倍福基于PC和EtherCAT的集成式解決方案在汽車轉(zhuǎn)向軸裝配中的應(yīng)用

德國倍福工業(yè)自動化有限公司

倍福基于PC和EtherCAT的集成式解決方案在汽車轉(zhuǎn)向軸裝配中的應(yīng)用

德國倍福工業(yè)自動化有限公司

汽車轉(zhuǎn)向柱軸是非常敏感但很重要的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組件。因此，對這一產(chǎn)品的生產(chǎn)具有很高的要求。LCA自動化集成系統(tǒng)股份公司總部位于瑞士阿福爾特恩阿爾比斯（Affoltern am Albis），是一家擁有多年經(jīng)驗的特種機器制造商，特別是生產(chǎn)針對汽車行業(yè)的設(shè)備。LCA其中一個核心生產(chǎn)領(lǐng)域是轉(zhuǎn)向組件生產(chǎn)，供應(yīng)給幾乎所有的歐洲汽車制造商。負(fù)責(zé)項目規(guī)劃和控制工程的Rainer P?lzl介紹道：“我們交付交鑰匙裝配系統(tǒng)，從規(guī)劃、設(shè)計直到建造和調(diào)試。這包括機械結(jié)構(gòu)，以及電子元器件、控制技術(shù)和軟件。我們理念的一個重要部分就是與我們的客戶密切合作，只有這樣，我們才可以靈活地應(yīng)對所有需求——如全自動或半自動過程，或者精益管理理念，并以優(yōu)化方式實施。例如當(dāng)前的轉(zhuǎn)向柱滑動接頭裝配線，它不僅需要高效運轉(zhuǎn)，而且還需要保持較高的精度水平。畢竟，在正面對撞中，方向盤和轉(zhuǎn)向柱的正確壓縮變形對于汽車駕駛員和乘客的生存來說都是至關(guān)重要的?！?/p>

PC 控制技術(shù)具有良好的可升級性和開放性

LCA公司自2000年起就使用Beckhoff基于PC的控制技術(shù)。Rainer P?lzl從一開始就參與了進來：“一開始，使用我們的專用硬件和軟件。然而，由于客戶對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的要求越來越高，因此我們在1999年決定進行轉(zhuǎn)換。這些都是選擇Beckhoff的重要原因，包括廣泛的、可升級的開放式產(chǎn)品系列，工業(yè)PC技術(shù)的高性能，以及公司繼續(xù)創(chuàng)新的能力。對我們來說重要的是，PC控制具有很高的靈活性，并集成了協(xié)調(diào)軟件和硬件，直到 I/O級。該技術(shù)在橫向和縱向集成方面也有很大的優(yōu)勢，因為系統(tǒng)開放性便于將我們的機器集成到最終用戶的互聯(lián)裝配線中，并與他們的MES和ERP系統(tǒng)通訊。”

LCA自動化集成系統(tǒng)股份公司的轉(zhuǎn)向軸裝配線的控制系統(tǒng)一直都是基于 PC 的。由于 PC 控制技術(shù)具有良好的開放性，它可以輕松集成到生產(chǎn)線和 ERP 環(huán)境中

另一方面， LCA公司通過它充分利用PC控制技術(shù)的靈活性和性能。由于專用軸和工藝控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，提升的唯一方法是逐漸向全PC控制解決方案遷移，正如Rainer P?lzl解釋道：“由于PC控制的開放性，我們能夠讓它與我們自己的運動和過程控制同時運行，然后我們通過PROFIBUS將它們輕松集成。在不斷發(fā)展的Beckhoff系統(tǒng)支持下，如以高性能處理器的形式或通過引入集成式、超高速EtherCAT，直到I/O端子模塊，我們最終能夠在2010年全部淘汰我們的老系統(tǒng)?！?/p>

采用靈活的控制技術(shù)的復(fù)雜裝配線

LCA公司最近開發(fā)的轉(zhuǎn)向軸裝配線面積約為120平米，整條線都使用PC控制技術(shù)。生產(chǎn)過程在與客戶密切合作下實施。PC控制技術(shù)具有可精細(xì)擴展和模塊化設(shè)計的特點，因此在應(yīng)用中具有高度靈活性，實踐證明在這一過程中十分有益。Rainer P?lzl繼續(xù)說道：“高度重視客戶需求是LCA自動化公司的特點之一。我們特別短的開發(fā)時間只能通過在用戶有最終產(chǎn)品原型的階段開始進行機器設(shè)計才能夠?qū)崿F(xiàn)。最終產(chǎn)品的連續(xù)優(yōu)化必須與相應(yīng)的機器設(shè)計調(diào)整同時進行。靈活的控制技術(shù)為這類修改提供了最佳支持，它可以采取附加工藝步驟或新的軸配置形式。”

LCA 自動化集成系統(tǒng)股份公司負(fù)責(zé)項目規(guī)劃和控制工程的Rainer P?lzl（左）和總經(jīng)理 Christoph P. Rennhard 正在檢查裝配結(jié)果

在這一方法基礎(chǔ)上，公司能夠在僅僅8個月時間內(nèi)就實施了整條轉(zhuǎn)向軸裝配線。該裝配線有三個手動‘進給站’，每個組件都放在全自動輸送系統(tǒng)的工件搬運機構(gòu)上。搬運機構(gòu)隨后經(jīng)過每個加工站。在其中一個工作站，管狀原料被壓制和成型，在這之前，它與其它組件連接，給它加潤滑脂和潤滑油。在每個加工站，要對尺寸精度和功能進行檢查。例如，需要對所有所需的部件進行檢驗是否符合熱加工中規(guī)定的力。這樣可確保工件質(zhì)量非?？煽浚⒆R別出廢品。然后將相應(yīng)的信息分配給具體的工件搬運機構(gòu)。復(fù)雜的最終檢驗在一個測量站中完成，它也是LCA專業(yè)知識中最重要的部分，Rainer P?lzl解釋說道：“一方面，汽車轉(zhuǎn)向組件必須無背隙，另一方面，連接不能太緊，否則會在發(fā)生事故時妨礙‘伸縮’。大約三年前，我們將這一需要豐富專業(yè)知識的測試從專用控制系統(tǒng)遷移到基于PC的系統(tǒng)中。”

據(jù)Rainer P?lzl所述，現(xiàn)有的系統(tǒng)也從PC控制技術(shù)的性能中得到越來越多的好處：“很多系統(tǒng)在我們客戶的設(shè)備里已經(jīng)可靠運行了有20年，甚至更久。為了在不延長生產(chǎn)停機時間的前提下對這些機器進行現(xiàn)代化改造，我們用基于PC的系統(tǒng)仿真了我們先前使用的控制組件。這樣，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)甚至沒有‘注意’硬件已經(jīng)使用先進的組件進行了升級。這讓我們能夠一個一個地更換不同的模塊，從而逐漸替換現(xiàn)有的硬件。由于生產(chǎn)的產(chǎn)品類型的種類增多，控制軟件變得過于復(fù)雜，因此需要直接更換。上述方法的一個優(yōu)點是：通過仿真硬件，可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的軟件。在升級改造各個機器模塊時，我們也從各種過于PC結(jié)構(gòu)型式中獲益。模塊可以在一開始就使用CX系列緊湊型嵌入式控制器靈活實施?？刂乒袷焦I(yè)PC在最終需要替換系統(tǒng)的‘心臟’時就非常適用。這一模塊化性和多樣化性非常適合我們的方案。”

目前的轉(zhuǎn)向軸裝配線使用四臺采用Intel?Core?2 Duo處理器（2.53 GHz）的控制柜式工業(yè)PC C6930，每臺PC連接一個15英寸的CP7902控制面板。其中一臺PC用作主站，例如，用于傳輸過程數(shù)據(jù)和連接ERP級。其它工業(yè)PC控制裝配線的內(nèi)部工藝。復(fù)雜的工藝包含了1000多個I/O，據(jù) Rainer P?lzl所述，在本地通過防護等級為IP 67的EtherCAT端子盒實施，特別是在需要記錄模擬量數(shù)據(jù)時。其它組件包括18個伺服軸，它由AX5000系列伺服驅(qū)動器和AM3000系列伺服電機構(gòu)成，并通過TwinCAT NC I控制。EtherCAT用于高性能通訊，它完美地整合到PC控制系統(tǒng)中，正如Rainer P?lzl證實的那樣：“由于具有出色的系統(tǒng)集成性，TwinCAT能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問。因此，后續(xù)的擴展可以比使用第三方軟件更容易實施?！?/p>

未來創(chuàng)新機遇

對于未來項目，Rainer P?lzl看到了更多的創(chuàng)新潛力，這都要歸功于基于PC的控制技術(shù)。例如，軟件現(xiàn)在已經(jīng)更新成TwinCAT 3：“對我們來說，主要好處是能夠使用C/C++作為編程語言，因為我們對于這一編程語言擁有多年的專業(yè)經(jīng)驗，能夠?qū)嵤?fù)雜的功

能。C編程作為工藝不可或缺的一部分，能夠快速、輕松地集成這些所包含的功能，如用于高精度同步的液壓軸?！?/p>

四臺 C6930 控制柜式工業(yè) PC — 每臺配備一個電池組和 UPS— 構(gòu)成裝配線控制系統(tǒng)的核心

緊湊型設(shè)計通過驅(qū)動技術(shù) —這里是一臺 AM3000 伺服電機— 和用于直接采集分布式工藝數(shù)據(jù)的 EP 系列 IP 67 I/O 端子盒（圖片中間）實現(xiàn)

Rainer P?lzl也看到了先進的多點觸控控制技術(shù)的許多優(yōu)點，特別是與CP-Link 4單電纜技術(shù)連接以進行顯示。與標(biāo)準(zhǔn)化市場（如汽車行業(yè)）相比，愈小的目標(biāo)市場（如醫(yī)療或者軌道行業(yè)）在這方面具有更加開放的趨勢。多點觸控為機器用戶在操作參考和安全方面帶來了重要的改進和提高。關(guān)于這一點，機器安全話題也列在了Rainer P?lzl的開發(fā)日程安排中：“除了引入TwinCAT 3，我們還將將我們以前單獨實施的安全解決方案遷移到Beckhoff系統(tǒng)中?！?/p>

News [ 新聞 ]

三部門聯(lián)合發(fā)布《發(fā)展服務(wù)型制造專項行動指南》

日前，工業(yè)和信息化部聯(lián)合國家發(fā)改委和中國工程院共同發(fā)布《發(fā)展服務(wù)型制造專項行動指南》，提出到2018年基本實現(xiàn)與制造強國戰(zhàn)略進程相適應(yīng)的服務(wù)型制造發(fā)展格局。工信部產(chǎn)業(yè)政策司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這是推動服務(wù)型制造發(fā)展的指導(dǎo)性文件，也是《中國制造2025》規(guī)劃體系中11個指南之一，將引導(dǎo)制造和服務(wù)融合發(fā)展，加快制造業(yè)從生產(chǎn)型向生產(chǎn)服務(wù)型轉(zhuǎn)變。

服務(wù)型制造是制造與服務(wù)融合發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要方向。在這種形態(tài)下，制造業(yè)企業(yè)通過創(chuàng)新優(yōu)化生產(chǎn)組織形式、運營管理方式和商業(yè)發(fā)展模式，不斷增加服務(wù)要素在投入和產(chǎn)出中的比重，從而實現(xiàn)以加工組裝為主向“制造+服務(wù)”轉(zhuǎn)型，從單純出售產(chǎn)品向出售“產(chǎn)品+服務(wù)”轉(zhuǎn)變，有利于延伸和提升價值鏈，提高全要素生產(chǎn)率、產(chǎn)品附加值和市場占有率。

《行動指南》提出到2018年基本實現(xiàn)與制造強國戰(zhàn)略進程相適應(yīng)的服務(wù)型制造發(fā)展格局，這一格局意味著創(chuàng)新設(shè)計引領(lǐng)作用進一步增強、協(xié)同融合發(fā)展水平進一步提高、網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)支撐能力進一步拓展。具體來看有一系列量化指標(biāo)，包括要培育50家服務(wù)能力強、行業(yè)影響大的示范企業(yè)；支持100項服務(wù)水平高、帶動作用好的示范項目；建設(shè)50個功能完備、運轉(zhuǎn)高效的公共服務(wù)平臺；遴選5個服務(wù)特色鮮明、配套體系健全的示范城市。

《行動指南》強調(diào)“市場主導(dǎo)，政府引導(dǎo)”，鼓勵企業(yè)根據(jù)自身實際，在資源利用、生產(chǎn)組織、經(jīng)營管理和商業(yè)模式等環(huán)節(jié)全面優(yōu)化升級。而政府主要從營造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，提供公共服務(wù)等方面開展工作。

《行動指南》以價值鏈為主線，針對服務(wù)型制造對價值鏈前、中、后各環(huán)節(jié)的提升作用，提出了四項行動。其中，設(shè)計服務(wù)提升行動聚焦前端的研發(fā)設(shè)計等環(huán)節(jié)，制造效能提升行動聚焦中端的制造環(huán)節(jié)，客戶價值提升行動聚焦后端的營銷和售后等環(huán)節(jié)，服務(wù)模式創(chuàng)新行動則是一項開放式的行動，著力引導(dǎo)制造業(yè)企業(yè)以其核心生產(chǎn)要素為基礎(chǔ)，創(chuàng)新服務(wù)模式，在更大范圍整合金融、人才和技術(shù)資本，提供更加系統(tǒng)、更加專業(yè)的“產(chǎn)品+服務(wù)”，打造市場競爭新優(yōu)勢。