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如何設(shè)計(jì)一條全新的裝配線，并繼續(xù)將其占地面積再減少四分之一？又如何在日后進(jìn)一步提高這條高度整合的生產(chǎn)線的效率？加拿大自動(dòng)化專家 Eclipse 從倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)中找到了答案。在完成第二次現(xiàn)代化改造后，裝配線的占地面積大幅減小，并且能夠同時(shí)生產(chǎn)兩種不同類型的泵。 

總部位于安大略省劍橋市的 Eclipse Automation 公司成立于 2001 年，專注提供自動(dòng)化系統(tǒng)定制服務(wù)，公司業(yè)績(jī)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)?！俺似嚰敖煌ㄟ\(yùn)輸行業(yè)之外，我們的業(yè)務(wù)還覆蓋生命科學(xué)、消費(fèi)品甚至核能等細(xì)分市場(chǎng)?！盓clipse 公司總經(jīng)理 Jeff Werner 說(shuō)道。公司不斷研究前沿解決方案，幫助客戶取得成功，做行業(yè)的顛覆者和引領(lǐng)者?！拔覀儗?duì)包括人工智能、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的維護(hù)系統(tǒng)在內(nèi)的各種新興技術(shù)以及所有能夠提升精度和靈活性的組件進(jìn)行了測(cè)試?！盬erner 說(shuō)道，“經(jīng)過(guò)我們對(duì)多家供應(yīng)商提供的系統(tǒng)進(jìn)行大量測(cè)試和分析后，我們發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)對(duì)我們來(lái)說(shuō)特別重要的技術(shù)，那就是線性輸送系統(tǒng)?！?/p>

最近，Eclipse 為一個(gè)使用倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)組裝汽車變速泵的客戶成功升級(jí)了一套系統(tǒng)?？蛻粼笥玫谝惶紫到y(tǒng)來(lái)取代幾臺(tái)舊設(shè)備。當(dāng)時(shí)，這些設(shè)備無(wú)法達(dá)到這種大批量制造產(chǎn)品所需的產(chǎn)能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，Eclipse 的軟件設(shè)計(jì)主管 Matthew Kelly 說(shuō)道：“以前的設(shè)備使用的是旋轉(zhuǎn)分度工作臺(tái)及類似的部件。每個(gè)工位僅負(fù)責(zé)一道工序，如果有任何一個(gè)工位出現(xiàn)故障，就會(huì)影響到整條生產(chǎn)線?！?/p>

Eclipse 公司使用高度靈活的 XTS 系統(tǒng)完成物料搬運(yùn)工作，為其汽車行業(yè)的客戶制造出一套占地面積非常小的裝配系統(tǒng) 

Eclipse 的定制解決方案不僅要提升生產(chǎn)線性能，還要盡量減少其占地面積。“工廠空間總是很寶貴的，但客戶的裝配和加工設(shè)備一體化程度非常高。當(dāng)我們提議使用這套系統(tǒng)時(shí)，客戶和我們說(shuō)，‘我們喜歡這個(gè)方案，但需要把它的體積占地面積縮小 25%’。我們當(dāng)時(shí)不知道這是否可行。”Jeff Werner 說(shuō)道。為了解決這些難題，Eclipse 公司選擇與倍福加拿大當(dāng)?shù)貓F(tuán)隊(duì)密切合作，包括區(qū)域銷售經(jīng)理 Dean Herron 和應(yīng)用專家 Andy Burleigh。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的初始機(jī)器設(shè)計(jì)

基于 XTS 系統(tǒng)的裝配線具有四個(gè)獨(dú)立的單元，共有 50 多個(gè)工位，用于壓合、焊接、擰緊螺絲、用 LVDT 位移傳感器檢測(cè)平面度、點(diǎn)膠、等離子處理、泄漏檢測(cè)等。很多工位需要與機(jī)器人精確同步。在前三個(gè)設(shè)備單元中，操作人員將泵放在與 XTS 動(dòng)子連接的托盤(pán)上。第一個(gè)單元中的 XTS 系統(tǒng)長(zhǎng) 12 米，有 18 個(gè)動(dòng)子；第二個(gè)單元中的 XTS 系統(tǒng)長(zhǎng) 6 米，有 12 個(gè)動(dòng)子；第三個(gè)單元中的 XTS 系統(tǒng)長(zhǎng) 10 米，有 18 個(gè)動(dòng)子。經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算的托盤(pán)間距實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)的定位。當(dāng)所有裝配過(guò)程完成后，操作人員將泵移到下一個(gè)單元。第三個(gè)單元上的小型輸送機(jī)將泵移到第四個(gè)單元，在那里，機(jī)器人在兩個(gè) GigE 攝像機(jī)前升舉起已裝配完成的泵，進(jìn)行最后的視覺(jué)檢查，然后將泵放在輸送機(jī)上送出。 

三套 XTS 系統(tǒng)確保裝配線上靈活的物料流，系統(tǒng)尺寸最小長(zhǎng) 6 米、配備 12 個(gè)動(dòng)子，最大長(zhǎng) 12 米、配備 18 個(gè)動(dòng)子

“XTS 系統(tǒng)能夠高速、高精度地將產(chǎn)品從一個(gè)工位轉(zhuǎn)到另一個(gè)工位，如果加工過(guò)程中有任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，我們可以直接將工件移到其它工位，并簡(jiǎn)單地將有問(wèn)題的工件移走即可。”Matthew Kelly 解釋道，“我們將多個(gè)工序整合到一個(gè)工位中，這樣可以幫助我們進(jìn)一步減少占地面積。加上所有的工藝和工具，這是我見(jiàn)過(guò)的最精簡(jiǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)?！?span style="text-indent: 2em;"> 

對(duì)提高生產(chǎn)效率提出新要求

第一臺(tái) Eclipse 裝配設(shè)備超出了預(yù)期，至今仍在使用。2019 年 12 月，這家汽車供應(yīng)商要購(gòu)買第二臺(tái)設(shè)備，并提出了新的挑戰(zhàn)：它需要在同一個(gè)系統(tǒng)上制造兩種類型的泵。這些泵的尺寸各不相同，并且用于不同的汽車品牌。這給之前設(shè)計(jì)的托盤(pán)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)，更不用說(shuō)這兩種泵的一些裝配順序也不相同。為了保持高產(chǎn)能，不能讓系統(tǒng)停機(jī)以清洗所有同類型的泵，然后進(jìn)行漫長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換。 

Eclipse 公司與倍福當(dāng)?shù)貓F(tuán)隊(duì)合作，借助 EtherCAT 的快速循環(huán)時(shí)間和 XTS 系統(tǒng)的靈活性打造了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案。“系統(tǒng)允許操作人員快速釋放并替換為另一種類型的托盤(pán)。新?lián)Q的托盤(pán)有一個(gè)升序排列的 ID 號(hào)，系統(tǒng)會(huì)測(cè)量它的具體位置，以確定偏移量。我們將這些偏移量應(yīng)用于每個(gè)托盤(pán)，并確保組件和零件在加工過(guò)程中完全對(duì)齊。因此，操作人員可以很輕松地裝載 A 型零件，等待一個(gè)循環(huán)周期，然后裝載 B 型零件，期間的停機(jī)時(shí)間短到可以忽略不計(jì)?！盝eff Werner 說(shuō)道。 

系統(tǒng)的托盤(pán)式工件運(yùn)載裝置與 XTS 動(dòng)子連接，無(wú)需清洗系統(tǒng)，即可換成不同的零件進(jìn)行裝配

此外，由于每個(gè)動(dòng)子都可以作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)軸，無(wú)需像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)那樣連接起來(lái)。這些動(dòng)子可以根據(jù)需要在軌道上將工件自由移送到指定的加工步驟，即使兩臺(tái)泵的裝配順序不同。 

倍福完整的自動(dòng)化解決方案帶來(lái)顯著優(yōu)勢(shì)

除了這三個(gè) XTS 系統(tǒng)之外，裝配線還采用了倍福的其它 EtherCAT 產(chǎn)品和基于 PC 的自動(dòng)化技術(shù)。前三個(gè)單元中每一個(gè)單元都配備了一臺(tái) C6930 控制柜式工業(yè) PC 來(lái)控制該單元的 XTS 軌道和外圍設(shè)備。TwinSAFE 用于確保整條生產(chǎn)線的功能安全，工業(yè) PC 通過(guò) EtherNet/IP 與控制生產(chǎn)線其它部分的二級(jí)設(shè)備控制器進(jìn)行通信。EtherCAT 用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通信和 I/O。“EtherCAT 與機(jī)器人和伺服組件實(shí)時(shí)同步，這讓工程師能夠?yàn)椴煌狞c(diǎn)膠過(guò)程執(zhí)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，尤其是在復(fù)雜的圖案中噴涂膠合劑?！眮?lái)自倍福公司的 Dean Herron 解釋道。 

TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件是實(shí)現(xiàn)這種高級(jí)功能的關(guān)鍵。Eclipse 工程師可以使用倍福通用的開(kāi)發(fā)和 Runtime 平臺(tái)編寫(xiě) G 代碼，使得 XTS 系統(tǒng)和倍福 AM8000 伺服電機(jī)能夠協(xié)同運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高精度點(diǎn)膠。此外，Eclipse 還能夠采用包括 IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言面向?qū)ο蟮臄U(kuò)展、預(yù)制和自定義功能塊，以及 Microsoft Visual Studio 中的計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言進(jìn)行編程?！皩?duì)于托盤(pán)控制編程、托盤(pán)偏移表編程及類似需求，倍福系統(tǒng)比其他供應(yīng)商提供的系統(tǒng)具有更多優(yōu)勢(shì)，可以幫助我們節(jié)省大量開(kāi)發(fā)時(shí)間?！盡atthew Kelly 指出。 

快速產(chǎn)品切換帶來(lái)立竿見(jiàn)影的效果

通過(guò) Eclipse 的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，升級(jí)后的變速器泵裝配系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)零件 20.2 秒的規(guī)定周期時(shí)間，并達(dá)到了微米級(jí)的精度要求。自 2021 年初完成調(diào)試以來(lái)，系統(tǒng)每個(gè)班次大約能夠生產(chǎn) 1000 個(gè)零件，分批生產(chǎn) A 型零件和 B 型零件。托盤(pán)能夠輕松拆卸和安裝，再加上 XTS 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)確定動(dòng)子 ID，因此幾乎消除了轉(zhuǎn)換時(shí)間：將轉(zhuǎn)換時(shí)間從一個(gè)多小時(shí)大幅縮減至僅一分鐘?！翱蛻粼诳吹较到y(tǒng)占地面積如此小且工藝又非常復(fù)雜的情況下，還能有這么強(qiáng)大的轉(zhuǎn)換能力，感到非常震撼?！盬erner 說(shuō)道。控制和機(jī)械工程確保了用戶能夠在無(wú)需拆下任何一個(gè)螺栓的情況下輕松釋放這些托盤(pán)。托盤(pán)只需移動(dòng)到存儲(chǔ)緩沖區(qū)，如果其中一個(gè)托盤(pán)損壞，操作人員可以輕松地進(jìn)行更換。 

該公司的專家們認(rèn)為，創(chuàng)新一直是 Eclipse 的 DNA。公司已經(jīng)成功完成了其它很多前所未有的高速、微型裝配應(yīng)用，包括多個(gè) Covid-19 快速檢測(cè)套件應(yīng)用，也使用了 XTS 系統(tǒng)和基于 PC 的控制技術(shù)進(jìn)行控制。Werner 認(rèn)為這對(duì)于向客戶提供高效、節(jié)約成本的解決方案以及吸引更多優(yōu)秀的工程技術(shù)人才加入 Eclipse 來(lái)說(shuō)非常重要?！按蟛糠謱W(xué)生在學(xué)校時(shí)已經(jīng)不學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的 PLC 編程。他們?cè)陔x開(kāi)大學(xué)時(shí)，已經(jīng)掌握了大量關(guān)于基于 PC 的控制系統(tǒng)的知識(shí)，而且人數(shù)每年都在增長(zhǎng)。”他說(shuō)道，“事實(shí)證明，倍福無(wú)論是在自動(dòng)化人才的教育儲(chǔ)備方面，還是自動(dòng)化技術(shù)涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域方面，都是一個(gè)可靠、值得信賴的合作伙伴?！?/p>