TwinCAT 優(yōu)化自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的性能 ——主動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控助力實(shí)現(xiàn)快速裝配

文:德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司2023年第五期

導(dǎo)語(yǔ):STIWA 集團(tuán)自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)一直采用倍?;?PC 的控制技術(shù),通過(guò)不斷提升計(jì)算機(jī)算力突破技術(shù)極限,實(shí)現(xiàn) 周期時(shí)間小于一秒,定位精度在百分之一毫米范圍內(nèi),并且使用先進(jìn)的分析和人工智能方法進(jìn)行主動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè),以確 ?;跀?shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)度生產(chǎn)過(guò)程。

引用STIWA集團(tuán)決策者的話(huà)說(shuō):創(chuàng)辦一家成功的企業(yè)意味著要抓住機(jī)遇,對(duì)前瞻性技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)及時(shí)做出判斷,并將它們應(yīng)用到具體的解決方案中。STIWA集團(tuán)至今50年的歷史完美地說(shuō)明了這一點(diǎn)。換句話(huà)說(shuō),這家位于奧地利阿特南?普赫海姆的小型機(jī)械工程公司崛起為制造及高性能自動(dòng)化領(lǐng)域的國(guó)際知名專(zhuān)家絕非偶然?!凹瘓F(tuán)創(chuàng)始人WalterSticht的性格決定了公司能夠取得如此成功的發(fā)展。他是一個(gè)天才級(jí)的技術(shù)員,才華橫溢,壯志凌云,很早就認(rèn)識(shí)到了倍福基于PC的控制技術(shù)的潛力,并且是第一批開(kāi)始探索倍福于上世紀(jì)90年代投入到市場(chǎng)

的新型解決方案的人之一?!盨TIWA集團(tuán)軟件開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新業(yè)務(wù)部門(mén)負(fù)責(zé)人MichaelPauditz在回憶公司如何開(kāi)始與倍福緊密合作時(shí)說(shuō)道。

當(dāng)時(shí),倍福還只是自動(dòng)化領(lǐng)域一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的“新面孔”,但他們從一開(kāi)始就承諾:不斷研發(fā)具有革命性意義的自動(dòng)化產(chǎn)品,以永久改變工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?!白阅菚r(shí)起,我們就一直齊心協(xié)力,突破各種技術(shù)極限?!盡ichaelPauditz補(bǔ)充道。事實(shí)上,STIWA通過(guò)使用可靈活匹配的模塊化硬件和軟件以及企業(yè)集團(tuán)內(nèi)部的閉環(huán)反饋回路突破了其系統(tǒng)的性能限制。

1品質(zhì)超群的“隱形冠軍”

STIWA集團(tuán)的獨(dú)特之處在于它既是高性能自動(dòng)化設(shè)備制造商,同時(shí)也是運(yùn)營(yíng)商,集團(tuán)旗下公司眾多,有自動(dòng)化設(shè)備制造公司STIWAAutomationGmbH、軟件方案開(kāi)發(fā)公司STIWAAMSGmbH以及汽車(chē)零部件制造公司STIWAAdvancedProductsGmbH,彼此之間通力合作。這意味著,這家位于奧地利的集團(tuán)可以在自己的生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行概念驗(yàn)證。持續(xù)記錄所有相關(guān)的設(shè)備和工藝參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析,確保能夠?qū)某掷m(xù)運(yùn)行中獲得的經(jīng)驗(yàn)立即作為優(yōu)化建議反饋給研發(fā)部門(mén)。“我們一直與甘珀恩工廠(chǎng)保持著密切互動(dòng),建立了深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)根基,否則就不可能實(shí)現(xiàn)如此先進(jìn)的自動(dòng)化?!盨TIWA AutomationGmbH公司CEOMichaelFuchshuber認(rèn)為,STIWA系統(tǒng)中每一微秒、每百分之一毫米、哪怕只是一點(diǎn)點(diǎn)的性能提升都有著非常重要的意義。

“我們一直致力于推動(dòng)我們的系統(tǒng)超越傳統(tǒng)極限?!盡ichaelPauditz補(bǔ)充道,他證實(shí)了集團(tuán)作為全球公認(rèn)的高性能自動(dòng)化領(lǐng)域的“隱形冠軍”地位,感到有義務(wù)在每一種情況下提供最大可能。”MichaelPauditz補(bǔ)充道。LTM-CI這幾個(gè)字母如果轉(zhuǎn)換成技術(shù)關(guān)鍵數(shù)字,意思是采用微型設(shè)計(jì)(M)的線(xiàn)性(L)輸送系統(tǒng)(T),設(shè)計(jì)用于超快速裝配尺寸不超過(guò)30x30x30mm的小型零部件:每

個(gè)系統(tǒng)最多可有24個(gè)加工模塊,可在亞秒范圍內(nèi)以三到五個(gè)自由度完成激光焊接、用螺絲固定、壓裝、貼標(biāo)、測(cè)試、測(cè)量以及0.08mm的送料和定位精度。


2高性能、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu)

STIWA表示,他們找到了倍福,找到了實(shí)施這個(gè)在很多方面都很出色的高科技解決方案的完美合作伙伴。兩家公司憑借他們的協(xié)作創(chuàng)新思維,基于TwinCAT創(chuàng)建了一個(gè)模塊化的PLC框架,可以根據(jù)客戶(hù)的具體需求快速調(diào)整?!拔覀兛偣不ㄙM(fèi)了約500人/年進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)發(fā),設(shè)計(jì)出了一款高性能的一體化解決方案,可用于機(jī)械工程以及建筑自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化或?qū)嶒?yàn)室自動(dòng)化?!盡ichaelPauditz在描述97%基于全集成、一致的并經(jīng)過(guò)廣泛測(cè)試的軟件架構(gòu)的系統(tǒng)藍(lán)圖時(shí)說(shuō)道。只有剩余的3%需要根據(jù)具體的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整。倍福PC控制器的存儲(chǔ)或計(jì)算能力得到了充分利用。

“我們通過(guò)一臺(tái)工業(yè)  PC以0.5秒的周期時(shí)間協(xié)調(diào)多達(dá)50根NC軸。同時(shí),系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)每一根軸的運(yùn)動(dòng),從而能夠進(jìn)行基于事件驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)過(guò)程調(diào)整,并進(jìn)行進(jìn)一步的分析。”MichaelPauditz詳述道。倍福的EtherCAT總線(xiàn)和分布式時(shí)鐘原理為實(shí)現(xiàn)從軸位置到實(shí)時(shí)值的PLC轉(zhuǎn)換奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。STIWA利用此項(xiàng)技術(shù)識(shí)別以高達(dá)3米/秒的輸送速度向下一個(gè)加工工位移動(dòng)的工件運(yùn)載裝置。倍福的各種EtherCAT超采樣端子模塊和帶時(shí)間戳功能的EP1258EtherCAT端子盒(8通道數(shù)字量輸入)都展示了它們強(qiáng)大的信號(hào)處理能力。

在一個(gè)典型的STIWA系統(tǒng)中,必須每隔0.5秒就將超過(guò)10  MB的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各種系統(tǒng)設(shè)備。為此,自動(dòng)化設(shè)備規(guī)范(ADS)協(xié)議在TwinCAT系統(tǒng)中提供了一個(gè)傳輸層,使得TwinCATNC和TwinCATPLC之間能夠直接通信。各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制算法(如激光硬化中激光掃描鏡的控制算法)都存儲(chǔ)在PLC中。任何偏離目標(biāo)時(shí)間的情況都會(huì)被系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái),并報(bào)告為可以誤差指標(biāo),以便實(shí)施主動(dòng)誤差監(jiān)測(cè)。“倍福針對(duì)STIWA集團(tuán)的特定需求開(kāi)發(fā)了一些TwinCAT軟件功能,包括用于非周期性循環(huán)過(guò)程的FIFO功能塊,在這里,可以通過(guò)PLC 程序永久‘重新填充’軸當(dāng)前位置。”倍福奧地利分公司銷(xiāo)售代表AndreasBernreitner表示。


3從傳統(tǒng)的合同制造商到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)者

STIWA集團(tuán)的成功秘訣在于,在公司的50年發(fā)展歷史中,它不僅僅是一家合同制造商,更一直是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)者。他們很早就轉(zhuǎn)為使用基于軟件的PLC技術(shù),當(dāng)時(shí)只有少數(shù)先驅(qū)者認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)具有前瞻性,并在公司一直追求的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中延用下去。STIWA通過(guò)使用人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)實(shí)現(xiàn)了車(chē)間主動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控和自動(dòng)流程優(yōu)化等目標(biāo)。集團(tuán)收獲的最大附加值是一個(gè)全集成系統(tǒng),它可以持續(xù)為客戶(hù)帶來(lái)顯著的成本優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。老客戶(hù)的大量需求以及新市場(chǎng)和新行業(yè)的進(jìn)一步增長(zhǎng)證明了STIWA集團(tuán)發(fā)展方向的正確性:“當(dāng)然,我們對(duì)未來(lái)有很多規(guī)劃,而TwinCAT則是我們解決方案的重要組成部分。否則,我們就無(wú)法以目前取得的質(zhì)量水平調(diào)節(jié)高度復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程?!盡ichaelFuchshuber強(qiáng)調(diào)道。

STIWA以前只是一家傳統(tǒng)設(shè)備制造商時(shí),主要滿(mǎn)足客戶(hù)的一些特殊需求(來(lái)圖加工方式),但未來(lái),他們作為一個(gè)集團(tuán)公司,將主要關(guān)注自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā),MichaelFuchshuber解釋道:“近年來(lái),全球汽車(chē)制造業(yè)危機(jī)等挑戰(zhàn)充分說(shuō)明,我們正面臨著一個(gè)非常動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)和技術(shù)環(huán)境。這正是我們需要應(yīng)對(duì)的。因此,我們正越來(lái)越多地推動(dòng)自主生產(chǎn)高度創(chuàng)新的新型解決方案。我們與STIWAAdvancedProducts公司一起,為甘珀恩工廠(chǎng)打造了從產(chǎn)品原型到規(guī)模量產(chǎn)的創(chuàng)新產(chǎn)品理念。近年來(lái)我們還與總部位于福拉爾貝格州的Inventus公司合作并成立了合資企業(yè)。”此外,成立于2019年的XeelTech公司正在研發(fā)革命性的新產(chǎn)品,如基于磁流變液(MRF)的旋轉(zhuǎn)編碼器,它可為操作者提供觸覺(jué)反饋,反饋模式的類(lèi)型可通過(guò)軟件自由編程。


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