《伺服與運(yùn)動(dòng)控制》編輯劉恒
訪(fǎng)德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司 xts/xplanar 產(chǎn)品專(zhuān)家丁翔
最近，磁懸浮柔性輸送系統(tǒng)在一些新興制造業(yè)中的應(yīng)用受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，一些技術(shù)實(shí)力雄厚的工控自動(dòng)化企業(yè)也相繼推出了自主開(kāi)發(fā)的此類(lèi)解決方案。人們對(duì)于這個(gè)“小眾”的市場(chǎng)的關(guān)注不斷升溫。
2012 年，倍福 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)一經(jīng)展出，就迅速在全球各大工業(yè)展會(huì)上引起轟動(dòng)。2018 年，倍福又推出了具有六自由度的 xplanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)，并且他們?cè)诟鞣N具體項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中也逐步積累起了豐富的柔性輸送線(xiàn)開(kāi)發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。近期，本刊采訪(fǎng)到德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司 xts/xplanar 產(chǎn)品專(zhuān)家丁翔先生，請(qǐng)他詳細(xì)介紹了倍福在這一技術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)思路和技術(shù)發(fā)展動(dòng)向。
德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司
xts/xplanar 產(chǎn)品專(zhuān)家
丁翔先生
談到近年來(lái)柔性輸送線(xiàn)技術(shù)日益受到市場(chǎng)的高度關(guān)注，丁翔認(rèn)為其中的原因是多方面的，在當(dāng)前全球制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，無(wú)論是“中國(guó)制造 2025”，還是德國(guó)提出的工業(yè) 4.0 發(fā)展戰(zhàn)略，其目標(biāo)都是全力推進(jìn)智能制造，要求設(shè)備實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；另一方面，針對(duì)越來(lái)越多小批量、多品種的個(gè)性化加工需求，如何提高工廠(chǎng)的生產(chǎn)效率，例如實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)或者只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的軟件改造，就可以生產(chǎn)不同批次、不同規(guī)格的產(chǎn)品，是目前很多制造企業(yè)共同面對(duì)的一個(gè)課題，這對(duì)于設(shè)備的智能化和集成度都提出了更高的訴求。在整個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)流程中，輸送系統(tǒng)是其中的重要一環(huán)，也往往成為制約整體生產(chǎn)效率提升的一個(gè)“瓶頸”，而基于直線(xiàn)電機(jī)原理的柔性輸送線(xiàn)系統(tǒng)能很好地滿(mǎn)足上述需求，因此，這類(lèi)技術(shù)方案被越來(lái)越多地被應(yīng)用在目前實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的升級(jí)改造當(dāng)中。
動(dòng)子獨(dú)立控制實(shí)現(xiàn)異步移動(dòng)
以倍福的 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、xplanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)為例，丁翔進(jìn)一步分析道：“機(jī)械鏈道或同步帶傳輸系統(tǒng)在柔性化、智能化改造上是非常困難的，這是因?yàn)樵谶@些傳統(tǒng)輸送線(xiàn)上所有連接的移動(dòng)塊或載具都是做同步運(yùn)動(dòng)，即以相同的速度、移動(dòng)相同的距離，這就帶來(lái)了一些問(wèn)題：一是所有操作都需要等待速度最慢的那個(gè)工站完成之后，才能移動(dòng)到下一步，無(wú)法‘跳過(guò)’某些工站，造成產(chǎn)線(xiàn)速度被限制；二是由于移動(dòng)距離相同，因此在工站布置上必須要等間距，產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)受限，容易造成資源浪費(fèi)；三是無(wú)法直接對(duì)載具進(jìn)行操作，而是由其他方式來(lái)牽引，在輸送精度上也會(huì)出現(xiàn)一定的損失。而我們的 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、xplanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)采用單獨(dú)控制的方式，使得每個(gè)動(dòng)子都可以實(shí)現(xiàn)異步移動(dòng)，大幅提高了系統(tǒng)的柔性化程度。”
采用 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，能夠針對(duì)產(chǎn)線(xiàn)上最慢的那個(gè)工站，通過(guò)增加單獨(dú)控制的動(dòng)子，來(lái)加裝工站的數(shù)量，多個(gè)動(dòng)子為一組，在同一個(gè)工站位置進(jìn)行同時(shí)加工，使得這一工站的加工速度成倍提升，從而突破了產(chǎn)線(xiàn)速度的“短板”，整體產(chǎn)線(xiàn)不再需要等待的時(shí)間，從而極大地提高了產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)節(jié)拍。
同時(shí)，xts 系統(tǒng)特有的模塊化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)選用不同半徑的圓弧電機(jī)模塊，形成 l 型、u 型，甚至是正方形等不同形狀的產(chǎn)線(xiàn)，讓客戶(hù)可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，自由、合理地設(shè)計(jì)和安置設(shè)備產(chǎn)線(xiàn)，顯著提升裝配和加工設(shè)備的一體化集成度，減小占地面積，協(xié)助客戶(hù)節(jié)約投資成本。此外，倍福的一項(xiàng)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)——無(wú)電纜技術(shù)（nct）通過(guò)線(xiàn)圈之間的電磁感應(yīng)以及無(wú)線(xiàn)通訊傳輸，實(shí)現(xiàn)了 xts 動(dòng)子的無(wú)線(xiàn)供電及同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸（數(shù)據(jù)更新周期為 250 微秒），無(wú)需連接線(xiàn)纜拖鏈，大大縮減了安裝空間，再加上支持 ethercat 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，整個(gè)系統(tǒng)可以以微秒級(jí)精度實(shí)現(xiàn)同步，產(chǎn)線(xiàn)加工過(guò)程中的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)均可在輸送線(xiàn)運(yùn)行期間直接由動(dòng)子反饋到中央控制系統(tǒng)，令設(shè)備的多任務(wù)應(yīng)用得到了質(zhì)的飛躍。
一套完整的模塊化 xts 系統(tǒng)由電機(jī)模塊、導(dǎo)軌和動(dòng)子，以及裝有 twincat 自動(dòng)化軟件的工業(yè) pc 構(gòu)成，可以根據(jù)具體的設(shè)備或系統(tǒng)布局進(jìn)行調(diào)整。
而 xplanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)則更加靈活，它實(shí)現(xiàn)了高達(dá)六自由度的懸浮式產(chǎn)品輸送，在同一平面內(nèi)，客戶(hù)可以將 xplanar 平面模塊任意拼接和鋪設(shè)，動(dòng)子集成永磁體，能夠升降和移動(dòng)負(fù)載，運(yùn)行中的 xplanar 平面模塊產(chǎn)生電磁場(chǎng)，讓動(dòng)子在生產(chǎn)過(guò)程中高動(dòng)態(tài)、高精度地移動(dòng)。系統(tǒng)還可以同時(shí)運(yùn)行不同尺寸的動(dòng)子，同一臺(tái)設(shè)備上可加工各種不同的產(chǎn)品和包裝尺寸規(guī)格，在有限的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)達(dá)到最大產(chǎn)線(xiàn)吞吐量的目的，真正體現(xiàn)出柔性、智能制造的先進(jìn)理念。
pc 控制讓系統(tǒng)功能更豐富
經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)耕耘，目前倍福的磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)已在醫(yī)療、包裝、裝配、電池制造等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是 xts 系統(tǒng)以其高精度（±10 μm）、高集成度、緊湊型結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，幫助醫(yī)療設(shè)備商實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，因而在醫(yī)療行業(yè)中成為了一款成熟的高性能柔性輸送系統(tǒng)方案。同時(shí)，倍福還特別推出了 xts“衛(wèi)生型”系統(tǒng)，該 xts 系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)高達(dá) ip69k，客戶(hù)可以用有腐蝕性的液體進(jìn)行清洗，以滿(mǎn)足部分醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)中較為苛刻的環(huán)境應(yīng)用要求。
完整的衛(wèi)生型 xts 系統(tǒng)
眾所周知，在工控自動(dòng)化行業(yè)，倍福以 pc 控制技術(shù)而聞名，在對(duì)磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，pc 控制技術(shù)同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對(duì)此，丁翔介紹道：“磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)本質(zhì)上是直線(xiàn)電機(jī)的一種應(yīng)用模式，如何精準(zhǔn)地控制整個(gè)系統(tǒng)才是關(guān)鍵，倍福在 pc 控制技術(shù)上的專(zhuān)業(yè)度是我們產(chǎn)品的一個(gè)重要特點(diǎn)，包括驅(qū)動(dòng)、控制、測(cè)量、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等都是倍福自主研發(fā)，并且掌握著底層的 know-how 技術(shù)原理，這些有利條件能夠支持我們及時(shí)響應(yīng)客戶(hù)的實(shí)際需求，也是 xts 和 xplanar 系統(tǒng)具備較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的根本因素。”
利用基于 pc 的控制技術(shù)，xts、xplanar 系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立控制的動(dòng)子可以看作是一個(gè)一個(gè)的軸，每個(gè)軸上的所有數(shù)據(jù)信息都被收集、匯整到同一臺(tái) pc 上，經(jīng)過(guò)計(jì)算、處理，然后再把執(zhí)行指令發(fā)回給相應(yīng)的模塊按此操作，pc 準(zhǔn)確掌握每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)信息，這樣就提高了系統(tǒng)同步的準(zhǔn)確率以及精度，用戶(hù)也可以直接在 pc 上讀取任何所需的數(shù)據(jù)，便于編程開(kāi)發(fā)。
正是基于這一優(yōu)秀的控制技術(shù)，近年來(lái)倍福持續(xù)豐富磁驅(qū)輸送系統(tǒng)的軟件輔助控制功能，同時(shí)簡(jiǎn)化操作程序。xts 系統(tǒng)提供的“track management 換軌功能”可讓客戶(hù)按照自己的需求設(shè)定不同的區(qū)域，或是區(qū)分不同的加工工藝區(qū)間，“換軌功能”借助每個(gè)動(dòng)子的獨(dú)立控制，可以在不同的軌道之間進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物件的靈活輸送。例如，在某些醫(yī)療器械生產(chǎn)時(shí)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)，當(dāng)檢測(cè)出不合格的產(chǎn)品時(shí)，就通過(guò)該“換軌功能”將產(chǎn)品改換到另一條軌道，移動(dòng)到人工檢測(cè)區(qū)進(jìn)行下一道檢測(cè)工作。而 xplanar 系統(tǒng)的“換軌功能”就更方便了，由于它是平面設(shè)計(jì)，這樣就可以分別設(shè)置兩條不同的路徑，一條路徑負(fù)責(zé)加工，另一條路徑則專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)移動(dòng)輸送，系統(tǒng)允許動(dòng)子“跳過(guò)”某些工站或加工步驟，到達(dá)下一個(gè)工站完成相應(yīng)的操作，在機(jī)器設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了高度靈活的工件輸送效果。
倍福衛(wèi)生型 xts 系統(tǒng)是 hof sonderanlagenbau 公司新型醫(yī)藥產(chǎn)品輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。
另外，系統(tǒng)新增的“leave and arrival 離開(kāi)和到達(dá)”功能也頗具特色。這個(gè)功能允許動(dòng)子在不停機(jī)的情況下離開(kāi)整個(gè)系統(tǒng)，用戶(hù)可以在 xts 系統(tǒng)運(yùn)行期間移除或添加動(dòng)子，因此可以在生產(chǎn)模式下動(dòng)態(tài)調(diào)整 xts 輸送系統(tǒng)的運(yùn)行間距和動(dòng)子數(shù)量；此外，結(jié)合換軌功能，還可以設(shè)立獨(dú)立于正常生產(chǎn)流程的維修區(qū)域，將動(dòng)子移動(dòng)到該區(qū)域進(jìn)行檢查、清潔或更換載具，在不影響產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能的前提下，進(jìn)一步增強(qiáng)了 xts 系統(tǒng)智能輸送的靈活性。
打開(kāi)機(jī)器設(shè)計(jì)的想象空間
從目前倍福 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、xplanar 面磁懸浮輸送系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的一些典型應(yīng)用案例來(lái)看，可以說(shuō)，這類(lèi)輸送線(xiàn)新技術(shù)正在為不同行業(yè)的客戶(hù)打開(kāi)機(jī)器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上的想象空間。例如在煙草罐裝/袋裝生產(chǎn)中，只需調(diào)用相應(yīng)的產(chǎn)品專(zhuān)用參數(shù)集，通過(guò)調(diào)整 xts 系統(tǒng)兩個(gè)動(dòng)子之間的間距，就能輕松完成不同規(guī)格煙草袋子的罐裝工作；再比如在高精度元器件檢測(cè)時(shí)，被測(cè)元器件被放置在 xplanar 系統(tǒng)的托盤(pán)上，圍繞 z 軸做 360 度不停的旋轉(zhuǎn)，視覺(jué)相機(jī)固定在支架上，就可以全方位實(shí)時(shí)檢測(cè)元器件是否有瑕疵或裂縫。這些巧妙的機(jī)器設(shè)計(jì)不勝枚舉，更為重要的是，它激發(fā)了設(shè)備制造商強(qiáng)大的創(chuàng)造力，開(kāi)發(fā)出更符合未來(lái)智能制造趨勢(shì)的機(jī)器裝備。
kliklok 集成式飛機(jī)盒裝盒機(jī)（itc）使用倍福的 xts 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)完全控制紙盒。
總結(jié)
“天空才是人類(lèi)想象力的極限。我們致力于為客戶(hù)提供更廣闊的想象空間，我們希望未來(lái)的柔性輸送系統(tǒng)不僅僅只是具有單純的載具移動(dòng)功能，而是可以通過(guò)與一些外部機(jī)械部件的結(jié)合，完成更復(fù)雜的操作工作，讓動(dòng)子成為一個(gè)可以控制多軸的‘機(jī)器人’，讓它具備類(lèi)似于加工工站的作用，這樣在移動(dòng)的過(guò)程中就能完成各種加工任務(wù)，從而進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。”丁翔總結(jié)道。
正如 beckhoff automation 總裁 hans beckhoff 先生所說(shuō)的：engineers must save the world！倍福是一家科技驅(qū)動(dòng)型公司，我們一直在努力引領(lǐng)這一場(chǎng)輸送線(xiàn)科技的變革。
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（beckhoff）是一家專(zhuān)注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) pc、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 twincat 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開(kāi)放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶(hù)于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 ethercat 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 pc 的控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 it 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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