Pirmasis pasirinkimas automatizuotų gamybos linijų modernizavimui: kaip daugiagaminė EtherCAT technologija sprendžia vieno ašies variklių problemų taškus?

Vieno ašies variklių fragmentacijos paslėptosios išlaidos

Kaip laiko nuslydimo reiškinys tarp izoliuotų variklių sukelia kaskadinį sustojimą

Vieno ašies varikliai, veikiantys nepriklausomai, neturi tų sinchronizuotų laiko nustatymo funkcijų, kurios mums reikalingos tinkamai koordinacijai. Šie mažyčiai laiko skirtumai mikrosekundžių lygyje laikui bėgant kaupiasi, sukeliant palaipsniui įvairių ašių nesutapimą. Jei vienas variklis atsilieka nuo numatyto grafiko, visa įranga toliau gamybos grandinėje gauna medžiagas netinkamu laiku, dėl ko dažnai aktyvuojami avarinio sustabdymo mygtukai visoje gamybos grandinėje. Kai įvyksta sustabdymas, tai paveikia ne tik vieną vietą. Pavyzdžiui, 3 milisekundžių delsą pripildymo stotyje gali priversti aštuonias pakavimo vienetas laukti savo eilės, todėl jos sustoja. Viską paleisti iš naujo po tokių incidentų trunka nuo keturių iki devynių minučių, kol viskas vėl saugiai paleidžiama. Ypač didelę žalą nuo tokios sistemos patiria buteliavimo įmonės: pagal praeitais metais išleistą leidinį „Packaging Digest“, kiekvieno darbo pamainos metu jos susiduria su septyniolika–trisdešimt keturiomis netikėtomis sustabdymo situacijomis. Pagrindinė išvada yra aiški: be vieningos laiko sinchronizavimo sistemos mažieji laiko nustatymo problemų aspektai nuolatos blogėja, kol galiausiai smarkiai sumažina našumą būdais, kurių niekas neprognozavo.

Tikroji įtaka: ašių nesinchronizavimas sukelia 12,7 % naudingumo nuostolį greitaeigėje pakuotėje

Tikroji pinigų nuostolių priežastis farmacinėje blisteryje kyla tada, kai procesai išsiderina. Jei termoformavimo, pildymo ir sandarinimo procesai neteisingai suderinti, gaminiai dažnai praranda tikslą perduodami iš vieno proceso į kitą, dėl ko kyla įvairių problemų, tokių kaip netinkamas tiekimas ir nesandarios sandarinimo vietos. Duomenys, surinkti iš apytiksliai 120 skirtingų aukšto našumo gamybos linijų, rodo, kad vidutiniškai prarandama apie 12,7 % gamybos našumo. Pagalvokite, kas nutinka veikiant 300 detalių per minutę: net nedidelis 1 % ašių nuslinkimas reiškia, kad kiekvieną valandą yra šalinama apytiksliai 2200 defektų turinčių vienetų. Be to, tai nėra tik atliekų problema. Kiekvieną kartą, kai įrenginiai užsikemša, juos reikia nuolat perstatyti, o tai sukuria prarastą gamybos laiką. Visos šios problemos kyla dėl senovinių varomųjų sistemų, kurios negali koordinuoti kelių judėjimų vienu metu. Todėl šiuolaikiniai protingi gamintojai vis dažniau keičia savo pakuotės įrenginių varomąsias sistemas į daugiapakopius servorinius komplektus.

Daugiaašių servovaldymo sistema: nustatytumas, koordinavimas ir architektūros suvienodinimas

Jitter mažesnis nei 100 ns naudojant EtherCAT paskirstytus laikrodžius – palygintas su CANopen ir Profibus

EtherCAT protokolas pasiekia nepaprastai tikslų laikymą dėka įrenginio lygio paskirstytų laikrodžių, kurių jitter yra mažesnis nei 100 nanosekundžių. Tai žymiai geriau nei senesnių lauko magistralių sistemų galimybės. Tradicinės sistemos, tokios kaip CANopen ir Profibus, paprastai turi apie 1–10 mikrosekundžių sinchronizavimo netikslumą. Tačiau EtherCAT integruoti laiko žymos neleidžia visai sistemai laikui bėgant nukrypti. Galiausiai šis tikslus laikymas lemia viską, pvz., kai reikia greitai judinti puslaidininkių plokštelių (wafer) – net mažiausi mikrosekundžių dydžio klaidos gali rimtai sumažinti gamybos našumą šiose labai jautriose gamybos procesuose.

Mastoma sinchronizacija per 32 ar daugiau ašių be pagrindinio-pavaduojamojo (master-slave) susidūrimų

Šiandienos gamybos poreikiai reikalauja judėjimo valdymo sistemų, kurios lengvai gali būti išplečiamos be įstrigimo centriniuose apdorojimo taškuose. Naujosios paskirstytosios daugiagriaustinės servosistemos veikia kitaip nei tradicinės. Šios sistemos sinchronizuoja daugiau kaip 32 ašis tiesiogine komponentų bendravimo priemone vietoje to, kad remtųsi centrinio valdiklio ir jam paklusnių įrenginių principu. Pavyzdžiui, EtherCAT žiedinės tinklo architektūra leidžia mašinoms bendrauti tarpusavyje ciklais, trumpesniais nei 100 mikrosekundžių, nepriklausomai nuo prijungtų mazgų skaičiaus. Automobilių dalių gamintojas pastebėjo, kad jo gamybos ciklai sumažėjo beveik dviejų trečdalių, kai jis pakeitė 36 ašis nuo senųjų PLC valdomų variklių į šį naują paskirstytąjį sprendimą. Kas daro šias sistemas tokiose patrauklias? Jos leidžia paprastai pridėti naują įrangą, tuo pačiu užtikrindamos numatomo veikimo sąlygas ir sumažindamos problemas, kurios dažnai susijusios su sudėtingos technikos integravimu į esamas sistemas.

Greitesni ir efektyvesni atnaujinimai: mažesnis integravimo pastangų poreikis naudojant daugiapračius servorines sistemas

68 % mažiau I/O modulių ir 40 % trumpesnis paleidimo laikas (Rockwell/Beckhoff lauko duomenys)

Realistinės sąlygos Rockwell Automation ir Beckhoff tyrimų duomenys rodo, kad įmonėms pereinant prie integruotų daugiapakopės valdymo servosistemų visą modernizavimo procesą palengvina žymiai. Naujosios variklių elektronikos praktiškai pašalina atskirus valdymo skyrius, sudėtingą laidynę tarp komponentų bei papildomus įėjimo/ išėjimo modulius, kuriuos anksčiau reikėdavo naudoti visur. Vienoje gamykloje po šio pereinamojo laikotarpio įrangos atsargos sumažėjo beveik dvigubai. Įrengėjai praleidžia mažiau laiko bėgiojant su matavimo prietaisais ir daugiau laiko skiria viskam tinkamai kalibruoti, nes jiems nebėra reikalinga ieškoti laiko sinchronizavimo problemų tarp skirtingų ašių. Ką tai praktiškai reiškia? Įrengimo (komisionavimo) trukmė sutrumpėja apie 40 % lyginant su ankstesniu laikotarpiu. Tai reiškia greitesnį investicijų grąžinimą gamintojams ir leidžia gamykloms po kritinių techninės priežiūros ar gamybos modernizavimo laikotarpių greičiau grįžti į darbo rėžimą.

Sisteminės tikslumo pasiekimas: daugiapakopės servosistemų našumas kritinėse judėjimo aplikacijose

±0,005 mm pakartotinumo tikslumas CNC padavimo ašių koordinavime prieš ±0,023 mm vienašių variklių atveju (ISO 230-2)

Sistemos pakartojamumas išlieka kritiškai svarbus tikslaus CNC apdirbimo metu, kai kalbama apie detalės kokybę ir gamybos našumą. Pagal ISO 230-2 bandymų standartus šiuolaikinės daugiapakopės servorinės sistemos paprastai pasiekia maždaug ±0,005 mm pakartojamumą padavimo ašyje, kas atitinka apytiksliai 4,6 kartų didesnį tikslumą palyginti su senesnėmis vienpakopėmis varomosiomis sistemomis, kurių pakartojamumas yra apie ±0,023 mm. Tokios siauros nuokrypių ribos lemia viską sektoriuose, tokiuose kaip medicinos implantai ir aviacijos bei kosmonautikos komponentai, kur net nedideliai matavimų nuokrypiai virš 0,01 mm dažnai reiškia, kad detalės visiškai atmestinos. Sinchronizuotos valdymo sistemos užtikrina tikslumą visą laiką – tiek pagreitinimo, tiek lėtinimo fazėse bei krypties keitimuose – aktyviai kompensuodamos temperatūros svyravimus ir mechaninį žaidimą realiu laiku. Tradicinės vienpakopės sistemos laikui bėgant kaupia pozicionavimo klaidas tarp skirtingų ašių, dėl ko padidėja matmenų neatitikimai ir padidėja broko norma. Įmonės, kurios pereito prie šios technologijos, praneša apie reikšmingai sumažėjusį atliekų kiekį ir gerą bendrą gaminio vientisumą, todėl daugiapakopės koordinacija tapo būtina bet kuriam automatizuotam procesui, reikalaujančiam tikrojo mikronų lygio tikslumo.