倍福：助力工程機(jī)械智能化生產(chǎn)

本刊記者/宋慧欣

倍福：助力工程機(jī)械智能化生產(chǎn)

本刊記者/宋慧欣

倍福中國煙草行業(yè)經(jīng)理、中國科技自動化聯(lián)盟技術(shù)顧問 蘇慧華

現(xiàn)代制造業(yè)，是指融合了互聯(lián)網(wǎng)、通信、計(jì)算機(jī)等信息化手段和現(xiàn)代管理思想與方法的制造服務(wù)業(yè)。目前，我國的制造業(yè)正處于向現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)型的初級階段?，F(xiàn)代制造車間作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的子單元，只有現(xiàn)代制造車間轉(zhuǎn)型好了，才能保證現(xiàn)代制造業(yè)的更好轉(zhuǎn)型。在制造系統(tǒng)中，物料的運(yùn)輸操作包括原材料、半成品和成品間的存儲和運(yùn)輸。據(jù)報(bào)道，制造系統(tǒng)中的物料運(yùn)輸操作的成本占制造總成本的20%～50%，因物料在運(yùn)輸過程中并不增值，所以多年來人們一直在致力研究降低物料運(yùn)輸成本的方法。

工欲善其事，必先利其器。物流系統(tǒng)的改善離不開物流設(shè)備的升級換代。其中，RGV（RailGuidedVehicle）和AGV（AutomatedGuidedVehicle）（以下簡稱小車）的引入，可以大幅度的降低這一成本。首先，小車不需要人工駕駛便可以完成物料的運(yùn)輸操作，減少勞動人員的勞務(wù)費(fèi)用；另外，作為運(yùn)輸機(jī)械，小車可以實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行。根據(jù)編輯好的路線和車輛管理方案，不同的小車之間可以最大限度地協(xié)調(diào)配合，在有限的時間和空間內(nèi)最大限度地提升工作效率和質(zhì)量。同時小車還可以克服人力搬運(yùn)所受的時間限制。這些都可以降低運(yùn)輸費(fèi)用，從而降低制造成本。

項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用

三一重工公司的挖掘機(jī)臨港產(chǎn)業(yè)園2010年11月開建，占地1500畝，2012年2月正式投入使用。該產(chǎn)業(yè)園年產(chǎn)挖掘機(jī)最高可達(dá)40000臺，產(chǎn)值約300億元，主要生產(chǎn)和銷售20噸-30噸級中型挖掘機(jī)，是目前全球最大的流水線挖掘機(jī)生產(chǎn)制造基地。而在該基地的現(xiàn)代化制造車間中，昆山華恒焊接公司作為配套設(shè)備提供商，為其一手打造了焊接及裝配加工生產(chǎn)線和物流控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了動臂、挖斗、斗桿、上車架和下車架等幾大結(jié)構(gòu)件的自動化生產(chǎn)。在該系統(tǒng)中，德國倍福自動化有限公司的自動化產(chǎn)品得到了全面應(yīng)用，包括工控機(jī)，控制面板，TwinCAT軟件，PLC，運(yùn)動控制，現(xiàn)場總線以及IO模塊，并采用了高端的無線通訊技術(shù)。整個項(xiàng)目成為倍福公司科技自動化戰(zhàn)略的一個典型成功實(shí)例。

項(xiàng)目創(chuàng)新性與難點(diǎn)問題

（1）創(chuàng)新性

昆山華恒應(yīng)用倍福的自動化解決方案自主研發(fā)的直角換軌RGV運(yùn)載小車，實(shí)現(xiàn)了小車的自動換軌。并依托EtherCAT總線及先進(jìn)的無線通訊技術(shù)將RGV小車與機(jī)器人工作站結(jié)合打造出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的柔性RGV物流生產(chǎn)線。

（2）難點(diǎn)問題

作為柔性物流生產(chǎn)線的主要搬運(yùn)工具，直角換軌RGV小車要盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊、較高的運(yùn)送速度（達(dá)到20m/min）、行走平穩(wěn)、定位精度高（<1mm）等，對我們提出了很高的控制要求。

為此倍福選用了CX5010嵌入式控制器負(fù)責(zé)直角換軌RGV所需的所有控制功能。CX5010嵌入式控制器功能強(qiáng)大、接口豐富、結(jié)構(gòu)緊湊，并且適合安裝在DIN導(dǎo)軌上的嵌入式控制器，跟傳統(tǒng)的PLC相比，可以節(jié)省大量的空間。另外，它支持各種現(xiàn)場總線擴(kuò)展，例如CANopen和Profibus，因此能夠確保它與不同外圍設(shè)備之間有良好的兼容性。除了硬件上的優(yōu)勢之外，TwinCAT軟件的易用性和強(qiáng)大的功能塊庫也節(jié)約了大量的項(xiàng)目工程開發(fā)時間。

為了達(dá)到定位精度要求以及基于節(jié)省空間的考慮，選用了倍福的高性能伺服驅(qū)動器AX5000和AM3000伺服電機(jī)。TwinCAT NC PTP用于控制驅(qū)動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)RGV在主、副軌上的精確、高速行走及Z軸的回轉(zhuǎn)，取代了傳統(tǒng)的定位模塊和NC控制器。另外，RGV小車上還配置了一個Profibus主站模塊EL6731，該模塊下面帶2個ProfibusDP掃描頭用來讀取主、副軌上的條碼以確保在RGV小車的輪子和導(dǎo)軌之間出現(xiàn)滑動時也能準(zhǔn)確安全地實(shí)現(xiàn)換軌。

項(xiàng)目效益分析

節(jié)省人力，顯著地提高了生產(chǎn)效率。以前動臂、斗桿、上車架等生產(chǎn)線上的大型工件的上、下料都是通過人工操作行車實(shí)現(xiàn)，需要的時間較長。應(yīng)用了該柔性RGV生產(chǎn)線后，主控臺根據(jù)每個工位上的焊接機(jī)器人的請求來調(diào)度RGV小車自動進(jìn)行自動化上、下料，完全不需要人工干預(yù)，顯著節(jié)省了人力和時間。另外，工件的上、下料，裝夾，焊接都是全自動進(jìn)行，提高了工件的加工精度和質(zhì)量。

無線通訊技術(shù)的使用可以很方便的融合到工廠現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)中，減少了布線，節(jié)約了成本。RGV小車的自身控制系統(tǒng)與中央調(diào)度控制臺的主控之間，通過倍福的WLAN控制器CU8890來進(jìn)行通訊，減少了布線，節(jié)約了空間，提高整個車間的美觀度。

該項(xiàng)目改變了工程機(jī)械行業(yè)傳統(tǒng)工廠的運(yùn)輸方式和生產(chǎn)方式，極大地提高了工廠的自動化程度，很好地推動了“智能工廠”的發(fā)展。

精彩觀點(diǎn)

Q:倍福目前在“智能工廠”領(lǐng)域取得的業(yè)績？

A:倍福公司一直致力于“智能工廠”的推廣。倍福“智能工廠”的一個典型范例是廚具生產(chǎn)商N(yùn)obilia（柏麗廚具），他們每天能夠生產(chǎn)出2200個廚房家具。在所有層面都進(jìn)行一致的、計(jì)算機(jī)集成的生產(chǎn)—早在1990年通過將生產(chǎn)鏈接到Oracle數(shù)據(jù)庫中—公司已經(jīng)躋身于歐洲第一的位置，更值得一提的是，這是在德國這樣一個高工資標(biāo)準(zhǔn)的國家實(shí)現(xiàn)的。從“智能工廠”意義上來說，制造系統(tǒng)和IT系統(tǒng)的完美融合是柏麗廚具取得成功的關(guān)鍵。

Q:貴公司為用戶打造“智能工廠”的理念和特點(diǎn)？

A:“智能工廠”所包含的戰(zhàn)略理念是將標(biāo)準(zhǔn)的IT技術(shù)與其它技術(shù)領(lǐng)域相融合。倍福堅(jiān)持這一理念已有25年歷史，一直堅(jiān)持將標(biāo)準(zhǔn)的PC技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器控制。理論上，基于PC的控制系統(tǒng)具有足夠的靈活性，以實(shí)施集中和分布式控制結(jié)構(gòu)?！爸悄芄S”將會更加強(qiáng)調(diào)通訊的普遍性，例如，通過分配其自身的一個IP地址給一個限位開關(guān)。自動化設(shè)備將必須可以直接訪問各元器件，以使得這一“物聯(lián)網(wǎng)”成為可能?；赑C的控制系統(tǒng)可為這一切提供面向未來的基本架構(gòu)，特別是由于它能夠根據(jù)不斷變化的應(yīng)用要求非常靈活地調(diào)整。

Q:對于開拓“智能工廠”領(lǐng)域貴公司將采取怎樣的發(fā)展策略？

A:為了能夠真正從全盤著眼來實(shí)現(xiàn)“智能工廠”，必須從以下三個方面著手：橫向集成需要通過價值網(wǎng)絡(luò)即超越各個公司的界限，垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)以及端到端的工程立體集成橫跨整個價值鏈。倍福將緊密同相關(guān)合作伙伴合作，共同推進(jìn)“智能工廠”。我們的主要針對多品種、多工序的柔性生產(chǎn)項(xiàng)目。

Q:您對于“智能工廠”未來在中國的發(fā)展有何看法？

A:隨著制造業(yè)的升級，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)都有實(shí)現(xiàn)“智能工廠“的愿景。再經(jīng)過5~10年的發(fā)展”智能工廠“將會越來越多在制作型企業(yè)實(shí)現(xiàn)?！爸悄芄S“將提高自動化市場的技術(shù)含量，基于IT技術(shù)的相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品將從中受益。