提高机器性能以满足市场需求并不意味着必须从零开始。通过与以运动为中心的供应商合作，该供应商提供新一代运动系统和联合工程专业知识，提供完美的定制，老化的机器可以以最小的设计影响恢复生命。
随着新技术进入工业市场，工程师们必须找到新的方法来提高性能，延长现有机器的生命周期——否则就得回到图纸上。随着使用更高分辨率的反馈设备、更快的处理器、更清晰的视觉系统和更复杂的通信总线，许多竞争对手可以为每一代新机器提供创新的、增值的功能。
对于资源有限的精益工程团队来说，在竞争中保持领先地位尤其具有挑战性。
因此，面对交付改进性能的需求，每个产品经理都必须问:我们必须达到多少性能提高才能跟上市场的需求?我们是否可以对现有的设计进行微小的修改，从而产生主要的系统增强?还是说，保持竞争地位需要彻底重新设计?
这些问题都始于对运动控制部件的评估，运动控制部件是任何精密机器性能的关键要素。无论是升级或完全重新设计机器，性能取决于伺服电机、伺服驱动器、布线和控制器或PLC的选择。了解所有选项——以及它们如何相互作用——对于确定最佳方法至关重要。
更换电机或驱动器是提高机器性能的成本最低、破坏性最小的方法。这里显示的是Kollmorgen AKM2G3伺服电机。
大多数项目都有类似的目标:提高性能，加快上市时间，最小化风险和成本，并提供最大的投资回报。大多数项目提供相同的选项:更换单个组件，更换整个运动系统，重新设计机器的部分，或重新设计整个机器。虽然我们不可能评估每个项目所涉及的权衡，但这里是大多数机器制造商在提高机器性能时所面临的选项的高级概述。
| 重新设计 选项 |
性能改进 | 相对 时间成本 |
风险水平 | 典型的ROI | |
| 完全重新设计 | ★★★★ | 8到12个月以上 | $ $ $ $ | 中等到高 | 12到36个月以上 |
| 部分设计 | ★★★ | 4到6个多月 | $ $ $ | 媒介 | 6到18个月以上 |
| 更换运动系统 | ★★ | 3到6个多月 | $ $ | 低 | 少于六个月 |
| 只更换电机或驱动器 | ★ | 两至四个月 | ＄ | 媒介 | 少于六个月 |
以上:大多数项目都将最小化风险作为设计目标。风险与项目按时、按预算完成的几率有关，并与预期的性能改进有关。
显然，设计工程师必须根据机器的市场、预算、时间表和性能要求来评估重新设计方案。让我们更详细地研究每个重新设计场景。
完整的机器设计是一个费时又昂贵的过程。然而，为了交付重要的新功能，或者如果现有的设计因技术进步而过时，可能需要进行重大的重新设计。运动控制系统将是机器性能的关键，因此任何重新设计项目都应该考虑:
一个完整的重新设计涉及许多小时的开发、文档和原型。计划收集客户和最终用户对目标特性和性能的输入。为多次设计评审预留时间。评估所有可能的供应商和他们的产品如何相互作用，以提供目标运动特征。准备好彻底测试和记录竞争性设计选择的结果。
AKM2G4汽车图像提供Kollmorgen
一个完整的机器重新设计无疑是最耗时和最昂贵的替代方案。风险可能会在整个过程中不断升级，因为选定的机械系统以次优方式相互作用，迫使设计师回到绘图板上。然而，当被迫在功能或生产力上实现量子进步时，全面重新设计可能是唯一可行的选择。
部分设计与完全或主要的重新设计相比，这通常是一种成本较低的方法，因为它只涉及识别和替换麻烦的机制。然而，这涉及很大的风险，与完全重新设计相比，性能改进可能不大。
为了取得成功，部分重新设计需要深入了解哪些机械元件阻碍了最大性能的发挥及其原因，还要了解所有可行的替代方案及其潜在成本和对整个系统的工程影响。例如，改为a直接激励方法可以消除许多组件，否则需要持续维护，并可能导致未来的机械问题。
有了整个系统如何工作、子系统如何交互以及子系统替换的可用选项方面的专业知识，工程师就能在实现最大成本节约的同时，最大限度地降低风险和性能。例如，直接驱动解决方案符合应用需求，无需进行重大的重新设计，可以使零件数量、组装时间和维护需求最小化，并提高机器性能和生产力。
更换电机或驱动器的是提高机器性能的成本最低、破坏性最小的方法。然而，当改变单个组件时，由于现有组件和新组件的性能特征可能不匹配，性能提高可能会受到限制。当组件来自多个供应商时尤其如此。
性能最佳的系统包括与配套电机的电磁结构相匹配的驱动控制算法，以及与驱动电机系统的性能期望相匹配的反馈元素。虽然新的电机或驱动器可能在纸面上表现出优越的性能规格，但将其合并到现有系统中会限制这些优势。
虽然可以将一个供应商的驱动器与另一个供应商的电机集成，但由于系统组件之间固有的不兼容性，系统的总体性能可能是具有挑战性的，通常被给定的工程选择和设计风格放大。以运动为中心的供应商，具有协调完全集成解决方案的性能的专业知识，而不仅仅是提供单个组件，为优化系统性能提供了最好的机会。
更换运动系统代表了一种新的思维方式，基于完全协调运动的系统性能。考虑到当今电机和驱动技术的进步，加上以运动为中心的供应商承诺提供匹配的系统，提供每个组件的全部额定性能，以及最先进的运动控制技术，这是一个可行的选择。
与所有电子产品一样，新一代电机、驱动器和控制器都得益于性能的提高、组件尺寸的减小和新的功能能力。因此，新的电机和驱动器组合可以在相同的设计信封或潜在的更小的空间提供显著提高的性能。这意味着工程师们有机会在对现有设计进行最小改动的情况下大大提高机器性能。
运动系统的成功升级必须从仔细审查当前机器性能开始，以确定最紧迫的需求和提高生产力的机会。例如:
- 机器是否需要更快的索引来提高移动和结算时间?如果是这样，考虑一个功率相近但转子惯性较小的电机，或一个尺寸相近但加速功率较大的电机。适当匹配和调优以获得最佳性能的系统也可以满足这种需求。
- 减少机器的物理外壳是一个重要的设计目标吗?如果机器的性能达到目标，但机器的物理尺寸必须减小，考虑一个运动系统解决方案，以更小的包提供等价的性能特征。
与完全或部分重新设计相比，升级运动控制系统的总成本可能不高，但性能收益可能比更换单个组件要大得多。
在许多情况下，只有电机、驱动器和电缆需要更新。有些项目可能还需要新的控制器、电源连接器或I/O。现有的电机底座和可用的机柜空间将可能容纳新的解决方案。先进的运动系统提供简单的即插即用功能，最大限度地缩短了使用新控制器或驱动器配置或新编程接口的学习曲线。
优化的系统包括与匹配电机匹配的驱动控制。
运动系统如何在不重新设计的情况下改变机器性能
新一代的电机、驱动器和控制器正在实现性能优化的运动系统，满足更高性能和生产力的需求，而无需进行重大的机器重新设计的时间和费用。例如，一个结合了高效定子和转子设计和高能磁铁的伺服电机可以在相同的空间和相同的安装与使用旧技术的电机一样，提供更多的扭矩和功率。或者，同样的优势可以在更小的封装中提供等效的扭矩和功率，使更紧凑的机器没有牺牲性能。根据设计目标，甚至可以在更小的空间内达到更高性能的“最佳点”——特别是当正确的电机技术与正确的驱动器相匹配时。
伺服电机提供了改进的扭矩和功率密度，减少惯性，和可定制的功能，为工程师提供了一个简单而高效的方法来提高机器生产力和整体设备的效率。将这些高效的电机设计与完美匹配的多轴伺服驱动解决方案相结合，可以减少空间，降低能耗和成本，并确保充分的额定性能。
与以动作为中心的供应商的合作关系可以更好地提高任何重新设计或升级项目的结果。例如，提供定制功能的协作供应商可以调整产品安装和其他功能，以匹配现有的机器设计，而提供灵活的控制软件和运动专业知识的供应商可以帮助微调系统，使其与现有的控制功能理想地工作。
Kollmorgen AKD系列产品包括基于以太网的伺服驱动器。下面的例子展示了如何在不改变设计的情况下，基于各种运动系统的选择来达到增强的机器性能。这些都不是理论上的情景，而是基于当前可用的新一代技术的现实机会。
同等尺寸的电机，相同的安装增加扭矩和功率:在与现有电机相同的尺寸和安装配置下，提供更大扭矩和功率的电机可以以最小的工程时间和成本投资提高机器性能。更多的扭矩提高加速和减速的时间，提供更快的索引，以提高机器的生产力。增加电机功率也有助于加快机器速度和提高生产率。几个电机设计创新可以提供额外的扭矩和功率在一个类似的尺寸包。
高效的绕组设计提高了可制造性，同时实现高槽填充和提高助焊剂生产效率。绕组由缠绕在定子钢齿上的铜线圈组成，形成特定的磁通路径，为电机提供动力。导线填充在定子齿之间的槽中，槽中铜的体积更大，从而产生更有效的电磁场。设计成高效磁路的高能稀土磁体也在增加扭矩生产中发挥作用。
在相同的包装尺寸和安装方式下提供更低惯性的电机:电机性能也可以通过减少转子惯性而提高，同时保持相同的封装尺寸。与增加转矩类似，较低的转子惯性意味着需要更少的能量来改变速度。为了达到最佳的效果，具有低转子惯性的电机可能需要使用先进的调谐功能，以达到最佳的运动调谐和性能。这可以很容易地通过与以运动为中心的供应商合作的系统设计方法来实现，该供应商提供集成在驱动器中的高级性能调优。
反馈的选择:电机提供了一个选择的反馈装置，使机器设计师可以轻松地维护现有机器的定位精度。新的电机可以使用相同的或升级的反馈装置，以提高精度。以运动为中心的供应商可以提供解决方案，将驱动器和电缆与电机和反馈解决方案无缝集成。
驱动的变化:更换伺服驱动器也可以提高机器性能。更新的驱动技术利用了更小的功率设备，改进的散热和更强大的处理器。由于更先进的功能在更小的软件包中可用，驱动器在控制柜中占用更少的空间。设计师可以减少机柜的尺寸或增加更多的功能，如附加的机器安全功能或辅助功能。此外，集成了高级调谐功能(包括电流、速度和位置环的可定制滤波器)的驱动器提高了电机驱动系统在任何给定机械装配配置下的最佳响应能力。
单布线与双布线:旧的机械可能包括独立的电缆为电力和反馈从电机，新的电机驱动设计现在允许电力和反馈通过单一的电缆。切换到单电缆设计简化了电缆管理，降低了安装成本，即使机器最初是围绕双电缆系统设计的。
Co-engineering功能：除了在基于系统的方法中融入最新的电机和驱动技术，一个真正以运动为中心的供应商应该能够通过提供定制电机制造能力的协同工程支持来承担大部分的重新设计负担。供应商本质上成为客户工程团队的一部分，在减少重新设计或升级项目的时间和精力方面发挥着重要作用。
通过联合设计的轴和安装修改、替代反馈设备和其他机械定制，以运动为中心的供应商可以在适应OEM原始机器设计的同时实现目标性能改进。包含强大而灵活的固件和软件选项的驱动器提供了定制和改进现有或重新设计的机器功能的额外功能。
文章由Kollmorgen工程团队|编写www.kollmorgen.com
了下:运动控制技巧
