Postęp napędzany miniaturyzacją

Jakie są aktualne trendy techniczne i rynkowe w technologii napędów miniaturowych?

Widoczna jest tendencja odchodzenia od dostawców pojedynczych komponentów na rzecz dostawców systemów, którzy mogą zaoferować klientom rozwiązania dla wszystkich zastosowań napędów. Ważne, aby opłacalna była nawet produkcja małoseryjna. Najbardziej zauważalne trendy to coraz większe ukierunkowanie na rozwiązania indywidualne, modyfikowane czy nawet projektowane od początku specjalnie dla klienta oraz produkcja coraz mniejszych partii finalnego produktu.

Poszukiwane są przede wszystkim rozwiązania napędowe dostosowane do potrzeb odbiorcy. Coraz rzadziej wybierane są produkty „z katalogu” czy „z półki”. Wynikający z tego gwałtowny wzrost złożoności i spadek wielkości partii to główne wyzwania, z którymi muszą dziś zmierzyć się dostawcy technologii mikronapędów. Nasza firma, w odpowiedzi na ten trend, każdego dnia produkuje od 10 do 12 produktów, których nigdy wcześniej nie wytwarzaliśmy. W FAULHABER Drive Systems możemy zaoferować naszym klientom ponad 25 milionów wariantów. Taką złożonością można zarządzać tylko wtedy, gdy zagwarantowany jest wysoki poziom automatyzacji i zsynchronizowanie produkcji w tym samym miejscu. Fakt, że FAULHABER doskonale odnajduje się w tych warunkach i zarządzaniu taką strategią potwierdza nagroda Fabryka Roku w kategorii „Doskonała produkcja małych partii”, którą otrzymaliśmy w 2018 r.

Widzimy również nasilającą się tendencję produkcji „na żądanie” w technologii mikrosilników. „Amazonizacja” świata sprawia, że oczekiwania odbiorców dotyczące jak najszybszego otrzymania towaru są coraz bardziej widoczne również w przemyśle. Klienci nie chcą czekać na produkt, a jednocześnie nie chcą składać zamówień z dużym wyprzedzeniem. Szczególnie teraz, w czasie pandemii, przewidywalność produkcji i długoterminowe prognozowanie jest niezwykle trudne. W przyszłości czas dostawy będzie miał decydujące znaczenie dla sukcesu biznesowego.

Aktualne trendy to jedno, ale czego możemy spodziewać się w przyszłości?

Z pewnością będzie nadal rósł rynek technologii medycznych i robotyki medycznej, podobnie jak ekspansja systemów wspomagających, takich jak np. egzoszkielety. Wynika to ze zmian demograficznych. W Polsce mamy już kilka projektów bionicznych protez dłoni, w których na różnych etapach wdrażania czy testów wykorzystywane są napędy produkcji FAULHABER. Instytuty rozwojowo-badawcze są z nami w stałym kontakcie. Pomagamy im w doborze rozwiązania i pokonywaniu trudności technicznych związanych z optymalizacją napędów oraz ich pracy przy projektowaniu robotów medycznych. Narzędzia do przeprowadzania zabiegów chirurgicznych stawów rozwijają się w kierunku oferowania większych funkcjonalności oraz mniejszych wymiarów i masy przy zachowaniu co najmniej takiej samej mocy.

Na rozwój technologii mikronapędów będą miały również wpływ zmiany klimatyczne i ich skutki. Napędy muszą stać się bardziej trwałe, mocniejsze, a jednocześnie bardziej kompaktowe, aby można było je stosować w niesprzyjających i bardzo trudnych warunkach – np. w bezzałogowych samolotach zwiadowczych po powodziach, w gaszeniu pożarów czy w robotach zwiadowczych podczas pożarów lasów lub innych katastrof ekologicznych.

Kolejna przewidywana tendencja dotyczy rozwoju systemów wspomagania i robotyki. Wysokiej klasy miniaturowe systemy napędowe będą niezbędne, ponieważ są lekkie, małe i mocne. Jednym z wyzwań będzie zagwarantowanie niezawodności – system, który np. zapewnia codzienną pomoc osobom na wózkach inwalidzkich – przykładowo jako otwieracz drzwi czy regulator fotela – nie może zawieść.

Czy można wskazać nowe obszary zastosowań oraz nowe branże, które mają duży potencjał, jeśli chodzi o wdrażanie miniaturowych systemów napędowych?

Trudno mówić o czymś całkowicie nowym. Branżą, która od dawna jest liderem pod względem wymagań dotyczących aspektów technicznych i nowych wynalazków jest na pewno medycyna. Jeśli chcielibyśmy doprecyzować i zawęzić tę gałąź do pewnych zastosowań dla mikronapędów, to widzimy duży potencjał w rozwoju „osobistej ochrony zdrowia”, czyli tam, gdzie można spodziewać się dążenia do ograniczania kontaktu pacjentów z dużymi jednostkami medycznymi, laboratoriami czy lekarzami w specjalistycznych szpitalach. Przykładem mogą być diagnostyczne urządzenia laboratoryjne, które w zautomatyzowany sposób będą np. badać krew, a ich małe wymiary pozwolą na to, by urządzenie znajdowało się w niewielkim gabinecie lekarskim. Rozwój będzie dotyczył także osobistych urządzeń do dozowania leków, jak pompy insulinowe.

Dynamicznie rozwija się rynek e-commerce, co pociąga za sobą rozwój w dziedzinie smart warehouse. Automatyzacja magazynów, szybki dostęp do produktów o różnych gabarytach, minimalny czas dostawy wymuszają powstawanie coraz bardziej zaawansowanych systemów. Systemy transportowe będą miały gabaryty proporcjonalne do potrzeb produktów małej wielkości. Patrząc w skali długoterminowej, przewiduję rozwój automatyzacji w rolnictwie, który może przynieść ciekawe zastosowania dla niewielkich napędów. Przykładem mogą być systemy automatycznego nawadniania, rozpylania czy kontroli za pomocą kamer i czujników, nad których pracą będą czuwać małe napędy.

Jakie kluczowe czynniki powinno się uwzględnić przy doborze napędów i systemów napędowych?

Dobór napędów bywa skomplikowany. Generalnie im więcej wiemy, tym lepiej. Zwykle proces wyboru rozpoczyna się od ustalenia zadania, jakie ów napęd ma do wykonania – należy określić punkt pracy, tj. moment obrotowy oraz prędkość. Często nie da się tego łatwo zrobić ze względu na to, że napęd ma pracować ze zmienną prędkością i kierunkiem pod różnym obciążeniem. Wówczas wskazane jest opracowanie dokładnych przebiegów i cykli, które będą pomocne w późniejszym etapie.

Drugim najważniejszym czynnikiem jest dostępne miejsce. Trzeba ustalić maksymalne dopuszczalne wymiary zewnętrzne napędu. Po uwzględnieniu powyższych ograniczeń zwykle zawężamy pole poszukiwań do pewnego zakresu. Kolejny krok to wybór technologii, którą chcemy zastosować: czy napędy mają być szczotkowe czy bezszczotkowe, czy potrzebujemy dokładnego pozycjonowania i wymagany jest enkoder, czy wystarczy, że napęd DC będzie pracował w pętli otwartej? Dostępne napięcie zasilania oraz ewentualny wymóg zasilania akumulatorowego i jego ograniczeń pojemnościowych może wymusić nacisk na wysoką sprawność. Najważniejszym czynnikiem zewnętrznym jest temperatura otoczenia. Im więcej mamy danych i im bardziej są one dokładne, tym lepiej możemy zasymulować pracę danego napędu i zbliżyć się do rzeczywistości.

W jaki sposób trend ukierunkowany na Przemysł 4.0 oraz Internet Rzeczy wpływa na technologię mikrosilników?

Dla firmy FAULHABER, jako dostawcy rozwiązań napędowych, te aspekty mają znaczenie drugorzędne. Częścią naszych systemów napędowych są inteligentne systemy sterowania, które można połączyć z przemysłowymi systemami sterowania na wyższym poziomie, gdzie wyzwania związane z Przemysłem 4.0 są bardziej problematyczne.

Można czasem usłyszeć, że w XXI w. swoją „drugą młodość” przeżywają silniki elektryczne, które wkraczają w nowe obszary naszego życia. Jaka jest Pana opinia na ten temat?

Zastępowanie napędów pneumatycznych czy hydraulicznych rozwiązaniami bazującymi na napędach elektrycznych to kolejny trend, obserwowany już od dłuższego czasu. Z pomocą tej transformacji przychodzą nowoczesne akumulatory, które mają coraz większą pojemność i wymagają coraz krótszego czasu ładowania. Pojazdy lub wszelkiego rodzaju narzędzia będą więc coraz bardziej zmotoryzowane i coraz bardziej wydajne. Weźmy pod uwagę np. skutery elektryczne, które zaczynają mieć coraz więcej entuzjastów czy nożyce do winorośli, których siła tnąca wspomagana jest mocnym, ale niewielkim napędem elektrycznym. Trend wyboru napędu elektrycznego w miejsce pneumatycznego czy hydraulicznego napędzać będzie w przyszłości miniaturyzacja napędów DC. Nieco uogólniając, mogę powiedzieć, że poszerzanie przez nas oferty produktowej zmierza w kierunku zwiększenia gęstości mocy. Nowo pojawiające się napędy FAULHABER charakteryzuje albo większa moc, albo mniejsze gabaryty.

W jakim stopniu firma FAULHABER dostosowuje obecnie swój asortyment produktów i usług do trendów rynkowych?

Know-how firmy FAULHABER i jej kompetencje w zakresie technologii uzwojeń zaowocowały powstaniem nowej rodziny bezszczotkowych płaskich silników prądu stałego BXT. Rozwiązanie, które cieszyło się dużym zainteresowaniem gwarantuje obecnie jeszcze większą wydajność. Nie tak dawno wdrożona seria BXT to zdecydowany lider pod względem parametrów mechanicznych i elektrycznych względem tego, co do tej pory oferował rynek. W tym samym gabarycie klient otrzymuje znacznie więcej niż do tej pory u innych producentów. Wyjątkowe parametry oraz wymiary napędów BXT sprawiają, że jest to rozwiązanie, które doskonale nadaje się np. do zastosowań w egzoszkieletach.

FAULHABER zawsze miał bardzo mocną pozycję w tworzeniu indywidualnych rozwiązań napędowych dla klientów. Wyprodukowaliśmy już z powodzeniem ponad 25 milionów możliwych wariantów, a każdego dnia dodajemy około 10 kolejnych. Dlatego jesteśmy spokojni o naszą pozycję w trendzie do indywidualizacji. Tam, gdzie nadal widzimy luki, np. w silnikach krokowych o większej mocy, uzupełniliśmy portfolio przez realizację nowych inwestycji lub przejęć. Zwiększamy odpowiednio do potrzeb wydajność produkcyjną i lokujemy ją optymalnie w naszych zakładach zlokalizowanych w Europie.

Założyciel firmy, dr Fritz Faulhaber Senior, wraz z wynalezieniem specyficznego dla naszych produktów uzwojenia ukośnego, stworzył nowy segment w napędach DC. Nasze innowacyjne technologie uzwojeń gwarantują do dziś większą gęstość mocy niż u konkurencji, przy takich samych wymaganiach przestrzennych. Dzięki zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań FAULHABER w zakresie napędów nasi klienci mogą również liczyć na zwiększenie poziomu wydajności.

Jakie zmiany są planowane w dalszej przyszłości?

Będziemy wprowadzać nowe rodziny produktów i rozwiązania napędowe, ale niestety nie możemy podawać szczegółów. Nasz katalog rok do roku jest regularnie aktualizowany. Praktycznie w każdej jego nowej odsłonie pojawiają się nowe produkty lub całe serie. Nowe wdrożenia dotyczą zarówno silników – np. nowa seria BXT oraz pojedynczych typonumerów uzupełniających serie o brakujące, pośrednie wersje – np. silnik 1645 ... BHS o tej samej średnicy, ale krótszy w stosunku do wcześniej oferowanego, jak również komponentów towarzyszących. Należą do nich m.in. przekładnie – wprowadziliśmy serię wysoce wydajnych przekładni planetarnych GPT. Kolejna grupa to elektronika sterująca – udostępniliśmy nowe funkcjonalności i aktualizacje na poziomie oprogramowania.

Na czym budujecie przewagę konkurencyjną i jakie działania podejmujecie, aby zagwarantować firmie odporność na kryzys, o którym dziś – z uwagi na pandemię – mówi się coraz częściej?

FAULHABER oferuje najbardziej wszechstronne portfolio dostępne z jednego źródła, w tym potężne silniki prądu stałego – oczywiście w skali mikronapędów – a ponadto silniki bezszczotkowe, krokowe, liniowe i piezoelektryczne. Dostarczamy także kompatybilne zespoły przekładni planetarnych, komponenty liniowe, enkodery i dedykowane kontrolery, jak również kompletne systemy sterowania ruchem do budowy złożonych systemów. Do głównych obszarów zastosowania innowacyjnych systemów napędowych należą automatyka i robotyka produkcyjna, technika medyczna i laboratoryjna, systemy optyczne, przemysł lotniczy i kosmiczny, technika precyzyjnego monitorowania i pomiarów. Tak więc jest to złożona wariacja produktów i odbiorców z różnych dziedzin.

Strategia naszej firmy jest ważnym motorem innowacji, otwierającym nowe możliwości dzięki najwyższym osiągnięciom inżynieryjnym i bogatemu technologicznemu know-how – często na granicy tego, co jest technicznie możliwe. Podstawową kompetencją FAULHABER jest rozwój rozwiązań napędowych dostosowanych do potrzeb klienta, nawet w skali jednostkowej, począwszy od koncepcji do wdrożenia, poparty dogłębną wiedzą na temat zastosowań, od najmniejszych do największych serii.

Synchroniczna produkcja we wszystkich lokalizacjach w Europie Zachodniej i Wschodniej przy zastosowaniu jednolitych technologii procesowych oraz produkcyjnych zapewnia nam konkurencyjność. Szeroki zakres możliwych zastosowań systemów napędowych gwarantuje, że firma jest odporna na sytuacje kryzysowe, ponieważ nie jest związana z konkretną branżą lub zastosowaniem. Jako producent systemów napędowych stosowanych w wyrobach medycznych, takich jak respiratory lub systemy ochrony dróg oddechowych, FAULHABER jest również klasyfikowany jako producent odpowiednich systemów ochrony zdrowia. Zapewnia to także skuteczne zarządzanie kryzysowe. Dzięki temu, że jesteśmy dostawcą krytycznych komponentów do przemysłu medycznego nasza fabryka w Szwajcarii uniknęła zamknięcia w czasie lockdownu wiosną tego roku. Włoska część Szwajcarii była w tamtym czasie bardzo zagrożona dużą liczbą zakażeń i tamtejszy rząd wprowadził bardzo surowe wymagania, których spełnienie było warunkiem kontynuacji produkcji.

Siłą naszego rozbudowanego zespołu inżynierów i naukowców jest zbierane przez lata doświadczenie, które można wykorzystać przy pracy nad nowymi zastosowaniami czy wdrażaniu nowych rozwiązań napędowych w aplikacjach, z którymi nasi specjaliści pracują od lat. To pozwala już w początkowej fazie projektu odrzucić rozwiązania, o których wiemy z doświadczenia, że się nie sprawdzą lub zawęzić pracę do tych rozwiązań, które w przeszłości doskonale sprawdziły się w podobnych zastosowaniach. W ten sposób możemy zaoszczędzić dużo czasu i środków nie tylko po naszej stronie, ale również po stronie naszego klienta. Synchroniczna produkcja we wszystkich zakładach w Europie Zachodniej i Wschodniej, przy zastosowaniu jednolitych technologii procesowych i produkcyjnych, zapewnia konkurencyjność. Dzięki temu możemy zawsze elastycznie reagować.

W jakich obszarach branży MedTech w dobie COVID-19 zwiększył się popyt na komponenty firmy?

Pierwszy z nich dotyczy masek ochrony dróg oddechowych. Chodzi szczególnie o maski PAPR – Powered Air Purifying Respirator – czyli maski z napędem oczyszczające powietrze, gdzie silniki FAULHABER wymuszają obieg powietrza w układzie filtrującym. Kolejne segmenty to kamery na podczerwień do kontroli temperatury ciała, zautomatyzowane systemy pobierania próbek, systemy laboratoryjne i analityczne oraz respiratory do intensywnej terapii medycznej.

Dzięki różnym opisanym już wcześniej działaniom firma FAULHABER zapewnia ciągłość produkcji napędów i akcesoriów dla klientów z tej branży. Odbiorcy, dla których jesteśmy krytycznym dostawcą komponentów do urządzeń czy systemów ratujących lub podtrzymujących życie, kontaktowali się z nami i składali deklaracje, podkreślające, że nasze komponenty są niezbędne w czasie walki z pandemią COVID-19. Dzięki temu stworzyliśmy bazę klientów podlegających specjalnym procedurom.

Jak firma odnalazła się organizacyjnie w nowej, „covidowej” rzeczywistości?

Zintegrowaliśmy ochronę zdrowia pracowników za pośrednictwem Wydziału Bezpieczeństwa/Urządzeń/Monitoringu zarówno z zespołem kryzysowym, jak i zespołem powołanym z myślą o pandemii. Od początku dołożono wszelkich starań, aby wirus nie stał się częścią firmy i to się udało. Dziś w naszej głównej fabryce Schönaich nie ma żadnego przypadku COVID-19. Podjęto różne działania mające na celu zapewnienie zdolności przedsiębiorstwa do realizacji dostaw, np. zsynchronizowano produkcję w zakładach z jednolitymi procesami i technologiami produkcji, a także dostosowano działania do potrzeb danej lokalizacji. Aktywnie angażuje się w różne działania także lekarz zakładowy. Nie można oczywiście zapominać o indywidualnej odpowiedzialności każdego pracownika. Wprowadziliśmy specjalne procedury na czas pandemii, regulujące przemieszczanie się pracowników oraz maksymalne zabezpieczenie personelu produkcji przed potencjalnym ryzykiem zakażenia.

Czy pandemia i związana z nią modyfikacja metod pracy firmy sprawiły, że niektóre zmiany zostaną wdrożone na stałe? Jakie wnioski można wyciągnąć na przyszłość?

Pierwsza lekcja z nowej rzeczywistości: praca zdalna działa. Druga: jeśli wszyscy połączą siły i będą przestrzegać zasad oraz ograniczeń, można bardzo dobrze przejść przez kryzys.

Elastyczne działania, przynajmniej pośrednio, ułatwia cyfryzacja, ponieważ umożliwia pracę zdalną bez konieczności akceptowania ograniczeń. W obszarze bezpośrednim – produkcji – z pewnością ułatwi w dłuższej perspektywie czasowej przełączanie na stanowisku montażowym między różnymi produktami w ciągu jednego dnia roboczego. Długoterminowa wizja FAULHABER opiera się na tym, że zamówienia klientów mogą być przenoszone w formie cyfrowej bezpośrednio na stanowisko montażu, co zwiększa przepustowość.

source: Automatyka 11/2020