يجب أن تكون خلية العمل الفعالة قادرة على التحكم في تدفق الكائن عبر خلية العمل، من نقطة الدخول إلى الوجهة المطلوبة. قد يتطلب ذلك تحريك أجسام متعددة في اتجاهات مختلفة. هناك العديد من الطرق لتوجيه حركة الأشياء داخل خلية العمل، بما في ذلك الأنظمة الهوائية . تستخدم الهندسة الهوائية الهواء المضغوط كقوة لخلق الحركة.

في هذا الدرس، ستتعرف على: 

• حلول ميكانيكية مختلفة للتحكم في تدفق الكائنات في خلية العمل
• الفرق بين الحركة الخطية والدورانية 
• مزايا الأنظمة الهوائية في بيئة صناعية
• التطبيقات الصناعية للهواء المضغوط

التحكم في تدفق المواد داخل خلية العمل

في الوحدة السابقة، قمت بنقل كائن عبر خلية العمل باستخدام الناقلات. لقد اكتشفت كيفية تحسين العملية عن طريق تحريك الناقلات بشكل أكثر كفاءة. كانت هذه طريقة ناجحة لنقل كائن واحد إلى موقع واحد. ومع ذلك، كيف سيعمل هذا على نقل كائنات متعددة في النظام ؟ ماذا لو احتاجت هذه الأشياء للانتقال إلى مواقع مختلفة ؟ يجب أن تكون قادرًا على التحكم في كيفية دخول الأشياء إلى نظام الناقل، لضمان إدخال المواد بمعدل مناسب. ستحتاج أيضًا إلى أن تكون قادرًا على تحويل الأشياء لإرسالها في اتجاهات مختلفة. سيتطلب ذلك أنظمة أخرى للعمل جنبًا إلى جنب مع الناقلات.

لنتخيل مصنعًا تستخدم فيه خلية العمل لتعبئة وفرز المواد للشحن. تتحرك الأجسام المختلفة على طول الناقلات، وتحتاج إلى توجيهها إلى مواقع مختلفة. تحتاج المواد أولاً إلى دخول النظام بطريقة تمكن من فرزها بنجاح. ستحتاج بعد ذلك إلى تحويلها بشكل فعال على طول مسارات مختلفة. هناك عدد من الحلول الميكانيكية المختلفة التي يمكن أن تساعد في التحكم في تدفق المواد. 

استخدام أذرع روبوتية متعددة

في السابق، كنت قد استخدمت الذراع الروبوتية سداسية المحاور لالتقاط الأشياء ووضعها على منصة نقالة. يمكن للذراع الروبوتية تحريك الأشياء بشكل متكرر، لذلك يمكن أن تكون مفيدة لالتقاط الأشياء ووضعها في نظام الناقل. يمكن للذراع الروبوتية أيضًا التقاط كائن من موضع معين ونقله إلى ناقل مختلف. ومع ذلك، هذا يعني أنك ستحتاج إلى ذراع روبوت في كل نقطة دخول وخروج ممكنة في خلية العمل. في حين أن هذا قد يكون فعالًا، إلا أنه أيضًا مكلف للغاية ويحتمل أن يكون خطيرًا. سيتطلب استخدام العديد من الأسلحة الآلية وضع كمية كبيرة من المعدات في مساحة صغيرة، مما قد يخلق بيئة غير آمنة.

هناك أيضًا سؤال حول ما إذا كانت الذراع الروبوتية هي الأداة المناسبة لهذه المهمة. الأذرع الروبوتية قادرة على التحرك بعدة طرق، مما يجعلها متعددة الاستخدامات وسهلة الاستخدام لاختيار المهام ووضعها. ومع ذلك، فإن مواقف مثل تحريك الأشياء داخل وخارج الناقلات، أو وضع الأشياء في حزم، غالبًا ما تكرر حركات بسيطة ولا تتطلب ذراعًا روبوتية مفصلية بالكامل لإكمالها بشكل فعال. عند التفكير في كيفية التحكم في تدفق المواد داخل خلية العمل، من المهم مراعاة نوع الحركة المطلوبة عند كل نقطة دخول أو خروج. 

الحركة الخطية مقابل الدورانية

غالبًا ما تنطوي المهام المتكررة مثل تحويل حزمة من ناقل إلى آخر على حركات بسيطة، مثل التحرك لأعلى ولأسفل أو للأمام وللخلف أو تدوير كمية محددة. يمكن أن تساعدك معرفة نوع الحركة اللازمة لإكمال مهمة ما في اختيار الحل المناسب. دعونا نفكر أكثر قليلاً في هذين النوعين من الحركة. 

استخدام محركات متعددة

عند التفكير في كيفية تحريك جسم ما باستخدام نوع واحد فقط من الحركة، يبدو أن المحرك يمكن أن يكون حلاً قابلاً للتطبيق. في خلية عمل CTE الخاصة بك، تدور المحركات، باستخدام الحركة الدورانية لتحريك الناقلات. دعونا نفكر فيما إذا كانت إضافة المزيد من المحركات يمكن أن تساعد في مهمة التحكم في دخول أو خروج الأشياء على الناقلات. 

للتسبب في انتقال جسم ما من ناقل إلى آخر، يمكن استخدام محرك لمعالجة المحول عن طريق تدويره لفتح المسار أو سدّه. على غرار كيفية دوران ذراع البوابة للتحرك لأعلى ولأسفل لسد سيارة أو فتح البوابة للتحكم في تدفق حركة المرور على الطريق، يمكن استخدام محرك لتحريك المحول بطريقة مماثلة. 

في حين أن هذا يمكن أن ينجز المهمة، إلا أن المحركات تشغل مساحة كبيرة. يمكن أن يؤدي البناء في المساحة لمحركات إضافية إلى عرقلة الناقلات والمكونات الأخرى لخلية العمل، مما يخلق مرة أخرى بيئة عمل يحتمل أن تكون خطرة. قد يتطلب تباعد المحركات إلى الخارج بصمة أكبر لخلية العمل، ويصبح باهظ التكلفة. إذا كان المحول يحتاج ببساطة إلى رفعه أو إنزاله في خط مستقيم، فقد يكون الحل الذي يستخدم الحركة الخطية مناسبًا بشكل أفضل.

أنظمة السوائل

تستخدم أنظمة السوائل السوائل (السوائل أو الغازات) لأداء العمل. تصنف أنظمة السوائل على نطاق واسع إلى نوعين رئيسيين: الهيدروليكية والهوائية. تستفيد هذه الأنظمة من مبادئ ديناميكيات الموائع والميكانيكا لتحريك الموائع والتحكم فيها ومعالجتها لتوليد الطاقة الميكانيكية. تخلق المكونات الهيدروليكية والهوائية حركة خطية باستخدام السوائل المضغوطة (السوائل في المكونات الهيدروليكية والغازات في المكونات الهوائية) لتحريك المكبس داخل الأسطوانة. يتم التحكم في هذه الحركة بواسطة الصمامات التي توجه تدفق السائل، مما يسمح بحركات خطية دقيقة وقوية. 

الهيدروليكا تتفوق في السيناريوهات التي تتطلب قوة عالية وتحكمًا دقيقًا، مما يجعلها لا غنى عنها في الآلات الثقيلة والتطبيقات الصناعية. تُستخدم عادة في معدات البناء الثقيلة مثل الحفارات والجرافات واللوادر الخلفية لتشغيل أذرعها وجرافاتها وملحقاتها. تجعل القدرات العالية للضغط في الأنظمة الهيدروليكية مثالية لرفع ونقل الأحمال الكبيرة، وكذلك لنقل المواد الثقيلة، كما هو الحال في صب وخلط الخرسانة.

النيوماتيك، من ناحية أخرى، مثالية للعمليات السريعة والآمنة والفعالة من حيث التكلفة في التصنيع والتطبيقات اليومية. يتم استخدامها في كل شيء بدءًا من كراسي أطباء الأسنان ومكابح الهواء للشاحنات وصولًا إلى خطوط التعبئة والأدوات الأخرى في المصانع المؤتمتة. تعد الأنظمة الهوائية مثالية للأدوات خفيفة الوزن، مثل المطارق الهوائية، ومسدسات المسامير، والمثاقب. الطبيعة التي تعمل بالهواء للعديد من الأدوات الهوائية تجعلها محمولة وأسهل في التشغيل.

الاختلافات الرئيسية بين الهيدروليكا والهواء المضغوط 

عند الاختيار بين نظام هيدروليكي أو هوائي، من المهم مراعاة حجم وحجم المهمة. تم تصميم المكونات الهيدروليكية للأجسام الأكبر حجمًا والأثقل التي تتطلب الكثير من القوة للتلاعب بها. بالنسبة للمهام الأصغر والأسرع والقابلة للتكرار، مثل تحريك المحول أو دفع شيء ما على حزام ناقل، فإن الهندسة الهوائية هي حل فعال وفعال.

مزايا الأنظمة الهوائية

خلال هذه الوحدة، ستتعرف على مكونات الأنظمة الهوائية وكيفية عملها لخلق الحركة. قبل الغوص في ما يجعل النظام يعمل، دعونا نلقي نظرة على سبب فائدة الأنظمة الهوائية في العديد من المواقف. هناك العديد من الأسباب التي تجعل المركبات الهوائية تستخدم على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية وأتمتة المصانع. 

• الكفاءة والسرعة 
  • يمكن للأنظمة الهوائية تحقيق حركات سريعة بسبب السرعة العالية لتدفق الهواء المضغوط، مما يجعلها مناسبة تمامًا للمهام التي تتطلب إجراءات سريعة ومتكررة. وهذا يساهم في زيادة الإنتاجية في عمليات التصنيع، حيث يمكن التلاعب بالمزيد من المواد في وقت أقل. 
• البساطة والموثوقية 
  • يمكن أن تحتوي الأنظمة الهوائية على أجزاء متحركة أقل مقارنة بالأنظمة الكهربائية الأخرى، مما يجعلها أسهل في التصميم والصيانة والإصلاح. وهذا يتيح أيضًا للهواء المضغوط أن يكون أكثر موثوقية بمرور الوقت، ويتطلب وقت توقف أقل بسبب الصيانة خلال عمر المعدات.
• الفعالية من حيث التكلفة
  • تميل المكونات والأنظمة الهوائية إلى أن تكون أقل تكلفة من الأنظمة الهيدروليكية أو الكهربائية، سواء في التكاليف الأولية أو التكاليف التشغيلية المستمرة. 
• السلامة
  • ​​​​​​​نظرًا لأن الأنظمة الهوائية تستخدم الهواء، فهي بديل أكثر أمانًا للأنظمة الأخرى، مثل المكونات الهيدروليكية، حيث يمكن تنفيس الهواء بأمان ولا يشكل خطر التلوث أو الحريق في البيئات الخطرة.
• القوة والمرونة
  • يمكن للهواء ​​​​​​​المضغوط أن يولد كمية كبيرة من القوة بالنسبة لحجمها ووزنها، مما يجعلها متعددة الاستخدامات، وقادرة على التحجيم لتناسب التطبيقات والمهام المختلفة بسهولة. 
• الفوائد البيئية
  • تستخدم الأنظمة الهوائية الهواء كوسيط، وهو متاح بسهولة ولا يلوث البيئة. وهذا مفيد بشكل خاص في صناعات مثل الأغذية والأدوية، حيث البيئة النظيفة هي المفتاح.

التطبيقات الصناعية للهواء المضغوط

إن القدرة على التلاعب بالمواد بآليات تؤدي حركات متكررة وسريعة ودقيقة بطريقة فعالة من حيث التكلفة وآمنة وصديقة للبيئة جعلت من الهواء المضغوط دعامة أساسية في التصنيع والأتمتة الصناعية. تم دمج الأنظمة الهوائية للقيام بالعديد من الأشياء، بما في ذلك: 

• مناولة المواد - تُستخدم المركبات الهوائية جنبًا إلى جنب مع الأنظمة الأخرى في خلية العمل، مثل الناقلات، لتحويل الأشياء والتحكم في تدفق المواد.
• التثبيت والتثبيت - يمكن للمشابك الهوائية والمقابض تثبيت الأجزاء بإحكام في مكانها أثناء عمليات التشغيل الآلي أو التجميع.
• التغليف - تُستخدم الأنظمة الهوائية في آلات التغليف لإغلاق المنتجات وقطعها ووضع الملصقات عليها بسرعة وكفاءة. 
• تشغيل الأدوات - تُستخدم الأدوات الهوائية، مثل المثاقب والمطاحن والمفاتيح، بشكل متكرر في خطوط التجميع لموثوقيتها وسهولة استخدامها. 

تعد الهندسة الهوائية حجر الزاوية في الأتمتة الصناعية وتسهم في كفاءة وفعالية عمليات التصنيع الحديثة.

تحقق من فهمك 

قبل البدء في الدرس التالي، تأكد من فهمك للمفاهيم الواردة في هذا الدرس من خلال الإجابة على الأسئلة الواردة في المستند أدناه في دفترك الهندسي.

تحقق من فهمك للأسئلة > (Google Doc / .docx / .pdf )

حدد التالي للانتقال > إلى الدرس التالي للتعرف على مكونات الأنظمة الهوائية.