《伺服與運(yùn)動(dòng)控制》編輯劉恒

　　訪德國倍福自動(dòng)化有限公司 XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家丁翔

　　最近，磁懸浮柔性輸送系統(tǒng)在一些新興制造業(yè)中的應(yīng)用受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，一些技術(shù)實(shí)力雄厚的工控自動(dòng)化企業(yè)也相繼推出了自主開發(fā)的此類解決方案。人們對于這個(gè)“小眾”的市場的關(guān)注不斷升溫。

　　2012 年，倍福 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)一經(jīng)展出，就迅速在全球各大工業(yè)展會上引起轟動(dòng)。2018 年，倍福又推出了具有六自由度的 XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)，并且他們在各種具體項(xiàng)目實(shí)施的過程中也逐步積累起了豐富的柔性輸送線開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。近期，本刊采訪到德國倍福自動(dòng)化有限公司 XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家丁翔先生，請他詳細(xì)介紹了倍福在這一技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)思路和技術(shù)發(fā)展動(dòng)向。

德國倍福自動(dòng)化有限公司

XTS/XPlanar 產(chǎn)品專家

丁翔先生

　　談到近年來柔性輸送線技術(shù)日益受到市場的高度關(guān)注，丁翔認(rèn)為其中的原因是多方面的，在當(dāng)前全球制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，無論是“中國制造 2025”，還是德國提出的工業(yè) 4.0 發(fā)展戰(zhàn)略，其目標(biāo)都是全力推進(jìn)智能制造，要求設(shè)備實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn);另一方面，針對越來越多小批量、多品種的個(gè)性化加工需求，如何提高工廠的生產(chǎn)效率，例如實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)或者只需經(jīng)過簡單的軟件改造，就可以生產(chǎn)不同批次、不同規(guī)格的產(chǎn)品，是目前很多制造企業(yè)共同面對的一個(gè)課題，這對于設(shè)備的智能化和集成度都提出了更高的訴求。在整個(gè)工廠生產(chǎn)流程中，輸送系統(tǒng)是其中的重要一環(huán)，也往往成為制約整體生產(chǎn)效率提升的一個(gè)“瓶頸”，而基于直線電機(jī)原理的柔性輸送線系統(tǒng)能很好地滿足上述需求，因此，這類技術(shù)方案被越來越多地被應(yīng)用在目前實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的升級改造當(dāng)中。

　　動(dòng)子獨(dú)立控制實(shí)現(xiàn)異步移動(dòng)

　　以倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)為例，丁翔進(jìn)一步分析道：“機(jī)械鏈道或同步帶傳輸系統(tǒng)在柔性化、智能化改造上是非常困難的，這是因?yàn)樵谶@些傳統(tǒng)輸送線上所有連接的移動(dòng)塊或載具都是做同步運(yùn)動(dòng)，即以相同的速度、移動(dòng)相同的距離，這就帶來了一些問題：一是所有操作都需要等待速度最慢的那個(gè)工站完成之后，才能移動(dòng)到下一步，無法‘跳過’某些工站，造成產(chǎn)線速度被限制;二是由于移動(dòng)距離相同，因此在工站布置上必須要等間距，產(chǎn)線設(shè)計(jì)受限，容易造成資源浪費(fèi);三是無法直接對載具進(jìn)行操作，而是由其他方式來牽引，在輸送精度上也會出現(xiàn)一定的損失。而我們的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)采用單獨(dú)控制的方式，使得每個(gè)動(dòng)子都可以實(shí)現(xiàn)異步移動(dòng)，大幅提高了系統(tǒng)的柔性化程度?！?/p>

　　采用 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，能夠針對產(chǎn)線上最慢的那個(gè)工站，通過增加單獨(dú)控制的動(dòng)子，來加裝工站的數(shù)量，多個(gè)動(dòng)子為一組，在同一個(gè)工站位置進(jìn)行同時(shí)加工，使得這一工站的加工速度成倍提升，從而突破了產(chǎn)線速度的“短板”，整體產(chǎn)線不再需要等待的時(shí)間，從而極大地提高了產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。

　　同時(shí)，XTS 系統(tǒng)特有的模塊化設(shè)計(jì)，可以通過選用不同半徑的圓弧電機(jī)模塊，形成 L 型、U 型，甚至是正方形等不同形狀的產(chǎn)線，讓客戶可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況，自由、合理地設(shè)計(jì)和安置設(shè)備產(chǎn)線，顯著提升裝配和加工設(shè)備的一體化集成度，減小占地面積，協(xié)助客戶節(jié)約投資成本。此外，倍福的一項(xiàng)創(chuàng)新開發(fā)——無電纜技術(shù)(NCT)通過線圈之間的電磁感應(yīng)以及無線通訊傳輸，實(shí)現(xiàn)了 XTS 動(dòng)子的無線供電及同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(數(shù)據(jù)更新周期為 250 微秒)，無需連接線纜拖鏈，大大縮減了安裝空間，再加上支持 EtherCAT 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，整個(gè)系統(tǒng)可以以微秒級精度實(shí)現(xiàn)同步，產(chǎn)線加工過程中的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)均可在輸送線運(yùn)行期間直接由動(dòng)子反饋到中央控制系統(tǒng)，令設(shè)備的多任務(wù)應(yīng)用得到了質(zhì)的飛躍。

　　一套完整的模塊化 XTS 系統(tǒng)由電機(jī)模塊、導(dǎo)軌和動(dòng)子，以及裝有 TwinCAT 自動(dòng)化軟件的工業(yè) PC 構(gòu)成，可以根據(jù)具體的設(shè)備或系統(tǒng)布局進(jìn)行調(diào)整。

　　而 XPlanar 平面磁懸浮輸送系統(tǒng)則更加靈活，它實(shí)現(xiàn)了高達(dá)六自由度的懸浮式產(chǎn)品輸送，在同一平面內(nèi)，客戶可以將 XPlanar 平面模塊任意拼接和鋪設(shè)，動(dòng)子集成永磁體，能夠升降和移動(dòng)負(fù)載，運(yùn)行中的 XPlanar 平面模塊產(chǎn)生電磁場，讓動(dòng)子在生產(chǎn)過程中高動(dòng)態(tài)、高精度地移動(dòng)。系統(tǒng)還可以同時(shí)運(yùn)行不同尺寸的動(dòng)子，同一臺設(shè)備上可加工各種不同的產(chǎn)品和包裝尺寸規(guī)格，在有限的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)達(dá)到最大產(chǎn)線吞吐量的目的，真正體現(xiàn)出柔性、智能制造的先進(jìn)理念。

　　PC 控制讓系統(tǒng)功能更豐富

　　經(jīng)過多年的市場耕耘，目前倍福的磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)已在醫(yī)療、包裝、裝配、電池制造等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是 XTS 系統(tǒng)以其高精度(±10 μm)、高集成度、緊湊型結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，幫助醫(yī)療設(shè)備商實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，因而在醫(yī)療行業(yè)中成為了一款成熟的高性能柔性輸送系統(tǒng)方案。同時(shí)，倍福還特別推出了 XTS“衛(wèi)生型”系統(tǒng)，該 XTS 系統(tǒng)防護(hù)等級高達(dá) IP69K，客戶可以用有腐蝕性的液體進(jìn)行清洗，以滿足部分醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)中較為苛刻的環(huán)境應(yīng)用要求。

　　完整的衛(wèi)生型 XTS 系統(tǒng)

　　眾所周知，在工控自動(dòng)化行業(yè)，倍福以 PC 控制技術(shù)而聞名，在對磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)的開發(fā)上，PC 控制技術(shù)同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對此，丁翔介紹道：“磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)本質(zhì)上是直線電機(jī)的一種應(yīng)用模式，如何精準(zhǔn)地控制整個(gè)系統(tǒng)才是關(guān)鍵，倍福在 PC 控制技術(shù)上的專業(yè)度是我們產(chǎn)品的一個(gè)重要特點(diǎn)，包括驅(qū)動(dòng)、控制、測量、應(yīng)用開發(fā)等都是倍福自主研發(fā)，并且掌握著底層的 Know-how 技術(shù)原理，這些有利條件能夠支持我們及時(shí)響應(yīng)客戶的實(shí)際需求，也是 XTS 和 XPlanar 系統(tǒng)具備較強(qiáng)市場競爭力的根本因素?！?/p>

　　利用基于 PC 的控制技術(shù)，XTS、XPlanar 系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立控制的動(dòng)子可以看作是一個(gè)一個(gè)的軸，每個(gè)軸上的所有數(shù)據(jù)信息都被收集、匯整到同一臺 PC 上，經(jīng)過計(jì)算、處理，然后再把執(zhí)行指令發(fā)回給相應(yīng)的模塊按此操作，PC 準(zhǔn)確掌握每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)信息，這樣就提高了系統(tǒng)同步的準(zhǔn)確率以及精度，用戶也可以直接在 PC 上讀取任何所需的數(shù)據(jù)，便于編程開發(fā)。

　　正是基于這一優(yōu)秀的控制技術(shù)，近年來倍福持續(xù)豐富磁驅(qū)輸送系統(tǒng)的軟件輔助控制功能，同時(shí)簡化操作程序。XTS 系統(tǒng)提供的“Track Management 換軌功能”可讓客戶按照自己的需求設(shè)定不同的區(qū)域，或是區(qū)分不同的加工工藝區(qū)間，“換軌功能”借助每個(gè)動(dòng)子的獨(dú)立控制，可以在不同的軌道之間進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)對物件的靈活輸送。例如，在某些醫(yī)療器械生產(chǎn)時(shí)需要經(jīng)過一個(gè)檢測環(huán)節(jié)，當(dāng)檢測出不合格的產(chǎn)品時(shí)，就通過該“換軌功能”將產(chǎn)品改換到另一條軌道，移動(dòng)到人工檢測區(qū)進(jìn)行下一道檢測工作。而 XPlanar 系統(tǒng)的“換軌功能”就更方便了，由于它是平面設(shè)計(jì)，這樣就可以分別設(shè)置兩條不同的路徑，一條路徑負(fù)責(zé)加工，另一條路徑則專門負(fù)責(zé)移動(dòng)輸送，系統(tǒng)允許動(dòng)子“跳過”某些工站或加工步驟，到達(dá)下一個(gè)工站完成相應(yīng)的操作，在機(jī)器設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了高度靈活的工件輸送效果。

　　倍福

　　倍福衛(wèi)生型 XTS 系統(tǒng)是 HOF Sonderanlagenbau 公司新型醫(yī)藥產(chǎn)品輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。

　　另外，系統(tǒng)新增的“Leave and Arrival 離開和到達(dá)”功能也頗具特色。這個(gè)功能允許動(dòng)子在不停機(jī)的情況下離開整個(gè)系統(tǒng)，用戶可以在 XTS 系統(tǒng)運(yùn)行期間移除或添加動(dòng)子，因此可以在生產(chǎn)模式下動(dòng)態(tài)調(diào)整 XTS 輸送系統(tǒng)的運(yùn)行間距和動(dòng)子數(shù)量;此外，結(jié)合換軌功能，還可以設(shè)立獨(dú)立于正常生產(chǎn)流程的維修區(qū)域，將動(dòng)子移動(dòng)到該區(qū)域進(jìn)行檢查、清潔或更換載具，在不影響產(chǎn)線產(chǎn)能的前提下，進(jìn)一步增強(qiáng)了 XTS 系統(tǒng)智能輸送的靈活性。

　　打開機(jī)器設(shè)計(jì)的想象空間

　　從目前倍福 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)、XPlanar 面磁懸浮輸送系統(tǒng)在國內(nèi)外的一些典型應(yīng)用案例來看，可以說，這類輸送線新技術(shù)正在為不同行業(yè)的客戶打開機(jī)器設(shè)計(jì)開發(fā)上的想象空間。例如在煙草罐裝/袋裝生產(chǎn)中，只需調(diào)用相應(yīng)的產(chǎn)品專用參數(shù)集，通過調(diào)整 XTS 系統(tǒng)兩個(gè)動(dòng)子之間的間距，就能輕松完成不同規(guī)格煙草袋子的罐裝工作;再比如在高精度元器件檢測時(shí)，被測元器件被放置在 XPlanar 系統(tǒng)的托盤上，圍繞 Z 軸做 360 度不停的旋轉(zhuǎn)，視覺相機(jī)固定在支架上，就可以全方位實(shí)時(shí)檢測元器件是否有瑕疵或裂縫。這些巧妙的機(jī)器設(shè)計(jì)不勝枚舉，更為重要的是，它激發(fā)了設(shè)備制造商強(qiáng)大的創(chuàng)造力，開發(fā)出更符合未來智能制造趨勢的機(jī)器裝備。

　　倍福

　　Kliklok 集成式飛機(jī)盒裝盒機(jī)(ITC)使用倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)完全控制紙盒。

　　總結(jié)

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　　“天空才是人類想象力的極限。我們致力于為客戶提供更廣闊的想象空間，我們希望未來的柔性輸送系統(tǒng)不僅僅只是具有單純的載具移動(dòng)功能，而是可以通過與一些外部機(jī)械部件的結(jié)合，完成更復(fù)雜的操作工作，讓動(dòng)子成為一個(gè)可以控制多軸的‘機(jī)器人’，讓它具備類似于加工工站的作用，這樣在移動(dòng)的過程中就能完成各種加工任務(wù)，從而進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。”丁翔總結(jié)道。

　　正如 Beckhoff Automation 總裁 Hans Beckhoff 先生所說的：Engineers must save the world!倍福是一家科技驅(qū)動(dòng)型公司，我們一直在努力引領(lǐng)這一場輸送線科技的變革。