انخفاض ملحوظ في وقت توصيل أسلاك خزانة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) باستخدام كتل طرفية قابلة للتوصيل بمسافة 5.08 مم على سكة DIN - ما الذي يحققه مصنعو المعدات الأصلية لأنظمة الأتمتة الصناعية من حيث كفاءة التجميع؟

محتوى العمل في توصيل الأسلاك التقليدية ذات الأطراف اللولبية

في خزانة تحكم PLC متوسطة التعقيد لآلات التعبئة والتغليف، أو أنظمة النقل، أو التحكم في آلات قولبة الحقن، يوجد عادةً ما بين 600 و1200 طرف توصيل سلكي. يتطلب كل طرف توصيل في كتلة طرفية تقليدية ذات مشبك لولبي ما يلي: تجريد 8-10 مم من العازل من طرف السلك باستخدام أداة تجريد معايرة، وإدخال السلك المجرد في فتحة الطرفية، وربط البرغي بعزم الدوران المحدد (عادةً 0.5-0.8 نيوتن متر لسلك 2.5 مم² كما هو محدد من قبل الشركة المصنعة للطرفية)، والتحقق من التوصيل باختبار سحب وفقًا للمعيار IEC 60947-7-1. تستغرق دورة التجريد والإدخال والربط والتحقق الكاملة من 45 إلى 90 ثانية لكل سلك، وذلك اعتمادًا على خبرة الفني، وسهولة الوصول إلى موضع الطرفية داخل الخزانة المكتظة، وما إذا كان مسار السلك يتطلب خطوات إضافية لإدارة الكابلات. بمعدل 60 ثانية لكل اتصال و800 إنهاء لكل خزانة، فإن العمل المباشر في توصيل الأسلاك وحده يستغرق 800 دقيقة - أي أكثر من 13 ساعة لكل خزانة.

لا يشمل هذا الوقت اللازم لتفسير مخطط الأسلاك وربطه بمواقع الأطراف الفعلية. يُظهر مخطط الأسلاك التوصيلات المنطقية: "I0.0 → الطرف X1:47". يجب على الفني تحديد موقع الطرف X1 على سكة DIN، والعدّ حتى الوصول إلى الموضع 47 في صف من 60-80 طرفًا متطابقًا ظاهريًا، ثم إدخال السلك الصحيح. عند كثافة 60 طرفًا لكل متر من سكة DIN، يتطلب التمييز البصري بين الطرف 47 والطرف 48 تركيزًا دقيقًا على كل توصيلة. يبلغ معدل الخطأ في ظروف الإنتاج - حيث يقوم الفنيون بتوصيل الخزائن لمدة 7-8 ساعات في كل وردية - ما يقارب 2-5 أخطاء في التوصيل لكل خزانة في المتوسط، استنادًا إلى بيانات جودة ورشة اللوحات التي راجعتها. يستغرق تشخيص كل خطأ وتصحيحه أثناء الاختبار الوظيفي من 15 إلى 45 دقيقة، مما يضيف من 30 إلى 225 دقيقة من وقت إعادة العمل لكل خزانة. هذه الأخطاء ناتجة بشكل شبه كامل عن خطوة الربط اليدوي - حيث وضع الفني أصابعه على السلك الصحيح ولكن في موضع الطرف الخاطئ - ومن المستحيل عمليًا القضاء عليها من خلال التدريب أو ضبط العمليات فقط.

نموذج التوصيل والفصل: التوصيل عند مجموعة الأسلاك، وليس عند الخزانة

تُغيّر كتل التوصيل الطرفية القابلة للفصل نموذج التوصيل الأساسي من التوصيل داخل الخزانة إلى التوصيل عند مجموعة الأسلاك. فبدلاً من إدخال الأسلاك بشكل فردي إلى الخزانة وتوصيل كل سلك بموضعه المخصص على سكة DIN، يتلقى مُصنِّع اللوحات مجموعات أسلاك مُجمَّعة مسبقًا مزودة بموصلات قابلة للفصل مُثبَّتة مسبقًا على أطراف الأسلاك. تتصل كتلة التوصيل - وهي عبارة عن قابس ثنائي إلى رباعي الأطراف بمسافة 5.08 مم - برأس توصيل ثابت مُثبَّت على سكة DIN. وبذلك، يتحوّل عمل مُصنِّع الخزانة من توصيل 800 سلك بشكل فردي إلى توصيل ما بين 20 إلى 40 كتلة توصيل مُجمَّعة مسبقًا برؤوس التوصيل المُناسبة لها.

يمثل هذا نموذج تجميع مختلفًا جذريًا، تتجاوز آثاره مجرد توفير تكاليف العمالة المباشرة. إذ يتم نقل أعمال التوصيلات الكهربائية عالية الدقة والمعرضة للأخطاء إلى مرحلة تصنيع الضفائر، حيث يمكن إجراؤها على طاولة عمل في ظروف إضاءة أفضل، مع سهولة الوصول إلى أسطح الموصلات، والأهم من ذلك، باستخدام معدات اختبار آلية للضفائر تتحقق من كل وصلة للتأكد من استمراريتها، وتحديد مواقع الدبابيس بشكل صحيح، ومقاومة العزل قبل شحن الضفائر إلى ورشة اللوحات. يستطيع نظام اختبار الضفائر، باستخدام جهاز Cirris أو جهاز اختبار آلي مماثل، التحقق من مجموعة موصلات مكونة من 50 موضعًا في أقل من 30 ثانية، وإصدار تقرير اختبار يُعد دليلًا موضوعيًا على الجودة لفحص الضفائر الواردة في ورشة اللوحات. ويتحول التركيز من الاعتماد على دقة الفني إلى الاعتماد على القياس الموضوعي لمعدات الاختبار.

تُعدّ وفورات الوقت كبيرة وموثقة جيدًا في مجال تصنيع اللوحات الصناعية. يتم توصيل كتلة موصلات مزودة بـ 12 سلكًا مُجهزًا مسبقًا برأس سكة DIN في غضون 5-10 ثوانٍ - وهو الوقت اللازم لمحاذاة الموصل مع الرأس، ودفعه للداخل حتى يتم تثبيت لسان القفل مع سماع صوت طقطقة، والتأكد بصريًا من إدخاله بالكامل من خلال التحقق من أن سطح الموصل مستوٍ مع سطح الرأس. تتطلب كتلة طرفية لولبية تقليدية ذات 12 موضعًا من 12 إلى 18 دقيقة للتوصيل داخل الخزانة. يقلل أسلوب التوصيل القابل للفصل هذا الوقت إلى أقل من 30 ثانية للتشغيل من جانب الخزانة - أي انخفاضًا يزيد عن 95% في العمل المنجز من جانب الخزانة لتلك التوصيلات الـ 12. في خزانة تحتوي على 800 توصيلة مزودة بموصلات قابلة للفصل، ينخفض ​​وقت توصيل الأسلاك من جانب الخزانة من أكثر من 13 ساعة إلى حوالي 2-3 ساعات. يضيف وقت تجميع حزمة الأسلاك المُجهزة، الذي يتم إجراؤه على طاولة العمل، من 4 إلى 6 ساعات، مما يُحقق انخفاضًا صافيًا بنسبة 35-45% في إجمالي عمل التوصيل.

التخلص من الأخطاء من خلال تصميم دبابيس ثابت

قد لا تكون الفائدة الاقتصادية الأهم لكتل ​​التوصيل الطرفية القابلة للفصل هي توفير تكاليف العمالة، بل هي القضاء شبه التام على أخطاء توصيل الأسلاك. فعندما يقوم مصنّع الأسلاك بتصنيع موصل ذي 12 موضعًا، حيث تكون الأسلاك في المواضع من 1 إلى 12، يكون ترتيب الأطراف ثابتًا. ولا يستطيع مصنّع اللوحة إدخال السلك الخطأ في الموضع 7، لأن سلك الموضع 7 موصولٌ بالفعل في الموصل عند الموضع 7، ولا يمكن تحريكه إلا بقطعه وإعادة توصيله. والإجراء الوحيد المطلوب في الخزانة هو توصيل الموصل بالرأس الصحيح، والذي يحمل مُعرّف الموصل (مثل "X101") الذي يتطابق مع كلٍّ من مخطط الأسلاك والملصق الموجود على جسم الموصل من جهة الأسلاك.

يُحدث هذا التحول من التحقق على مستوى كل سلك إلى التحقق على مستوى كل موصل تغييرًا جذريًا في آلية اكتشاف الأخطاء. ففي الخزائن السلكية التقليدية ذات التوصيلات المباشرة، يجب فحص كل وصلة من الوصلات الـ 800 على حدة مقابل مخطط الأسلاك، وهي عملية تحقق تستغرق من 4 إلى 6 ساعات وتخضع لنفس نسبة الخطأ البشري التي كانت سائدة في التوصيلات الأصلية. أما مع الموصلات القابلة للفصل، فيقتصر التحقق على: (1) التأكد من أن مجموعة الأسلاك قد خضعت لاختبارات الاستمرارية وترتيب الأطراف لدى الشركة المصنعة وأن تقرير الاختبار متوفر، و(2) التأكد من أن كل قابس موصل موجود في الرأس الصحيح من خلال التحقق البصري من الملصق مقابل رسم تخطيط الخزانة. تستغرق الخطوة الثانية من 10 إلى 15 دقيقة لـ 30 موصلًا. ينخفض ​​إجمالي وقت التحقق من 4-6 ساعات إلى أقل من ساعة. وينخفض ​​معدل أخطاء التوصيل من 2-5 لكل خزانة إلى ما يقارب الصفر لأن ترتيب الأطراف يُفرض فعليًا بواسطة الموصل، فلا يوجد قرار من المشغل بشأن مكان توصيل كل سلك، بل مجرد مطابقة بصرية بين ملصقين.

ال UL 508A معيار لوحات التحكم الصناعية و IEC 61439 بالنسبة لمجموعات مفاتيح التحكم ومفاتيح الجهد المنخفض، يُشار إلى تقنية التوصيل القابل للفصل كوسيلة لتحسين جودة توصيلات الأسلاك في المصنع. يسمح معيار UL 508A تحديدًا باستخدام الموصلات القابلة للفصل كطريقة توصيل مقبولة، شريطة أن يكون الموصل مُدرجًا للتطبيق وأن تكون تصنيفات الجهد/التيار ضمن مواصفات الشركة المصنعة للموصل.

الخدمة الميدانية: حيث يتضاعف العائد على الاستثمار

تُبرر وفورات وقت التجميع اعتماد كتل التوصيل الطرفية القابلة للفصل في ورشة تصنيع اللوحات؛ أما وفورات خدمات الصيانة الميدانية فهي التي تُسرّع عائد الاستثمار لتتجاوز مبررات الشراء الأولية. عند تعطل وحدة إدخال/إخراج في خزانة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) موصلة بأطراف لولبية تقليدية، تكون عملية الصيانة الميدانية مُرهقة وتستغرق وقتًا طويلاً: تصوير أو وضع علامات على كل سلك متصل بالوحدة المعطلة (10-30 دقيقة، حسب كثافة الأسلاك وجودة العلامات الموجودة)، فصل جميع الأسلاك الفردية (20-40 سلكًا) (5-15 دقيقة)، إزالة الوحدة المعطلة وتركيب الوحدة البديلة (5-10 دقائق)، إعادة توصيل جميع الأسلاك بالأطراف الصحيحة في الوحدة البديلة مع الرجوع إلى الصورة أو العلامات الملتقطة في الخطوة 1 (20-45 دقيقة)، والتحقق من كل توصيل (5-10 دقائق). إجمالي الوقت المستغرق: 45-105 دقائق من عمل فني ماهر، خلال فترة توقف آلة الإنتاج عن العمل.

مع الموصلات القابلة للفصل، تتلخص العملية في: فصل كتلة الموصل من الوحدة المعطلة (5 ثوانٍ)، إزالة الوحدة المعطلة وتركيب الوحدة البديلة (5-10 دقائق)، ثم توصيل كتلة الموصل بالوحدة البديلة (5 ثوانٍ). لا يتم فصل أي أسلاك، ولا إعادة توصيلها، ولا تتطلب أي توصيلات التحقق، لأن نفس الموصل بنفس الأسلاك وفي نفس مواضع الدبابيس يتم توصيله الآن بوحدة بديلة مطابقة. يُقلل الوقت الإجمالي - أقل من 10 دقائق، والذي يهيمن عليه استبدال الوحدة الميكانيكية وإعادة تهيئة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة - بنسبة 80-90% مقارنةً بالإجراء التقليدي. في الصناعات التي تُكلف فيها أعطال الآلات ما بين 500 و5000 دولار أمريكي في الساعة (خطوط تجميع السيارات، وتعبئة الأغذية والمشروبات، وتصنيع الأدوية، وتصنيع أشباه الموصلات)، فإن الفرق بين إصلاح يستغرق 90 دقيقة وإصلاح يستغرق 10 دقائق يوفر ما بين 650 و7500 دولار أمريكي من تكلفة التوقف عن العمل لكل عطل في وحدة الإدخال/الإخراج. على مدار عمر خدمة الجهاز الذي يتراوح بين 10-15 عامًا مع استبدال 3-6 وحدات إدخال/إخراج، يمكن أن تتجاوز وفورات الخدمة الميدانية وحدها التكلفة الإضافية لكتل ​​التوصيل الطرفية بمعامل 3-5 أضعاف.

اقتصاديات تكلفة التوصيل الواحد

على مستوى المكونات، تتراوح تكلفة كتلة التوصيل التقليدية ذات المشبك اللولبي ثنائي المواضع بين 0.30 و0.60 دولار أمريكي لكل موضع عند طلب كميات كبيرة (أكثر من 5000 موضع). أما نظام كتلة التوصيل القابلة للتوصيل بقطر 5.08 مم - والذي يتألف من رأس التوصيل المثبت على سكة DIN وموصل القابس الجانبي - فتتراوح تكلفته بين 0.80 و1.50 دولار أمريكي لكل موضع. وتُشكل الزيادة في تكلفة المكونات مبلغًا كبيرًا يتراوح بين 0.50 و1.00 دولار أمريكي لكل موضع، وهو ما يُمثل في خزانة تحتوي على 800 موضع ما بين 400 و800 دولار أمريكي إضافية في تكلفة قائمة المواد.

مع ذلك، تُعدّ تكلفة المكونات بندًا واحدًا فقط. يبلغ معدل أجر تجميع اللوحات الكهربائية في أمريكا الشمالية أو أوروبا الغربية، شاملًا جميع التكاليف، ما بين 35 و55 دولارًا أمريكيًا في الساعة. ويُترجم توفير العمالة لكل وصلة - ما يقارب 30 إلى 50 ثانية - إلى ما بين 0.29 و0.76 دولارًا أمريكيًا لكل وصلة وفقًا لهذه المعدلات. وباستخدام متوسط ​​كل نطاق، يتم تعويض علاوة المكونات البالغة 0.75 دولارًا أمريكيًا بتوفير في تكاليف العمالة قدره 0.50 دولارًا أمريكيًا، ليتبقى صافي علاوة قدرها 0.25 دولارًا أمريكيًا لكل موضع - أو 200 دولارًا أمريكيًا لخزانة تحتوي على 800 موضع. وعند إضافة وفورات خدمة الصيانة الميدانية، وتقليل وقت اختبار الوظائف، وإلغاء مطالبات أسلاك الضمان، يتحول إجمالي تكلفة الملكية بشكل حاسم لصالح الموصلات القابلة للتوصيل في السنة الأولى أو الثانية من التشغيل الميداني.