五种机器设计挑战以及运动控制的帮助

运动控制系统设计人员在日益商品化的广泛应用市场中面临着差异化产品的压力，例如台式实验室自动化，工厂地面材料处理和重型施工车辆。许多原始设备制造商(oem)向控制组件供应商寻求帮助，希望在更少的空间内获得更多功能，更快地交付原型和产品，以及在无缝集成和操作的价格点上获得更多的控制和灵活性。

运动控制行业已经发展到提供新的功能来增加价值。通过应对以下五个商业挑战，运动控制创新正在发挥作用。

1.更小的产品

小型系统设计者想要变得更小，这样系统就更紧凑，更容易携带和存储。许多客户希望将分析或监测仪器移到离使用点更近的地方，以使卫生专业人员和患者更方便。这些机器是制造技术能够生产微型线性运动组件以满足这些需求的例子。

工厂系统设计师希望帮助客户更好地利用有限的地板空间，或提供一个更清洁、更开放的工作空间。农业联合收割机等大型设备的制造商也可能希望更有效地利用空间，以整合提高操作效率或安全性的技术，或提供其他带来市场差异化的好处。

为了满足更小的空间要求，制造技术的改进可以更有效地生产更小的产品，使设计工程师能够在更小的外形中融入更多的功能。小型滚珠丝杠、电动线性驱动器、电动丝杠和线性轴承越来越多地被选择用于小规模应用。机电执行机构也越来越有能力取代泵、压缩机、输送系统和其他液压和气动执行所必需的空间消耗技术。

通过支持网络通信、位置监控和其他以前需要外部设备的功能，将电子设备嵌入到智能线性执行器和其他运动控制产品中，使产品更具空间友好性。内部电子设备还消除了复杂的布线，以避免笨重、难看的集群。这些最新的驱动器只需几根电线就可以连接到电源和通信网络。

2.快速原型

随着竞争压力的增加，对更快交付更个性化设备的需求也在增加。有效的原型设计对许多解决方案都很重要，因为设计人员通常必须在确定最适合应用程序的组件选项之前尝试各种组件选项。先进的建模技术，如3d金属打印机和仿真软件，为设计师提供了更大的灵活性和更快的速度。增强的建模能力也将运动控制组件放在关键路径上。在过去，设计人员可能要等六到八周才能完成一个组件。现在，他们可能几天后就需要了。

这种对速度的需求正在推动零部件制造层面的变革。一些制造商重新设计了流程，为原型制作提供一次性产品的次日周转。一些公司正在增加原型开发项目最经常需要的组件库存。分销渠道通过增加原型设计中常用组件的库存来提供帮助。

3.整体组件选择，集成

缩短上市时间的一个关键方面是选择正确的组件，并对它们进行优化集成，以获得最大的精度、精度、直线度、噪声水平和其他性能特征。挑战在于运动控制优化是复杂的。尽管许多系统设计师拥有选择运动控制产品所需的专业知识，但许多人更接近退休，而不是大学。要取代它们并不容易。部分原因是训练运动控制工程师的学校有限。招聘人员通常来自电气或机械工程学科。运动控制专业知识必须在工作中培养。

缺乏经验的设计工程师可能知道他们需要什么样的速度或直线度，但可能不熟悉运动控制组件满足设计要求的能力。例如，设计病人工作台的人可能知道为了符合行业标准或法规，他们必须达到的分贝水平，但可能不知道滚珠丝杠会如何影响噪音水平甚至噪音的“质量”。电气工程师可能从电气的角度出发，而机械工程师可能从物理的角度出发，但他们都没有足够的经验来理解微妙的部件相互作用。为了弥补这一点，设计人员可能会过度设计，指定超出所需的功能，然后尝试在工作台上进行优化。此时的设计更改可能会不必要地增加上市时间和生产成本。

整体系统设计越来越重要，加上运动控制专家的短缺，这是一个很好的理由让运动控制供应商在过程的早期参与。他们对集成多个应用程序的影响有更多的经验，如果事先咨询，可以节省大量的时间和金钱。

对于喜欢自己动手的工程师，一些供应商提供在线配置工具，其中一些工具可以将应用程序的最佳产品选择从几小时减少到几分钟。设计工程师可以使用软件来帮助选择线性执行器、滚珠/丝杠和齿轮头。

4.组件成本vs.生命周期成本

尽管机器设计师希望拥有最高质量的系统部件，但他们不一定想要比机器寿命更长的部件。将一个设计可以使用20年的运动控制组件放入一个可能在5年内就会过时的系统中，无论在商业上还是在工程上都没有什么意义。

随着零部件市场的成熟，花时间去采购的设计师可以找到适合应用和预算需求的产品，但在这种情况下使用正确的判断需要对运动控制系统有更多的了解，而不是更少。

只受经济因素驱动的设计师更有可能设计不足，而不是过度设计。虽然测试将确定设计是否在短期内满足要求的规格，但他们通常不能测试所有组件的整个寿命，并且将实现一个缩短的测试程序。这并不总是能提供足够的数据来区分高质量的运动控制组件和低成本/设计低劣的产品，除非他们在路上遇到问题，否则没有人会发现。

对于许多应用程序，总拥有成本可能是一个决定性因素。例如，一个向租赁市场销售许多产品的设备制造商，可能对总拥有成本的长期价值有更多的升值。如果购买价格是唯一的因素，他们可能会选择气动或液压执行器，而不是智能机电组件。但当考虑到可靠性、正常运行时间、占地面积和维护等其他因素时，机电选择的好处要大得多。

5.增加产品价值

也许oem面临的最大商业挑战是他们与零部件制造商共同面临的挑战:了解市场会购买什么，以及如何在交付时实现差异化。在云端共享数据的互联产品是实现战略差异化的一个很有前景的机会。

例如，一家大型医疗设备制造商将工业物联网(IIoT)作为其商业战略的中心。该系统记录有关机器性能、部件状态和检测到的系统错误的数据。在传统系统中，使用这些数据需要训练有素的技术人员进入机器，读取日志文件，并根据需要订购的部件手动安排维护维修。对于连接的机器，这些日志文件可以安全地上传，以便从几乎任何位置进行分析和规划。

运动控制行业也正在沿着这条路走下去，准备帮助公司将运动技术集成到他们的连接解决方案中。为此，运动控制供应商增加并不断改进组件的车载智能，赋予它们参与连接策略所需的计算能力和通信能力。

无论是连接系统还是其他东西，运动控制行业都在支持OEM创新，以合适的价格提供合适的运动控制性能。

杰森·克劳福德，汤姆逊工业公司；由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程， CFE传媒，mhoske@cfemedia.com．

关键词:运动控制，机械设计

机的设计改进运动控制创新。

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