הנעת חדשנות בייצור עם מחברים מודולריים של HARTING

מהנדסי ייצור יכולים להבין את התסכול של עצירת קו ייצור עקב כשל בבקר מנוע אחד, אך הגישה אליו דורשת פירוק של עשרות חיבורי חוטים. מה שאמור לקחת דקות נמשך שעות בזמן שטכנאים עוקבים אחר מעגלים דרך צמות כבלים, בתקווה שיוכלו לאתר את החוטים הנכונים מבין מאות מוליכים דומים למראה. תרחיש זה מדגיש את האתגר בחיבוריות חשמלית בסביבות תעשייתיות. מערכות חיווט קשיח, למרות שנראות בתחילה חסכוניות, עלולות ליצור חוסר יעילות נסתר המצטבר לאורך מחזורי חיי הציוד, והבעיה טמונה באופי הנוקשה של החיבורים הקשיחים. למרבה המזל קיימים כיום פתרונות מחברים מודולריים (איור 1) היכולים להסתגל לדרישות משתנות תוך שמירה על אמינות בדירוג-תעשייתי

איור 1‏: מערכת מחברים ®Han-Modular‏. (מקור התמונה: HARTING‏)

מקורותיה של טכנולוגיית חיבורים תעשייתית סטנדרטית

החזון של וילהלם הרטינג משנת 1945 זיהה כי צמיחה תעשייתית לאחר המלחמה דורשת פתרונות חיבור שונים באופן מהותי מהתכנים שהיו קיימים אז. חברת HARTING, שהחלה במפעל תיקונים קטן ב-Minden, גרמניה, פיתחה את מה שנודע לימים כמחברים לפעולה מאומצת (HDCs), וביססה עקרונות הממשיכים להשפיע על תכני חיבוריות תעשייתית כיום.

פריצת הדרך הגיעה מיצירת מחברים מלבניים בניגוד לתכנים העגולים ששלטו בהתחלה ביישומים צבאיים ותעופה. ארכיטקטורות מלבניות העניקו ניצול מעולה של המקום בפאנלי בקרה תעשייתיים והשיגו צפיפות מגעים גבוהה יותר בתוך חתימות-שטח סטנדרטיות. סדרת מחברי Han, שהושקה עוד לפני פריחת התעשייה של שנות ה-60, הדגימה כיצד חיבורים סטנדרטיים וחסונים יכולים להתמודד עם סוגים רבים של מדיה תוך עמידה בסביבות מפעלים קשות.

בסיס היסטורי זה חשוב משום שטכנולוגיית Han-Modular בנויה ישירות על עקרונות מוכחים. במקום להמציא מחדש עקרונות בסיסיים, היא משלבת תכנים שנבדקו שהוכחו לאורך הזמן עם החומרים, טכניקות הייצור ויכולות האינטגרציה העדכניות ביותר.

ניתוח תכן מערכת חיבורים מודולרית

טכנולוגיית Han-Modular של HARTING משתמשת בגישת אבני בניין שבה המהנדסים יכולים לבחור מודולים בודדים על סמך דרישות מדיה ספציפיות (הספק, אות, נתונים, אוויר וכו') ולשלב אלמנטים אלה בתוך מעטי מגן המיועדים עבור סביבות ספציפיות.

המודולים של Han-Modular מטפלים בסוגי מדיה ספציפיים בתוך מכלל המחבר, למשל, מודולי הספק כדי להתאים לזרמים מ-16 עד 200 אמפר עבור יישומי פעולה-מאומצת, מודולי אותות לתמיכה במעגלי בקרה במתח נמוך, כמו גם מודולי תקשורת עבור חיבורי Ethernet, Fieldbus או סיבים אופטיים. המהנדסים יכולים לשלב את סוגי המודולים השונים הללו באותה מסגרת הרכבה, ובכך לחסוך את הצורך במחברים נפרדים עבור כל מדיה. מעטי מגן מעניקים תמיכה מכנית ואיטום סביבתי עבור צירופי מודולים, עם מארזים סטנדרטיים הנעים בין תצורות Han 6B‏ קומפקטיות ועד Han 48B‏ (איור 2) המתאימים עבור דרישות פעולה-מאומצת/מולטימדיה.

איור 2: דוגמה למארז לבית המורכב על דופן (Bulkhead‏) Han 48B. (מקור התמונה: HARTING)

הגנה סביבתית משתמשת במבני איטום מדורגים המבוססים על חומרת היישום. דירוגי IP65 בסיסיים מגנים מפני חדירת אבק ומים, הנפוצים ברוב מתקני הייצור. מצד שני, מפרטי IP69K משופרים עבור מחברי Han-Modular עומדים בתהליכי שטיפה בלחץ גבוה הנדרשים בעיבוד מזון וייצור תרופות.

מחברי Han-Modular משלבים מספר מאפייני המונעים שגיאות חיבור. מערכת הקידוד המכני משתמשת באלמנטים מובילים בעלי צורה ייחודית המאפשרים רק לחצאי מחברים זכר ונקבה התואמים כראוי להתחבר יחד. תכן פיזי זה מונע מטכנאים לחבר מחברים שאינם תואמים, טעות חיווט המתרחשת לעתים קרובות בחיבורים מחווטים. במקום להסתמך על תוויות חיווט או תרשימי מעגלים העלולים להפוך לבלתי ברורים עם הזמן, מערכת הקידוד הופכת חיבורים שגויים לבלתי אפשריים פיזית.

השותפות של HARTING עם DigiKey‏: Han Configurator‏

מפרטי מחברים מציבים אתגרים בתהליכי עבודה הנדסיים. על המהנדסים לבחון ידנית ייחוסים-צולבים בין מפרטי רכיבים על פני מספר גליונות נתונים, לאמת דירוגי סביבה ולתקף את דרישות התאימות עבור כל סוג מחבר. זהו תהליך הגוזל זמן רבויכול לגרום לשגיאות בחירה תוך השפעה על לוחות הזמנים של הפרויקט.

שיתוף הפעולה של DigiKey עם HARTING מטפל בבעיות אלו באמצעות כלי תכנון משולבים ההופכים את התיקוף ובחירת הרכיבים לאוטומטיים. ה-®Han Configurator‏ מאפשר למהנדסים להזין את דרישות מערכת, למשל, סוגי מדיה, דירוגי זרם ומפרטי הסביבה, ולקבל משוב בזמן-אמת על תאימות וזמינות רכיבים. הקונפיגורטור משתמש בלוגיקת בחירה מבוססת-כללים המונעת צירופים לא-תואמים ומציעה חלופות כאשר הבחירות שלו יוצרות קונפליקטים. הוא גם מציג מכללים שתצורתם נקבעה ממספר זוויות, מה שמאפשר למהנדסים לאמת התאמה מכנית ודרישות ניתוב כבלים לפני הרכישה.

כלי Han Configurator‏ מייצר גם תיעוד מלא כמו רשימות חומרים עם תמחור עדכני ומצב זמינות. אינטגרציה ישירה עם מערכות הרכש של DigiKey יכולה לסייע בלחסוך יצירה והזמנה ידנית של רשימות חלקים. המהנדסים יכולים להשתמש בכלי ההשוואה שלאחר הרכישה כדי להעריך חלופות מודולריות לעומת חלופות לחיווט קשיח או ספריות מוגדרות-מראש כנקודות התחלה עבור יישומים נפוצים במספר תעשיות.

יתרונות מעשיים עבור צוותי הייצור

מחברי Han-Modular של HARTING מעניקים שיפורים ניתנים-למדידה בזמן ההתקנה בהשוואה לשיטות חיווט קשיח. ערכות מחברים מורכבות-מראש חוסכות את התהליך גוזל-הזמן של הרכבת סיומות חוטים בודדים בשטח, ומערכות עם קידוד מכני מונעות שגיאות חיבור שלעתים קרובות פוגעות בהתקנות חיווט. תכני הבתים הסטנדרטיים, החל מתצורות קומפקטיות של Han 6B (איור 3) ועד מכללי Han 48B עבור יישומים מורכבים, מאפשרים התקנה עקבית על פני דרישות מערכת שונות.

איור 3: דוגמה לבית מורכב דופן (Bulkhead‏) Han 6B‏. (מקור התמונה: HARTING)

העיצוב המודולרי מפשט את תהליכי התחזוקה על ידי החלפת פעולות מסובכות של איתור מעגלים וחיווט-מחדש בניתוק/חיבור מחדש פשוטים של מחברים. כאשר רכיבים דורשים החלפה או טכנאים צריכים לאתר תקלות, הם יכולים לזהות ולבודד בעיות בקלות. מנגנון הנעילה מופעל-מנוף מאפשר גם לעובדי התחזוקה לבצע את הפעולות במהירות ללא שימוש בציוד מיוחד.

יתרון מרכזי נוסף הוא היכולת לבדוק מכללי מחברים שלמים בתנאים מבוקרים. פעולה זו מבטלת כל משתנה היוצר בעיות אמינות עם חיבורים עם סיומות המורכבות בשטח. מתקני ייצור יכולים לבקר את איכות הכנת המוליך, כוח תחיבת המגעים, ושלמות האיטום בדרכים שאינן אפשריות במהלך התקנה בשטח. בדיקות סביבתיות מבטיחות גם שהמכללים עומדים בדירוגי IP65 או IP69K לפני המסירה.

בסך הכל, השינויים הרבה יותר פשוטים עם התכן המודולרי. הממשקים הסטנדרטיים מאפשרים למהנדסים לשדרג את יכולות הטיפול בהספק, להוסיף ערוצי תקשורת נוספים, או אפילו לשלב רכיבים חדשים על ידי החלפת מודולים בודדים.

תיקוף על פני מגזרי ייצור קריטיים

קווי הרכבה לרכב (איור 4) הם חלק מהיישומים התובעניים ביותר עבור חיבוריות. לדוגמה, תאי ריתוך רובוטיים דורשים העברה סימולטנית של עוצמת ריתוך בזרם גבוה (בדרך כלל מעל 600 אמפר), אותות בקרת סרוו למיקום הרובוט ותקשורת Ethernet במהירות גבוהה לתיאום תנועה בזמן-אמת. משמעות הדבר היא שכשלים בחיבור עלולים לעצור קווי ייצור שלמים, מה שהופך את האמינות לחיונית. מחברי Han-Modular מתוכננים לעמוד במאמצים מכניים מתמשכים מתנועה רובוטית, תוך שמירה על תקינות חשמלית ואמינות לטווח ארוך בתנאי סביבה קיצוניים.

איור 4: קו הרכבת רכב טיפוסי. (מקור התמונה: Adobe Stock)

בדומה, התקנות גנרטורים מרוחקות חייבות לפעול באופן אמין בטמפרטורות קיצוניות, החל מתנאים ארקטיים ועד סביבות מדבריות, לעתים קרובות עם גישה מינימלית לתחזוקה לתקופות ממושכות. יישומים אלה דורשים מחברים שיטפלו בו זמנית בחלוקת הספק עיקרית בזרם גבוה ובמעגלי בקרה רגישים בתוך מכללים בודדים. מחברי Han-Modular במתקני גנרטורים נשארים פעילים במשך שנים ללא התערבות תחזוקה, ומתקפים את גישת התכנון גם בתנאים המאתגרים ביותר.

ציוד כרייה ובנייה פועל גם בסביבות אגרסיביות עם חשיפה קיצונית לאבק, זיהום נוזלים הידראוליים ופגיעות מכניות קשות. למרות שהם עולים על רוב המפרטים התעשייתיים, מחברי Han-Modular מסייעים בשמירה על הגנה אטומה ורציפות חשמלית בתנאים הפוגעים במהירות בפתרונות חיבוריות קונבנציונליים.

מתקנים כימיים הם כנראה סביבות התיקוף המאתגרות ביותר שבהן מחברים חייבים לעמוד בחשיפה לכימיקלים עם דרישות חסינות מפני התפוצצות. תכן Han-Modular מאפשר בדיקת מכללים בתנאי מעבדה מבוקרים לפני פרישה באזורים מסוכנים כדי למנוע תקלות העלולות להתרחב מעבר לשיבוש הייצור עקב שיקולי בטיחות.

סיכום

חיבוריות מודולרית שינתה באופן מהותי את האופן שבו מהנדסים ניגשים לתכנון מערכות. במקום לבצע אופטימיזציה של רכיבים בודדים, היא מתמקדת בתכנון תשתית חיבוריות חסונה התומכת הן בדרישות והן בחדשנות טכנולוגית עתידית. עבור מהנדסים המיישמים אופטימיזציה של ביצועי מערכת לטווח ארוך, חיבוריות מודולרית מספקת את יכולת ההסתגלות החיונית לניהול שינויים טכנולוגיים ושומרת על אמינות פעולה גבוהה עבור מגוון רחב של יישומים תעשייתיים. החלטות הנדסיות צריכות להעריך חיבוריות כתשתית שיכולה לאפשר או להגביל שינויים עתידיים במערכת.