数字化驱动融合创新

作者:李峥 文章来源:MM《现代制造》 点击数:634 发布时间:2017-08-25
回顾工业发展历程,跨技术门类的融合创新始终是历次产业变革的核心驱动力。身处智能升级的拐点,数字化毋庸置疑成产业创新实践的焦点。以数字化提升产品的精度、灵活性和可靠性,借助通过设备互联...
数字化驱动融合创新

回顾工业发展历程,跨技术门类的融合创新始终是历次产业变革的核心驱动力。身处智能升级的拐点,数字化毋庸置疑成产业创新实践的焦点。以数字化提升产品的精度、灵活性和可靠性,借助通过设备互联,海量的各类型数据被采集、传输和存储,如何对数据进行分析、处理与应用,使其产生切实价值,正是众多自动化厂商的当务之急。

气动技术有着清洁、便捷、安全的先天优势,广泛应用与产线装配和物料抓取等众多领域。气电融合所带来的精确、柔性和高效进一步提升了气动技术的应用价值。作为引领气电融合发展的Festo,从电缸,到阀岛,再到控制器与开放的工业通信,多年来,在汽车、电子、食品饮料和新能源等行业不断赋予应用案例创新内涵。日前,本刊记者受邀参加了Festo于法国巴黎召开的全球媒体发布会,发布企业全方位快速推进的数字化战略。其最新研发的颠覆性的数字化终端设备——Motion Terminal,为智能平台奠定坚实基础。通过与全球领先的IT企业SAP合作,积极开展针对数据价值的应用探索,全方位的数字化制造大门已经悄然开启。

演进创新应对需求变化

回顾过往,依靠传统自动化技术进步,制造业实现大批量重复生产,市场竞争更多围绕品质、成本和效率展开。当前,快速生产和个性化定制是全球化市场对制造企业提出的关键性需求,技术变革就在当下。IT技术与传统机械制造技术相融合,数字化双胞胎、物联网、CPS(物理信息系统),乃至工业4.0,先进制造理念层出不穷,而数字化则是贯穿制造全流程的变革要点,Festo通过创建新的组织架构,强调数字化的意义,力争引领正在发生的制造业数字化变革。Festo 全球销售总裁Kriwet博士表示: “数字化将加速Festo 内部流程,这样我们可以帮助客户更迅速。来自Festo的数字延伸产品能加速客户的进程–从机械设计过程到服务。”

Festo 全球销售总裁Kriwet博士

循序渐进,演进式创新针对大批量生产的核心产品依然重要,只有与客户携手合作才能获得成功。Festo首先将其创新能力集中在开发新产品上,以更快、更简单的方式大规模生产;其次,Festo正在推进公司内部的数字化渗透,以便从“工业4.0”的优势中获得更多益处。Kriwet博士表示:“降低制造成本和保护资源是创造持久附加值的创新源泉”。

位于德国斯图加特附近的Scharnhausen技术工厂正是技术创新的结晶。该工厂是Festo生产阀、阀岛和电气产品的主要工厂,厂区总面积 66 000 m2,员工 1 200 余人。Festo已累计投资七千万欧元用于厂区扩建,立足满足今后5~10年的市场需求。新工厂秉承客户至上以及可持续绿色生产的理念,积极提供针对客户特定需求的定制化解决方案。基于制造价值链的整体优化贯穿工厂建设和生产全过程,数字化创新在厂房布局、工件加工、高效物流、精密装配和能效管理等多方面得到全面应用。2015年9月,新工厂由于精益生产、高效节能和环境友好表现突出,被德国可持续建筑委员会 (DGNB)授予白金证书,堪称当前德国先进制造的卓越典范。

Festo Scharnhausen 技术工厂自动化装配线

人才始终是创新的源动力。Festo高度重视人才的教育与培训。在员工培训方面,通过在Scharnhausen技术工厂专设的员工培训教室,设置与产线配合的装配和检测等各种工作台,保证员工能在与实际生产条件一致的设备环境下,结合生产需求,有针对性的快速提升劳动技能。此外,积极开展与教育机构的合作,提供培训设备,提高院校师生的技术实践能力,传播创新思维。

Motion Terminal构建数字化平台

只有演进发展,并不能满足工业4.0提出的诸多要求。Festo的Motion Terminal(简称VTEM)数字化终端充分体现工业4.0的融合思维,,正是代表着颠覆性创新的变革先锋。通过将压电技术、行程和压力传感器进行集成,借助功能软件APP,完成参数设置和功能调整,构建的基于数字化的智能运动控制平台,自适应各种新的工艺参数;VTEM控制器配合阀片内外集成的智能传感器,通过数字化CPS接口与界面,帮助用户轻松实现自动化控制、诊断与机器自我学习,帮助广大机械制造商和行业终端用户实现柔性智能生产。此外,成本始终是用户关注的焦点。Festo数字控制终端能性价比突出,以更低的成本实现快速、大功率的运动以及泄漏诊断。Festo数字控制终端的一个控制器最多可控制8个不同模式的运动,与电气解决方案相比,所需的控制器更少,降低了能耗,而所需的安装空间最多可减少65%。

数字化终端设备 Motion Terminal VTEM

开放与互联是数字化发展的必然。VTEM控制器是世界上第一种真正的气动技术的信息物理系统(CPS),实现了气动阀的数字化与智能化,并通过CPX电气模块融入物联网。用户可通过各种PLC技术(例如CPX嵌入式控制器或远程IO模式)、工业物联网协议(例如PROFINET与OPC-UA)与WEB技术对VTEM进行参数设置。

软件正是实现数字化的重要价值所在。通过运动控制APP可实现10种功能:从最基本的修改换向阀功能到节能运动、从比例控制到不同的运动曲线。所有这些功能都是用相同的阀岛硬件实现的。得益于通过APP快速激活新功能,机械设备开发商可开发基本型的机器,再按目标客户的要求,选择相关的APP赋予机器不同的功能和特性。特别开发的运动控制APP以及泄漏诊断功能在工作时可实现节能。用“可选择压力水平”和“ECO模式”APP可灵活地对耗气量进行针对性调节。使用“可选择压力水平”APP时,数字化选定的压力可将气动力限制在应用所需的水平之下。用“ECO模式”APP时,终端位置只要不需要下压力和保持力,耗气量就会被降到所需的最低水平。依据应用场合的不同,与常规工作方式相比,最多可节能70%。

仿生学激发创意灵感

鲜有工业企业会在仿生领域持续投入研发,而Festo却已坚持多年,每年确定2~3个新项目,目的是为了借鉴生物模板,以技术手段实现对生物体的模仿,激发创意灵感,为未来制造业创新进行准备。

OctopusGripper由气动的软硅胶结构构成。接通压缩空气后,触角将向内弯曲,并可根据各自外形,轻柔地包裹抓取物体。如同其自然原型一样,硅触角的内侧安装有两排吸盘。位于抓手顶端的小型吸盘被动发挥作用,而在较大的吸盘上则可以应用真空,以牢固地抓住物体。由此将吸附与缠绕两种方式结合,实现对多种不同形状、不同尺寸、不同摆放姿态物体的安全、无损、稳定抓持。相比传统刚性体机器人,仿生软体触手具备的柔性抓取特性使其可以更加高效、安全地与人类和自然界进行交互。

BionicMotionRobot从象鼻和章鱼触须的运动中获得启发,采用了柔性气动波纹管结构和相应的阀和控制技术,能毫不费力地模仿这两种原型的动作。气动轻型机器人拥有十二个自由度,这种仿生手臂的负载能力为三公斤– 与本身重量相当。波纹管由坚固的弹性体构成。每个均由独特的3D纺织面料包裹,与章鱼触须的肌纤维类似,得益于这一创新纤维技术,波纹管结构能够向所需运动方向进行伸展,同时在另一个方向上受限,首次能最大限度释放可用力。

BionicCobot-灵敏的人机协作帮手

BionicCobot-灵敏的人机协作帮手,其运动方式以人类手臂为原型,整个结构包括肩膀、上臂、肘、桡骨和尺骨以及爪手。该机器人有七个关节,每个关节都利用了二头肌和三头肌的自然工作机制 – 伸屈肌群高效率的相互作用。藉此,这个机器人可实现非常精细的动作,跟人的手臂功能无异。BionicCobot 可以进行精细调节,动作可充满力量、敏捷,或敏感柔和、一触即收;因此该系统即使与人发生碰撞也不会危及人身安全。这种特性的实现要归功于Festo Motion Terminal(数字控制终端),这是一种气动自动化平台,在小空间中整合了高精度机械元件、传感器、复杂的控制和测量技术。取决于待执行的工作, BionicCobot 能配备多种不同的抓取系统。通过特别开发的图形用户界面可直观地进行操作:用户可示教BionicCobot 需要执行的动作,配置相应的参数。设置的工序可用拖拽功能复制到工序排序界面中,可实现任意运动顺序。整个运动顺序在联机设定时,机器人会同步完成动作。平板电脑和Festo Motion Terminal(数字控制终端)之间的接口是机器人操作系统( ROS)平台,可计算动态路径规划。

同步共享创新价值

中国用户亦将同步共享Festo的创新价值。2017年5月,Festo对位于济南的全球生产中心进行了进一步投资,厂房面积将扩大4倍。新工厂将于2018年3月开工建设,诸多在德国Scharnhausen技术工厂得以实践的工业4.0创新应用将落地中国,而革命性的Festo Motion Terminal数字化终端也将实现本地组装生产。

在北京、上海、深圳的Festo体验中心内,用户可以近距离感受并实践创新。 “以客户为中心,为客户提供高附加价值的解决方案和技术服务是Festo在市场竞争中取胜的重要因素。越来越多的中国客户面对产业升级和智能制造的需求对生产率和灵活性也提出了更高要求。体验中心正是为更好地帮助客户应对自动化挑战搭建了密切合作的平台。” Festo 大中华区总经理Thomas Pehrson先生表示,“我们希望客户可以带着问题来到体验中心,和Festo 团队一起进行开发和测试,同一天就能带着解决方案满意地离开。”Festo 借助体验中心,帮助中国本土客户应对自动化挑战,提升客户生产效率。

在本土研发方面,快速响应热点行业需求是Festo中国下一阶段的市场重点,除上海总部设立50余人的研发团队外,Festo中国还将建立快速原型设计中心,涵盖运动控制中的常见功能,结合3D设计和智能传感技术,依托Festo多年积累的行业经验,为特定的客户需求在24小时内提供原型设计。同时,收集客户反馈,借助仿生研究,探索工业应用中能效、速度、精度和成本间的最佳平衡,为Festo提供带有中国特色的创新动力。

结束语

从最初的气动元件,到现场控制器,再到工业互联与工业4.0概念的实践,Festo积极推进数字化变革。从数字化终端平台,到功能化软件应用,再到数据价值提升,Festo始终走在变革的最前沿。Festo用切实行动彰显着实施数字化转型的坚定决心,而对于数字化变革的再认识对于行业则有广泛的借鉴意义。