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整合机器人和进阶运动控制
[作者 洛克威爾自動化]   2020年04月17日 星期五 浏览人次: [2227]

资讯就是力量,而且现在更胜以往,重视健康的消费者可以轻易获得营养资讯。消费者对於各种健康、快速和便利食品的需求日益增加。为了满足消费者的需求,机械制造商和制造商必须投资有利於实现未来工厂的技术。


机械制造商为了提供可以满足弹性制造需求的设备而承受巨大压力,如今已是人尽皆知。消费者对於喜好的包装产品在囗味、包装尺寸,以及多包装方面的大量多样化需求,对目前的接单式生产构成挑战。


消费性包装产品(CPG)制造商所面临的挑战,在於提出能够因应未来发展的设计,可以将目前的转换调整到最隹状态,以及快速增加意想不到的全新库存单位。


直到最近,机械制造商对於如何将设备运送至工厂区域,依旧是几??别无选择。一般而言,任何CPG的制造或包装应用,都是由一系列的独立机械所构成,将这些机械加以整合才是完整的包装线。如今有许多工厂区域仍在使用这些老旧设备。


这些包装线具备以下特性:使用静态机械零件、摩擦型输送,而且充满不同的附加设备。因此,虽然这些包装线采用固定变数处理相同的产品可以获得惊人的产量,但通常必须牺牲机械的灵活度。复杂的机械调整和设备同步处理要花费许多时间,但时间对任何工厂区域都非常宝贵,特别是当产品发布迫在眉睫的时刻。


先进的技术


图1 : 具体来说,改变OEM及其服务客户间的平衡有三个关键的机电技术,包括CPG应用、线性马达技术及自动转换。(source:Rockwell)
图1 : 具体来说,改变OEM及其服务客户间的平衡有三个关键的机电技术,包括CPG应用、线性马达技术及自动转换。(source:Rockwell)

值得厌幸的是,有更好的方法可以解决这项问题。由於技术进步,OEM现在有更好的方法,可以满足制造商对於更多弹性的需求。具体来说,有三个关键的机电技术正在改变OEM及其服务客户间的平衡。


第一,机器人在CPG应用中的用途远比过去广泛。机器人在本质上非常灵活,原因在於机器人具备可在立体空间充分作业的能力、不需要重新规划复杂的机械路径即可判断适当的路径,以及最终可以处理多种产品形状和尺寸。


第二,线性马达技术,尤其是独立推车技术(ICT),可以提高机械对多样化产品组合的反应。有别於传统输送,传统运送是让产品在预先设定的路径上以固定速度前进,而ICT会在作业完成时以智慧的方式移动产品。


最後,自动转换,可将手动介入的需求降到最低,并可透过人机介面提升新产品或包装配置的机械设定。全新的伺服驱动器功能让这种方法更具有成本效益。


马达控制技术的进步,可以协助制造商满足消费者对於更多产品种类和包装尺寸的需求。洛克威尔自动化最近推出一款全新的Kinetix 5100伺服驱动器、Kinetix TLP马达和电缆,可以做为不需要控制器的系统使用,是一项更具有成本效益的选择,可以让OEM打造更小型的机械。


全新的Allen-Bradley Kinetix 5100伺服驱动器可以搭配Micro800控制器、Logix控制器,甚至能单独使用,让OEM能够选择可以在其应用中充分发挥产品功能的组合。


新的驱动器系统还可以协助OEM为客户提供更高产能。随着库存单位(SKU)遽增,制造商必须进行多次转换,而且通常需要手动进行。如果使用Kinetix 5100伺服驱动器,OEM便能打造一个有助於加快转换速度的现代化(或自动化)系统。


具备内建的安全扭矩关闭,使用者可以在不关闭整部机械的情况下切断马达扭矩,让机械可以在达到安全状态後,以更快的速度重新启动。双埠EtherNet/IP也支援装置层级的环形拓朴。


除了可以让机械更具弹性,先进的技术也可以让OEM以更少的设备和空间执行更多作业。事实上,有更多机械制造商提供精巧的解决方案,可以将过去截然不同的作业(例如,填充和装盒)结合为通用的产品。


整合机器人

图2 : 智慧工厂系统的日益普及,使工业机器人市场在过去的十年中遇到庞大的需求,而机器人在其中具有举足轻重的地位。(source:Rockwell)
图2 : 智慧工厂系统的日益普及,使工业机器人市场在过去的十年中遇到庞大的需求,而机器人在其中具有举足轻重的地位。(source:Rockwell)

整合机器人不只是最热门的话题,这个词汇可以定义为控制机器人的单一生产线或单元控制器,可以减少对专用机器人的控制器,以及伺服马达、驱动器、教导器和I/O等相关硬体元件的需求。这种方法可以利用单一控制器来控制多个机器人,而且可以简化整合并提高作业效率。


Mordor Intelligence的最新研究证实,智慧工厂系统的日益普及,使工业机器人市场在过去的十年中遇到庞大的需求,而机器人在其中具有举足轻重的地位。研究估计,全球智慧工厂的市场预计到了2024年将达3886.8亿美元,这可为整体终端使用者产业自动化中工业机器人的采用范围提供见解。


全球智慧工厂的市场预计到了2024年将达3886.8亿美元

为了满足「少量多样」的弹性生产环境需求,越来越多的原始设备制造商(OEM)舍弃固定式的机械系统,并开发创新的方法来整合机器人技术和进阶运动技术。对OEM而言,关键的问题不只是应用最适合采用哪种技术,还包括将这些技术整合到机械和工厂架构的最隹做法。


不久之前,机械制造商还别无选择。源自第三方供应商的先进技术,通常配备专有的控制系统。因此,机械协调仰赖於具有挑战性的多个不同系统的整合。对OEM而言,这种情况会增加机械生命周期每个阶段的复杂度。


如果员工必须专精於多个系统,便难以达到设计效率,而且客户支援会更具挑战性。如果通讯延迟,而且同步处理会构成障碍,效能便难以提升。值得厌幸的是,可程式安全控制器(PACs)的进步克服了这些障碍。最新的PAC可以提供更快的处理器速度以及更高的效能,表示机械制造商可以针对机械控制采用通用的方法。机器人、ICT和自动转换系统等先进的技术,如今可以在执行其馀机械的标准PAC上执行。


单一系统解决方案

通用机械控制可以让OEM更轻松整合、控制和协调先进的技术。也可以为终端用户简化机械的操作和维护,终端用户只需了解和支援一项系统即可。


利用通用控制平台所打造的机械,也可以提供一个由该机器所产生的通用资讯来源,并且让OEM位居更有利的地位,以有意义的方式提供该资讯。通用机械控制可以为视觉化、报告和分析解决方案提供杰出的基础,协助监测会影响效能、效率和品质的重要因素。可以让OEM制作更具智慧的设备,使其可以更轻松整合到设施里,并提供资讯的存取权限,让终端用户可以对持续变化的市场需求做出更好的回应。


包装OEM善加利用通用控制平台

位於多伦多郊区(安大略布兰普顿)的AFA Systems,是一家全球工程包装自动化系统的顶尖供应商。该公司的产品组合从机器人、装盒机和纸箱成型机,延伸到装箱机和栈板机。


最近有一家中国客户,为了替新款的保健产品寻找高速包装解决方案,而和AFA Systems联系。这家公司计画销售一盒50瓶100毫升小瓶装的精华液。除此之外,这家客户要求使用穿孔的可折式纸盒,可以在翻开後以托盘的型态呈现给消费者。包装规格也有所要求,包括在每个纸盒中??入每包10支装,共五包吸管。


AFA Systems的销售及行销经理Eric Langen解释道:「这个包装盒的设计,让消费者可以实现两项行销计画。包装盒可以做为销售个别产品现成的零售包装,或是供消费者购买整盒产品的便利存放装置。」


为了满足客户的需求,AFA Systems设计了一个新的机械组件,这是一个间歇运动的重负荷自动装盒机,可以用於装瓶或小瓶包装线。这个机台采一体成形的框架制作而成,可以在30平方英尺内完成所有作业,30平方英尺大约是传统多机台解决方案一般所需空间的一半。这个机台每分钟可以处理1200个瓶子。


这个复合系统内含六个AFA Systems机器人。瓶子在装填、封盖和贴标後会转为横向,接着透过两个进料囗进入机台。这些瓶子会透过斗式输送机运送至两个门架式机器人。每个门架式机器人会从斗式输送机拣选十个瓶子,每个周期共会拣选20个瓶子。机器人会将瓶子放进一个可以容纳50个瓶子的塑胶托盘中。托盘装满後,第三个门架式机器人会将托盘推入另一个门架式机器人所竖直的盒子内。这个盒子会进入吸管包装站。


同时,分流输送机会将吸管的袋子排成单一纵列供两个Delta Robot处理。Delta Robot会拣选吸管袋子并将其放在一个备料盘上,吸管袋子会在备料盘的边缘旋转,最後装入两排瓶子之间的盒子。盒子在密封後会从机台送出。


Langen表示:「这是一个极为复杂的应用。不过,我们只用一个控制平台就能控制所有机台的作业,因此可以简化对客户的训练、操作和维护。不需要独立的机器人平台。」


这个机台采用洛克威尔自动化的控制平台,具备两个Allen-Bradley ControlLogix处理器和22个Allen-Bradley Kinetix伺服驱动器。Allen-Bradley PowerFlex 525变频器负责输送机的运作。此系统可以整合至EtherNet/IP网路,并由Allen-Bradley PanelView图形化介面进行监测。


这个通用控制平台,让这家OEM具备提供下列解决方案的能力:利用通用架构将多个应用的摆设区域缩小50%;实现每分钟1200个瓶子的高速作业;以及利用通用控制平台简化所有应用的维护(包括机器人)。


机器人革命

图3 : 透过云端连线,即可从远端进行机器人的监测、管理和维护,让供应商可以支援RaaS的模式。(source:Rockwell)
图3 : 透过云端连线,即可从远端进行机器人的监测、管理和维护,让供应商可以支援RaaS的模式。(source:Rockwell)

很久以前,机器人出现在科幻电影中某个场景,是我们凭空想像的未来事物。时至今日,机器人是我们日常生活中重要的一部分。随着产品的产品库存单位(SKU)不断增加,制造设备就必须更加灵活,才能适应更多样化的产品,而这个速度需更胜以往。


机台制造商无疑了解机器人的优势及其制造需求。机器人大有可为。在整合机器人的协助下,要满足消费者对於喜好的包装产品在囗味、包装尺寸,以及多包装产品方面的多样化需求,似??没有那麽困难。


除此之外,拜工业物联网(IIoT)之赐,机器人现在可以提供有助於制定业务决策的即时资讯。透过云端连线,即可从远端进行机器人的监测、管理和维护。因此让供应商可以支援机器人即服务(RaaS)的模式。


智慧机器与设备提供即时的资料存取能力、更出色的连线能力,以及强大的安全性。

事实上,Global Data最近针对工业自动化部门发布主题计分卡(Thematic Scorecard),将IBM、洛克威尔自动化和Google列入机器人即服务(RaaS)主题的顶尖工业自动化公司。随着机器人技术持续进步,RaaS可以透过监测重要元件的运作状况,以及缩短意外的停机时间,协助各家公司提高生产力。


终端用户持续发展企业联网,将资讯技术(IT)和营运技术(OT)系统汇集至单一的网路架构。智慧机器与设备提供即时的资料存取能力、更出色的连线能力,以及强大的安全性。


无论是机械制造商或终端用户,整合机器人都可以提供前所未有的弹性和敏捷性,让客户获致更为成功的关键。


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