集成式机器人与高级运动控制

集成式机器人与高级运动控制

信息就是力量,如今,富有健康意识的消费者比以往任何时候都更容易获取营养信息。

人们对各种健康、快速且方便的食品需求正日益增长。为满足消费者需求,机器制造商和制造商需要投资技术,以实现未来工厂。

 众所周知,如今的机器制造商为交付可满足灵活生产需求的设备承受着巨大的压力。在当今这种按订单生产的环境下,消费者并不满足现状,他们需要自己喜欢的包装消费品能够提供多种多样的风格、包装尺寸及组合装产品。

包装消费品 (CPG) 制造商面临的挑战是,需要提供既能优化当前产品转换又能满足未来需求的设计——甚至能够针对尚未成型的新 SKU 实现快速生产启动。

直到最近,机器制造商在如何将设备交付到工厂车间方面仍别无选择。此前,任何 CPG 制造或包装应用通常都包含一系列独立机器,这些机器需集成在一起才可组成完整的生产线。这一早期设计至今仍然存在于许多工厂车间里。

这些生产线通常采用静态机械部件、摩擦式输送装置以及大量不同的辅助设备。尽管它们可以在固定变量的基础上运行统一的产品从而获得惊人的吞吐量,但机器灵活性常常因此而下降。复杂的机械调整和设备同步需要花费时间,而时间对于任何工厂车间来说都非常宝贵——尤其是在产品即将上市时。

改进技术

庆幸的是,现在有了更好的办法。随着技术的进步,OEM 现在有更好的方法来满足制造商对灵活性的需求。具体来说,三种关键的机电一体化技术正在改变 OEM 及其客户之间的生产格局。

首先,机器人技术在 CPG 领域的应用越来越普遍。机器人在本质上就是灵活的,这归功于它们能够在三个维度上自由运行且无需机械重新布线即可确定合适的路径,并且它们还可以应对变化无穷的产品形状和尺寸。

其次,直线电机技术——尤其是独立运载技术 (ICT) 可改善机器对多样化产品组合的响应。与传统输送不同,独立载运技术 (ICT) 不是在预配置路径上以固定速度推进产品,而是在操作完成时智能地运送产品。

最后,自动化产品切换可尽可能避免手动干预的需要,可从操作员界面简化针对新产品或包装配置的机器设置。新的伺服驱动器功能使这种解决方案选项更具成本效益。

运动控制技术的进步可以帮助制造商满足消费者对更多产品品种和包装尺寸的需求。罗克韦尔自动化最近推出了新的 Kinetix 5100 伺服驱动器、Kinetix TLP 电机和电缆,它们可以作为不带控制器的系统来运行——对于制造小型机器的 OEM 而言,这是一种更具成本效益的选择。

全新 Allen-Bradley Kinetix 5100 伺服驱动器可以与 Micro800 控制器、Logix 控制器一起使用,甚至还可以单独使用,从而使 OEM 可以选择产品在其应用中的理想运行方式。

此驱动系统还可以帮助 OEM 提高客户的生产力。随着 SKU 的激增,制造商面临着多种产品切换,而这通常是手动流程。通过使用 Kinetix 5100 伺服驱动器,OEM 可以创建一个有助于加快切换速度的电动化或自动化系统。

借助内置的安全断开扭矩,用户可以在不断开整个机器电源的情况下移除电机转矩,从而使机器可以在达到安全状态后更快重启。双端口 Ethernet/IP 还支持设备级环网拓扑。

除了提高机器灵活性,先进的技术还使得 OEM 能以更少的设备和更小的空间完成更多工作。事实上,越来越多的机器制造商正在提供紧凑型解决方案,这些解决方案将曾经不同的操作(如填充和装盒)组合成统一的支持方案。

集成式机器人

集成式机器人不仅只是一个流行语,它是控制机器人的单一产线或单元控制器,可以减少对专用机器人控制器和相关硬件组件的需求,如伺服电机、驱动器、示教操纵台和 I/O。这样,单个控制器可用于控制多个机器人,并可简化集成和提高运营效率。

Mordor Intelligence 最新的一项研究显示,由于智能工厂系统的日益普及(机器人在其中扮演着至关重要的角色),工业机器人市场在过去 10 年里实现了巨大的需求增长。研究预计,到 2024 年,全球智能工厂市场规模预计将达到 3886.8 亿美元,从中可以看出,最终用户行业采用工业机器人实现自动化的规模。

为了满足灵活的“多种类、小规模”的生产环境需求,越来越多的 OEM 正在从固定机械系统转向开发创新方法,以整合机器人技术和先进的运动控制技术。对 OEM 而言,关键问题不仅是哪些技术适合其应用,还在于如何以理想的方式将这些技术集成到机器和工厂架构中。

不久以前,机器制造商们别无选择。从第三方供应商那里购买的先进技术通常配备有专有控制系统。因此,多个孤立系统的复杂集成情况决定了机器的协调性。对于 OEM 而言,此方案增加了计算机器各个阶段生命周期的复杂性。

设计效率无从谈起,而且由于员工必须掌握多个系统的知识,因此客户支持也难以实现。由于通信滞后和同步受阻,绩效收益可能难以计算。庆幸的是,可编程安全控制器 (PAC) 的技术进步消除了这些障碍。

新 PAC 增强了处理器的速度和性能,这意味着机器制造商可以采用统一的方法进行机器控制。现在,运行其余机器的标准 PAC 均可以采用机器人技术、ICT 和自动切换系统等先进技术。

设计效率无从谈起,而且由于员工必须掌握多个系统的知识,因此客户支持也难以实现。由于通信滞后和同步受阻,绩效收益可能难以计算。庆幸的是,可编程安全控制器 (PAC) 的技术进步消除了这些障碍。新 PAC 增强了处理器的速度和性能,这意味着机器制造商可以采用统一的方法进行机器控制。现在,运行其余机器的标准 PAC 均可以采用机器人技术、ICT 和自动切换系统等先进技术。

单一系统解决方案

统一的机器控制使 OEM 能够更轻松地集成、控制和协调先进技术。还可为最终用户简化机器运行和维护,因为最终用户只需了解和支持一个系统即可。

在统一控制平台上构建的机器还可提供该机器生成的统一信息源,更便于 OEM 以有意义的方式传递信息。统一的机器控制可为可视化、报表和分析解决方案提供卓越的基础,有助于监控影响性能、效率和质量的关键因素。OEM 能够借此制造更智能的设备,从而更轻松地集成到设施中,还可访问相应信息,使最终用户能够更好地响应不断变化的市场需求。

包装 OEM 利用统一控制平台

AFA Systems 位于加拿大安大略省的多伦多郊外——布兰普顿,是全球领先的工程包装自动化系统提供商。该公司的产品组合涵盖机器人技术、装盒机、开箱机、装箱机和码垛机。

最近,一位中国客户与 AFA Systems 公司取得了联系,寻求为一种新型保健产品提供高速包装解决方案。该公司计划销售以 100 毫升的小瓶包装液体药剂,每盒装 50 瓶。此外,客户需要一个带穿孔的环绕式包装纸盒,封盖打开后,该纸盒便可用作消费者的托盒。包装规格还包括在每个纸盒中加入五包 10 根装的吸管。

“这种纸盒设计使客户能够满足两项营销方案。”AFA Systems 的销售和营销经理 Eric Langen 解释道,“该纸盒可以作为零售包装,用于销售单个产品,也可以让购买整箱产品的消费者将其用作储存装置。”

为了满足客户要求,AFA Systems 设计了一种新的机器组件,一种用于装瓶或小瓶生产线的重型间歇式自动装盒机。该机器基于一个单体框架,可在 30 平方英尺内完成所有的操作——大约是传统多机解决方案所需空间的一半。该机器每分钟包装 1200 瓶。

这个复杂系统包括六个 AFA Systems 机器人。在填充、压盖和贴标后,瓶子被放置在两侧,通过两个送料机进入机器。之后,通过袋式传送带将瓶子运送至两个龙门架机器人。龙门架机器人每次从袋式传送带上捡取 10 个瓶子,每个周期共 20 瓶。机器人将瓶子放置到一个可容纳 50 个瓶子的塑料托盘中。托盘装满后,第三个龙门架机器人将托盘推入纸盒,该纸盒已由另一个龙门机器人架起。纸盒向前移动至吸管包装站。

同时,一台分离传送带将为两个三角式机器人输送吸管。机器人捡起吸管包,把它们放置在一个分级板上,吸管沿板缘旋转并最终装入一排排瓶子之间的纸盒里。纸箱密封后,从机器中排送出来。

“这是一个极为复杂的应用。”Langen 说道,“然而,我们仅需使用一个控制平台进行所有机器操作,即可简化客户培训、操作和维护。不需要单独的机器人平台。”

该机器基于罗克韦尔自动化控制平台,该平台有两个 Allen-Bradley ControlLogix 处理器和 22 个 Allen-Bradley Kinetix 伺服驱动器。Allen-Bradley PowerFlex 525 变频器运行传送带。该系统集成在 EtherNet/IP 网络上,并由 Allen-Bradley PanelView 图形界面监控。

这种统一控制平台为该 OEM 交付的解决方案提供了以下优势:为多种应用提供通用框架,从而减少 50% 的空间占用;实现 1200 瓶/分钟的高运行速率;为包括机器人在内的所有应用提供通用控制平台,为维护提供便利。

机器人革命

曾几何时,机器人是科幻电影中才有的场景——是我们对未来的虚构想象。时至今日,机器人已成为我们日常生活的重要组成部分。随着产品 SKU 不断增加,制造设备必须更加灵活,更加快速地适应更多的产品变化。

机器制造商已然认识到机器人的优势和它的制造需求。未来充满希望。在集成机器人技术的帮助下,满足消费者对他们喜欢的包装消费品的风格、包装尺寸和组合装产品的多样性需求,似乎并不像以前那样艰难。

此外,借助工业物联网 (IIoT),机器人如今可以提供实时信息,以帮助制定业务决策。而云接入技术则可实现对机器人的远程监控和维护。供应商因此可以支持机器人即服务 (RaaS)
模型。

事实上,Global Data 最近发布了针对工业自动化领域的主题计分卡 (Thematic Scorecard) 调查,在机器人即服务 (RaaS) 主题中,IBM、罗克韦尔自动化和 Google 位居领先工业自动化公司之列。随着机器人技术的不断进步,RaaS 将通过监视关键组件的运行状况和缩短意外停机时间,来帮助企业提高生产率。

随着最终用户向互联企业转型,信息技术 (IT) 和运营技术 (OT) 系统正逐渐融合到同一网络架构中。

 

无论您是机器制造商还是最终用户,集成机器人都可提供前所未有的灵活性与敏捷性,这是您和您客户取得更大成功的关键因素。

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