Vervanging van traditionele eenassige aandrijvingen! Hoeveel kosten kunnen multi-assige EtherCAT-oplossingen bedrijven besparen?

Waarom een multi-assige servostuurprogramma-architectuur directe infrastructuurbesparingen oplevert

Eliminatie van redundante componenten: Geen externe schakelaars, hubs of daisy-chain-repeaters

Multias-servoaandrijvingen brengen al die regelfuncties samen in één pakket, in plaats van dat al die extra netwerkcomponenten nodig zijn die standaard zijn bij ouderwetse eenas-opstellingen. Wanneer alles geïntegreerd wordt, is er geen behoefte meer aan al die schakelaars, hubs of die vervelende daisy-chain-repeaters. Deze componenten maken de installatie alleen maar complexer, creëren meer mogelijke foutpunten en leiden uiteindelijk tot aanzienlijk hogere kosten voor bedrijven op de lange termijn. Door meerdere assen in één intelligente aandrijving te integreren, besparen fabrikanten ongeveer 15 tot 20 procent op onderdelen alleen al, terwijl hun systemen veel minder gevoelig worden voor verbindingproblemen. Sommige rapporten over automatiseringsefficiëntie constaterden zelfs dat deze geconsolideerde systemen het aantal elektrische verbindingen met ongeveer driekwart verminderen ten opzichte van traditionele aanpakken. Dat vertaalt zich direct naar snellere installaties en geen zorgen meer over het onderhoud van al die extra netwerkapparatuur. Bovendien neemt de tijd die nodig is voor validatie tijdens de installatie dankzij het eenvoudigere ontwerp ongeveer 40 procent af ten opzichte van eerder.

Kastruimte en bekabelingsreductie: Aandrijvingen met twee en vier assen verminderen de kastoppervlakte met tot wel 60%

Wat betreft aandrijfsystemen leiden geïntegreerde configuraties tot een aanzienlijke vermindering van de behoefte aan fysieke infrastructuur. De modellen met twee en vier assen integreren in feite meerdere motorbesturingen in één eenheid, waardoor ongeveer 60% meer kastruimte vrijkomt in vergelijking met afzonderlijk geïnstalleerde aandrijvingen. Dankzij gedeelde gelijkstroombusopstellingen en ingebouwde communicatiepoorten is er over het gehele systeem gezien veel minder bekabeling nodig. We spreken hier over een vermindering van het aantal kabels met 70 tot 85 procent, wat betekent dat er minder kabelgoten door wanden hoeven te lopen, minder beëindigingswerk op aansluitpunten nodig is en uiteraard tijd en geld wordt bespaard op de installatielabor. Volgens rapporten van vaktechnici wordt de installatietijd doorgaans met ongeveer 30% verkort. Er zijn ook andere kostenvoordelen: kleinere besturingskasten betekenen goedkoper behuizingsmateriaal, terwijl minder warmteproductie de koelvereisten voor de installatie verlaagt. Voor fabrikanten die werken met beperkte ruimte, maken deze compacte aandrijfoplossingen indrukwekkende resultaten mogelijk met een verhouding van 3 assen per vierkante voet ruimte. Dit maakt het uitbreiden van productielijnen veel eenvoudiger, zonder dat grote wijzigingen in de bestaande faciliteiten nodig zijn.

De deterministische prestaties van EtherCAT als directe kostenbesparingsmaatregel

Jitter op sub-microsecondniveau en gedistribueerde klokken die nauwkeurige synchronisatie van meervoudige as-servoaandrijvingen mogelijk maken – waardoor bewegingsfouten en kostbare hardwareherhalingen worden verminderd

Het systeem met gedistribueerde klokken in EtherCAT bereikt een synchronisatie van minder dan één microseconde, wat timingproblemen die de uitlijning in meervoudige as-bewegingssystemen verstoren, in feite elimineert. Met dit soort nauwkeurigheid dalen servo-positioneringsfouten ongeveer 90% ten opzichte van oudere veldbus-technologieën, wat betekent dat er minder herhalingen nodig zijn vanwege hardwareproblemen en aanzienlijk minder materiaal verspild wordt. Ook de praktijkresultaten zijn indrukwekkend: verpakkingsbedrijven rapporteren ongeveer 40% minder stilstanden door bewegingsgerelateerde oorzaken sinds ze zijn overgestapt op EtherCAT-aangedreven servoaandrijvingen. Volgens het onderzoek van het Ponemon Institute uit 2023 naar de kosten van stilstand in industriële automatisering vertaalt dit zich naar ongeveer zevenhonderdvijftigduizend dollar besparing per jaar op één productielijn.

Communicatie met één kabel en één frame, schaalbaar tot 10.000+ knooppunten – vermindering van de communicatie-overhead per as met ongeveer 70%

De functie voor verwerking op het moment (on-the-fly) van EtherCAT maakt het mogelijk om tot meer dan 65.000 apparaten in serie te schakelen, waarbij telkens slechts één kabel wordt gebruikt bij elke end-to-end-aansluiting. Hierdoor vervangen bedrijven die ingewikkelde ster-vormige netwerkopstellingen door een veel eenvoudigere oplossing die aanzienlijk minder apparatuur vereist. Bedrijven melden besparingen van 60 tot 80 procent op kabels vergeleken met traditionele point-to-point-verbindingen, terwijl ook de berichtdoorlooptijd door het systeem wordt verkort. Communicatievertragingen dalen tot ongeveer 30 microseconden per duizend ingangs-/uitgangspunten, en engineers besteden nu ongeveer de helft van de tijd aan het opzetten van deze netwerken. Grote fabrikanten hebben eveneens resultaten gezien: sommigen melden dat hun communicatielast daalde met ongeveer zeventig procent bij het schalen van systemen naar meer dan tienduizend knooppunten, zonder extra hardware zoals switches of repeaters. Deze verbeteringen vertalen zich in concrete kostenbesparingen: één fabriek rapporteerde bijna twee miljoen dollar aan besparingen na vijf jaar werken met robotsystemen met een hoog aantal assen.

Totale eigendomskosten: Multi-as servoaandrijving versus single-as fieldbus-implementaties

Besparingen op bekabeling en arbeid: 60–80% minder kabel, buis en aansluitingen vergeleken met CANopen/PROFIBUS

Bij multi-asservoaandrijvingen brengen deze systemen de aansturing van ongeveer 2 tot 4 assen samen in één compacte eenheid. Deze opstelling vermindert de behoefte aan fysieke infrastructuur aanzienlijk. We hebben het hier over implementaties die 60% tot 80% minder bekabeling vereisen dan oudere CANopen- of PROFIBUS-systemen. Wat betekent dat? Geen kilometers buiswerk meer slepen, geen honderden aansluitpunten meer afhandelen en geen last meer van ingewikkelde kabelbomen die vroeger eindeloos lang duurden om in elkaar te zetten. Neem bijvoorbeeld een typische productielijn met 50 assen: de besparingen zijn hier aanzienlijk, met ruim $18.000 bespaard op alleen al de kosten voor koperen bekabeling. En vergeet de arbeidstijd niet: installateurs hoeven nu slechts één voedingskabel en één EtherCAT-kabel per aandrijving aan te sluiten, in plaats van – zoals bij oudere systemen – aparte draden voor elke motor te trekken. Ook de montage van de schakelkast gaat veel sneller: bouwtijden worden met 40% tot 65% verkort. Dat betekent dat alles sneller operationeel is dan ooit tevoren.

Verborgen TCO-drijfkrachten: engineeringtijd, validatiecycli, voorraad van reserveonderdelen en langetermijnonderhoud

Buiten de besparingen op hardware verkleinen meervoudige servo-aandrijvingen met meerdere assen de verborgen kosten over de gehele operationele levenscyclus:

• Engineering-overhead daalt met 30–50% dankzij gestandaardiseerde topologieën en minder maatwerkprogrammering
• Validatiecycli worden verkort door het elimineren van risico’s op signaalintegriteit ten gevolge van in serie geschakelde verbindingen
• Voorraad van reserveonderdelen neemt met 60% af – één aandrijving vervangt 2–4 eenassige units
• Voorspellend onderhoud wordt vereenvoudigd via gecentraliseerde gezondheidsmonitoring via EtherCAT-diagnostiek

Installaties rapporteren een daling van de jaarlijkse onderhoudskosten met 35% als gevolg van minder foutmogelijkheden. Ongeplande stilstand door contactcorrosie of kabelschade neemt sterk af – cruciaal voor industrieën waar continuïteit van essentieel belang is, zoals verpakking, waarbij stilstand een geschatte kostprijs heeft van $740.000 per uur (Ponemon Institute, Benchmarkrapport over stilstandskosten in industriële automatisering , 2023).

Het overwinnen van barrières voor adoptie: waarom OEM’s terughoudend zijn – en hoe de kloof kan worden overbrugd

Hoewel onderzoeken aantonen dat bij de implementatie van meervoudige as-servoaandrijvingen totale kostenbesparingen van 35 tot 42 procent mogelijk zijn, hebben veel OEM’s nog steeds moeite met de algehele invoering van deze systemen binnen hun bedrijfsprocessen. Er zijn in feite vier belangrijke obstakels die hieraan in de weg staan. Ten eerste is er de uitdaging van integratie: nieuwe technologie moet worden gekoppeld aan oude apparatuur die gebruikmaakt van andere communicatiestandaarden. Vervolgens speelt altijd de financiële kwestie een rol — niemand wil graag in het begin over de investeringskosten praten, die op het eerste gezicht hoog lijken en waarvan het rendement pas na maanden zichtbaar wordt. Onderhoudspersoneel beschikt vaak niet over de juiste opleiding op het gebied van EtherCAT-technologie, wat een extra barrière vormt. En laten we tenslotte niet vergeten wat iedereen het meest vreest: productiestoppen tijdens de retrofit van bestaande machines met deze nieuwere technologie. Al deze factoren samen veroorzaken ernstige terughoudendheid, ondanks de langetermijnfinanciële voordelen die aan het einde van de tunnel wachten.

De beste aanpak? Begin klein door veranderingen eerst toe te passen op minder kritieke productielijnen. Dit stelt bedrijven in staat om te testen hoe goed de dingen werken voordat ze volledig overstappen, wat helpt potentiële risico's te verminderen. Het is ook verstandig om samen te werken met gecertificeerde partners. Deze professionals hebben veel ervaring met het integreren van nieuwe systemen en het adequaat opleiden van medewerkers. Hun expertise op het gebied van bewegingsbesturing kan het proces aanzienlijk versnellen. Bij het bekijken van de kosten over tijd is er iets opmerkelijks te constateren bij multi-asservoaandrijvingen vergeleken met single-asservoaandrijvingen: onderzoeken tonen een besparing van ongeveer 60 tot 80 procent op alleen al de kosten voor bekabeling en arbeid. Dat levert snel aanzienlijke voordelen op. De meeste proefprojecten die we hebben gezien, betalen zichzelf binnen ongeveer anderhalf jaar terug dankzij lagere voorraadkosten en minder onderhoudsuren die nodig zijn om problemen op te lossen. En laten we ook niet vergeten dat modulaire aandrijfconstructies mogelijkheid bieden tot eenvoudige vervanging tijdens reguliere onderhoudsperiodes, zonder dat de productie volledig hoeft te worden stilgelegd. Bovendien zijn ze compatibel met oudere apparatuur, dus er is geen reden om bestaande installaties alvast weg te gooien.