEM-valmistajat edelleen kamppailevat näiden järjestelmien laajamittaisen otteen saamiseksi omiin toimintoihinsa. Tällä tiellä on neljä pääasiallista esteitä. Ensimmäinen on uuden teknologian integrointi vanhaan laitteistoon, joka käyttää erilaisia viestintästandardeja – tämä aiheuttaa usein päänvaivaa. Sitten on aina se rahakysymys, josta kukaan ei halua puhua alusta alkaen: alkuinvestoinnit vaikuttavat korkeilta, kun investoinnin tuottoa ei näy välittömästi kuukausien sisällä. Huoltotyöntekijöillä ei useinkaan ole riittävää koulutusta EtherCAT-teknologiaan, mikä muodostaa vielä yhden esteen. Ja älkäämme unohtako kaikkien suurinta pelkoa: tuotantokatkoja, kun olemassa olevia koneita päivitetään tällä uudemmalla teknologialla. Kaikki nämä tekijät yhdessä aiheuttavat merkittävää epävarmuutta, vaikka pitkän aikavälin taloudelliset edut odottaisivatkin tunnelin päässä.

Paras lähestymistapa? Aloita pienellä: toteuta muutoksia ensin vähemmän kriittisillä tuotantolinjoilla. Tämä antaa yrityksille mahdollisuuden testata, kuinka hyvin asiat toimivat ennen laajempaa käyttöönottoa, mikä auttaa vähentämään mahdollisia riskejä. On myös järkevää tehdä yhteistyötä sertifioitujen kumppaneiden kanssa. Nämä ammattilaiset osaavat erinomaisesti uusien järjestelmien integrointia ja henkilökunnan kouluttamista. Heidän kokemuksensa liikkeenohjauksesta voi todella nopeuttaa prosessia. Kun tarkastellaan kustannuksia pitkällä aikavälillä, on huomattavaa, että moniakselisten servomoottorien ohjaimet tarjoavat merkittäviä säästöjä verrattuna yksiaukselisiin vaihtoehtoihin: tutkimusten mukaan säästöt ovat noin 60–80 prosenttia pelkästään kaapelointi- ja työvoimakustannuksissa. Nämä säästöt kertyvät nopeasti. Useimmat meidän havaitsemamme kokeiluhankkeet maksavat itsensä takaisin noin vuoden ja puolen sisällä alentuneiden varastotarpeiden ja vähentyneiden huoltotuntien ansiosta, joita käytetään ongelmien korjaamiseen. Älkää myöskään unohtako modulaarisia ohjainrakenteita: ne mahdollistavat helppoa vaihtoa tavallisina huoltokausina ilman, että toiminnot täytyy pysäyttää kokonaan. Lisäksi ne ovat yhteensopivia vanhemman kaluston kanssa, joten ei ole tarvetta heittää vielä olemassa olevaa kalustoa pois.