Производители во многих отраслях промышленности уделяют все больше внимания разработке машин, которые поддерживают инициативы устойчивого развития и способствуют экономическому процветанию.
Следуя 5 принципам проектирования на основе передового опыта, машиностроители могут поставлять экономичные и долговечные машины.
1. Устранить несущественные механические компоненты системы привода
Упрощенные конструкции машин с меньшим количеством компонентов работают более эффективно и они дешевле в изготовлении. Более старые механические трансмиссии и приводные технологии, такие как цепные, реечные, зубчатые и винтовые приводы, часто препятствуют более эффективному проектированию. В этих старых устройствах используются изнашивающиеся со временем компоненты, требующие частого технического обслуживания, включая смазку и натяжение.
Машиностроители все больше полагаются на сложное программное обеспечение для моделирования и повышения производительности, которое помогает устранить многие из этих ненужных компонентов, включая линейные валы, а также дорогостоящую пневматику и гидравлику. С помощью этих мехатронных инструментов инженеры могут анализировать энергопотребление, создавать виртуальные прототипы и выбирать наилучшую механическую конструкцию для максимизации производительности машины.
Такой подход приводит к снижению энергопотребления и затрат на техническое обслуживание, а также к увеличению времени безотказной работы и повышению надежности, что в совокупности снижает совокупную стоимость владения машиной в течение срока ее эксплуатации.
Машиностроители также используют технологию прямого привода для повышения КПД. Использование этой технологии позволяет создавать более надежные, энергосберегающие и точные машины, обслуживание которых обходится дешевле. Для одного из клиентов Rockwell Automation замена винтового мотор-редуктора на серводвигатель прямого привода помогла повысить механический КПД с 29% до 98%. Повышенная эффективность, реализованная с помощью технологии прямого привода, также позволяет проектировщикам использовать сервоприводы меньшего размера, которые, в свою очередь, потребляют меньше энергии.
2. Минимизировать массу основных механических компонентов
После устранения всех несущественных механических элементов следующим шагом является сведение к минимуму массы всех остальных основных компонентов. Наличие более широкого спектра инструментов анализа, моделирования и разработки облегчает эту задачу, включая возможность испытания механической части рабочей зоны машины с использованием передовых методов анализа напряжений и деформаций. Это позволяет проектировщикам оценить потенциальные альтернативные материалы (помимо стали), которые являются более легкими и энергоэффективными.
Эти методы проектирования, популярные в аэрокосмической промышленности, сводят к минимуму вес конструктивных элементов без ущерба для прочности. В то же время, обладая более сложными формами элементов конструкции, машиностроители могут использовать инструменты трехмерного автоматизированного проектирования и анализа методом конечных элементов, а также использовать более современное производственное оборудование для формирования и фрезерования контуров структурных элементов.
Такой подход позволяет получить более оптимальную механическую конструкцию, поскольку структурные компоненты представляют собой критический момент, когда отходы могут быть удалены. Кроме того, он напрямую уменьшает усилия, необходимые для перемещения массы конструкции, что позволяет использовать меньшие по размеру двигатели и приводы, потребляющие меньше энергии.
3. Заменить жидкостную энергию электрическим приводом
Там, где это возможно, машиностроители должны проектировать машины с использованием электрических приводов, а не гидравлических и пневматических систем. Хотя цены на гидравлические и пневматические системы могут быть несколько ниже первоначальных закупочных цен, они, как правило, связаны с высокими "скрытыми" затратами, такими как дорогостоящие сборы за утилизацию гидравлических масел и затраты на энергию.
Пневматические системы, в частности, также могут значительно повысить уровень заводского шума, увеличивая риск потери слуха и снижая комфорт сотрудников. Любая возможность развертывания электрического привода также поможет конечным пользователям избежать значительных потерь энергии, связанных с утечками пневматического воздуха. Поскольку конечные потребители все больше стремятся к энергоэффективности в своем производстве, новые высокопроизводительные электрические цилиндры представляют собой идеальную альтернативу.
Электрические цилиндры сочетают высокую скорость с высокой точностью, повторяемостью и надежностью, а последние достижения в области электроцилиндровых технологий обеспечивают повышенную универсальность. Кроме того, их модульная конструкция позволяет устанавливать их на широкий спектр станков. Системы управления для электрических цилиндров варьируются от простых указателей до более сложных программируемых многоосевых контроллеров перемещения, предоставляя конструкторам больше возможностей выбора и позволяя им лучше взвешивать стоимость и преимущества каждого решения.
4. Провести аудит безопасности после механического проектирования, но перед проектированием системы управления
Проведение аудита безопасности перед проектированием системы управления помогает инженерам спланировать курс на эффективное решение проблем безопасности, а также оценить и исследовать риски на ранних стадиях процесса разработки. Это экономит критическое время и помогает машиностроителям быстрее выводить свое оборудование на рынок. Кроме того, конечные пользователи станка получают оптимизированное производство благодаря системе автоматизации, которая помогает наиболее эффективно управлять машинами и процессами. Аудит безопасности определяет необходимый уровень целостности системы контроля безопасности и помогает выбрать общую архитектуру контроля безопасности для достижения оптимального уровня безопасности.
5. Охранять или контролировать доступ к движущимся частям
В тех случаях, когда опасность невозможно устранить с помощью проектирования, производители оборудования обычно устанавливают стационарный физический барьер, который защищает пользователей от этой опасности. При необходимости частого доступа в опасную зону используются нефиксированные защитные приспособления, такие как съемные, вращающиеся или раздвижные двери.
В местах, где использование несъемных защитных устройств практически невозможно, можно использовать защитные решения, которые отслеживают присутствие оператора, а не состояние ворот.
Хотя реле и другие устройства доказали свою эффективность, многие приложения обеспечения безопасности требуют уровня программирования или более сложной логики безопасности, которая лучше всего реализуется с помощью устройства управления защитой. Контроллеры безопасности предлагают значительные преимущества в многоступенчатых последовательностях отключения или замедления, таких как линейные приложения передачи, поскольку они обеспечивают необходимую логику через программное обеспечение, а не через проводную логику реле.
Встроенный контроллер безопасности является идеальным решением для любой области применения, требующей расширенных функциональных возможностей, например, зонального управления.
Благодаря правильно спроектированной системе контроля безопасности и защиты проектировщики сокращают время доступа, помогая сделать машины более безопасными и эффективными.
Есть так же ещё 5 принципов, с помощью которых машиностроители смогут проектировать и поставлять на рынок долговечные машины.
Читайте о них в следующей статье!