如何設計一條全新的裝配線(xiàn)，并繼續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(xiàn)的效率？加拿大自動(dòng)化專(zhuān)家 Eclipse 從倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統中找到了答案。在完成第二次現代化改造后，裝配線(xiàn)的占地面積大幅減小，并且能夠同時(shí)生產(chǎn)兩種不同類(lèi)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(zhuān)注提供自動(dòng)化系統定制服務(wù)，公司業(yè)績(jì)呈現指數級增長(cháng)?！俺似?chē)及交通運輸行業(yè)之外，我們的業(yè)務(wù)還覆蓋生命科學(xué)、消費品甚至核能等細分市場(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(hù)取得成功，做行業(yè)的顛覆者和引領(lǐng)者?！拔覀儗Πㄈ斯ぶ悄?、遠程培訓、基于虛擬現實(shí)的維護系統在內的各種新興技術(shù)以及所有能夠提升精度和靈活性的組件進(jìn)行了測試?！盬erner 說(shuō)道，“經(jīng)過(guò)我們對多家供應商提供的系統進(jìn)行大量測試和分析后，我們發(fā)現了一項對我們來(lái)說(shuō)特別重要的技術(shù)，那就是線(xiàn)性輸送系統?！?/p>

最近，Eclipse 為一個(gè)使用倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統組裝汽車(chē)變速泵的客戶(hù)成功升級了一套系統?？蛻?hù)曾要求用第一套系統來(lái)取代幾臺舊設備。當時(shí)，這些設備無(wú)法達到這種大批量制造產(chǎn)品所需的產(chǎn)能和質(zhì)量標準，Eclipse 的軟件設計主管 Matthew Kelly 說(shuō)道：“以前的設備使用的是旋轉分度工作臺及類(lèi)似的部件。每個(gè)工位僅負責一道工序，如果有任何一個(gè)工位出現故障，就會(huì )影響到整條生產(chǎn)線(xiàn)?！?/p>

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

Eclipse 的定制解決方案不僅要提升生產(chǎn)線(xiàn)性能，還要盡量減少其占地面積?！肮S(chǎng)空間總是很寶貴的，但客戶(hù)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時(shí)，客戶(hù)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%’。我們當時(shí)不知道這是否可行?！盝eff Werner 說(shuō)道。為了解決這些難題，Eclipse 公司選擇與倍福加拿大當地團隊密切合作，包括區域銷(xiāo)售經(jīng)理 Dean Herron 和應用專(zhuān)家 Andy Burleigh。

經(jīng)現場(chǎng)驗證的初始機器設計

基于 XTS 系統的裝配線(xiàn)具有四個(gè)獨立的單元，共有 50 多個(gè)工位，用于壓合、焊接、擰緊螺絲、用 LVDT 位移傳感器檢測平面度、點(diǎn)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(gè)設備單元中，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 系統長(cháng) 12 米，有 18 個(gè)動(dòng)子；第二個(gè)單元中的 XTS 系統長(cháng) 6 米，有 12 個(gè)動(dòng)子；第三個(gè)單元中的 XTS 系統長(cháng) 10 米，有 18 個(gè)動(dòng)子。經(jīng)過(guò)仔細計算的托盤(pán)間距實(shí)現了微米級的定位。當所有裝配過(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將泵移到第四個(gè)單元，在那里，機器人在兩個(gè) GigE 攝像機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上送出。 

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

“XTS 系統能夠高速、高精度地將產(chǎn)品從一個(gè)工位轉到另一個(gè)工位，如果加工過(guò)程中有任何一個(gè)環(huán)節出現問(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?！盡atthew 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?！?span style="text-indent: 2em;"> 

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(chē)供應商要購買(mǎi)第二臺設備，并提出了新的挑戰：它需要在同一個(gè)系統上制造兩種類(lèi)型的泵。這些泵的尺寸各不相同，并且用于不同的汽車(chē)品牌。這給之前設計的托盤(pán)帶來(lái)了不小的挑戰，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，不能讓系統停機以清洗所有同類(lèi)型的泵，然后進(jìn)行漫長(cháng)的轉換。 

Eclipse 公司與倍福當地團隊合作，借助 EtherCAT 的快速循環(huán)時(shí)間和 XTS 系統的靈活性打造了一個(gè)創(chuàng )新的解決方案?！跋到y允許操作人員快速釋放并替換為另一種類(lèi)型的托盤(pán)。新?lián)Q的托盤(pán)有一個(gè)升序排列的 ID 號，系統會(huì )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(gè)托盤(pán)，并確保組件和零件在加工過(guò)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(gè)循環(huán)周期，然后裝載 B 型零件，期間的停機時(shí)間短到可以忽略不計?！盝eff Werner 說(shuō)道。 

系統的托盤(pán)式工件運載裝置與 XTS 動(dòng)子連接，無(wú)需清洗系統，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)單獨的運動(dòng)軸，無(wú)需像傳統設計那樣連接起來(lái)。這些動(dòng)子可以根據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(dòng)化解決方案帶來(lái)顯著(zhù)優(yōu)勢

除了這三個(gè) XTS 系統之外，裝配線(xiàn)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 C6930 控制柜式工業(yè) PC 來(lái)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(xiàn)的功能安全，工業(yè) PC 通過(guò) EtherNet/IP 與控制生產(chǎn)線(xiàn)其它部分的二級設備控制器進(jìn)行通信。EtherCAT 用于實(shí)現系統的通信和 I/O?！癊therCAT 與機器人和伺服組件實(shí)時(shí)同步，這讓工程師能夠為不同的點(diǎn)膠過(guò)程執行插補運動(dòng)，尤其是在復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)現這種高級功能的關(guān)鍵。Eclipse 工程師可以使用倍福通用的開(kāi)發(fā)和 Runtime 平臺編寫(xiě) G 代碼，使得 XTS 系統和倍福 AM8000 伺服電機能夠協(xié)同運動(dòng)，實(shí)現高精度點(diǎn)膠。此外，Eclipse 還能夠采用包括 IEC61131-3 標準語(yǔ)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(xué)標準語(yǔ)言進(jìn)行編程?！皩τ谕斜P(pán)控制編程、托盤(pán)偏移表編程及類(lèi)似需求，倍福系統比其他供應商提供的系統具有更多優(yōu)勢，可以幫助我們節省大量開(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 )新設計，升級后的變速器泵裝配系統可以實(shí)現每個(gè)零件 20.2 秒的規定周期時(shí)間，并達到了微米級的精度要求。自 2021 年初完成調試以來(lái)，系統每個(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 系統能夠實(shí)時(shí)自動(dòng)確定動(dòng)子 ID，因此幾乎消除了轉換時(shí)間：將轉換時(shí)間從一個(gè)多小時(shí)大幅縮減至僅一分鐘?！翱蛻?hù)在看到系統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?！盬erner 說(shuō)道?？刂坪蜋C械工程確保了用戶(hù)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)到存儲緩沖區，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(zhuān)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(gè) Covid-19 快速檢測套件應用，也使用了 XTS 系統和基于 PC 的控制技術(shù)進(jìn)行控制。Werner 認為這對于向客戶(hù)提供高效、節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)習傳統的 PLC 編程。他們在離開(kāi)大學(xué)時(shí)，已經(jīng)掌握了大量關(guān)于基于 PC 的控制系統的知識，而且人數每年都在增長(cháng)?！彼f(shuō)道，“事實(shí)證明，倍福無(wú)論是在自動(dòng)化人才的教育儲備方面，還是自動(dòng)化技術(shù)涉及到的應用領(lǐng)域方面，都是一個(gè)可靠、值得信賴(lài)的合作伙伴?！?/p>