自動化の接着剤: モーション コントロールと統合

Nov 25, 2023

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投稿日: 2023 年 3 月 15 日

| 著者: John Lewis、A3 寄稿編集者、Tech B2B

過去 20 年間にわたり、産業オートメーション、モーション コントロール、ロボット工学のコスト構造は段階的に改善されました。 ハードウェアと周辺機器のコストが下がり、使いやすいハードウェアとソフトウェアの開発が増えるにつれて、自動化アプリケーションが拡大しています。

新型コロナウイルスによる一時的な混乱とその後のサプライチェーンの問題を経て、メーカーは再び猛スピードで動き、需要に対応するために自動化とモーションコントロールを導入しています。 同時に、人件費の増加、柔軟性の必要性、自動化への参入障壁の大幅な低下により、新世代の自動化企業や専門家がシンプル化へのトレンドをリードしています。

協働ロボットはその好例です。 Universal Robots A/S や Kassow Robots などの企業は、セットアップが簡単なハードウェアとプログラミングが簡単なソフトウェアを使用して、より多くの中小企業が自動化競争に簡単に参入できるようにしています。単純なアプリケーションを自動化します。

「10 年前、ロボットを実装するには、基本的なロボット統合の方法を学ぶために、誰かを 1 週間のクラスに参加させる必要がありました」と PBC Linear のエグゼクティブ バイスプレジデント、ジョナサン シュローダーは説明します。 「今日では、大学生のインターンが数時間以内に UR ロボットを設置して、さらに複雑なタスクを実行できるようになりました。」

複雑さからシンプルさへ

PBC Linear は最近、Applied Cobotics ブランドでコボット フィーダーを導入しました。 コボット フィーダは、長期間にわたって機械加工可能な部品を継続的に提供することで、ほとんどの協働ロボットやその他のロボット アプリケーションを支援します。 (画像提供: PBC Linear)

オートメーションの経験が限られている新規ユーザーでも、多くの単純なオートメーション タスクにすぐに対処できるようになりましたが、システム インテグレーターは依然としてオートメーションとモーション コントロールの接着剤であり、複数のロボットやマシン ビジョン システムと大規模なターンキー ソリューションを統合する複雑なオートメーション システムの増加に対応しています。 。 エンジニアリングとアートの融合に構える魔術師のように、インテグレーターは、異種の自動化テクノロジを使用して驚くべきシステムをまとめて構築し、それぞれが特定のアプリケーション要件を満たすように設計どおりに機能することを保証しているようです。

以前は、複雑さのため、資本、投資戦略、社内リソースを備えた大企業のみが自動化を選択できました。 主な原動力は、利益率を向上させ、事業の収益性を高めるためのコスト削減でした。 複雑な自動化には、モーション コントロール ドライブ システム、ロボット工学、その他の自動化テクノロジを統合するための特別なスキル セットが必要でした。

「以前は、オートメーション システムを実装するには複数のエンジニアが必要だったかもしれません。機械エンジニアは、ペイロード、精度、速度の要件を満たす機械モーション システム コンポーネントの選択とサイズ設定を行います。電気エンジニアは制御装置を配線し、3 番目のエンジニアは、プログラミングを担当してきました」とシュローダー氏は言います。 「現在、すべてを簡素化することに重点が置かれているため、1 人のエンジニアがプロジェクト全体を最初から最後まで管理できるアプリケーションが増えています。」

統合により少ないほど効果的

maxon の統合位置決めコントローラを備えた IDX ドライブは、EC-i モータ、磁気アブソリュートエンコーダ (シングルターン)、および統合フィールド指向制御を備えた EPOS4 位置決めコントローラで構成されています。 (画像提供：マクソン)

以前は、コスト削減が多くの自動化プロジェクトの主な目標でしたが、最近では、メーカーはより低価格で改良された製品をより迅速に提供することを念頭に置いて自動化を選択しています。 オートメーションのサプライヤーは、メーカーができるだけ早く製品を販売代理店や顧客の手に届けられるよう、より統合されたソリューションでこのような市場投入までの時間の課題に対処します。

Schroeder 氏は、追加の電子機器をシステムに組み込むことが、モーション コントロール ドライブ システムにおける最も重要な進歩の 1 つであると指摘しています。 「以前はモーターやベアリングなどの単純な電気機械デバイスであったシステムには、現在ではセンサーが搭載されており、これにより早期の故障検出が可能になり、デバイスのネットワークへの接続が可能になります」と彼は言います。 「もう 1 つは、特にソフトウェアと電気面での統合の簡素化です。」

統合ドライブの提供における進歩がその好例です。 マクソンのモビリティソリューションズ＆エレクトロニックシステムズのビジネス開発マネージャーであるビレン・パテル氏によると、今日ではモーター、ギアヘッド、コントローラーの組み合わせがかつてないほど提供されています。 「モーターとコントローラーに関するマクソンの深い知識とそのトータルシステムアプローチは、損失を最小限に抑え、電力密度を最大化するという点で多大な利点をもたらします。」と彼は説明します。

同社の構成可能な IDX ドライブ製品ラインはその優れた例です。 maxon は、周辺機能を処理し、ドライブの小型化を支援する ASIC を開発しました。これは、コンパクトな統合ドライブ ソリューションの開発に役立ちました。 ASIC 開発のもう 1 つの利点は、検証作業が最小限に抑えられることです。その結果、標準機能のテストは、新しい個別のソリューションごとに行うのではなく、1 回だけ行う必要があるため、製品コストが削減され、開発サイクルが短縮されます。

「完全なドライブ システムを 1 つのパッケージに収めることで、OEM に必要なケーブルとケーブル配線の数が減り、設計が簡素化され、在庫が必要なコンポーネントの数が制限されます」とパテル氏は述べています。 「独立したドライブを使用すると、マスター コントローラーが処理する必要があるタスクの数を減らすことにも役立ちます。また、インストールする必要があるコンポーネントは 1 つだけであるため、インストールに必要なスキルは最小限で済みます。さらに、多くの場合、統合ドライブは事前に構成され、調整されているので、インストール時に処理するソフトウェアが少なくなります。」

より早く市場に投入

ボッシュ レックスロスのオープン コア テクノロジーは、使いやすいオープンな PC ベースの制御によりプログラミングを簡素化し、実装を迅速化します。 (画像提供: Bosch Rexroth)

自動化システムの設計、プログラム、試運転、サポートに必要なエンジニアリングの労力が年々減少しているため、機械メーカー、OEM、システム インテグレータは、最初から最後まで最新の自動化の進歩を利用して、システムをより迅速に市場に投入することができます。

たとえば、ハードウェア側では、機械メーカーは、リニア ガイド レール、モーター、ギアボックス、ドライブ ベルトなどの個別の部品を購入する代わりに、すぐにボルトオンで取り付けられる完全なリニア アクチュエータ システムを購入できるようになりました。 このアプローチにより、統合時間が短縮されるだけでなく、統合に必要な技術スキルのレベルも低下します。

エンジニアは、ソフトウェアに柔軟性と機能を追加することで、効率を高め、開発時間を短縮することもできます。 たとえば、Bosch Rexroth Corporation の ctrlX AUTOMATION はある程度の自由度と効率性を提供し、開発者が現代の自動化プログラミングの課題を迅速かつ創造的に克服できるようにします。 Bosch Rexroth のオートメーションおよびエレクトリフィケーションの製品マネージャーである Dan Barrera 氏によると、オートメーション プラットフォームには次のものが含まれます。

「産業用 PC、AI、センサー、ビジョン、通信、安全性などの自動化テクノロジーの最新の進歩により、IT と OT をこれまで以上に近づけることができる、よりオープンで柔軟かつスケーラブルなシステムを設計および設計できるようになりました。これは、より完全な工場自動化への動きです」とバレラ氏は説明します。 「ボッシュ・レックスロスでは、オートメーションの新しい世界でデジタル化とネットワーキングの可能性を活用するには、制御駆動技術、IT、AI、IoTの最新の進歩を組み合わせることが重要であると考えています。」

適応可能な自動化

製造要件は、初期のコスト管理の取り組みから、より良い製品をより速く、より安く作ることに向けて進歩しました。 現在、自動化の主な焦点は、柔軟でカスタマイズ可能な生産を提供することにあります。 その理由は、今日の多面的な顧客の好みを満たすことをはるかに超えており、調達問題、輸送遅延、労働力不足の緩和に役立つこと、はるかに低いコスト構造で生産を拡大することで需要の満ち引き​​に容易に適応できることが含まれます。

「機械設計の革新は、より統合されたモーターとドライブ、よりコンパクトな設計によって継続されるでしょう」と Schroeder 氏は予測します。 「しかし、最も重要な進歩はソフトウェアとプログラミングの面にあり、これにより統合がはるかに簡単かつ迅速になります。」 Patel 氏もこれに同意し、統合ドライブをサポートするドライバーを 1 つの鍵としてソフトウェアの画期的な進歩を指摘しました。 「これにより、統合プロセスが簡素化され、ロボットおよび AMR (自律移動ロボット) の開発者は、モーターの制御に必要なモーション コマンドやアルゴリズムについて心配することなく、より高度なアプリケーションの開発に集中できるようになります。」と彼は言います。

バレラ氏は、業界は家庭用電化製品の使いやすさを反映し始め、スマートフォンを扱うのと同じくらい簡単に自動化が可能になるだろうと考えている。 「当社の ctrlX AUTOMATION ソリューションはスマートフォンの例に従っており、可能な限り最高レベルの機能統合と、ユーザーが自分のデバイスを簡単に個別にカスタマイズできる柔軟なアプリ テクノロジをもたらします。さらに、当社は ctrlX AUTOMATION を中心とした共通エコシステム ctrlX WORLD を提供しており、開発者はパートナーは共創を通じて独自の強みやソリューションを導入することができ、これによりユーザーは幅広いアプリを利用でき、成長を続けるエコシステムから恩恵を受けることができます。」

今日の自動化テクノロジーの恩恵を受けるメーカーは、ロボット工学を初めて使用するメーカーからアップグレードを検討しているメーカーまで多岐にわたります。 メーカーの経験レベルに関係なく、オートメーションに関して豊富な経験を持つ企業が非常に多くあることを知っておくと良いでしょう。 これらの企業は、開始を支援し、方向性を示し、次の自動化プロジェクトが将来の需要に確実に対応できるようにするための多くのリソースを提供しています。