讓生產(chǎn)過程更加靈活、高速和高效 — 這是專營(yíng)門窗加工的法國制造商 Bieber 公司的最大目標(biāo)。為此，他們委托 Koch Maschinenfabrik 公司建造了一座新的生產(chǎn)工廠，他們?cè)趶?fù)雜性和靈活性方面設(shè)立了新的標(biāo)準(zhǔn)。在大量技術(shù)和投資基礎(chǔ)上，這一目標(biāo)通過使用 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了，同時(shí)這項(xiàng)真正的技術(shù)革新也給Bieber 木窗帶來了更強(qiáng)勁的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

Gerhard Koch Maschinenfabrik GmbH& Co. KG 總部位于德國萊奧波爾茨赫黑，公司憑借其擁有的 50 多年的豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，成為全球一流的家具、門和木窗加工機(jī)械供應(yīng)商。該機(jī)械制造商主要經(jīng)營(yíng)各種鋸床、銑床和鉆床，特別是各種噴膠機(jī)和鏜床?？偛课挥谕郀柈?dāng)巴克的阿爾薩斯鎮(zhèn)門窗制造商 Bieber SA 急需用一個(gè)新的生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)他們的生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造，Koch 公司全面的技術(shù)知識(shí)是吸引他們的關(guān)鍵所在。
質(zhì)量和靈活性是關(guān)鍵要求
      Koch 對(duì)新的 CNC 加工中心 Winline-6 的主要要求是提高產(chǎn)品質(zhì)量以及靈活性，哪怕生產(chǎn)定制數(shù)量?jī)H為 1，這兩方面都是在木門窗市場(chǎng)取得成功的關(guān)鍵因素。公司甚至滿足專業(yè)小客戶小批量生產(chǎn)或者生產(chǎn)單件定制產(chǎn)品的高要求。
      其結(jié)果是造就了一臺(tái)非標(biāo)準(zhǔn)的,獨(dú)特且模塊化的木材加工設(shè)備，而且只需要兩個(gè)操作人員。這臺(tái)設(shè)備可以加工所有木窗部件，甚至完整的窗體 — 鋁木復(fù)合窗，— 進(jìn)一步為窗體噴涂做準(zhǔn)備。Bieber 的新生產(chǎn)工廠基于成熟的模塊化 Koch 系統(tǒng)，它是為滿足門窗客戶的需求量身定制的，包括PC 控制系統(tǒng)軟件。
來自于倍福系統(tǒng)的完美加工中心
      機(jī)械制造商 Koch 完全自行開發(fā)了 Bieber 的生產(chǎn)設(shè)備。僅上游的刨床是由第三方提供的，但是這臺(tái)設(shè)備也根據(jù) Koch 要求用倍福 TwinCAT 系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，然后無縫集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中。Koch 的 Winline-6設(shè)備由 5 個(gè)模塊構(gòu)成：中間部件存儲(chǔ)模塊、以 U 形配置排列的三個(gè)加工模塊 — Winline-600、Windoor-LU 和 Winline-6000 —以及位于中間位置的梭動(dòng)換刀系統(tǒng)。

Koch 使用 EtherCAT 和 TwinCAT NC I 軟件在每個(gè)機(jī)器模塊內(nèi)傳輸和處理控制數(shù)據(jù)。這是滿足在 Winline-600 加工模塊中由伺服控制且獨(dú)立運(yùn)行的張緊千斤頂?shù)妮S同步高要求的前提條件。Koch 公司軟件開發(fā)經(jīng)理 Oliver Bexte 解釋說道：“這兩個(gè) Winline-600 加工段的每段最多可以包含 6 個(gè)獨(dú)立的部件，即在一定的時(shí)間內(nèi)總共 12 個(gè)部分。高加工性能和短周期時(shí)間需要超高速控制技術(shù)。因此，我們用 NC 能夠達(dá)到 2 毫秒的速度和精度處理任務(wù)，凸輪盤軸的精度甚至可以達(dá)到 1 毫秒。多年的跟蹤記錄證明，Koch 在其所有 NC 控制的機(jī)器上使用的都是 Beckhoff 自動(dòng)化技術(shù)。
      不同的機(jī)器單元通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換上位數(shù)據(jù)。的通訊主控計(jì)算機(jī)用于計(jì)算和分配生產(chǎn)數(shù)據(jù)、部件跟蹤和刀具管理—所有通訊通過TwinCAT ADS 實(shí)現(xiàn)。
       工廠的高度復(fù)雜性在自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)中映射。Beckhoff 控制柜式工業(yè) PC C6140 配備有 RAID 系統(tǒng)，用作所有設(shè)備單元中的控制計(jì)Koch 公司的換刀系統(tǒng)最大限度地節(jié)省了加工時(shí)間，因?yàn)榘迨綋Q刀機(jī)構(gòu)可以通過預(yù)讀功能給后續(xù)的加工步驟提供刀具，從而消除了等待時(shí)間。

算機(jī)和主控計(jì)算機(jī)。它們通過 Beckhoff 專門定制的帶按鈕擴(kuò)展件的觸摸面板控制。包括上游的刨床在內(nèi)，總共必須控制 102 根伺服軸。此外，EtherCAT 系統(tǒng)有 1804 個(gè)數(shù)字量輸入和 1516 個(gè)數(shù)字量輸出，大量的模擬量 I/O 和用于實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)鎖,全局急停以及多個(gè)其它端子的TwinSAFE 端子模塊 如用于連接 RS232 設(shè)備的 EL6001。
5 個(gè)生產(chǎn)加工設(shè)備單元
      Bieber 生產(chǎn)工廠的第一個(gè)設(shè)備單元是帶窗架傳送的中間部件存儲(chǔ)部件，工廠可以從這里自動(dòng)供應(yīng)最長(zhǎng)為 6 米的木梁形式的原材料。為了最大限度地減少浪費(fèi)，原料供應(yīng)根據(jù)整個(gè)訂單組織，而不是根據(jù)單根橫木。一個(gè)訂單最多可包含 196 個(gè)部件，由中間存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)以逐幀的方式分配這些部件。復(fù)雜的工藝通過 4 臺(tái) AX51xx 系列伺服驅(qū)動(dòng)器、 4個(gè) EtherCAT 耦合器 EK1100、28 個(gè)數(shù)字量輸入端子模塊 EL1004 和 37 個(gè)數(shù)字量輸出端子模塊 EL2004，再加上防護(hù)等級(jí)為 IP 67 的 EtherCAT 端子盒 EP1008、EP2008 和 EP2028 總共 30 個(gè) I/O 控制。
      下游的 Winline-600 設(shè)備單元有 3 個(gè)加工站，這樣最多可以同時(shí)單獨(dú)加工 6 個(gè)工件，它們通過設(shè)備在兩個(gè)輸送段上傳輸。加工步驟包括廢木材鋸切、榫接合處的水平鉆削、安裝孔和角部鉸鏈鉆削、扣板安裝以及側(cè)面輪廓銑削。設(shè)備單元使用了 13 個(gè) AX51xx 和 11 個(gè) AX52xx 系列伺服驅(qū)動(dòng)器、12 個(gè) EtherCAT 耦合器 EK1100、106 個(gè)數(shù)字量輸入端子模塊 EL1004 和 127 個(gè)數(shù)字量輸出端子模塊 EL2004 控制和監(jiān)測(cè)。

第三個(gè) Windoor-LU 設(shè)備單元是針對(duì)與長(zhǎng)度無關(guān)的鉆削和鏜削的加工單元。2 個(gè) AX51xx 和 AX52xx 伺服驅(qū)動(dòng)器、4 個(gè) EtherCAT 耦合器 EK1100、39個(gè) EtherCAT 端子模塊 EL1004 和 43 個(gè) EtherCAT 端子模塊 EL2004 確保了工件的精確定位，從而保證了精確的鉆削和鏜削。由 Koch 針對(duì)正確涂膠開發(fā)的免維護(hù)型監(jiān)控系統(tǒng)確保在裝暗榫時(shí)能夠有很高的加工質(zhì)量。
      最后一個(gè)加工設(shè)備單元是一個(gè) Winline-6000 ，在這里，縱向畫出工件剖面；先內(nèi)側(cè)，后外側(cè)。視刀具分配方式而定，每面最多使用 4 個(gè)加工電機(jī)。最大的特點(diǎn)是所有 4 個(gè)電機(jī)可以根據(jù)需要飛速沉入和浮現(xiàn)，由于 TwinCAT 凸輪盤相互獨(dú)立且極具動(dòng)態(tài)性，因此模式的切換非常平穩(wěn)和快速，無需停止主軸運(yùn)動(dòng)。設(shè)備單元的控制系統(tǒng)由 20 個(gè) AX51xx系列伺服驅(qū)動(dòng)器、14 個(gè) AX52xx 系列伺服驅(qū)動(dòng)器、4 個(gè)EtherCAT 耦合器 EK1100 、238 個(gè) EtherCAT 端子模塊 EL1004 和 152 個(gè) EtherCAT 端子模塊 EL2004 構(gòu)成。
      第五個(gè)設(shè)備單元，即換刀系統(tǒng)，位于 Winline-600 和 Winline-6000 加工單元的中間。它通過一個(gè)梭子為加工單元提供 10 個(gè)板式換刀機(jī)構(gòu)和下一加工步驟所需的刀具，通過基于預(yù)讀功能的主控計(jì)算機(jī)控制。這樣可以消除故障停機(jī)時(shí)間，進(jìn)一步節(jié)省加工時(shí)間。這一設(shè)備單元里使用的部件包括 23 個(gè) AX5xxx 系列伺服驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)化實(shí)現(xiàn)客戶需求
      市場(chǎng)上客戶對(duì)高品質(zhì)木窗的要求是衡量新生產(chǎn)設(shè)備的標(biāo)尺。Bieber 公司總經(jīng)理 Philippe Beyer 說道：“我們覆蓋了從標(biāo)準(zhǔn)木窗到單個(gè)產(chǎn)品的所有范圍。我們以高質(zhì)量聞名全球，特別是在重要的美國市場(chǎng)中，其中，例如，比爾蓋茨就是我們的客戶之一。因此，我們的主要目標(biāo)就是提升我們的靈活性和生產(chǎn)效率，提高我們的產(chǎn)品質(zhì)量，這也是為什么我們要從 Koch 尋求新型創(chuàng)新設(shè)備的原因。同時(shí)，也感謝 Koch 設(shè)備，讓我們的產(chǎn)品也經(jīng)歷了一次技術(shù)革新。”Bieber 公司設(shè)備設(shè)計(jì)師Yves Kuhl 接著說道：“短生產(chǎn)時(shí)間帶來的高需求通過高性能和高定位速度的設(shè)備得到很好的滿足。平均來說，我們實(shí)現(xiàn)了每分鐘兩個(gè)工件的吞吐量，因此每個(gè)班次可以產(chǎn)出約 800 個(gè)窗部件。除此之外，Koch設(shè)備還具備很多創(chuàng)新的功能，比如模式切換，這是我們以前使用的單個(gè)系統(tǒng)所無法實(shí)現(xiàn)的。最重要的是，最終產(chǎn)品是一件具有所有所需的孔和暗榫的成品。”
      Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)在 Biber 的日常應(yīng)用中已久經(jīng)驗(yàn)證，是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，正如 Koch 公司門窗生產(chǎn)設(shè)備主設(shè)計(jì)師 Ralf Steube所述：“我們?cè)O(shè)備中的兩臺(tái)是使用 Beckhoff 技術(shù)控制的，已經(jīng)安裝在 Bieber 超過十年了，現(xiàn)在仍能夠非常穩(wěn)定地運(yùn)行。因此，由 PLC 控制的設(shè)備已經(jīng)是很久以前的事了。有了新的設(shè)備，全面的 PC 控制專技術(shù)再次給 Bieber 帶來很多優(yōu)勢(shì)。”Koch 公司軟件專家 OliverBexte補(bǔ)充說道：“Bieber 有約 80% 的生產(chǎn)使用的都是我們的新設(shè)備。 因此，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能否快速進(jìn)行響應(yīng)非常關(guān)鍵。這也是我們自始至終使用 Beckhoff 控制技術(shù)的原因之一。系統(tǒng)中到處用的都是相同的 PC、EtherCAT 耦合器和 I/O，因此，一旦有部件出現(xiàn)故障，就可以輕松快速地更換，大部分時(shí)候，根本無需打電話叫維修技術(shù)人員來現(xiàn)場(chǎng)。”Philippe Beyer 還看到了另一個(gè)好處：“PC 技術(shù)還簡(jiǎn)化了與 ERP層的通訊。ERP 系統(tǒng)中的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接傳輸給 Koch 的主控計(jì)算機(jī)，即設(shè)備優(yōu)化集成在了我們的公司網(wǎng)絡(luò)中。未來的一年內(nèi)，我們將重建我們的生產(chǎn) EDP，由于新的設(shè)備優(yōu)化了工藝和物料流，它也將變得簡(jiǎn)單的多。”