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从畅想到落地 柔性制造正当时

作者:www.cechina.cn2018.08.31阅读 8339

  未来的制造业会是什么样的?这或许还没有统一的答案。不过,有一点已经得到越来越多的人的认同,那就是基于柔性制造技术的个性化大规模定制。
  个性化定制实现起来其实并不难,而难点在于大规模定制,需要以类似标准化和大规模生产的成本和时间,为客户提供特定需求的产品和服务。这就需要生产制造系统的高度柔性,能够满足不同规格不同批次的产品生产。所以柔性制造成为了关键,甚至柔性生产将是制造业未来的核心竞争力。
  其实,柔性制造并不是一个新词,在几十年前就已经提出并在全球制造业中受到重视。然而,几十年过去了,柔性制造并没有在制造业中得到广泛应用,这是什么原因呢?为何几十年前的概念在今天却成为了热点?未来柔性制造是否将突破应用瓶颈呢?带着这些问题,CONTROLENGINEERING China专门采访了贝加莱大中华区总裁肖维荣博士,请他来对柔性制造做一个深入的探讨。

贝加莱大中华区总裁肖维荣博士

  柔性制造的基础:机、电、软一体化
  无论是工业4.0,还是智能制造,都源自个性化生产以及协同制造提升效率的需求,这为传统制造业模式带来了巨大的挑战。尽管在1967年,柔性制造系统就已经提出,但今天,个性化定制的强大需求使得柔性制造比以往任何时候都更为迫切和重要。
  肖博士认为,“柔性”是相对于传统大批量生产。而当前产品的换代速度加快,产品研发与制造的关联技术更加复杂,以及高度客制化的产品需求,使得传统生产线必须对其结构进行大调整,重新配置系统内各要素,其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。
  “要想实现大规模定制,需要由软件驱动的自动换型,实现任意批量的高效生产;需要高度柔性和自适应的机械工艺;需要生产过程的规范化,算法根据产品规格自动生成。”肖博士说道,柔性制造并不是要脱离原先的自动化,而是要在原先机电一体化的基础上更多地强调软件的作用,在制造和运营中引入智能的算法、逻辑和判断,形成“机-电-软一体化”为基础的高度自动化批量生产。
  突破瓶颈,柔性制造正走向落地
  高度柔性的制造系统,想生产什么样的产品就生产什么样的产品,而且成本还和批量生产的几乎一样,然而这样的柔性系统都只停留在以往对未来制造的畅想之中。
  可在肖博士看来,这些美好的畅想正在走向落地。“柔性制造并非是一项技术或产品,而是一个制造思想www.cechina.cn,它必然是一个发展过程www.cechina.cn,过去没有落地好那是它尚未完全成熟。但是,通信技术使得信息交互变得容易,而部署计算存储资源也较之过去更低的成本,建模仿真等软件技术也更为成熟,市场对于个性化产品的需求也在不断增长,柔性制造需要的各种条件已经具备。”
  肖博士表示,今天,更为柔性的制造得以以更为经济的方式来实现,是基于全局的优化,系统可以为制造单元发布新的命令。但是,在过去,你会发现机械是柔性制造推进的最大瓶颈,因为机械并非像你想象的那样容易变更。而现在,以贝加莱为代表的一些欧美高端自动化厂商纷纷推出了柔性电驱输送系统,突破了机械柔性这一瓶颈,这代表着柔性制造在走向“落地”——解决“柔性”如何在执行层得到实现。
  在2016年,贝加莱就推出了柔性电驱输送系统SuperTrak,这一新型工业输送技术采用在同一直线导轨上,多个永磁体的动子根据生产组装工艺需求进行位置、速度、间距等的调整,使得传统机械工艺切换的人工调校由软件自动化配置实现,并且可以集成第三方机器人系统、CNC系统、视觉系统等,可以让生产的组织方式发生巨大的变革,机械更为简化的设计,但又能实现快速的产线调整,为3C制造、食品与药品包装、饮料灌装等行业的大规模定制提供了产线的机械柔性。

柔性电驱输送系统SuperTrak
  在2017年,贝加莱又推出了更为高级的具有高速转向器的柔性输送系统ACOSPOStrak,它将大批量生产的经济性延伸至批量为1生产www.cechina.cn,部件和产品在独立控制的穿梭车上控制工程网版权所有,从一个加工工位快速灵活地输送至下一个加工工位,可以实现汇流、分流等任意的组合,让柔性得以充分体现,实现了智能化、柔性化输送系统的代际飞跃。

柔性输送系统ACOSPOStrak
  软件智能实现机器的柔性
  柔性制造系统离不开生产线的柔性和机器设备的柔性,生产线的柔性可以利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品或者同样的产品,换用不同工序加工,而机器的柔性是指当要求生产一系列不同类型的产品时控制工程网版权所有,机器将随产品变化而加工不同零件。
  对于产线的柔性,贝加莱有SuperTrak、ACOSPOStrak这些柔性输送系统,而对于机器的柔性,贝加莱也已有现存的解决方案——软件智能。
  “软件智能意味着机器可以应对更多的变化,因为机器在一个生产场景中面临订单变化时,可以据此指令进行自动的参数调校,快速响应变化。”肖博士表示,面向未来的机器能够生产各种各样的产品,而且无需经过广泛的机械转换工作,这只有通过以软件形式增加功能性的比重来实现。此外,与以往每台机器或每个系列都拥有各自的软件项目不同,现在单个软件项目就可以根据任意一台机器的要求进行调整。
  无论是包装、塑料、印刷工业都可以看到,软件是智能化和柔性制造的关键,例如:在注塑机里,为了适应各种需求,通过模块化软件设计,可以为不同的机型如油压注塑机、电液混合型、全电动、立式注塑机配置了不同的软件,仅通过参数设置即可适应不同的注塑生产,而包装后道的裁切仅通过参数设置即可让电子凸轮裁切进行匹配生产,硬件系统往往是通用的,而差异来自于不同行业的工业Know-How软件的差异。
  在机器开发方面,贝加莱在其基础开发平台Automation Studio上集成了大量的应用模块,如:控制、驱动、HMI、安全功能、仿真、调试等,并在2016年发布了软件复用与构件技术的mapp模块化软件块,mapp将机器开发中的共性工作集成于一体,不同行业的机械制造商在设备的开发过程中,均可以直接采用mapp工具中的基础功能库,再利用各种行业应用模块,大大提高了机器的开发效率。

  “集约化利用软件使得机器在柔性化方面有了巨大提升,”肖博士说道,贝加莱对机器的共性软件模块进行了组织和重构,并以基础模块、行业模块、机电一体化对象为基本构成单元,以积木搭建方式来构建机器应用软件系统,其效率可以较之以往提升67%,真正实现“自动化的自动化”。
  另外,为应对柔性制造中的建模仿真能力,贝加莱的Automation Studio平台与MATLAB/Simulink、MapSIM这些建模仿真软件无缝集成,可以直接编译运行这些软件生成的代码,并直接实现下载到PLC运行,从而实现Digital Twin的协同仿真。
  “虽然柔性制造在以往都还只是畅想,但是机电软一体化技术的持续发展正在引发适用于大规模定制的新一代生产技术,现在往前看,柔性制造正当时。”肖博士最后总结道。 
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