柔性制造如何“柔”?

文章来源:贝加莱 点击数:459 发布时间:2017-08-10
传统的机械制造就是一个单元接着一个单元,输送系统将被加工的对象送到加工单元进行加工,例如:冲压、裁切、组装、折叠、粘合、焊接等,在整个过程中输送系统会将被加工产品由一个单元到另一个单元...
柔性制造如何“柔”?

柔性制造遇到的问题

即使我们观察一个产品生产线,我们会发现,即使先进的集成产线,它也无法满足个性化的生产需求,

传统的机械制造就是一个单元接着一个单元,输送系统将被加工的对象送到加工单元进行加工,例如:冲压、裁切、组装、折叠、粘合、焊接等,在整个过程中输送系统会将被加工产品由一个单元到另一个单元,那么这样就会形成很多制约:

机械系统对柔性的挑战

  • 订单变化时,机械的调校需要耗费时间;
  • 机械的磨损,带来系统的精度的偏差;
  • 在洁净环境中,频繁的维护会带来重新恢复洁净环境的巨大成本;
  • 维护备件的成本

对于工厂而言,技术与概念并非他们关注的要点,End User通常只关心:

--如何让产线获得高的OEE

--少故障,稳定运行,即使故障,易于维护;

但是,对于柔性制造而言,产品的个性化会带来品质迭代的困难、换装带来交付能力的下降,过于频繁的更换会在启动/停机造成不良品,而对小批量生产会造成不良品率的上升。

SuperTrak如何解决柔性问题?

其实,解决这个问题的办法在于换个思路:传统上加工工位是不变的,产品顺着输送系统传送,这对于产品批量大、生产固定的生产来说,无疑是正确的,但对于产品规格变化、生产工艺变化的个性化产品生产而言,则会遇到柔性问题—即,机械如何不变来适应变化?

是的—让被加工产品和工位都动起来,适应这种变化,SuperTrak即按照此思路来设计。

SuperTrak是基于长定子直线电机技术(LLM)所开发的柔性电驱输送系统,它通过在定子上运行的变化的动子来改变被加工对象之间的尺寸,并与加工单元的设备如机器人激光切割头、冲压站进行同步,使得产品的尺寸规格、加工工艺变化时可以有更大的柔性来与加工设备进行配合,无需进行复杂的机械调校即可完成。

长定子直线电机 (LLM)

其目的在于:

(1).产品规格变化时,机械加工位置、间距的调校无需进行机械的调整,仅通过电气参数的改变即可实现,尤其对于批量小而尺寸规格变化比较大的生产。

(2).整线速度可以具有较高的柔性,根据生产负荷的变化而变化。

(3).更高的集成度:产线的占地空间会变小,由于极高的电磁响应速度,使得无需为产品考虑堆积空间,而且加减速时间跟通过传统变频电机的方式而言响应高非常多,因此,无需像传统传输系统那样必须设置较大的加减速空间。

(4).提升产线OEE

对于生产系统而言,OEE的下降包括了维护、订单更换时的参数调校,传统的输送系统,尤其是电子半导体等领域的高精度产品制造,其工装夹具精度较高,因此,调校会耗费时间、在调校过程中的产成品也会损失质量、机器的维护等都会影响整线OEE。

图1-SuperTrak线性传输系统—如同F1的高速过弯

SuperTank可以实现达到10μm级的定位精度,并提供4m/S的生产线速度,而通过POWERLINK实时网络可以提供高精度同步与定位控制。

显著的优势

由于采用的非接触的方式,这给SuperTrak带来非常大的优势:

(1).高速响应:惯量极小的动子,实现快速的响应;

(2).无需减速机构:不存在传统机械减速机构的背隙带来的传动精度问题;

(3).无需电缆拖链这些现场的部件;

(3).低磨损,易于维护—对于像食品制药应用场景而言,这至关重要,因为每次进入洁净区的维护作业都会让恢复洁净环境带来新的成本。

仿真建模

数字化制造的核心是CPS-通过仿真对生产进行虚拟,包括控制工艺的参数优化、生产响应等,由于个性化生产必然没有足够的质量迭代时间和数量,因此,必须预先能够对生产过程的参数进行优化,SuperTrak可以通过贝加莱的Automation Studio与MATLAB/Simulink、MapleSIM等软件进行集成,仿真的结果可以直接运营于贝加莱的控制器

SuperTrak的仿真建模可以将输送系统、机器人、动子进行集成,对其生产过程的响应参数、调整、安全等进行完整的集成,包括抑制液体在运动中的波动。

应用场景

SuperTrak适应于的应用场景包括:

(1).生产批量较小的产品,尺寸规模变化较大如疫苗生产、制药与食品;

(2).需要洁净环境,满足制药级洁净要求的(采用不锈钢制造);

(3).产线布局要求尺寸紧凑型的生产如电子、半导体生产。

目前SuperTrak支持10kg负载,达到50米长度的产线集成。