Автоматизация — важная тенденция в современной индустрии, затрагивающая все ее отрасли, в том числе и упаковку. Мехатронные системы, обеспечение полной функциональности которых достигается за счет успешного сочетания механики, электроники и программного обеспечения, играют все более важную роль в производстве. Проблемы могут возникнуть, когда инженеры, представляющие три составляющие мехатронного проекта, не имеют достаточного опыта или не очень разбираются в дисциплинах своих коллег по проекту.

На сайте DesignWorldOnline, опубликована статья инженера компании Bosch Rexroth Джареда Мэнна (Jared Mann) о том, как избежать проблем при определении элементов электромеханической системы. Важно выбрать правильный двигатель, который должен соответствовать всем механическим компонентам. Другими словами, проектировать электрическую систему можно только тогда, когда точно отрегулирована механическая система. Мехатронные проекты требуют сложного взаимодействия электрики и механики для выполнения все более сложных задач. Но поскольку инженеры-электрики и инженеры-механики часто имеют образование только в одной области специализации, могут возникнуть проблемы, ведущие к увеличению стоимости проекта или к снижению надежности системы. Стремление к снижению стоимости проекта может мотивировать инженеров, создающих его, к покупке более дешевых компонентов.

Важнейшую роль играет выбор правильного двигателя, его соответствие механическим деталям комплексной системы

Но выбор, казалось бы, простых компонентов может позднее обернуться головной болью. Например, использование недорогих соединений типа гармошки между двигателем или коробкой передач и ведущим валом силового привода — вполне оправданный выбор для многих областей, где используются пошаговые двигатели. Но такое соединение может накапливать влагу во время подъема и опускания тяжелых грузов, а от этого страдает точность. Поэтому в мехатронных системах с сервоприводами лучше использовать жесткое упругое соединение. Менее дорогие соединения экономят деньги, но если не будет достигнута требуемая жесткость, переделка узла двигателя может обойтись в три раза дороже того, что было «сэкономлено» на соединениях.

Комплексная мехатронная система требует тщательного планирования для оптимизации производительности и общих расходов собственности

К тому же простой машины тоже обойдется в копеечку. Поэтому при проектировании инженеры должны учитывать совокупную стоимость владения (Total Cost of Ownership). Это первое правило. Четыре остальных также ведут к снижению общей стоимости владения. Второе правило состоит в том, что механическая часть системы должна быть разработана прежде электрики и управления. Определение размеров и спецификаций на электрические компоненты до того, как определены механические, — бесполезная трата времени и сил. Инженеры компании Bosch Rexroth используют систему под названием LOSTPED, она помогает им в определении и выборе механических компонентов, которые оптимально отвечают требованиям производительности системы.

Часто недооценивается тщательная организация кабелей, однако она помогает убедиться, что даже тугие пространства не вызовут проблем

Название представляет собой аббревиатуру от английских слов Load, Orientation, Speed, Travel, Precision, Environment and Duty Cycle (Нагрузка, Ориентация, Скорость, Перемещение, Точность, Экология и Рабочий цикл). Это систематический просмотр всех характеристик производительности и конструкции с целью оптимизировать систему для конкретного применения. Третье правило сводится к простой вещи: «Не пытайтесь загнать прямоугольный колышек в круглое отверстие». Иногда инженеры-электрики вынуждены экономить, используя двигатели, которые уже имеются в наличии. Понятно, что мотор больших размеров может вызвать проблемы с установкой. Он может давать слишком большой вращающий момент, что способно привести к механической поломке. Четвертое правило — помнить об изменении ускорения оси.

Первым делом – механика. LOSTPED поможет учесть каждую деталь

Существуют ограничения по парметрам ускорения, которое очень важно в мехатронных системах, поскольку позволяет достичь желаемой скорости в нужное время. Но если скорость ускорения слишком велика, то возникает вибрация, приводящая к преждевременному износу деталей. Если конструкторы не учтут величину ускорения, двигатель может оказаться менее мощным, и система не будет удовлетворять необходимым требованиям. Пятое правило — уделять внимание кабелям. Систему кабелей часто недооценивают, а между тем она играет важную роль. Сбой в кабельном хозяйстве может привести к сокращению срока службы системы, к замыканию, а то и к пожару. В мехатронных системах главное — достичь оптимальной производительности со стороны как мехники, так и электрики. В реальной жизни такие системы создаются командами инженеров, представляющих обе области. Мехатроника еще относительно молода, поэтому описанные выше проблемы могут возникнуть от недостатка опыта.