Novinky

Odeslat stránku emailem

Zašlete tuto stránku svým přátelům, ať se na ní také podívají.

SMART MACHINES - chytré stroje?

CO JE CHYTRÝ STROJ? Chytré stroje jsou obecně řečeno ty stroje, které jsou do jisté míry schopny samostatného provozu a dokáží se přizpůsobovat měnícím se podmínkám.

Ponejvíce se využívají pro takové úkoly, u nichž nedochází k pravidelnému opakování. Chytré stroje se také musejí vyvarovat procesních chyb a musejí být schopny je napravit, přičemž si musejí vzít z takovýchto situací ponaučení, aby se pro příště mohly podobným problémům vyhnout. Chytré stroje také zpravidla poskytují informace řídícím systémům vyšší úrovně, které obecně usnadňují provádění chytrých operací. 

JAK ZMĚNIL KONCEPT CHYTRÝCH STROJŮ KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ STROJŮ?  

Tradiční stroje řízené počítačem využívaly strojové řízení společně s rozhraním člověk-stroj, jako např. operátorský terminál a s propojením do celopodnikové automatizované sítě. Oproti tomu chytré stroje disponují spíše modulární architekturou, která využívá standardních systémů (např. robotů) pro urychlení fáze vývoje. Chytré stroje pro decentralizované zpracování dat zároveň využívají doplňkové zabudované ovladače a monitorovací systémy. Konstruktéři se museli vypořádávat se stále rostoucí komplexitou systémů, v důsledku čehož přešli na řešení spočívající především v softwaru a na programovací nástroje, které jim umožňovaly využívat jediný softwarový návrhářský nástroj pro více úkolů.

Z JAKÝCH DÍLŮ JSOU CHYTRÉ STROJE OBVYKLE SESTAVENY?

Chytré stroje si jsou vědomy jednotlivých procesů díky tomu, že využívají rozsáhlou síť čidel, která shromažďují informace o stavu stroje a stavu probíhajících procesů. Výsledná měření jsou pak většinou využívána k tomu, aby umožnila řídící jednotce monitorovat aktuální situaci a výkon stroje. Síť čidel je dostatečně rozsáhlá na to, aby řídící jednotka mohla shromáždit dostatek informací a rozhodnout, zda má spustit údržbu nebo dokonce automaticky uplatňovat v systému různá zadání kontrolních hodnot.

Chytré stroje rovněž potřebují vysokovýkonnou síť zabudovaných systémů, aby mohly implementovat řídící strategie a komplexní ovládací algoritmy. Současným trendem je integrovat funkci monitorování a ovládání do jediného hardwarového systému. Tento přístup skýtá mnohé ekonomické výhody a zároveň může zvýšit výkon automatizačních prvků. Výrobci se také spoléhají na doplňkový systém, který se přidává ke strojovému řízení a vykonává monitoring nezávisle na řídícím systému. Tyto dva systémy pak zpravidla komunikují prostřednictvím standardního I/O propojení.

PROČ JE KONCEPT CHYTRÝCH STROJŮ DŮLEŽITÝ PRO OVLÁDÁNÍ POHYBU?

Decentralizované řízení, v duchu dnešního trendu, upouští od modelu jednoho centrálního motoru a namísto toho pohání jednotlivé osy pomocí ozubených soukolí, vačkových hřídelí či jiných pákových mechanismů. Samostatné motory většinou pohánějí konkrétní osy a fungují v synchronizaci se softwarem. Tento přístup snižuje náklady i váhu samotného stroje a činí mechanický systém flexibilnějším. Takovéto stroje pak mohou být modulární a je snazší je do budoucna dále rozšiřovat.

Je zde také trend využívat větší počet os a komplexnější profily pohybu a kontrolní algoritmy. Mechanické systémy, které se liší od klasického nastavení os XYZ, vyžadují komplexnější ovládací algoritmy k tomu, aby mohly převádět pohyb z koncového efektoru do jednotlivých kloubových spojení. Aby mohli provádět takovéto druhy pohybu, mají konstruktéři tendenci využívat k ovládání motoru nízkoúrovňové algoritmy, které jim umožňují zadávat nezbytné příkazy. To samé se týká algoritmů pro adaptivní řízení. Pouze několik výrobců se nezdráhá přizpůsobovat nízkoúrovňové postupy pro ovládání motoru, aniž by přitom potřebovali pomoc ze strany svých dodavatelů nástrojů.

JAK LZE CHYTRÉ STROJE DEFINOVAT?

Chytré stroje se většinou vyrábějí na běžně distribuovaných řídících architekturách, které využívají pro ovládání každé osy jeden elektromotor, čímž se liší od vačkových hřídelí, ozubených soukolí a dalších pákových ústrojí, která pro pohon jednotlivých os využívají jediný motor. Výrobci budou muset přijmout přístup, ve kterém hraje hlavní úlohu software, aby dokázali i nadále zvládat stále spletitější komplikovanost při řízení strojů. K tomu se budou muset naučit využívat softwarové vývojářské nástroje, které poskytují jak simulaci, tak návrh rozložení. Konstruktérům umožňují simulovat dynamické systémy, navrhovat ovladače a přiřazovat k hardwaru ovládací systémy, které budou mít provoz celého systému ve skutečnosti na starost. Tyto vývojové systémy obvykle obsahují také sadu analýz využitelných u časových a kmitočtových pásem. Řídící programy, které využívají adaptivní řídící strategie, nebo ty, které již vycházejí z modelace, mohou být zpravidla rozpracovány přímo ze simulací.

JSOU FPAG VHODNÁ PRO CHYTRÉ STROJE?

FPGA(programovatelná hradlová pole) jsou primární podpůrnou technologií umožňující paralelní řízení. Důvodem je, že FPGA jsou schopny vykonávat více úkolů najednou. Jsou vysoce spolehlivé, jelikož implementují kontrolní schémata pouze za využití hardwarové logiky. Nevznikají tak žádné dodatečné režijní náklady na operační systém ani jejich interakce se standardními programy, které by mohly způsobovat obtíže.

FPGA původně využívali pouze konstruktéři, kteří se vyznali velice dobře v hardwarových návrzích obvodů a dokázali je programovat ve VHDL (VHSIC hardware description language – tj. v jazyku pro popis hardwaru). To už neplatí, neboť softwarové nástroje dnes dokáží převádět vývojové diagramy ovládacích schémat do plánů pro naprogramování zapojení FPGA.

Nyní jsou k dostání softwarové balíčky, které poskytují přístup k ovládacím funkcím prostřednictvím programovacích rozhraní vysoké úrovně, ale zároveň umožňují – pokud je to zapotřebí – aby se výrobce mohl dostat k programování přímo ve strojovém kódu a mohl si podle vlastní potřeby nastavit nižší úroveň IP, velice často právě provedením změn v FPGA.