EtherCAT 和 XTS 在用于清潔生產(chǎn)的模塊化裝配平臺(tái)中的應(yīng)用

最初專為生命科學(xué)衛(wèi)生裝備制造領(lǐng)域打造的 FlexChassis? 平臺(tái)憑借其出色的性能，在其他眾多行業(yè)中亦展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力， 包括食品飲料、半導(dǎo)體、汽車、電池和電動(dòng)汽車、電子商務(wù)等行業(yè)領(lǐng)域。JR Automation 的專家們一致認(rèn)為，在這些行業(yè)中，通過倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的自動(dòng)化解決方案是提升生產(chǎn)效率與靈活性的關(guān)鍵所在。

JR Automation? 是日立集團(tuán)旗下的一家總部位于密歇根州荷蘭市的公司，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)能力。他們從創(chuàng)立之初的小型設(shè)備制造商和系統(tǒng)集成商，到如今發(fā)展成為擁有 2000 多名員工的大型企業(yè)，為多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的客戶量身打造定制自動(dòng)化解決方案。“我們致力于成為優(yōu)秀的自動(dòng)化系統(tǒng)管家專家。這意味著我們需要幫助客戶明確他們的目標(biāo)，并提供最優(yōu)化的技術(shù)解決方案，助力他們邁向成功之路。”JR Automation 銷售總監(jiān) Shawn Smith 說道。“我們達(dá)成這一目標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵途徑，便是依托我們的可擴(kuò)展模塊化自動(dòng)化平臺(tái) FlexChassis，它不僅能夠幫助客戶加快產(chǎn)品上市時(shí)間，而且還能夠有效降低生產(chǎn)成本。”

借助 XTS 智能輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活的物料搬運(yùn)，F(xiàn)lexChassis? 能夠幫助客戶專注于其核心競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)需再為重新設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)而分心。

近年來(lái)，設(shè)備制造商們面臨著一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著重點(diǎn)項(xiàng)目壓力的不斷增大，JR Automation 敏銳地察覺到，頻繁的工程再設(shè)計(jì)會(huì)拖慢項(xiàng)目進(jìn)度。因?yàn)檫@需要重新設(shè)計(jì)設(shè)備的底座和物料搬運(yùn)系統(tǒng)，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的最終用戶無(wú)法將精力集中在優(yōu)化自身的工藝和產(chǎn)品上。

而 FlexChassis 平臺(tái)讓制造商能夠從小規(guī)模的產(chǎn)品測(cè)試或概念驗(yàn)證工作系統(tǒng)著手，逐步推進(jìn)。然后，他們可以利用內(nèi)置的 OEE（整體設(shè)備效率）監(jiān)控和質(zhì)量控制功能，迅速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)高效批量生產(chǎn)。展望未來(lái)，他們對(duì)自己提升產(chǎn)能、定制流程以及重新裝備的能力充滿信心。

靈活的模塊化設(shè)計(jì)精準(zhǔn)契合客戶需求

FlexChassis 平臺(tái)配備的標(biāo)準(zhǔn)模塊寬 1.5 米，高 2.44 米，支持各種機(jī)器人及其它易于集成的設(shè)備，靈活滿足不同的應(yīng)用需求。然而，JR Automation 的工程師們深知靈活性對(duì)于現(xiàn)代制造的重要性，不希望缺乏靈活性的物料搬運(yùn)環(huán)節(jié)成為模塊化設(shè)計(jì)的阻礙，因此他們采用了能夠靈活應(yīng)對(duì)各種變化的自適應(yīng)線性輸送技術(shù)。因此，他們選擇了 XTS 智能輸送系統(tǒng)，因?yàn)?JR Automation 是倍福的系統(tǒng)集成商之一，他們對(duì)倍福技術(shù)了如指掌。“我們之所以選擇 XTS 系統(tǒng)，正是看中了其卓越的速度性能以及高度模塊化的設(shè)計(jì)特性，從而能夠輕松應(yīng)對(duì)多樣化的配置需求。”JR Automation 生命科學(xué)部的首席工程師 Mick Trompen 表示道。

XTS 由集成有功率電子元器件的 模塊化直線電機(jī)、無(wú)線纜連接的動(dòng)子和機(jī)械導(dǎo)軌構(gòu)成，所有這些組件都具有多樣化的幾何形狀，可以為用戶提供幾乎無(wú)限的路徑和軌道長(zhǎng)度選擇，與各種模塊化裝配平臺(tái)完美匹配。這些動(dòng)子動(dòng)子可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，也可以分組運(yùn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)物料流的個(gè)性化設(shè)置。具體而言，它們能夠高效執(zhí)行多個(gè)處理步驟，即便面對(duì)處理速度較慢的工站也能從容應(yīng)對(duì)，對(duì)不良品可以靈活跳過工站。此外，基于軟件的切換功能節(jié)省了規(guī)格修改時(shí)間，還極大地減輕了機(jī)械轉(zhuǎn)換過程中所需的工作量。最終不僅實(shí)現(xiàn)了極為靈活的工作流程，還提升了系統(tǒng)吞吐量。

項(xiàng)目專家（左起）：Angela Farina（倍福區(qū)域銷售工程師）、Shawn Smith（JR Automation 公司銷售總監(jiān)）和 Graeme Peek（倍福應(yīng)用工程師）。

“XTS 電機(jī)模塊的簡(jiǎn)單配置和軌道布局與我們的理念非常契合。”JR Automation 公司高級(jí)控制工程師 David Shiles 解釋道。“我們正將步驟更多、更復(fù)雜的裝配流程吞吐率提升到了前所未有的水平。”空間的高效利用也是獲得團(tuán)隊(duì)青睞的一個(gè)重要因素。XTS 系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，徹底摒棄了諸如皮帶、鏈條及傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)分度臺(tái)等過時(shí)的機(jī)械部件，可將設(shè)備占地面積縮減約 50%。

強(qiáng)大的控制和通信功能

XTS 以其出色的靈活性，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品輸送的多樣化與高效性，而 FlexChassis 則融合了多種先進(jìn)技術(shù)，打造出一個(gè)具有高可擴(kuò)展性的解決方案。JR Automation 認(rèn)為，該解決方案能實(shí)現(xiàn)包括超聲波焊接、快速裝配和涂膠、試劑灌裝/密封、藥物輸送和貼標(biāo)以及裝飾在內(nèi)的多道工序。如此多樣化的機(jī)器人、末端執(zhí)行器、工具及傳感器，要求通過各種工業(yè)協(xié)議進(jìn)行高速通信，以進(jìn)一步優(yōu)化并縮短周期時(shí)間。EtherCAT 所提供的實(shí)時(shí)通信功能全面滿足了速度和靈活性方面的嚴(yán)苛要求，David Shiles 解釋道：“從性能角度出發(fā)，EtherCAT 無(wú)疑是我的首選。”EtherCAT 的開放性對(duì)于融入并適應(yīng)多樣化的客戶環(huán)境也至關(guān)重要。倍福組件支持 30 多種常用的通信協(xié)議。

高速 EtherCAT 通信不僅是 XTS 系統(tǒng)運(yùn)行的基石，更是確保與機(jī)器人及各類工具間實(shí)現(xiàn)高速協(xié)調(diào)的核心要素。在這方面，倍福的 CX2072 嵌入式控制器憑借其搭載的多核 Intel? Xeon? 處理器提供了足夠的計(jì)算能力。“除了為 PLC、伺服控制和機(jī)器視覺分配內(nèi)核外，這是唯一能在 250 μs 內(nèi)完成 XTS 數(shù)據(jù)處理所需掃描時(shí)間的高效方法。”Shiles 說道。

工程師們運(yùn)用 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件對(duì)各種功能進(jìn)行編程。此端到端的開發(fā)與 Runtime 平臺(tái)不僅支持多種編程標(biāo)準(zhǔn)，還能夠?qū)崿F(xiàn)倍福工業(yè) PC 與第三方 PLC 之間的透明通信，便于未來(lái)擴(kuò)展。TwinCAT 中的代碼易于移植，也顯著加快了迭代速度。

XTS 動(dòng)子既可同步運(yùn)行，也可異步運(yùn)行，因此非常適合用于并行加工多個(gè)工件，例如圖中展示的四工位應(yīng)用場(chǎng)景所示。

高動(dòng)態(tài)自動(dòng)化平臺(tái)成效卓著

FlexChassis 可以幫助客戶縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，實(shí)現(xiàn)每分鐘超過 45 件的高吞吐量，同時(shí)滿足對(duì)低占地面積的要求。其潔凈生產(chǎn)能力包括 HEPA 過濾器（空氣過濾器）、支持各種潔凈室等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及專為衛(wèi)生應(yīng)用設(shè)計(jì)的不銹鋼結(jié)構(gòu)。基于 PC 的控制技術(shù)還支持直觀的圖形用戶界面，方便用戶訪問所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)。“物聯(lián)網(wǎng)與跟蹤技術(shù)是 FlexChassis 系統(tǒng)的兩大核心功能，為停機(jī)時(shí)間管理、質(zhì)量控制和設(shè)備綜合效率（OEE）的優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的支持。”JR Automation 數(shù)字化解決方案部門首席工程師 David Vitale 解釋道。“我們利用本地倍福嵌入式控制器并通過我們的 MES 系統(tǒng)收集系統(tǒng)中的性能數(shù)據(jù)。目前，這些數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，但也可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求托管在云端或其它指定地點(diǎn)。”

TwinCAT 加速了 JR Automation 工程師對(duì)首個(gè) FlexChassis 系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)程，并將其作為客戶會(huì)談時(shí)和展會(huì)上的高效演示平臺(tái)。XTS 平臺(tái)憑借其直觀的配置工具簡(jiǎn)化了設(shè)置流程，同時(shí)提供了一系列功能強(qiáng)大的診斷工具和可視化工具，它們無(wú)論是在仿真環(huán)境中還是在真實(shí)硬件中表現(xiàn)都很出色，極大地加速了開發(fā)進(jìn)程。應(yīng)用工程師 Chris Moritz 認(rèn)為，免費(fèi)的 TwinCAT 開發(fā)環(huán)境是另一大優(yōu)勢(shì)。“倍福對(duì) TwinCAT 開發(fā)工作授權(quán)的處理方式令人贊嘆。”他說道。“我最早著手編寫 XTS 軟件是在 2020 年，那時(shí)正值新冠疫情肆虐，所有人不得不居家辦公。由于我能夠在不購(gòu)買硬件或軟件的情況下對(duì)設(shè)備的主要部分進(jìn)行仿真，因此一旦組件順利送達(dá)，設(shè)備就能夠立即投入使用，幾乎無(wú)需調(diào)試。”

“JR Automation 和倍福都成立于 1980 年。這些年來(lái)，我們攜手并進(jìn)，共同開發(fā)出一系列精準(zhǔn)滿足客戶需求的尖端技術(shù)。”Shawn Smith 總結(jié)道，“能與倍福這樣的杰出伙伴并肩同行真是一件幸事。我們對(duì)未來(lái)充滿信心，并熱切期待能夠與倍福攜手，共同突破自動(dòng)化的極限。