Standardizing machine

– در ضرب‌المثل‌ها گفته‌شده دوباره‌کاری درست نیست اما اگر همه مشتریان از تولیدکننده بخواهند این کار را بکند چکار باید کرد؟

نویسنده: شین نواسک(Shane Novacek)

پاسخ به این سوال برای تولیدکنندگان جهان معاصر، شرکت RAMP است. این شرکت ارائه دهنده خدمات فن آوری اتوماسیون و در شهر اونتاریو واترلو( Ontario waterloo) واقع است. این شرکت مشکلات مشتری را به نحوی حل می‌کند که باعث ایجاد توازن میان عملکرد بسیار مناسب و قابلیت تعمیر و نگهداری، کارکرد و قابلیت اتصال به روشی استاندارد شود.

این شرکت پروژه‌های اتوماسیون بزرگ را در سرتاسر آمریکای شمالی و اروپا در صنایع مختلف اجرا نمود. این شرکت تجربیات کاری زیادی در بازار دارد. توانمندی خاص این شرکت دراجرای پروژه‌های بازیابی و اتوماسیون است و مشتری زیادی در تولید محصولات بهداشتی و مصرفی، تجهیزات الکترونیک، مواد غذایی و تحقیقات علمی در موسسات و دانشگاه‌های متعدد دارد.

با افزایش تولید داخلی در کشورهای صنعتی، تولیدکنندگان به روش‌های تولید با بازده بیشتر نیاز دارند تا رقابت‌پذیری این تولیدکنندگان در دنیا افزایش یابد. مایکل بالزان(Michael Balzan) مدیر این شرکت می‌گوید: “به عنوان نمونه، تمایل زیادی برای اتوماسیون صنایع تولیدی داخلی به منظور افزایش استفاده از تکنیک‌هایی برای سبک کردن خودرو ، صرفه جویی در مصرف سوخت و کنترل آن در زمان رانندگی وجود دارد”

“بازار رو به رشد خودروی برقی هم سرمایه‌گذاری‌ها در تولید را کنترل می‌کند و به طور پیوسته در آِینده نزدیک ادامه دارد. امروزه شاهد رشد گسترده خودروهای خودکار هستیم و اینترنت اشیا در کل صنایع رایج شده است.”این تغییر تحول کار‌آفرین تولیدکننده را به سوی کاربرد فن آوری های تولید نسل آینده سوق داده است. تیم مهندسان این شرکت همه جنبه‌های طراحی از جمله قطعات مکانیکی، اتوماسیون و سیستم های کنترل را بکار می‌گیرند.

پروژه‌های این شرکت شامل تولید محصولات جدید بدون فرایند از پیش تعیین‌شده بوده و می‌توانند مدرنیزه شده و جایگزین سیستم های میراثی شوند. این شرکت به منظور پوشش کل طیف کاربرد، از مدل توسعه مدیریت پروژه ساختاری با تاکید بر مهندسی سریع استفاده می‌کند. این مدل به بهینه‌ سازی همه فرایندهای توسعه و مهندسی پروژه‌ها به طور همزمان کمک می‌کند.

جف کر(Jeff Kerr)، مدیر طراحی مکانیکی این شرکت ،می‌گوید:”شرکت RAMP با تحلیل مناسب و کامل محصولات و فرایندها برای کاربران نهایی باعث ایجاد ارزش افزوده قابل‌توجه برای مشتریان می‌شود. “ما این کار را در آغاز اجرای طرح– حتی قبل از فکر درباره پلتفرم کنترل- انجام دادیم. همه الزامات عملکردی بررسی شد و هر یک به طور مجزا به طرح‌های مفهومی کوچک تقسیم شد. به این روش، از سازگاری کامل همه قطعات مکانیکی و کنترلی مطمئن می‌شویم و برای مشتری بهترین راه حل ممکن به دست می‌آید.

مهندسی سریع

این شرکت ایده‌های خلاقانه مهندسی خود را که حاصل دانش وسیع در زمینه‌های مختلف صنعت است ارائه داده و خطرات بالقوه آن را معین می‌کند. تیم مهندسی این شرکت از زمان اولین ملاقات با مشتری، با مشاوره و آزمون اثبات ایده که بر فنون طراحی عملاً اثبات‌شده متکی است ریسک را مدیریت می‌کند. استفان گوگلر(Stephen Gugeler)، مدیر کنترل سیستم این شرکت می‌گوید:” نقطه قوت RAMP توانایی ما در راه‌حل‌های سفارشی سریع برای مشتری بر اساس نیاز منحصربه‌فرد او است.” “می‌توانیم انواع قطعات ماشین آلات را به سرعت در صورت لزوم تعویض نموده و از روش‌های تولید و رابط‌های ماشین استاندارد استفاده کنیم. علی‌رغم نوع خاص ماشین‌آلات یا دامنه محصولات تولیدی، طرح‌های راه حل مشتری شرکت ما کاملاً شناخته شده هستند. “

مشتریان شرکت RAMP که دارای چند بخش کاری یا تأسیسات هستند با طرح‌های ماشین استاندارد این شرکت می‌توانند تیم های چند وظیفه‌ای خود را بین این تأسیسات جابجا کنند و در مورد فرایندهای جدید سریعاً آموزش ببینند. این درک بین مهندسین، تکنسین‌ها و گروه‌های تعمیر و نگهداری گسترش‌یافته و همه کارکنان می‌توانند ماشین‌آلات جدید را راه‌اندازی نموده و فرایندهای تولید متنوع را به راحتی کنترل کنند.

یکی از مشتریان جدید این شرکت که ماشین الات سفارشی برای او ساخته شد شرکت CORE بازیابی انرژی است که دفتر مرکزی آن در شهر ونکوور، ایالت بریتیش کلمبیا در کانادا( Vancouver,British Columbia) است. ماشین ساخته ‌شده این شرکت در سال 2018 میلادی در شرکت تولیدی ونتیلاتورهای بازیابی انرژی کور نصب شد که کارایی انرژی تبادلگر هوایی را در منازل مسکونی و ساختمان‌های تجاری افزایش می‌داد. این ونتیلاتورها در خط تولید تبادلگر جریان عرضی موستانگ کور(CORE Mustang) استفاده شد.

ماشین ساخته این شرکت مواد اولیه که شامل یک ورقه نازک patented polymer membrane و فویل آلومینیوم است را وارد ماشین نموده و بعد ورقه بَسپار را روی آلومینیوم کنگره‌ای با ارتفاع و گودی شیار متنوع به طور سفارشی برای هر مشتری با لایه‌های نازک قرار می‌دهد و در فرایند تولید بکار می‌برد. بخش دوم این ماشین مواد لامینه را از داخل یک نقاله خلأ بسیار دقیق که توسط شرکت RAMP طراحی و ساخته‌شده عبور می‌دهد.این ورقه لامینه سفارشی ساخت با استفاده از فرایند بردار و بگذار با محل‌های برداشت معمول اما گذاردن بر اساس نظر مشتری که از 250 میلی‌متر تا یک متر متغیر است. در آخر، این لایه‌ها با ابعاد و ارتفاع متفاوت دسته‌بندی می‌شوند تا ابعاد بر اساس سفارش مشتری تهیه و با استفاده از نقاله به اپراتور ماشین تحویل شود.

نرم‌افزار کنترل با رایانه

شرکت RAMP برای بیش از 4 سال از فن آوری کنترل اتر کت و PC بخش اتوماسیون Beckhoff استفاده کرده است و کاربرد این نرم‌افزار را در کل شرکت افزایش داده است. گوگلر می‌گوید:” پلتفرم کنترل Beckhoff, کنترل استاندارد سه سیستم از سیستم های اولیه ما است، از جمله سیستم کنترل وب در شرکت کور و همچنین ماشین‌آلات قالب‌بندی و تجهیزات اندازه‌گیری که در سامانه اتوماسیون بکار می رود.”.

نرم‌افزار TwinCAT3 شرکت بکهوف باعث شده شرکت RAMP بتواند سیستم کنترلر منطقی برنامه پذیر و سیستم کنترل حرکت بعلاوه پیکربندی و نقشه ورودی/خروجی را در داخل یک نرم‌افزار بکار برد. گروه RAMP رمزینه ای ایجاد می‌کند که از زبان‌های متنوع IEC 61131-6  استفاده می کند تا این اطمینان به وجود آید رویکرد مبنی بر استاندارد این شرکت به مهندسی نرم‌افزار گسترش یافته است. نرم‌افزار TwinCAT به این شرکت کمک می‌کند از فن آوری های باز و بی‌اثر نسبت به فروشنده همچون OPC UA استاندارد به منظور اتصال ایمن به پایگاه‌های اطلاعاتی از جمله خدمات شبکه آمازون و SAP استفاده کند.

گوگلر می‌گوید: “شرکت RAMP از انواع ابزار،TwinCAT برای تحلیل داده‌ای با سرعت بالا و کد  پیشرفته استفاده کند. نرم‌افزار TwinCAT در همه حوزه‌های کنترلر منطقی برنامه پذیر و برنامه کنترل حرکت برتر است  و از این هم فراتر می رود “به عنوان مثال، نرم‌افزار ScopeView اشکالات را سریع و کارامد بر طرف نموده و اصلاحات را انجام می‌دهد. از آنجا که این پلتفرم مستقیماً همراه با نرم‌افزار Microsoft Visual Studio  کار می‌کند این شرکت می‌تواند از ابزار و روش‌های استاندارد رایانه‌ای از جمله C# برای UI استفاده کند. این بدان معنی است که می‌توان از استعدادهای مهندسی رایانه دانشگاه‌های محلی و کالج‌ها کاملاً استفاده کرد. این مهندسان تازه‌وارد در بدو ورود به مشاغل با محیط‌های توسعه ادغام یافته همچونVisual Studio  کاملاً آشنا بوده اما شاید نتوانند با کنترلرهای منطقی برنامه پذیر قدیمی کار کنند.

رایانه‌های صنعتی

بر اساس نیازمندی کاربردی و مشخصات شرکت، راه‌حل‌های بازیافت انرژی کور به یک رایانه با توان بالا برای اجرای همه نرم‌افزارهای اتوماسیون و کار با نرم‌افزار ویندوز و همچنین دستورالعمل شرکت و راه‌حل‌های داده برداری نیاز دارد.Steve Slothouber، مدیر کنترل پروژه شرکت RAMP می‌گوید:” نیاز به رایانه‌های کنترل فرایند صنعتی که می‌تواند برنامه‌های ما را با سرعت به‌روزرسانی یک هزارم ثانیه اجرا کند تا فرایند را کاملاً کنترل کند. این امر باعث ایجاد رایانه نصب‌شده در کابینت با توان بالا مدل C6930 IPC شده است. این مدل رایانه که شرکت RAMP  انتخاب نمود رایانه.نسل چهارم با پردازشگر Intel i5  است (دارای دو هسته 7/2 گیگاهرتزی است).

شرکت RAMP رایانه صنعتی C6930IPC را به CP2916 کنسول کنترل لمسی را به داشبورد نمایش متصل می‌کند که یک سرور واسط انسان- ماشین را برای دسترسی محلی و دسترسی به شبکه راه می‌اندازد. اطلاعات کارایی کلی تجهیزات و اطلاعات مهم موجود در سامانه‌های تصدیق در داشبوردها ذخیره می‌شوند. این شرکت از دو کنسول CP2916 با صفحه نمایش حدوداً 40 سانتی‌متری برای سخت‌افزار سرور واسط ماشین- انسان استفاده می‌کند که باعث کاربرد آسان و کنترل فرایند می‌شوند.

این شرکت برای برآورده نمودن الزامات ورودی/خروجی، یک سامانه etherCAT را استاندارد نمود که دارای ابزار دیجیتال و آنالوگ IP20 و IP67 برای رفع نیاز به اکتساب داده‌ای و ایمنی ماشین است. ترمینال های IP20 Ether CAT که نیاز به جای نصب کمتری دارد و می‌توان ترکیبی آزاد از ورودی/خروجی ایمن و غیر ایمن در یک قطعه باشد. ترمینال های چگالی بالای EtherCAT که دارای 16 کانال ورودی/خروجی است در محفظه به پهنای 12 میلی‌متر قرارگرفته  و باعث صرفه‌جویی مکانی می‌شود. این امر باعث کاهش کار سیم‌کشی و نصب ریل‌های اتصال دهنده DIN و بست قفسه اتصالات سیم‌کشی می‌شود.

مت بوخوالد(Matt Bukhwald)، مدیر طراحی الکتریکی شرکت RAMP می‌گوید:” سامانه ورودی/خروجی EtherCAT این شرکت باعث ایجاد شبکه با سرعت بالا و اسکن سریع برای حصول اطمینان از مکان‌یابی منعطف در شبکه می‌شود” ” برای کاربرد کور نیاز به فن آوری پیشرفته کنترل است که در برابر تغییر تولید واکنش نشان داده و کنترل خروجی را در کمتر از 10 هزارم ثانیه کنترل کند. ” همچنین این برنامه باید با ابزار شخص ثالث در شبکه‌های مختلف ادغام شود و هر پروتوکل باید در کنترلر مرکزی مدیریت گردد. در این حالت، سامانه ورودی/خروجی EtherCAT مستقیم به سخت‌افزار Ether Net/IP نصب‌شده روی ماشین متصل می‌شود. این ابزار، تجهیزات کنترل وب، سخت‌افزار سامانه بصری، سامانه کنترل کشش خودکار و واحدهای توزیع را شامل می‌شود.

این شرکت برای کم کردن فواصل سیم‌ها تا ماشین‌آلات،جعبه ورودی /خروجی EtherCAT را که روی ماشین نصب‌شده با حفاظت IP 67 استفاده کرد. بوخوالد می‌گوید:” این امر به ما امکان می‌دهد ورودی و خروجی‌های ماشین‌آلات را نزدیک تر قرار داده و مقدار کابل مصرفی و الزام ردگیری آن را کاهش دهیم.” ادغام همه سامانه‌های ایمنی روی یک شبکه EtherCAT از طریق ورودی/خروجی TwinSAFE باعث کاهش کابل‌کشی و زمان نصب تجهیزات الکتریکی می‌شود. ورودی و خروجی ایمن به طور کارامد با درهای ایمنی، پرده‌ها، اسکنرهای ناحیه‌ای و کلیدهای توقف اضطراری مجهز می‌شود. برنامه TwinSAFE همچنین دارای یک سیگنال تابع امن سازی توقف درایو است که روی برخی از تجهیزات کنترل حرکت سخت‌افزاری عمل می‌کند.”

شرکت RAMP از فن آوری موتور برای کاهش فضای قفسه نصب درایو استفاده نمود و از یک ترمینال سروو موتور مدل EL 7211 برای کنترل حرکت برخی قطعات ماشین استفاده کرد. گوگلر می‌گوید:” می‌توانیم از منبع تغذیه 48 ولتی کم هزینه برای موتورهای مدل EL 7211 که به طور قابل‌توجه فضا و هزینه موتورهای سروو را کاهش می‌دهد استفاده کنیم.”فن آوری موتورهای پله‌ای بکهوف نیز فاکتوری بود که بکار رفت. موتورهای پله‌ای مدل AS1020 برای کنترل حرکت، سرعت و موقعیت کم هزینه بکار رفت. این موتورهای پله‌ای با ماجول موتور پله‌ای EP7041 دارای مشخصات 50 V DC,5A با کد گذار نموی برای کاربرد در شرایط تشدید مهم است.

برای افزودن توان و بار، ماشین‌های این شرکت نیز دارای موتورهای سرووی کوچک دیجیتالی سری AX5000 برای کنترل وضعیت پیشرفته، جعبه‌دنده الکترونیکی، کنترل سرعت و کنترل وضعیتی سربار هستند. موتورها به موتورهای سروو سری AM8000 که باعث کاهش کابل و رابط کابل تا 50 درصد برای کنترل نقاله‌ها، تنظیم سامانه بردار و بگذار، لایه گذاری شبکه‌ای، کنترل کشش و ارتفاع در خط تولید می‌شود.

کاهش هزینه:

سامانه کنترل ماشین شرکت راه‌حل‌های بازیافت انرژی کور در طول یک سال توسعه تغییر کرد. شرکت RAMP ابزار میدانی جدیدی برای داده گیری به آن افزود. بلزان می‌گوید:” در ابتدا درباره بارگذاری زیاد  روی سامانه کنترل فرایند از نظر پردازش داده‌ها نگران بودیم اما این سامانه توانست افزایش مداوم داده‌ها را تحمل کند.این سامانه حتی همه عملکردهای کنترلی و اتوماسیونی را اجرا نمود. این پروژه که فرصت انجام آن کم بود، بسیار خطیر بود چون اگر پردازشگر رایانه وحافظه RAM آن مداوم کار نمی‌کرد نیاز به طراحی کلی مجدد داشت.”

چون شرکت RAMP از ابتدا به کنترل فرایند با رایانه و فن آوری پرداخته بود زمان زیادی برای مقایسه ویژگی‌های نسل قدیمی کنترلرهای منطقی برنامه پذیر و کنترلر های اتوماسیون برنامه پذیر موجود بود. گوگلر می‌گوید:” ما به وضوح کیفیت کنترل را افزایش دادیم، اطمینان به سامانه را بهبود دادیم، بازدهی را بالا بردیم و برای همه راه‌حل‌های این شرکت اثربخشی کلی تجهیزات را با کنترل فرایند رایانه‌ای تقویت نمودیم.” ” به ویژه زمان چرخه کنترلر منطقی برنامه پذیر را تا 30 درصد افزایش داده و هزینه کنترل سامانه را تقریباً 30 درصد کاهش دادیم”.

با نتایج کاملاً روشن در رویکرد مهندسی شرکت به سوی فن آوری شبکه، این شرکت کنترل فرایند رایانه‌ای را برای تولید ماشین‌آلات کاملاً سفارشی با کارایی استانداردی که در ماشین‌های سری سازی شده این شرکت وجود دارد ادامه خواهد داد.

این مقاله برای اولین بار در مجله اتوماسیون در تولید در ماه نوامبر/دسامبر سال 2018 چاپ شد.

 شین نواسک مدیر ارتباطات بازاریابی آمریکای شمالی در شرکت اتوماسیونBeckhoff است.


ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید