Figuur 2.1 Handplaatschaar ( a) opengewerkt model; b) werktuigbouwkundige tekening; c) kinematisch schema d) energiestroom 

In figuur 2.1 is een handplaatschaar met elektromotor- aandrijving weergegeven. Het toestel knipt plaatmateriaal langs willekeurige krommen welke met de hand gestuurd worden. Het toerental van de motor wordt met behulp van een tandwielpaar gereduceerd. Het kleine tandwiel maakt deel uit van de motoras. Het grote tandwiel zit op een krukas. In deze machine herkennen we het zogenaamde "kruk-schuif" mechanisme B0BC.

De handplaatschaar is als Black-Box benadering weergegeven in figuur 2.1d. De systeemgrens is met een streepstiplijn getekend. Elektrische energie (E) komt bij de motor het systeem binnen. Bij de schaar verlaat mechanische energie (E) het systeem. Binnen het systeem onderscheidt men de subsystemen motor, reductor en kruk-schuifmechanisme met de snijplaat. De begrenzing van deze subsystemen is met een getrokken lijn aangegeven.
Het tandwielpaar zorgt voor de relatie ? = ?(?). Zo zorgt het kruk-schuifmechanisme voor de relatie s=s( ?). Deze relaties noemen we de overdrachtsfunctie.

2.2 Lemniscaatkraan 

In figuur 2.2 zijn een foto en het kinematisch schema van een lemniscaatkraan weergegeven. 
Een lemniscaatkraan is een topkraan, waarbij door de keuze van het type en de afmetingen van het mechanisme van de kraan een horizontale baan van het punt K wordt verkregen. Door deze horizontale baan van K blijft tijdens het naar binnen en buiten halen (= toppen) van de last de potentiële energie van de last constant. 
De horizontale baan die het punt K beschrijft volgt de zogenoemde koppelkromme K van het vierstangenmechanisme A0ABB0. 

2.3Dieptrekpers

Figuur 1,2,3 Dieptrekpers a) Foto; b) Schema van het mechanisme; c) Overdrachtsfunctie

Om producten te fabriceren door materiaal diep te trekken kan het gewenst zijn de snelheid van het dieptrekgereedschap tijdens het vervormen van het materiaal constant te houden. In figuur 2.3 is een pers voor dieptrekken weergegeven. De gewenste beweging wordt verkregen door het gereedschap van de pers aan te drijven met twee, met gelijke hoeksnelheid, roterende krukken. Het twee-krukmechanisme genereert voor het punt K een zodanige baan dat tijdens een deel van de beweging van het gereedschap (punt E) de snelheid constant is.
Dit wordt weergegeven door het lineaire gedeelte van de overdrachtsfunctie s(?), zie figuur 2.3c.

2.4 Mechanische stapelaar voor stripmateriaal
Figuur 2.4 geeft een stapelaar weer van stripmateriaal. Deze stapelaar staat aan het einde van een walsstraat voor stripmateriaal.

Een rollenbaan voert de op lengte geknipte strippen na elkaar toe. Deze strippen worden afwisselend naar links of rechts van de rollenbaan naar de stapelhouders afgevoerd. Dit gebeurt door afschuifarmen welke tussen de rollen kunnen bewegen. 

Figuur 2.4 Mechanische stapelaar

In figuur 2.5 is een vereenvoudigde werktekening weergegeven met een doorsnede van de installatie, waarbij de aandrijving en het samengestelde mechanisme, beter dan op de foto, te herkennen en te identificeren zijn. De aandrijfbeweging gaat van de elektromotor naar een tandwielkast. Hier wordt het toerental gereduceerd. De langzaam draaiende, in A0 gelagerde, as heeft twee astappen. Aan de ene astap is de kruk A0A1 van het deelmechanisme 1 bevestigd, en aan de andere astap de kruk A0A2 van het deelmechanisme 2.

Figuur 2.5 Mechanische stapelaar voor stripmateriaal Figuur 2.6 Samengestelde mechanismen

Het deelmechanisme 1 bestaat behalve uit de kruk A0A1, ook uit de koppelstang A1B1, de slinger B1B0 en het machinegestel A0B0. Dit deel wordt een kruk-slingermechanisme genoemd.
Een glijblok met rechtgeleiding is in het machinegestel gelagerd en door een scharnier in C verbonden met de koppelstang B1C. 
Bij een omwenteling van de kruk gaat punt C een keer verticaal omhoog en omlaag.
Het deelmechanisme 2 bestaat uit de kruk A0A2, de koppelstang A2D1 en de slinger D1D0D2 . Met D0 als vast punt gaat het om een gewoon kruk-slinger mechanisme. Slinger D1D0D2 zal bij een omwenteling van de kruk een keer naar links en een keer naar rechts gaan. In het samengestelde mechanisme is punt D0 in C op de schuif genomen, zie figuur 2.6.. Het draaipunt D0 beweegt dus door deelmechanisme 1 periodiek op en neer.


Door de combinatie van de bewegingen van beide deelmechanismen zal punt D2 vanuit de getekende uitgangspositie, tijdens een omwenteling van de kruk zowel omhoog en omlaag als van links naar echts bewegen waardoor de getekende baan wordt doorlopen en de strippen naar links en naar rechts worden afgevoerd.

2.5 Palletizeermachine voor bussen

Figuur 2.8 (links) toont het kinematische schema van een manipulator. Te herkennen is het parallellogram B0B12C2B22. De hoeken van de beide in het gestel gelagerde armen worden ieder door een curveschijf aangedreven (mechanisch bestuurd). Beide curveschijven zitten op dezelfde as. Na een omwenteling is punt K weer op zijn beginpositie terug. Punt K maakt dus een gesloten baan.
De curveschijven worden voor een bepaalde toepassing ontworpen, zodanig dat punt K een gewenste beweging maakt. In de figuur rechts is dit een overzetbeweging (“pick and place”) voor een hele rij producten tegelijk van de ene naar de andere transportband. De gewenste baan lijkt op een halve cirkel die heen- en weer doorlopen wordt in het XZ-vlak.

In de opstelling van figuur 2.9 pakt de grijper de producten van een transportband en deponeert ze in tien gereedstaande blisters. 
De manipulator zoals beschreven in hoofdstuk 2.6 kan ook door servomotoren bestuurd worden in plaats van met curveschijven. Dit is een goede oplossing als de te bereiken posities telkens anders zijn. 

Figuur 2.10 Een met servo motoren aangedreven stangenmechanisme

Figuur 2.10 toont een foto van een machine die elektronische componenten op een printplaat monteert. Het parallellogram ligt hier horizontaal (XY-vlak). Voor de verticale beweging is een extra module (bijvoorbeeld een luchtcilinder) aanwezig.

Dergelijke manipulators worden tegenwoordig veel toegepast als moduledeel in een machine. Deze modules zijn compleet te koop.

Figuur 2.11 Robot voor het plaatsen van een beeldbuis in een bewerkingsstation

2.7 Hooibaalperser
Hooibaalpersers worden in de landbouw gebruikt om hooi van het land te halen en in balen te persen. Het hooi wordt in de machine geschroven en door grijpers verder getransporteerd. 

Figuur 2.12 Foto hooibaalpers

Het draaipunt van de grijpers roteert om een centrale as. De hoek waaronder de grijpers staan wordt bepaald door een curve welke steeds de grijper in de meest optimale stand houdt.

Figuur 2.13 Curvemechansime in de hooibaalpers

3 Fasen en graden van gemechaniseerde productie

Bij de automatisering van de productie kan men t.a.v. de toepassing van de techniek drie fasen onderscheiden.
Fase 1: toepassen van handbediende hulpgereedschappen.
Hierdoor kan men de handkracht vergroten (hamer, hefboom) en speciale bewerkingen uitvoeren (kniptang, zaag).
Fase 2: Toepassen van actuatoren (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch).
Hierbij wordt de menselijke energie vervangen door andere energievormen.
Fase 3: toepassen van informatie (sensoren) en informatieverwerking (computers).
Hiermede wordt de menselijke waarneming en intelligentie vervangen door sensoren en kunstmatige intelligentie.

Figuur 3.1 Te kiezen mechanisatiemethode in relatie tot seriegrootte en te produceren aantallen

Een andere manier om naar automatisering te kijken is de gebruikte productiemethode te beschouwen. Het zal blijken dat de seriegrootte en de te produceren aantallen een belangrijke rol spelen bij de keuze van de productiemethode (zie ook figuur 3.1):

Ambachtelijke vervaardiging met handbediende hulpgereedschappen;
Deze methode past men toe bij kleine seriegroottes en in die gevallen waar een grote mate van productdiversiteit gewenst is en een hoge mate van flexibiliteit verlangd wordt (bijvoorbeeld decoratiewerk van Delfts blauw aardewerk).

3.1 Flexibele productie automatisering
Hier ligt vooral de nadruk op flexibiliteit; echter t.o.v. de handmatige methode neemt de productiecapaciteit toe. Oplossingen voor het verhogen van de flexibiliteit worden gevonden in het snel ombouwen, (SMED: Single Mite Exchange of Dies), modulenbouw en het gebruik van servo gestuurde aandrijvingen (voorbeeld: robots voor het puntlassen van autochassis).

Speciaal machines
Speciaalmachines past men toe in die gevallen waar een hoge productiecapaciteit wordt verlangd en waar een gehele productielijn voor één product kan worden ingericht (voorbeeld: drankenbussen-fabricage).

De keuze of men gebruik maakt van handgereedschappen, flexibele productieautomatisering of van speciaalmachines is dus afhankelijk van seriegrootte en flexibiliteit. Bij het produceren op industriële schaal moet vooral de keuze worden gemaakt tussen flexibele productieautomatisering en speciaalmachines.

Speciaal machines (engels: "dedicated machines") waren in het verleden machines waarin volledig productgebonden gereedschappen, mechanismen en aandrijvingen worden toegepast, welke optimaal ontworpen zijn voor het te produceren product. De mechanisch gekoppelde bewegingen worden meestal centraal aangedreven.

Door het beschikbaar komen van goedkopere servogestuurde aandrijvingen worden nu speciaalmachines ontworpen en gebouwd welke voor de productie van een familie van producten geschikt zijn.

Kenmerken van speciaalmachines zijn o.a.:
* meer productgebonden (geringe omstelflexibiliteit),
* grote productiecapaciteit (machinecapaciteit),
* langer ontwerptraject (trage reactie op vragen uit de markt),
* lage machinekosten per product,
* specifieke deskundigheid vereist bij ontwerper/constructeur.

Beperkingen van het toepassingsgebied zijn:
- flexibiliteit De machine is sterker productgebonden en veelal voor slechts één of een familie van toepassing (-en) geschikt. Moeten meerdere producten op dezelfde machine worden gemaakt, dan wordt soms de beweging niet optimaal gebruikt, of er moet worden omgebouwd.
- kosten Hogere ontwerpkosten; een ander product betekent veel nieuwe gereedschappen en hulpstukken.
- levertijd Omdat een speciaalmachine (deels) opnieuw moet worden ontwikkeld is de levertijd van een nieuwe productiemachine lang.
Door de toepassing van gestuurde aandrijvingen (servo motoren) en slimme besturingstechnieken wordt een steeds grotere flexibiliteit ingebouwd in speciaalmachines.

Een verdere indeling die binnen de groep van speciaalmachines gemaakt kan worden is de graad van automatisering:
Zelfcontrolerende machines 
Deze worden uitgerust met meetopnemers (die b.v. storingen melden). Deze meetopnemers kunnen aan de besturing opdracht geven om de machine stil te zetten of om eventueel een product te verwijderen. Dit is reeds een aanzienlijke verbetering t.o.v. de machines die deze inrichtingen niet hebben.
B.v.: Bij een flessenvul- en -dopmachine wordt voor het sluiten gecontroleerd of de fles gevuld is. Indien dit niet het geval is wordt de dop er niet op gedaan.

Zelfcorrigerende machines 
Deze zijn uitgerust met inrichtingen die een geconstateerde afwijking in de productie zodanig corrigeren, dat de afwijking niet meer optreedt na een door de machine zelf gegeven herstelsignaal (toepassing van meet- en regeltechniek).
Voorbeeld: correctie voor slijtage aan het gereedschap (slijpschijf); dosering van deeg (volume) afhankelijk van de samenstelling van het deeg.

Zelfrekenende en zelfregelende machines (zelfoptimaliserende machines) 
De informatieverwerking strekt zich uit tot een mathematisch model van de werkwijze van de machine. Tijdens de werking worden de instelling gemeten, vergeleken met de gewenste waarde, berekend en gecorrigeerd. Door de sterk toegenomen rekenkracht van computers en van speciaal daartoe ontworpen chips wordt dit steeds meer toegepast. In een dergelijk mathematisch model speelt de integratie van de leer der mechanismen, de elektronica en de informatieverwerking (mechatronica) een belangrijke rol (b.v.: compactdisc speler).

De situatie in Nederland
Uit een onderzoek van het FME (Federatie werkgevers in de Metaal en Electro industrie) blijkt de volgende verdeling van de industriële productie:
- massafabricage 7.5%
- grootseriefabricage 32.5%
-kleinserie- en enkelfabricage 60%
Massa- en grootseriefabricage (40%) zijn geschikt voor speciaalmachines.

We zien dan ook dat in de praktijk speciaalmachines veel worden toegepast. Intelligent gebruik van synthese- en analyse technieken van mechanismen, intelligentie besturings- en aandrijftechnieken en intelligente elektrische en hydraulische aandrijvingen vergroten het toepassingsgebied van speciaalmachines. Hierdoor wordt het mogelijk de omstelflexibiliteit te vergroten.

4 Overwegingen bij het ontwerpen van een speciaalmachine
De beslissing en de graad van automatisering om het productieproces verder te automatiseren worden bepaald door meerdere factoren zoals:
- de levensfase van een nieuw of gewijzigd product,
- gewenste kostenreductie van het product,
- het niet kunnen verkrijgen van het benodigde bedieningspersoneel.
technische en economische beperkingen

4.1 Levensfase van het product
Bij elk product zijn vier levensfasen te onderscheiden en wel 

de introductiefase, 
de groeifase, 
de rijpheidsfase en 
de neergangsfase. 

Elke fase vraagt zijn eigen innovatieve activiteit.
De introductiefase vraagt vele technologische vernieuwingen en de vraag naar mechanisatie en nieuwe machines is groot.