如何設計一條全新的裝配線，并繼續(xù)將其占地面積再減少四分之一？又如何在日后進一步提高這條高度整合的生產(chǎn)線的效率？加拿大自動化專家 Eclipse 從倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統(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，專注提供自動化系統(tǒng)定制服務，公司業(yè)績呈現(xiàn)指數(shù)級增長。“除了汽車及交通運輸行業(yè)之外，我們的業(yè)務還覆蓋生命科學、消費品甚至核能等細分市場。”Eclipse 公司總經(jīng)理 Jeff Werner 說道。公司不斷研究前沿解決方案，幫助客戶取得成功，做行業(yè)的顛覆者和引領者。“我們對包括人工智能、遠程培訓、基于虛擬現(xiàn)實的維護系統(tǒng)在內的各種新興技術以及所有能夠提升精度和靈活性的組件進行了測試。”Werner 說道，“經(jīng)過我們對多家供應商提供的系統(tǒng)進行大量測試和分析后，我們發(fā)現(xiàn)了一項對我們來說特別重要的技術，那就是線性輸送系統(tǒng)。”
最近，Eclipse 為一個使用倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統(tǒng)組裝汽車變速泵的客戶成功升級了一套系統(tǒng)。客戶曾要求用第一套系統(tǒng)來取代幾臺舊設備。當時，這些設備無法達到這種大批量制造產(chǎn)品所需的產(chǎn)能和質量標準，Eclipse 的軟件設計主管 Matthew Kelly 說道：“以前的設備使用的是旋轉分度工作臺及類似的部件。每個工位僅負責一道工序，如果有任何一個工位出現(xiàn)故障，就會影響到整條生產(chǎn)線。”
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備一體化程度非常高。當我們提議使用這套系統(tǒng)時，客戶和我們說，‘我們喜歡這個方案，但需要把它的體積占地面積縮小 25%’。我們當時不知道這是否可行。”Jeff Werner 說道。為了解決這些難題，Eclipse 公司選擇與倍福加拿大當?shù)貓F隊密切合作，包括區(qū)域銷售經(jīng)理 Dean Herron 和應用專家 Andy Burleigh。
經(jīng)現(xiàn)場驗證的初始機器設計
基于 XTS 系統(tǒng)的裝配線具有四個獨立的單元，共有 50 多個工位，用于壓合、焊接、擰緊螺絲、用 LVDT 位移傳感器檢測平面度、點膠、等離子處理、泄漏檢測等。很多工位需要與機器人精確同步。在前三個設備單元中，操作人員將泵放在與 XTS 動子連接的托盤上。第一個單元中的 XTS 系統(tǒng)長 12 米，有 18 個動子；第二個單元中的 XTS 系統(tǒng)長 6 米，有 12 個動子；第三個單元中的 XTS 系統(tǒng)長 10 米，有 18 個動子。經(jīng)過仔細計算的托盤間距實現(xiàn)了微米級的定位。當所有裝配過程完成后，操作人員將泵移到下一個單元。第三個單元上的小型輸送機將泵移到第四個單元，在那里，機器人在兩個 GigE 攝像機前升舉起已裝配完成的泵，進行最后的視覺檢查，然后將泵放在輸送機上送出。
“XTS 系統(tǒng)能夠高速、高精度地將產(chǎn)品從一個工位轉到另一個工位，如果加工過程中有任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，我們可以直接將工件移到其它工位，并簡單地將有問題的工件移走即可。”Matthew Kelly 解釋道，“我們將多個工序整合到一個工位中，這樣可以幫助我們進一步減少占地面積。加上所有的工藝和工具，這是我見過的最精簡的自動化系統(tǒng)。”
對提高生產(chǎn)效率提出新要求
第一臺 Eclipse 裝配設備超出了預期，至今仍在使用。2019 年 12 月，這家汽車供應商要購買第二臺設備，并提出了新的挑戰(zhàn)：它需要在同一個系統(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。這給之前設計的托盤帶來了不小的挑戰(zhàn)，更不用說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)停機以清洗所有同類型的泵，然后進行漫長的轉換。
Eclipse 公司與倍福當?shù)貓F隊合作，借助 EtherCAT 的快速循環(huán)時間和 XTS 系統(tǒng)的靈活性打造了一個創(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。新?lián)Q的托盤有一個升序排列的 ID 號，系統(tǒng)會測量它的具體位置，以確定偏移量。我們將這些偏移量應用于每個托盤，并確保組件和零件在加工過程中完全對齊。因此，操作人員可以很輕松地裝載 A 型零件，等待一個循環(huán)周期，然后裝載 B 型零件，期間的停機時間短到可以忽略不計。”Jeff Werner 說道。
此外，由于每個動子都可以作為一個單獨的運動軸，無需像傳統(tǒng)設計那樣連接起來。這些動子可以根據(jù)需要在軌道上將工件自由移送到指定的加工步驟，即使兩臺泵的裝配順序不同。
倍福完整的自動化解決方案帶來顯著優(yōu)勢
除了這三個 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 的自動化技術。前三個單元中每一個單元都配備了一臺 C6930 控制柜式工業(yè) PC 來控制該單元的 XTS 軌道和外圍設備。TwinSAFE 用于確保整條生產(chǎn)線的功能安全，工業(yè) PC 通過 EtherNet/IP 與控制生產(chǎn)線其它部分的二級設備控制器進行通信。EtherCAT 用于實現(xiàn)系統(tǒng)的通信和 I/O。“EtherCAT 與機器人和伺服組件實時同步，這讓工程師能夠為不同的點膠過程執(zhí)行插補運動，尤其是在復雜的圖案中噴涂膠合劑。”來自倍福公司的 Dean Herron 解釋道。
TwinCAT 3 自動化軟件是實現(xiàn)這種高級功能的關鍵。Eclipse 工程師可以使用倍福通用的開發(fā)和 Runtime 平臺編寫 G 代碼，使得 XTS 系統(tǒng)和倍福 AM8000 伺服電機能夠協(xié)同運動，實現(xiàn)高精度點膠。此外，Eclipse 還能夠采用包括 IEC61131-3 標準語言面向對象的擴展、預制和自定義功能塊，以及 Microsoft Visual Studio 中的計算機科學標準語言進行編程。“對于托盤控制編程、托盤偏移表編程及類似需求，倍福系統(tǒng)比其他供應商提供的系統(tǒng)具有更多優(yōu)勢，可以幫助我們節(jié)省大量開發(fā)時間。”Matthew Kelly 指出。
快速產(chǎn)品切換帶來立竿見影的效果
通過 Eclipse 的創(chuàng)新設計，升級后的變速器泵裝配系統(tǒng)可以實現(xiàn)每個零件 20.2 秒的規(guī)定周期時間，并達到了微米級的精度要求。自 2021 年初完成調試以來，系統(tǒng)每個班次大約能夠生產(chǎn) 1000 個零件，分批生產(chǎn) A 型零件和 B 型零件。托盤能夠輕松拆卸和安裝，再加上 XTS 系統(tǒng)能夠實時自動確定動子 ID，因此幾乎消除了轉換時間：將轉換時間從一個多小時大幅縮減至僅一分鐘。“客戶在看到系統(tǒng)占地面積如此小且工藝又非常復雜的情況下，還能有這么強大的轉換能力，感到非常震撼。”Werner 說道。控制和機械工程確保了用戶能夠在無需拆下任何一個螺栓的情況下輕松釋放這些托盤。托盤只需移動到存儲緩沖區(qū)，如果其中一個托盤損壞，操作人員可以輕松地進行更換。
該公司的專家們認為，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、微型裝配應用，包括多個 Covid-19 快速檢測套件應用，也使用了 XTS 系統(tǒng)和基于 PC 的控制技術進行控制。Werner 認為這對于向客戶提供高效、節(jié)約成本的解決方案以及吸引更多優(yōu)秀的工程技術人才加入 Eclipse 來說非常重要。“大部分學生在學校時已經(jīng)不學習傳統(tǒng)的 PLC 編程。他們在離開大學時，已經(jīng)掌握了大量關于基于 PC 的控制系統(tǒng)的知識，而且人數(shù)每年都在增長。”他說道，“事實證明，倍福無論是在自動化人才的教育儲備方面，還是自動化技術涉及到的應用領域方面，都是一個可靠、值得信賴的合作伙伴。”
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