پرکاربردترین قطعات و سیستم های اتوماسیون صنعتی
روزبه‌روز با پیشرفت تکنولوژی و هوش مصنوعی، به دنیایی نزدیک می‌شویم که در آن انسان‌ها کارهای کوچک و بزرگ خود را به ربات‌ها، نرم‌افزارهای کامپیوتری، تجهیزات کنترلی و سیستم‌های خودکار می‌سپارند و با هدایت و کنترل آن ها به‌عنوان یک اپراتور، تنها بر عملکرد آنها نظارت می‌کنند. یکی از مهم‌ترین جاهایی که استفاده از ربات‌ها و سیستم‌های خودکار کمک بزرگی به انسان‌ها کرده است، کارخانه‌ها، صنایع و شرکت‌های تولیدی است. همچنین می‌توان گفت که آغاز دنیای مکانیزه شدن خطوط تولید در صنایع یا به‌اصطلاح اتوماسیون صنعتی نیز از این مرحله بوده است.
از اتوماسیون صنعتی چه می‌دانید؟
امروزه اتوماسیون صنعتی در همه‌جا وجود دارد. این مکانیزاسیون یک نوع انقلاب صنعتی را برای خطوط تولید به وجود آورد، به‌نحوی‌که خط تولید بدون اتوماسیون با دشواری و مشکلات جدی روبرو خواهد شد، کالاهای ارزان‌تر و فراوان‌تر تولید نخواهند شد، فرایندهای مکانیکی در صنایع سریع‌تر نخواهد بود. اما با ورود اتوماسیون، کنترل و نظارت بر عملکرد خط تولید دقیق‌تر شد و حتی امکان نظارت و کنترل محلی و از راه دور نیز فراهم گردید. بدین ترتیب با استفاده از این مکانیزم‌های کنترلی و پیشرفته، خطوط تولید در صنایع می‌توانند به طور شبانه‌روزی و ۲۴ ساعته در حال فعالیت باشند و بهره‌وری خط تولید را افزایش دهند.
از دیگر پیشرفت‌های مهم در اتوماسیون می‌توان به انعطاف‌پذیری و کیفیت آنها اشاره کرد. این انعطاف‌پذیری نه‌تنها افزایش تولید محصولات را به دنبال دارد بلکه امکان تولید محصولات سفارشی به‌صورت خودکار را نیز به صنایع مختلف ارائه می‌دهد. هرچند هزینه‌های اولیه برای راه‌اندازی اتوماسیون صنعتی بسیار بالاست و کاهش اشتغال نیروی انسانی به‌خصوص کارگران خط تولید را به همراه دارد، اما کاهش خطاها و بهبود کیفیت محصولات تولیدی در اولویت اول خطوط تولید مکانیزه قرار گرفته است.
با این اوصاف اگر بخواهیم به‌طورکلی اتوماسیون صنعتی را تعریف کنیم باید بگوییم؛ مجموعه‌ای از تکنولوژی و فناوری‌هایی که از انواع سیستم‌ها و قطعات، دستگاه‌های خودکار و کنترلی مانند ربات‌ها، نرم افزاهای کامپیوتری و قطعات CNC تشکیل شده است تا با استفاده از آن ها بتوانیم عملیات و فرایندهای پردازش، تولید و بسته بندی را در صنعت و بدون دخالت انسان، به ماشین‌آلات صنعتی و سیستم‌های خودکار واگذار کنیم تا احتمال خطای انسانی را حذف کنیم و هزینه‌های ناشی از نیروهای انسانی کاهش پیدا کند و علاوه بر افزایش عملکرد و بهبود کیفیت محصولات، در زمان نیز صرفه‌جویی کنیم.
بیشتر از کاربرد فناوری های هوشمند بخوانیم:
- آشنایی با مفاهیم انقلاب صنعتی چهارم (۴.۰ Industry)
- آشنایی با مفاهیم انقلاب صنعت چهارم (بخش دوم)؛ فناوری‌ها، نتایج و آینده تولید
- توسعه پایدار با پیشرفت‌های انقلاب صنعتی چهارم (۴.۰ Industry)
- ۵ فناوری مدرن و تاثیرگذار برای تولیدکنندگان صنعتی
- ۵ دلیل برای پیاده‌سازی فناوری IIoT در کارخانه‌ها
- سه ملاحظه اخلاقی برای تولیدکنندگان سرمایه‌گذار در هوش مصنوعی
چگونه اتوماسیون صنعتی تکامل می‌یابد؟
امروزه در قرن پیشرفت تکنولوژی‌ها، نه‌تنها از تکامل این اتوماسیون کاسته نشده یا متوقف نگردیده است، بلکه قابلیت‌های دیگری نظیر سنسورها، تقویت‌کننده‌ها، نمایشگرها، دستگاه‌ها ضبط کننده و موارد دیگر نیز دائماً در حال به‌روزرسانی و انتشار هستند. ربات‌های صنعتی نیز از این موج پیشرفت و تکامل عقب نماندند و قابلیت‌های نظیر عملکرد چندمنظوره را کسب کرده‌اند، به طوری که یک سیستم یا ماشین صنعتی می‌تواند برای چندین کار مختلف مورداستفاده قرار بگیرد یا درعین‌حال چند فعالیت را هم‌زمان یا برنامه‌ریزی‌شده انجام دهد. همچنین سیستم‌های اتوماسیون شده قادر به تصمیم‌گیری و فعالیت به‌صورت خودکار و بدون دخالت و کمک انسان خواهند بود.
- تعمیر کمتر و نگهداری آسان
تولیدکنندگان سیستم‌های خودکار و اتوماسیون‌های صنعتی به‌خوبی می‌دانند که در زمان خرابی هریک از اتوماسیون‌ها، میزان بهره‌وری در خطوط تولید کاهش‌یافته یا در مواردی این بهره‌وری به طور کل از بین می‌رود. به همین دلیل تولیدکنندگان بر مهندسان و طراحان صنعتی خود فشار می‌آورند تا ربات‌های آینده را به‌گونه‌ای طراحی و تولید کنند تا مطمئن شوند به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز خواهند داشت. از طرفی با پیشرفت تکنولوژی ربات‌های صنعتی و سیستم‌های اتوماسیون، نگهداری آن ها نیز به‌مراتب سخت‌تر خواهد شد، به همین دلیل تولیدکنندگان می‌گویند کار و نگهداری این ربات‌های صنعتی جدید باید آسان باشد، زیرا اکثر کارکنانی که از این ربات‌ها استفاده می‌کنند فاقد مهارت‌های برنامه‌نویسی و مهندسی هستند.
- هوشمندسازی ربات‌ها
اگر ربات‌های صنعتی هوشمندتر شوند، قادر خواهند بود تغییرات ناگهانی را پیش‌بینی کنند یا متوجه شوند و به‌تناسب آن، عملکرد خود را به‌گونه‌ای تنظیم کنند که کارهای پیچیده‌تر را بدون دخالت انسان و به‌تنهایی حل نمایند. به همین دلیل تولیدکنندگان می‌خواهند با پیشرفت در هوش مصنوعی باعث هوشمندسازی اتوماسیون‌های صنعتی شوند و ربات‌های باهوش‌تری را تولید نمایند.
- همکاری ربات‌ها
یک مفهومی در انقلاب صنعتی وجود دارد به نام Highly-Connected که تمرکز آن بر ارتباط متقابل، یادگیری ربات‌های اتوماسیون و داده‌های زمانی است. در واقع تولیدکنندگان در تکامل اتوماسیون صنعتی می‌خواهند با برقراری اتصال شبکه‌ای بین سیستم‌های اتوماسیون، این اجازه را به ربات‌ها بدهند تا نه‌تنها با انسان‌ها بلکه با یکدیگر نیز بتوانند همکاری کنند. بدین صورت ربات‌های صنعتی با هم‌افزایی، بیشتر از قبل کار خواهند کرد.
- افزایش ایمنی
یکی از دلایل ظهور اتوماسیون‌های صنعتی که همواره از اهمیت بالایی برخورد بوده، خطرناک بودن برخی محیط‌ها و فرایندهای تولید برای نیروهای انسانی است. به همین منظور ربات‌ها در محیط‌هایی مورداستفاده قرار می‌گیرند که برای انسان‌ها خطرناک است. تولیدکنندگان اتوماسیون صنعتی نیز برای برقراری این ایمنی، همکاری میان انسان‌ها و ربات‌ها را به‌گونه‌ای افزایش دادند تا ربات‌ها بتوانند با پیش‌بینی و تشخیص رفتار انسان موجب افزایش ایمنی در محل کار شوند.
مهم‌ترین مزایای استفاده از اتوماسیون صنعتی:
اتوماسیون‌های صنعتی مزایای بسیاری برای کارخانه‌های، خطوط تولید و به طور کل برای صنعت به ارمغان آورد. برخی از مهم‌ترین این مزایا عبارت‌اند از:
- افزایش بهره‌وری: ربات‌های صنعتی این امکان را به تولیدکنندگان محصولات می‌دهد تا فرایندهای تولید را تداوم ببخشند و بتوانند محصولات خود را هر روز از سال و به‌صورت ۲۴ ساعته تولید کنند. همین امر موجب افزایش بهره‌وری و رقابت در بازار می‌شود.
- بهبود کیفیت: تولید ۲۴ ساعته و افزایش بهره‌وری که در مورد قبلی ذکر کردیم، به این معنی نیست که کیفیت محصولات به دلیل بالارفتن میزان تولید کاهش پیدا کند. یکی دیگر از مزایای اتوماسیون صنعتی بهبود بخشیدن به کیفیت تولیدات است. به لطف دوربین‌های نظارتی و فرایندهای کنترل هوشمند، مدیریت پارامترهای خط تولید بر عهده اپراتور نیروی انسانی است، به همین دلیل در سراسر خطوط تولید افزایش کیفیت را شاهد خواهیم بود.
- افزایش انعطاف‌پذیری: برای اینکه بتوانیم ظرفیت خطوط تولید را افزایش دهیم یا محصولات جدیدی را تولید کنیم، باید بتوانیم فرایندهای اتوماسیون صنعتی را آن‌گونه که ما می‌خواهیم ارتقا یا تغییر دهیم، و این مورد مستلزم انعطاف‌پذیر بودن اتوماسیون‌های صنعتی است. بدین صورت افزایش انعطاف‌پذیری، افزایش میزان تولید و فرایند محصولات جدید را به همراه خواهد داشت.
- کاهش هزینه‌ها: اتوماسیون‌های صنعتی قادرند هزینه‌های عملیاتی را برای همه مزایا و موارد ذکر شده قبلی را کاهش دهند و موجب بهبود کیفیت و بهره‌وری در تولید شوند.
- جمع‌آوری اطلاعات: یکی از مزایای جالب در اتوماسیون صنعتی همین جمع‌آوری اطلاعات است. اینکه سیستم‌ها و ماشین‌آلات از چه قطعاتی تشکیل شده و چه فرایندی را طی می‌کنند؟ چه پارامترهای خاصی در فرایند تولید تأثیرگذار هستند؟ چه مواردی موجب بهبود کیفیت می‌شود؟ با جمع‌آوری این اطلاعات می‌توانیم کارایی خطوط تولید را بهبود ببخشیم.
- بهبود امنیت: کار با دستگاه‌ها و ماشین‌آلات صنعتی در خطوط تولید، ممکن است خطراتی از قبیل ساییدگی، پارگی، قطع شدن و به طور کل جراحت را برای انسان‌ها به همراه داشته باشد. به لطف اتوماسیون و ربات‌های صنعتی، این فرایندهای تولید به فرایندهای ایمن‌تری برای انسان‌ها تبدیل شده‌اند.
کاربردی‌ترین قطعات و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی:
اتوماسیون‌های صنعتی و انواع آن ها دارای قطعات و سیستم‌های مختلفی هستند که در این جا قصد داریم با ۳ مورد از کاربردی‌ترین‌های آن ها آشنا شویم.
- سروو موتور چیست؟
یکی از کاربردهای اتوماسیون صنعتی در صنایع مختلف، برش و شکل‌دهی، تراش و خم‌کاری فلزات است که انجام این کارها برای یک یا چند نیروی انسانی بسیار خطرناک می‌باشد، اما با حضور ربات‌های صنعتی و کنترل آن ها توسط اپراتور می‌توان این کارها را به‌آسانی انجام داد و مدیریت کرد. حال بیاید با اصول اولیه سروو موتورها آشنا شویم.
تکنولوژی موتورهای سروو در صنعت هم‌زمان با پیشرفت ربات‌های صنعتی به وجود آمد. در دهه ۱۹۵۰ کارخانه‌های ایالات متحده، علاقه خود را به اتوماسیون کردن خطوط تولید نشان دادند که در ابتدا تنها شامل ماشین‌آلات خودکار و ربات‌های صنعتی بودند. این ماشین‌آلات خودکار و ربات‌های صنعتی برای کنترل موقعیت محرک از هیدرولیک استفاده می‌کردند که از نظر قابلیت اطمینان عملکرد دچار مشکل شدند. به همین دلیل با پیشرفت فناوری استفاده از موتورهای سروو در دستور کار قرار گرفت و جایگزین مکانیسم‌های هیدرولیک در ربات‌های صنعتی شدند.
سروو موتور یک وسیله الکتریکی مستقل است که قطعات مختلف یک ماشین صنعتی را با راندمان بالا و دقت فراوان به چرخش درمی‌آورد. به‌طورکلی هر موتور برقی که بتواند پارامترهای موقعیت و سرعت را کنترل و هدایت کند (صرف‌نظر از نحوه دستیابی به این کنترل)، سروو موتور نامیده می‌شود.
اصطلاح “سروو” به “مکانیسم کنترل” اشاره دارد، به همین دلیل است که کنترل‌کننده مهم‌ترین قسمت سروو موتور به‌حساب آمده و به طور خاص برای این منظور طراحی و استفاده می‌شود. به‌عبارت‌دیگر موتور با یک سیگنال الکتریکی (دیجیتال یا آنالوگ)، کنترل می‌شود و مقدار حرکت که همان نشان‌دهنده موقعیت فرمان برای شفت است را تعیین می‌کند. سروو موتورها بخشی از یک سیستم حلقه بسته در اتوماسیون‌های صنعتی هستند که از چندین بخش شامل مدار کنترل، سروو موتور، شفت، پتانسیومتر و موارد دیگر تشکیل شده‌اند.
۱-۱ آشنایی با انواع سروو موتورها:
سروو موتورهای بر اساس کاربردشان انواع مختلفی دارند. بر اساس نوع موتور به ۲ دسته AC و DC، بر اساس میدان چرخش موتورها، به دو نوع چرخش هم‌زمان و ناهم‌زمان دسته‌بندی می‌شوند.
سروو موتورهای DC: این نوع سروو موتورها نیز از نامشان مشخص است که با موتور جریان مستقیم یا DC هدایت می‌شوند که موتورهای آن به‌راحتی قابل‌کنترل است. درگذشته به دلیل اندازه کوچک و هزینه کم بسیار مورداستفاده قرار می‌گرفتند اما با پیشرفت فناوری و ظهور موتورهای AC، به‌مرور کنار گذاشته شدند.
سروو موتورهای AC: این نوع سروو موتورها همان‌طور که از نامشان مشخص است با موتور جریان متناوب یا AC حرکت می‌کنند که کنترل آن ها برخلاف موتورهای DC پیچیده‌تر است، اما پیشرفت تکنولوژی باعث شده تا رایج‌ترین و پرکاربردتری نوع سروو موتورها به‌حساب بیایند.
۱-۲ مزایای سروو موتورها:
- عملیات روان در عین کارایی بالا
- قابل‌اعتماد و مناسب برای محیط‌های سخت
- دقت و شتاب بسیار بالا
- مقرون‌به‌صرفه و کم‌هزینه
- بال اسکرو چیست؟
یکی از رایج‌ترین قطعاتی که در صنایع مختلف به‌خصوص در صنعت خودروسازی، و در دنیای حرکت خطی، می‌تواند حرکت چرخشی موتورهایی مانند سروو موتور را به حرکت خطی تبدیل کند، محرک‌های پیچ‌دار هستند. برای مثال، وقتی شما یک‌مهره را حول محور آن به چرخش درمی‌آورید، در جهت محور خود حرکت می‌کند، زیرا که شیارهای پیچ به طور پیوسته مسیر مارپیچی را به سمت جلو یا عقب طی می‌کنند. به‌طورکلی دو نوع سیستم متصل به پیچ وجود دارد؛ سیستم‌های بال اسکرو و سیستم‌های لید اسکرو.
اگر بخواهیم خیلی ساده بگوییم؛ بال اسکرو (ball screw) یا پیچ توپی یک قطعه مکانیکی بوده که حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند و هنگام چرخاندن محور پیچ، مهره به جلو یا عقب حرکت داده می‌شود. این قطعه برای کاربردهایی مناسب است که دارای چرخش یا سرعت بالا و حرکت مداوم با دقت زیاد است. بال اسکرو با بالاترین راندمان بین محور پیچ‌ومهره و کمترین گشتاور محرک، برای صرفه‌جویی در قدرت موتور مناسب‌ترین گزینه هستند.
۲-۱ آشنایی با انواع بال اسکروها:
به‌طورکلی به دودسته اسکروهای غلتشی و اسکروهای لغزشی تقسیم می‌شوند که بال اسکروها در دسته غلتشی‌ها قرار می‌گیرند. تفاوت مهمی که بین پیچ‌های غلتشی و لغزشی وجود دارد میزان اصطکاکی است که در لغزشی‌ها به‌مراتب کمتر است.
۱-۳ مزایای بال اسکروها:
- راندمان و سختی بالا
- افزایش سرعت و دقت
- کارایی بیشتر
- کاهش اصطکاک و نیاز به تعویض
- انرژی گاید چیست؟
انرژی گاید یا انرژی چین در واقع یک محافظ کابل از جنس پلی‌آمید با شکل ظاهری شبیه زنجیرهای تانک می‌باشد که کار آن محافظت از کابل‌ها و قابلیت انعطاف‌پذیری سیم‌های مختلف است. از انرژی گاید در اتوماسیون صنعتی و ربات‌های خط تولید مورداستفاده قرار می‌گیرد. اگر انرژی گاید را به طور پیاپی به چپ و راست خم کنیم، متوجه قطعی سیم‌های داخلی آن می‌شویم. حال اگر آن را حول یک دایره خم و راست کنیم، زمان قطع شدن سیم به تعویق می‌افتد. یک مفهوم ساختمان انرژی گایدها نیز داریم که دسته‌ای از اتصال‌های پیوسته هستند که با نیروی هیدرولیکی یا الکتریکی، برای جابه‌جایی بخش‌های ثابت به بخش‌های محرک از یک ماشین و یا حمل آن مورداستفاده قرار می‌گیرد.
۳-۱ آشنایی با انواع انرژی گایدها:
انرژی گایدها در سایز و ابعاد مختلف وجود دارند و استفاده می‌شوند. انرژی گایدها بر اساس جنس زنجیر محافظ به دودسته استیل (یا فولادی) و ترکیبی (یا هیبریدی)، بر اساس نوع کابل محافظ نیز به دودسته کابل‌های باز و کابل‌های بسته، دسته‌بندی می‌شوند.
زنجیرهای محافظ استیل (فولادی) با قابلیت تحمل بارهای سنگین در شرایط دشوار و عرضه به‌صورت کاملاً باز یا بسته، بیشترین استفاده را در صنایع فولادی، معدنی و ابزارآلات دارند. همچنین زنجیرهای محافظ ترکیبی (هیبریدی) با ترکیبی از قطعات آلومینیومی، نایلونی و فولادی دارای بیشترین طول عمر و کمترین هزینه می‌باشند.
از طرفی زنجیر کابل‌های باز در مقایسه با زنجیر کابل‌های بسته، بیشترین کاربرد را دارند. به این دلیل که شرایط بهتری و راحت‌تری را برای نگهداری فراهم می‌کنند و همچنین در محیط‌های آزاد و با گردوغبار قابل‌استفاده می‌باشند. زنجیر کابل‌های بسته نیز با قابلیت پوششی کامل، مانع از خرابی کابل‌ها می‌شوند و به همین ترتیب بیشترین استفاده را برای مواد شیمیایی و آلودگی‌های زیست‌محیطی دارند.
۱-۳ مزایای انرژی گایدها:
- محافظت ویژه و نگهداری آسان از کابل‌ها
- صرفه‌جویی در زمان و جلوگیری از سایش
- سرعت و شتاب بالا
- قابلیت سازش با انواع شرایط و محیط‌های سخت
منبع: لاین حرکت
یک دیدگاه