装配解决方案 4.0：提高单件小批量化 生产的生产效率

• 关键词：XTS磁驱柔性输送系统,工业4.0,智能工厂
• 摘要：“Flexim Open Automation System”结合了模块化、灵活性、可重构性和连接性等特点，可满足小批量生产，乃至单件生产的需求。该系统由意大利新兴公司“Smart Factory”开发而成，它有一个基本设备模块构成，可以根据需要使用标准或客户专用的生产模块扩展，并能够灵活适应不同的应用需求。该解决方案的核心部分是采用倍福基于PC的自动化架构的XTS 磁驱柔性输送系统。

“Flexim Open Automation System”结合了模块化、灵活性、可重构性和连接性等特点，可满足小批量生产，乃至单件生产的需求。该系统由意大利新兴公司“Smart Factory”开发而成，它有一个基本设备模块构成，可以根据需要使用标准或客户专用的生产模块扩展，并能够灵活适应不同的应用需求。该解决方案的核心部分是采用倍福基于PC的自动化架构的XTS 磁驱柔性输送系统。

频繁更换新的包装设计以及个性化市场营销活动趋势都给公司带来诸多挑战：生产批量越来越小，而且必须快速、高效、频繁地进行生产变化。单单提供生产速度快的机器还不足以实现这些目标；还需要一个能够为重新配置提供集成连接性和最大灵活性的自动化系统。

位于意大利北部的Smart Factory以倍福为核心，着力开发具有突破性意义的解决方案来应对此挑战。这个解决方案被称为Flexim OpenAutomation System，它是一款充分体现工业4.0范式的自动化解决方案。该系统采用模块化设计，可以灵活生产针对不同市场的包装解决方案：机器底座最多可承载10个用于各种操作的模块，如压制、胶合、滚压、拧紧、切割、滚花、电磁成形、超声波焊接、印刷、质量控制等；任何工位都可以与基本模块连接来执行各种制造工艺。该系统重新配置起来也很简单：由于基于硬件和基于软件的配置实现了即插即用功能，操作员只需简单几步即可在机器底座上连接、切换和更换模块。除了标准系统模块之外，还可以集成该公司专门针对客户需求开发的加工工位，或者将Smart Factory使用的XTS 磁驱柔性输送系统集成到更大规模的生产线上。

XTS是一项关键的技术推动因素，可以最大限度地提高生产灵活性倍福的 XTS 磁驱柔性输送系统是 Flexim 解决方案的核心。可以将它连接到各种不同的加工模块上，以实现不同的装配或加工过程。“模块化方案具有诸多优点，最大的优点是可以缩短交货时间。”Smart Facto-ry 研发、设计部门负责人 Andrea Pozzi 解释道。“另一个优点是，我们的基本款机器只需要开发一次，将它连接到各个加工模块即可适应不同的应用。PC 平台灵活的控制架构是轻松配置和重新配置系统的基础。”

XTS 磁驱柔性输送系统由集成有功率电子元器件和位置反馈功能的模块化直线电机、无线缆连接的动子和机械导轨构成；因此它与 Flexim 解决方案的模块化方案完美匹配。“我们认为，XTS 是一项关键的技术推动因素。”Andrea Pozzi 表示。在传统的旋转式标度盘和分度系统中，所有加工工位都必须经过基本的机器周期，且整个系统必须与速度最慢的工位的周期时间同步，而 XTS 则完全相反，可以用它来精确确定每个工位中每个循环可以相互独立地加工多少个工件。也就是说，最慢的加工步骤将由两个工位简单地执行两次，而不会妨碍其它工位的运行。由于可以将每个动作命令分配给动子，因此所有加工步骤都可以单独控制并彼此独立。“例如，可以使用 XTS 非常轻松地组建工位。不需要进行任何机械操作，例如定位参考插头或分度。每个动子都高动态和高精度地到达编程好的位置。”Andrea Pozzi 补充道。

基于 PC 的集成式控制架构具有良好的开放性

倍福为 Flexim 项目提供完整的自动化平台，包括工业 PC C6930-0050、数字量和模拟量 I/O、安全和测量端子模块、AX5000 系列伺服驱动器和采用单电缆技术的 AM8000 系列伺服电机。“我们选择了使用XTS，这是一个十分重要的决定。”Andrea Pozzi 解释道。“倍福的开放式、模块化控制架构在硬件、软件和通信方面的各个层面都为我们提供了重要优势。”

“例如，使用 TwinCAT 3 后，我们就能够在 Microsoft Visual Studio® 环境中开发 C# 应用程序，我们对这个平台非常熟悉。”Andrea Pozzi 继续说道。“而且，EtherCAT 在通讯速度和灵活性方面也具有很大的优势。”例如，我们可以使用 EtherCAT 来控制磁力成型设备在操作循环中的同步性。该循环具有电流放电强度极大（约 100 kA）的特点，仅持续约 100 微秒。这样，可以生产造型可能非常复杂的瓶盖，比如化妆品包装中使用的看起来很有质感的瓶盖。

TwinCAT IoT 解决方案提高了系统可用性

Flexim 系统满足工业 4.0 所有典型的要求：它提供全面的连接性，并配备了创新的 HMI 解决方案，可与倍福多点触控控制面板配套使用，同时还支持所有分辨率、操作系统和设备，如智能手机和平板电脑。也可以根据各个具体的目的 — 如基于上下文信息的机器文档搜索、员工培训、故障排除及远程维护服务 — 集成微软的增强现实设备。

使用 TwinCAT 物联网产品，Flexim 系统可以通过标准的通信协议交换过程数据，并访问云服务供应商（如 Microsoft Azure™）提供的特殊数据和通信服务。从而可以方便地评估和分析与生产相关的信息，如数量、缺陷或机器停机时间以及包括温度、压力、消耗等在内的工艺参数。这样，可以进行详细的统计分析，并且可以制定预测性维护指导书，以便通过根据工艺分配操作变量的方式提高系统可用性。

倍福的模块化 XTS 磁驱柔性输送系统和基于 PC 的自动化架构不仅可以提高动态性和精度，还为 Flexim Open Automation System 提供了所需的模块化性和灵活性。“由于能够使用集成开发环境，TwinCAT 3 让我们能够对各个设计阶段进行优化，并取得优异的成绩。最后，倍福意大利分公司提供的高效、持续的技术支持也让我们受益匪浅。”Andrea Pozzi 如此说道。