Festo领航数字化蓝海

作者:佟伟 文章来源:MM《现代制造》 点击数:401 发布时间:2018-12-24
2018年岁末,笔者受邀参加Festo在荷兰Delft体验中心召开的2018年Festo全球媒体大会(IPC),并造访Festo总部及Scharnhausen技术工厂,从德国Esslingen到斯图加特再到Delft,一路感受Festo散发的工业4.0的魅力,探寻关于数字化未来的答案。
Festo领航数字化蓝海

全息眼镜、智能手机、3D打印、机器人……三十年前一部《回到未来》电影中的科幻装配引起人们热议,在当时看来似乎不可能出现的场景,如今已经变成了现实。世界早已发生翻天覆地的变化,三十年后又会是什么样子?在未来人类将会扮演怎样的角色?我们常说的未来工厂将会如何呈现?2018年岁末,笔者受邀参加Festo在荷兰Delft体验中心召开的2018年Festo全球媒体大会(IPC),并造访Festo总部及Scharnhausen技术工厂,从德国Esslingen到斯图加特再到Delft,一路感受Festo散发的工业4.0的魅力,探寻关于数字化未来的答案。

工业4.0正推动现代工业世界的自动化进程,帮助设备和供应商完成更高的目标,数字化则是工业4.0进程的必经途径。在进入这个新世界的过程中,引领气电融合发展的Festo一马当先,以智能产品和解决方案为客户提供强有力支持,数字化的实践已在Festo内部得以体现,Festo总部的研发中心及Scharnhausen技术工厂便是最好的创意源和试验场。通过全球多地区建立的体验中心,Festo为到访者提供一个“自动化实验室”,与客户共同分享数字化成果,一起开发解决方案,帮助其生产线实现最优的品质、生产效率、灵活性和成本效益。Festo 2018 IPC正是在荷兰Delft体验中心举行,在这里,以“Get digital. Now!”为主题,向全世界的工业媒体展示了最新的数字化产品以及未来工业自动化的发展方向,揭开了现代工业变革的序幕。

图1 2018年Festo全球媒体大会在荷兰Delft体验中心成功举办
图1 2018年Festo全球媒体大会在荷兰Delft体验中心成功举办

数字化世界的大门已然开启

工匠精神、家族传承和科技创新让德国工业始终保持活力,也让众多德国企业以强劲的竞争力立于全球市场的不败之地,在Festo总部及建立在斯图加特附近的Scharnhausen技术厂区,笔者对这一点感触颇深。作为Festo的“心脏”,坐落在Esslingen的Festo总部处处体现着经典与创新的融合,代表运动控制领域的前沿技术在这里熠熠生辉。从卓越品质的气动元器件到模块化控制实现气电融合平台,再到数字化控制数字终端,Festo在实践工业4.0的进程中,始终对技术研发的有着无与伦比的热情和投入,也让无数创新的灵感从这里迸发。超高使用寿命是Festo产品的特点之一,这要归功于严苛的产品性能测试。VR仿真实验室、产品寿命测试、产品材料检测、电子产品兼容性测试和噪声干扰等一系列的实验室和研发中心,Festo从企业内部架构到产品的研发生产进行全线整合,让硬件软件化,借助物联网系统,完成海量数据的采集、传输和存储,然后对数据进行分析处理,进而对企业决策产生切实价值。在生产链的每个环节,Festo都力争大幅缩短研发周期,不断优化产品结构设计,为客户提供更高质量的产品。

作为Festo在阀、阀岛与电子技术领域的领先厂区,Scharnhausen技术工厂内的全自动装配线可谓世界上最先进的生产线之一,无论是大批量生产还是小批量个性化定制,Festo都能够保证快速的响应速度以及高度灵活性。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。高效节能的流程、产品的最高质量、突出的客户导向性以及可持续的环保生产便是该厂区最突出的特点。

图2 Festo董事会成员、产品技术管理总裁Frank Melzer博士
图2 Festo董事会成员、产品技术管理总裁Frank Melzer博士

去年重磅发布的数字控制终端VTEM也在Scharnhausen 技术工厂内充分发挥数字化价值。Festo从生产试点项目中积累下来的大量用户经验加以利用,其中包括能源管理和优化以及基于标准化网络的一件流概念、用平板实现的移动维护管理或用于单个产品的灵活的测试系统,这些经验同样被植入到自己产品中。在这里,还有多行业VTEM应用模型展示,作为首款由 APP 控制的气动控制器,创造性地融合了数字化技术与气动技术,轻松实现方向控制功能、应对复杂的运动任务、监控诊断系统状态以及降低能耗等,可替代50多种单个元件。经过一年多的实践,这项革命性气动技术真正做到了大幅提高设备灵活性和能源效率,加速生产过程,从而真正实现柔性化生产,全方位降低成本。

人才的培养始终是Festo高度重视的话题,Scharnhausen技术工厂的另一个重要作用便是对员工的继续教育。专设的员工培训教室设置有与产线相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,特设“头脑风暴”空间,让员工随时可以展开创新思路交流。

人工智能 数字化下一阶段的有力推手

将人工智能与产业应用相结合,Festo一直走在人工智能与工业自动化应用的最前沿,推动数字化进程的下一阶段。数字化时代的自动化技术同样见证了传统自动化产品变为智能解决方案的发展,如驱动器、控制系统、阀或气源处理装置。它们集成的功能越来越多,相互间能进行通信,借助传感器技术、智能和基于软件的功能,能实现与自动化金字塔架构中更高层级的通信。新技术带来前所未有的市场机遇。机器制造和工厂建造领域更是如此。Festo的目标是为客户与伙伴提供支持,作为此转型过程的一部分,推动他们进入数字化的时代。Festo数字化业务执行专家Michael Hoffmeister博士在Festo 2018 IPC上表示:“2018年,我们收购了工业智能公司Resolto后,将人工智能算法引入到Festo自动化产品中,可使其集成多种功能并实现相互通信,进一步为客户提供额外的附加价值。例如,Resolto的SCRAITEC软件解决方案,通过了解系统的监控状况,实时分析系统传感器数据监测问题。SCRAITEC提供了早期和精确预诊,作出诊断,为行动给出建议。我们可以自信的说,Festo已准备好进入自动化技术的下个阶段:人工智能的应用。”人工智能让自动化流水线生产制造模式完成向智能化生产制造模式过渡,除了能够收集设备运行的各项数据以供二次分析外,还能够对生产线进行节能优化,提前检测出设备运行是否异常,同时提供降低能耗的措施。当生产线突然发出故障报警时,机器能够进行诊断,找到问题所在,根据历史维护的记录或者维护标准,分析出如何解决故障,甚至让机器自己解决问题、自我恢复。人工智能技术与现有解决方案的集成,成为Festo通向工业4.0的重要突破口之一。Festo董事会成员、产品技术管理总裁Frank Melzer博士在谈及此次收购带来的优势时说:“分析技术和人工智能将对我们的产品组合产生巨大的影响,因为人工智能算法可集成在Festo云端和现场的元件中。数据在靠近机器的现场就能被解读,从而实现节能,缩短循环时间,减少机器故障和生产错误。”

漫步云端 一键实现状态监控

网络、适应力、能源效率和新商业模式对于工业4.0时代来说是关键因素,基于此,Festo推出物联网网关CPX-IoT,为安全的云解决方案铺平了道路,让设备和系统制造商及终端用户大大改善他们整体设备有效性。物联网网关CPX-IoT将现场层的元件和模块,如阀岛CPX/MPA、节能模块MSE6-E2M 或抓取系统,通过OPC UA接口连接至Festo云。在云端处理和监控数据,从而能对趋势进行分析,设置早期警报系统和自动通知以防出现事故。物联网网关将云连接至控制器,确保相关信息以正确的格式在正确的时间被相互通信。

通过物联网网关CPX-IoT,可为Festo每个元件预配置用户界面,实现额外个性化定制。用户界面通过浏览器查看,包括图表和流量灯。每种应用程序窗口各司其职,一目了然,包括用户界面组件和用于能耗监控和预防维护的图表以及用于过程和整体设备有效性改善的关键绩效指标。状态监控解决方案改善了错误诊断和故障识别,为能耗提供了透明度,以图表形式清晰地显示信息,并提供历史数据。

预防性系统维护是个耗时的过程,令人惊讶的是,目前大多数企业这个过程仍主要用纸笔来完成记录。Festo 2108 IPC另一大亮点便是Smartenance的推出,Smartenance的出现终结了纸笔:Festo的该软件是数字化维护管理程序,用于生产经理和系统操作员,可作为App下载。

图3 基于云端的数字化维护管理APP:Smartenance
图3 基于云端的数字化维护管理APP:Smartenance

作为Festo首款独家数字化产品,Smartenance是一款基于云端的APP,所有制造企业均可使用。该应用程序引导清晰明确,因此设置更快捷。生产经理用户界面可便利地用浏览器打开。Smartenance让终端用户能计划、监控和评估系统维护。数字化的维护计划让维护更简单、更快速、更可靠,为系统操作员与生产经理的复查提高了可靠性,省却了许多过程和协调工作。

农场4.0 站在农业机械的技术前沿

Festo 2018 IPC次日,全球媒体来到荷兰乳制品农场Lely公司。Lely和Festo近20年的合作是从单一的客户与供应商的关系升华为战略伙伴关系的完美注脚。这家荷兰乳制品农场自动化全球市场领先的公司太空人挤奶机器人项目中让Festo参与程度越来越高,建立的合作项目团队最终带来了混合技术机器人。

Lely想让农场主的生活变得越来越轻松。所以,该公司将奶牛厂里的所有工作步骤实现了自动化。自动化技术有助于避免辛苦而枯燥的工作,提高产量,以满足因人口增长而对乳制品增长的需求。Lely 的太空人A5挤奶机器人于2018年4月发布,专为实现这些目标而开发。太空人A5是早期太空人A3和A4模型的后续开发。正是在这一代代的产品开发过程中,Festo从一家单纯的元件供应商变身为战略业务伙伴,用Festo的电驱动技术和软件为太空人A5 的机械臂开出了目前的解决方案。太空人 A5用的混合技术机械臂由Festo两条电缸ESBF和一条定制的水平齿形带式电缸驱动。ESBF表面光滑,采用易清洗设计,不容易留有污迹。电缸用定制的EMCA电机驱动。用于电缸定位和规格切换控制的完整的EMCA 解决方案包括一台免维护、无磨损的EC电机和集成了电力电子的电机控制器组成。这个方案无需过长的电机电缆,改善了电磁兼容性,减少了安装工作和空间要求。阀岛VTUB-12 控制用于挤奶过程的过程阀。电驱动的机器人手臂有着明显的优势:运动更柔和、更节能、更快,放乳杯的速度快30%。而且采用了快插接头减少了安装时间。降低运行和维护成本以及总占有成本。

图5 Festo的电驱动技术和软件助力Lely太空人A5挤奶机器人
图5 Festo的电驱动技术和软件助力Lely太空人A5挤奶机器人

Lely 与 Festo 共同开发的机电解决方案没有软件就无法工作。Festo总部系统解决方案部门的应用软件团队参与其中,为全自动挤奶机器人开发了运动软件。应用软件团队创建的软件模块不仅适用于满足客户项目的特定要求,而且还可用于其他项目。用功能模块、库或范例程序实现了应用软件。Lely和 Festo之间的合作还将继续,通过状态监控和预防维护,大幅度减少服务成本,打造全新的“未来农场”。

走向未来 让梦想照进现实

Festo的仿生学产品,向来就是各展会最引人注意的亮点。自2006年,Festo就开始了对仿生科技的探索,这十几年中,更是有诸多仿生成果接连问世。从大自然的蚂蚁、大象、企鹅、飞鸟、蝴蝶、水母及狐蝠等等动物身上获取灵感,应用于各工业场景,到Bionic Workplace气动协作型机器人工位的推出,当Festo的仿生学梦想照进现实,运动控制领域迎来新纪元。当仿生机器人手臂与众多彼此连接互通的辅助系统以及外围设备共同协作,让未来工业释放无限乐趣!

图4 Bionic Workplace气动协作型机器人工位
图4 Bionic Workplace气动协作型机器人工位

自动化专家Festo将工业应用中浑厚的专业知识与最新的开发成果糅合成信息技术,实现工业自动化的在线应用。Festo同样用数字化通信,在客户的数字化之旅中提供支持。中国作为Festo全球发展的重要市场,中国制造业的多样性和差异化需求亦为Festo提供了定制化创新的动力源泉,在北京、上海、深圳的Festo体验中心内,中国用户可以同步感受并实践数字化创新。2018年位于济南的全球生产中心进行了进一步投资,让更多工业4.0创新应用包括革命性的VTEM数字化终端实现本地组装生产。

数字化的旅程让客户可靠而完善地体验Festo产品组合,从信息获取和配置到订单和交付,再到调试和维护甚至是Festo Didactic提供的技术培训课程。在这场数字化的革命浪潮中,Festo正在加速且坚定的驶向工业4.0的未来!