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整合機器人和進階運動控制
[作者 洛克威爾自動化]   2020年04月17日 星期五 瀏覽人次: [2246]

資訊就是力量,而且現在更勝以往,重視健康的消費者可以輕易獲得營養資訊。消費者對於各種健康、快速和便利食品的需求日益增加。為了滿足消費者的需求,機械製造商和製造商必須投資有利於實現未來工廠的技術。


機械製造商為了提供可以滿足彈性製造需求的設備而承受巨大壓力,如今已是人盡皆知。消費者對於喜好的包裝產品在口味、包裝尺寸,以及多包裝方面的大量多樣化需求,對目前的接單式生產構成挑戰。


消費性包裝產品(CPG)製造商所面臨的挑戰,在於提出能夠因應未來發展的設計,可以將目前的轉換調整到最佳狀態,以及快速增加意想不到的全新庫存單位。


直到最近,機械製造商對於如何將設備運送至工廠區域,依舊是幾乎別無選擇。一般而言,任何CPG的製造或包裝應用,都是由一系列的獨立機械所構成,將這些機械加以整合才是完整的包裝線。如今有許多工廠區域仍在使用這些老舊設備。


這些包裝線具備以下特性:使用靜態機械零件、摩擦型輸送,而且充滿不同的附加設備。因此,雖然這些包裝線採用固定變數處理相同的產品可以獲得驚人的產量,但通常必須犧牲機械的靈活度。複雜的機械調整和設備同步處理要花費許多時間,但時間對任何工廠區域都非常寶貴,特別是當產品發佈迫在眉睫的時刻。


先進的技術


圖1 : 具體來說,改變OEM及其服務客戶間的平衡有三個關鍵的機電技術,包括CPG應用、線性馬達技術及自動轉換。(source:Rockwell)
圖1 : 具體來說,改變OEM及其服務客戶間的平衡有三個關鍵的機電技術,包括CPG應用、線性馬達技術及自動轉換。(source:Rockwell)

值得慶幸的是,有更好的方法可以解決這項問題。由於技術進步,OEM現在有更好的方法,可以滿足製造商對於更多彈性的需求。具體來說,有三個關鍵的機電技術正在改變OEM及其服務客戶間的平衡。


第一,機器人在CPG應用中的用途遠比過去廣泛。機器人在本質上非常靈活,原因在於機器人具備可在立體空間充分作業的能力、不需要重新規劃複雜的機械路徑即可判斷適當的路徑,以及最終可以處理多種產品形狀和尺寸。


第二,線性馬達技術,尤其是獨立推車技術(ICT),可以提高機械對多樣化產品組合的反應。有別於傳統輸送,傳統運送是讓產品在預先設定的路徑上以固定速度前進,而ICT會在作業完成時以智慧的方式移動產品。


最後,自動轉換,可將手動介入的需求降到最低,並可透過人機介面提升新產品或包裝配置的機械設定。全新的伺服驅動器功能讓這種方法更具有成本效益。


馬達控制技術的進步,可以協助製造商滿足消費者對於更多產品種類和包裝尺寸的需求。洛克威爾自動化最近推出一款全新的Kinetix 5100伺服驅動器、Kinetix TLP馬達和電纜,可以做為不需要控制器的系統使用,是一項更具有成本效益的選擇,可以讓OEM打造更小型的機械。


全新的Allen-Bradley Kinetix 5100伺服驅動器可以搭配Micro800控制器、Logix控制器,甚至能單獨使用,讓OEM能夠選擇可以在其應用中充分發揮產品功能的組合。


新的驅動器系統還可以協助OEM為客戶提供更高產能。隨著庫存單位(SKU)遽增,製造商必須進行多次轉換,而且通常需要手動進行。如果使用Kinetix 5100伺服驅動器,OEM便能打造一個有助於加快轉換速度的現代化(或自動化)系統。


具備內建的安全扭矩關閉,使用者可以在不關閉整部機械的情況下切斷馬達扭矩,讓機械可以在達到安全狀態後,以更快的速度重新啟動。雙埠EtherNet/IP也支援裝置層級的環形拓樸。


除了可以讓機械更具彈性,先進的技術也可以讓OEM以更少的設備和空間執行更多作業。事實上,有更多機械製造商提供精巧的解決方案,可以將過去截然不同的作業(例如,填充和裝盒)結合為通用的產品。


整合機器人

圖2 : 智慧工廠系統的日益普及,使工業機器人市場在過去的十年中遇到龐大的需求,而機器人在其中具有舉足輕重的地位。(source:Rockwell)
圖2 : 智慧工廠系統的日益普及,使工業機器人市場在過去的十年中遇到龐大的需求,而機器人在其中具有舉足輕重的地位。(source:Rockwell)

整合機器人不只是最熱門的話題,這個詞彙可以定義為控制機器人的單一生產線或單元控制器,可以減少對專用機器人的控制器,以及伺服馬達、驅動器、教導器和I/O等相關硬體元件的需求。這種方法可以利用單一控制器來控制多個機器人,而且可以簡化整合並提高作業效率。


Mordor Intelligence的最新研究證實,智慧工廠系統的日益普及,使工業機器人市場在過去的十年中遇到龐大的需求,而機器人在其中具有舉足輕重的地位。研究估計,全球智慧工廠的市場預計到了2024年將達3886.8億美元,這可為整體終端使用者產業自動化中工業機器人的採用範圍提供見解。


全球智慧工廠的市場預計到了2024年將達3886.8億美元

為了滿足「少量多樣」的彈性生產環境需求,越來越多的原始設備製造商(OEM)捨棄固定式的機械系統,並開發創新的方法來整合機器人技術和進階運動技術。對OEM而言,關鍵的問題不只是應用最適合採用哪種技術,還包括將這些技術整合到機械和工廠架構的最佳做法。


不久之前,機械製造商還別無選擇。源自第三方供應商的先進技術,通常配備專有的控制系統。因此,機械協調仰賴於具有挑戰性的多個不同系統的整合。對OEM而言,這種情況會增加機械生命週期每個階段的複雜度。


如果員工必須專精於多個系統,便難以達到設計效率,而且客戶支援會更具挑戰性。如果通訊延遲,而且同步處理會構成障礙,效能便難以提升。值得慶幸的是,可程式安全控制器(PACs)的進步克服了這些障礙。最新的PAC可以提供更快的處理器速度以及更高的效能,表示機械製造商可以針對機械控制採用通用的方法。機器人、ICT和自動轉換系統等先進的技術,如今可以在執行其餘機械的標準PAC上執行。


單一系統解決方案

通用機械控制可以讓OEM更輕鬆整合、控制和協調先進的技術。也可以為終端用戶簡化機械的操作和維護,終端用戶只需瞭解和支援一項系統即可。


利用通用控制平台所打造的機械,也可以提供一個由該機器所產生的通用資訊來源,並且讓OEM位居更有利的地位,以有意義的方式提供該資訊。通用機械控制可以為視覺化、報告和分析解決方案提供傑出的基礎,協助監測會影響效能、效率和品質的重要因素。可以讓OEM製作更具智慧的設備,使其可以更輕鬆整合到設施裡,並提供資訊的存取權限,讓終端用戶可以對持續變化的市場需求做出更好的回應。


包裝OEM善加利用通用控制平台

位於多倫多郊區(安大略布蘭普頓)的AFA Systems,是一家全球工程包裝自動化系統的頂尖供應商。該公司的產品組合從機器人、裝盒機和紙箱成型機,延伸到裝箱機和棧板機。


最近有一家中國客戶,為了替新款的保健產品尋找高速包裝解決方案,而和AFA Systems聯繫。這家公司計畫銷售一盒50瓶100毫升小瓶裝的精華液。除此之外,這家客戶要求使用穿孔的可折式紙盒,可以在翻開後以托盤的型態呈現給消費者。包裝規格也有所要求,包括在每個紙盒中插入每包10支裝,共五包吸管。


AFA Systems的銷售及行銷經理Eric Langen解釋道:「這個包裝盒的設計,讓消費者可以實現兩項行銷計畫。包裝盒可以做為銷售個別產品現成的零售包裝,或是供消費者購買整盒產品的便利存放裝置。」


為了滿足客戶的需求,AFA Systems設計了一個新的機械組件,這是一個間歇運動的重負荷自動裝盒機,可以用於裝瓶或小瓶包裝線。這個機台採一體成形的框架製作而成,可以在30平方英尺內完成所有作業,30平方英尺大約是傳統多機台解決方案一般所需空間的一半。這個機台每分鐘可以處理1200個瓶子。


這個複合系統內含六個AFA Systems機器人。瓶子在裝填、封蓋和貼標後會轉為橫向,接著透過兩個進料口進入機台。這些瓶子會透過斗式輸送機運送至兩個門架式機器人。每個門架式機器人會從斗式輸送機揀選十個瓶子,每個週期共會揀選20個瓶子。機器人會將瓶子放進一個可以容納50個瓶子的塑膠托盤中。托盤裝滿後,第三個門架式機器人會將托盤推入另一個門架式機器人所豎直的盒子內。這個盒子會進入吸管包裝站。


同時,分流輸送機會將吸管的袋子排成單一縱列供兩個Delta Robot處理。Delta Robot會揀選吸管袋子並將其放在一個備料盤上,吸管袋子會在備料盤的邊緣旋轉,最後裝入兩排瓶子之間的盒子。盒子在密封後會從機台送出。


Langen表示:「這是一個極為複雜的應用。不過,我們只用一個控制平台就能控制所有機台的作業,因此可以簡化對客戶的訓練、操作和維護。不需要獨立的機器人平台。」


這個機台採用洛克威爾自動化的控制平台,具備兩個Allen-Bradley ControlLogix處理器和22個Allen-Bradley Kinetix伺服驅動器。Allen-Bradley PowerFlex 525變頻器負責輸送機的運作。此系統可以整合至EtherNet/IP網路,並由Allen-Bradley PanelView圖形化介面進行監測。


這個通用控制平台,讓這家OEM具備提供下列解決方案的能力:利用通用架構將多個應用的擺設區域縮小50%;實現每分鐘1200個瓶子的高速作業;以及利用通用控制平台簡化所有應用的維護(包括機器人)。


機器人革命

圖3 : 透過雲端連線,即可從遠端進行機器人的監測、管理和維護,讓供應商可以支援RaaS的模式。(source:Rockwell)
圖3 : 透過雲端連線,即可從遠端進行機器人的監測、管理和維護,讓供應商可以支援RaaS的模式。(source:Rockwell)

很久以前,機器人出現在科幻電影中某個場景,是我們憑空想像的未來事物。時至今日,機器人是我們日常生活中重要的一部分。隨著產品的產品庫存單位(SKU)不斷增加,製造設備就必須更加靈活,才能適應更多樣化的產品,而這個速度需更勝以往。


機台製造商無疑瞭解機器人的優勢及其製造需求。機器人大有可為。在整合機器人的協助下,要滿足消費者對於喜好的包裝產品在口味、包裝尺寸,以及多包裝產品方面的多樣化需求,似乎沒有那麼困難。


除此之外,拜工業物聯網(IIoT)之賜,機器人現在可以提供有助於制定業務決策的即時資訊。透過雲端連線,即可從遠端進行機器人的監測、管理和維護。因此讓供應商可以支援機器人即服務(RaaS)的模式。


智慧機器與設備提供即時的資料存取能力、更出色的連線能力,以及強大的安全性。

事實上,Global Data最近針對工業自動化部門發佈主題計分卡(Thematic Scorecard),將IBM、洛克威爾自動化和Google列入機器人即服務(RaaS)主題的頂尖工業自動化公司。隨著機器人技術持續進步,RaaS可以透過監測重要元件的運作狀況,以及縮短意外的停機時間,協助各家公司提高生產力。


終端用戶持續發展企業聯網,將資訊技術(IT)和營運技術(OT)系統匯集至單一的網路架構。智慧機器與設備提供即時的資料存取能力、更出色的連線能力,以及強大的安全性。


無論是機械製造商或終端用戶,整合機器人都可以提供前所未有的彈性和敏捷性,讓客戶獲致更為成功的關鍵。


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