Rozwój technologiczny i uwarunkowania ekonomiczne wymagają bardzo elastycznych i łatwych do wdrożenia maszyn oraz systemów. Producentom zależy na tym, by przy użyciu prostych środków i bez zbędnych przerw w pracy wprowadzać w aplikacjach pożądane zmiany. Od dziesięcioleci konstruktorzy koncentrowali się na trzech aspektach: wydajności, dostępności i jakości. Dziś jednak to tzw. time to market, czyli czas od momentu powstania konceptu produktu do wprowadzenia go na rynek, stał się kluczowym wyzwaniem. Klienci stawiają więc m.in. pytania o to, jak szybko maszyna może zostać uruchomiona u użytkownika i na ile jest elastyczna oraz jak szybko da się wdrożyć innowacje techniczne i z jakimi kosztami się to wiąże. W dobie szybkich zmian technologicznych oraz idei Przemysłu 4.0 te kryteria są decydujące.

Z tych też względów użytkownicy coraz częściej wybierają maszyny o konstrukcji modułowej. W razie potrzeby można je bowiem szybko przezbroić, zwiększając w ten sposób stopień ich wykorzystania. Koncepcja modułowa stanowi ponadto gwarancję najwyższej elastyczności i umożliwia dostosowanie aplikacji do indywidualnych wymagań klienta oraz zmian na rynku – i to w krótkim czasie.

 

Zgrany zespół

W konstrukcjach modułowych maszyny połączone są w zespoły współpracujące dzięki komunikacji przez sieć. Tworzące je elementy modułowe to rozwiązania z obszaru sterowania i napędów, systemów elektronicznych i oprogramowania. Maszyny takie można zestawiać w linie produkcyjne przy minimalnych kosztach wdrożeniowych.

Do zalet maszyn modułowych należą przede wszystkim uproszczenie konstrukcji, standaryzacja podzespołów i szybki montaż. Prowadzi to do skrócenia czasu projektowania, budowy i uruchomienia urządzeń oraz do obniżenia kosztów produkcji. Maszyny modułowe są także łatwe w transporcie – ich producenci dążą do tego, by były składane z gotowych modułów na miejscu u odbiorcy docelowego.

Wtryskarki o konstrukcji modułowej zapewniają nie tylko komfort obsługi i konserwacji, ale też najwyższe bezpieczeństwo

Interfejsy mechatroniczne, mechaniczne i elektryczne maszyn modułowych projektowane są do bezpośredniego montażu w konkretnym urządzeniu. Inne natomiast są zmieniane pod względem funkcjonalności w zależności od zapotrzebowania w danym momencie. Interfejsy muszą być skalowalne dla poszczególnych konfiguracji i zapewniać możliwość montażu oraz demontażu bez udziału fachowców. To szczególnie ważny wymóg w dobie szybkich zmian technologicznych i odchodzenia od produkcji masowej na rzecz małoseryjnej lub jednostkowej. Szybkie i łatwe przezbrojenie maszyny wpływa na zwiększenie stopnia jej wykorzystania.

Koncepcja Przemysłu 4.0 zakłada bardziej wydajną i elastyczną produkcję przemysłową, wobec czego producentom zależy na szybkiej i łatwej rozbudowie maszyn. Konstrukcja modułowa często pozwala na opracowanie zupełnie nowych możliwości wykorzystania maszyny, a co za tym idzie – na wejście w nowe obszary biznesowe i przygotowanie szerszej oferty dla klienta. Modularność może więc prowadzić nawet do opracowania bardzo cenionych dziś innowacyjnych sposobów wykorzystania funkcji maszyn.

 

Sterowanie centralne czy rozproszone

Maszyny o konstrukcji modułowej mogą być wyposażone w system sterowania scentralizowanego lub rozproszonego. W pierwszym modelu komputer obsługuje połączenia we/wy, sterowniki PLC oraz sterowanie ruchem. Podstawową jego zaletą jest prosta procedura rozruchu i zatrzymania oraz łatwe zarządzanie za pomocą jednego programu PLC. W architekturze rozproszonej natomiast każdy moduł wyposażony jest w urządzenie sterujące. Cały system kontrolowany jest przez centralny sterownik PLC, które realizuje takie funkcje jak logistyka, śledzenie elementów i statystyka. Rozdzielone moduły połączone są ze sobą za pomocą przemysłowych sieci komunikacyjnych (np. DeviceNet, Interbus, Modbus czy Ethernet). Korzyścią z rozproszonego sterowania jest więc skalowalność systemu, czyli możliwość jego rozbudowy lub zmniejszenia, a także zwiększona moc obliczeniowa oraz większa niezawodność i adaptacyjność.

Scentralizowane sterowanie nie jest rozwiązaniem efektywnym – wymaga rozbudowanej sieci komunikacyjnej i użycia sterownika centralnego o dużej mocy obliczeniowej. Klienci tymczasem wymagają prostych, elastycznych i tanich rozwiązań. Wymogom tym odpowiadają maszyny modułowe z decentralizacją układu i rozproszonym systemem sterowania. Każdy moduł można w takiej sytuacji uruchomić niezależnie, a dzięki szybkim interfejsom komunikacyjnym poszczególne moduły mogą być wzajemnie połączone i współpracować ze sobą oraz komunikować się z centralnym sterownikiem.

 

Obrabiarki, frezarki i nie tylko

Ze względu na wiele zalet urządzeń o konstrukcji modułowej kolejni producenci wprowadzają je do swojej oferty. Już od 2011 r. koncepcję obrabiarek modułowych wdraża firma Emag. Choć mają one standardową konstrukcję podstawową, to charakteryzują się uproszczonymi procesami i optymalizacją pracy w celu osiągnięcia maksymalnej wydajności. Dodatkowo zastosowanie jednakowych komponentów w obrabiarkach wykorzystujących różne technologie znacznie obniża koszty ich magazynowania; nie ma też problemu z częściami zamiennymi. Dzięki kompaktowej budowie maszyny te zajmują małą powierzchnię, można je ustawić blisko siebie, a transport pomiędzy nimi odbywa się zawsze

na tej samej wysokości.

Kolejny przykład modułowej konstrukcji – alternatywnej względem konwencjonalnej budowy prasy wyposażonej w ramę typu C – zaprezentowała portugalska firma Adira. Modułowość maszyny eliminuje potrzebę stosowania konwencjonalnego systemu kompensacji ugięcia. Sprawia też, że transport i instalacja urządzenia (możliwa na miejscu w zakładzie) są znacznie łatwiejsze.

Festool z kolei ma w swojej ofercie modułową frezarkę do krawędzi MFK 700 EQ-Plus. Zakres jej zastosowania poszerzają wymienne stoły frezarskie. Nowy rodzaj obróbki nie wymaga bowiem zmiany całej frezarki, lecz tylko poszczególnych stołów.

Obrabiarka modułowa firmy Juaristi oferowana przez Abplanalp umożliwia obróbkę przedmiotów o bardzo dużych gabarytach bez konieczności zmiany zamocowania

Oferta Abpanalp obejmuje m.in. wyprodukowaną zgodnie z koncepcją konstrukcji modułowej obrabiarkę poziomą firmy Juaristi – typ MP. Umożliwia ona obróbkę przedmiotów o bardzo dużych gabarytach bez konieczności zmiany zamocowania.

Także producenci systemów narzędziowych poszerzają swoją ofertę o rozwiązania modułowe. Na przykład firma Sandvik oferuje modułowy system Coromant Capto, który pozwala na złożenie narzędzi o różnych długościach i parametrach konstrukcyjnych. Dzięki specjalnemu adapterowi można skrócić czas wymiany narzędzi z 8 min do 40 s.

Modułowe rozwiązania w systemach mocowania narzędzi dają niemal nieograniczoną swobodę doboru oprawek w zależności od typu maszyny i charakteru produkcji. Ten sam zestaw może być zatem wykorzystywany w kilku procesach obróbki. Efektem jest ograniczenie wielkości parku narzędziowego oraz oszczędność czasu przeznaczanego na utrzymanie i konserwację. Systemy modułowe pozwalają elastycznie reagować na potrzeby klientów, dlatego sprawdzają się w firmach, które często zmieniają asortyment lub wykonują niewielkie partie materiału.