Elektromechanische actuatoren openen de deur naar Industrie 4.0

Wanneer bedrijven nadenken over hun digitale strategieën is het gemakkelijk om vast te lopen in de complexiteit. Maar wie kiest voor de juiste technologische aanpak met slimme componenten kan met de automatisering van lineaire bewegingen eenvoudig toegevoegde waarde creëren. En dan wordt er vooral gekeken naar elektromechanische actuatoren.

Er zijn inmiddels genoeg bewijzen dat grote Industrie 4.0-projecten aanzienlijke voordelen kunnen opleveren. Maar er is ook een andere manier om na te denken over digitalisering in de maakindustrie. Industrie 4.0 maakt het goedkoper en gemakkelijker voor bedrijven om nieuwe, digitale toegepaste initiatieven van de grond af aan op te bouwen: namelijk het verbeteren van de prestaties en de flexibiliteit van bestaande machines en een breder scala aan taken te automatiseren. In feite zijn front-line toepassingen van nieuwe digitale initiatieven waarschijnlijk één van de snelst groeiende gebieden van de industriële technologie in de komende jaren. Met name doordat de wereldwijde markt voor fabrieksautomatisering de komende vijf jaar naar verwachting met gemiddeld 9% per jaar groeit.

Meer en betere automatisering biedt overtuigende voordelen voor de maakindustrie. In de eerste plaats richt het zich direct op de kortetermijndoelstellingen: het verminderen van operationele en arbeidskosten en tegelijkertijd de productiviteit, kwaliteit en veiligheid verbeteren. Dat betekent dat veel automatiseringsoplossingen, en vooral eenvoudige, kleinschalige toepassingen, zichzelf meteen terugbetalen. Maar de voordelen gaan verder. Als een organisatie kiest voor de juiste technologische aanpak, met componenten die capabel, flexibel en klaar-om-te-gebruiken zijn in een bestaande of toekomstige digitale infrastructuur, dan kan het op de lange termijn extra waarde creëren door haar automatiserings­systemen aan te sluiten en te integreren in bredere Industrie 4.0-netwerken en toepassingen.

Een van de meest voorkomende hoekstenen van productieautomatisering is het toepassen van lineaire bewegingen. Lineaire cilinders worden in tal van industriële toepassingen gebruikt voor het verplaatsen, lokaliseren en het positioneren van producten, onderdelen en materiaal. De traditionele manier om een lineaire beweging in een fabrieksomgeving te bewerkstelligen is met een hydraulische oplossing. Bedrijven hebben lang vertrouwd op pneumatische systemen voor hoge snelheid en lage belasting toepassingen en hydrauliek voor hoge belastingen en krachten. Maar als we terecht komen in de wereld van Industrie 4.0, komen veel fabrikanten en machineontwerpers er achter dat elektromechanische actuatoren beter passen bij zowel hun huidige als toekomstige automatiseringsbehoeften. Elektro-­mechanische actuatoren vervangen dan de hydraulische of pneumatische cilinders door een kogel- of rollenomloopspindel, aangedreven door een elektromotor. Ze zijn verkrijgbaar in een breed gamma aan standaardproducten, maar zijn ook modulair waardoor kracht, snelheid en precisie voor bijna elke denkbare toepassing kan worden aangepast.

De voordelen van de elektromechanische actuatoren beginnen met hun eenvoud. Hydrauliek vereist een complexe, speciale infrastructuur. Pneumatische systemen hebben veel componenten nodig, waaronder slangen, pompen, kleppen, regelaars, smeersystemen en lucht­filters. Hydraulische systemen vereisen een oliereservoir, pompen, motoren, ontluchtingskleppen, warmtewisselaars, en gaan vaak gepaard met geluiddempende maatregelen. Een elektromechanische actuator heeft daarentegen slechts een paar kabels nodig om de voeding en het besturingssysteem aan te sluiten.

Deze eenvoud leidt tot een kleiner ruimtebeslag en een eenvoudige mechanische lay-out en reduceert de tijd voor het totale ontwerp, de installatie en inbedrijfstelling van een automatiseringsproject. Elektromechanische actuatoren zijn gemakkelijk te integreren. Omdat er met minder componenten rekening dient te worden gehouden en men de route van leidingen en  de relatieve posities van de verschillende systeemelementen buiten beschouwing kan laten, kunnen elektromechanische systemen worden gebruikt om additionele verticale en/of horizontale lineaire bewegingen in kleine ruimtes of op bestaande machines toe te voegen. De integratie van besturings­systemen is ook gemakkelijk, met eenvoudige interfaces naar alle belangrijke industriële netwerkprotocollen. 

Omdat automatiseringstaken ook veeleisender worden zijn de voordelen van de elektromechanische aandrijving nog groter. In hydraulische systemen zijn nauwkeurige regeling van de snelheid en positie van de aandrijving vaak moeilijk of niet te realiseren, met name wanneer een lineaire beweging significante variatie van deze parameters vereist. Elektromechanische actuatoren hebben een directe mechanische koppeling tussen de motor en de spindel, zodat het hele systeem controleerbaar is, met een hoge mate van reproduceerbaarheid – tot op enkele honderdsten van een mm nauwkeurig  – en met een hogere stijfheid. Bovendien is het zeer gemakkelijk om de snelheid gedurende de bewegingscyclus nauwkeurig te wijzigen. Omdat de snelheid, versnelling of positionering van een actuator software gestuurd is, kunnen automatiseringssystemen die deze technologie gebruiken eenvoudig worden gefinetuned, en kunnen gebruikers hun processen voortdurend aanpassen en verbeteren. Deze flexibiliteit is essentieel in veel Industrie 4.0-toepassingen, van datagestuurde continue verbeteringsactiviteiten tot grootschalig maatwerk in de maakindustrie.

De elektromechanische benadering voor lineaire bewegingen kan gedurende de volledige levenscyclus van een automatiseringssysteem ook aanzienlijke voordelen wat betreft de TCO opleveren. Actuatoren maken gebruik van hoge precisiecomponenten, maar de meeste essentiële onderdelen zijn goed beschermd tegen beschadiging en vervuiling, wat leidt tot een lange en voorspelbare levensduur. Als een actuator vervangen moet worden dan is dat een snelle en eenvoudige klus waarvoor geen langdurige stilstand of specialistische expertise is vereist. Elektromechanische systemen zijn ook uiterst efficiënt. Een elektromechanische actuator transformeert 80% van de energie input in bewegingsoutput. Dat is ongeveer twee keer zo efficiënt als een hydraulisch systeem, en meer dan vier keer zo efficiënt als een persluchtinstallatie.

Nieuwe digitale technologieën maken een upgrade van de intelligentie, het reactievermogen en de flexibiliteit van productieprocessen mogelijk. Maar de productiewereld is zowel fysiek als digitaal; de volgende generatie van productiemachines hebben de fysieke kracht nodig die past bij hun intelligentie. Als het gaat om toepassingen met lineaire bewegingen dan blijken elektromechanische actuatoren de slimste keuze te zijn.