構(gòu)建智能機(jī)電一體化生態(tài)系統(tǒng)，搭上“未來工廠”直通車
2021-11-18 來源：博世力士樂 作者：-
當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品、快速可用的產(chǎn)品變體和商品的長(zhǎng)期可用性的需求越來越高，這些都是未來工廠將面臨的挑戰(zhàn)。對(duì)于許多工業(yè)公司而言，未來制造業(yè)的發(fā)展道路似乎漫長(zhǎng)且不明朗。特別是傳統(tǒng)的生產(chǎn)公司仍存在疑問：數(shù)字化具體如何發(fā)揮作用？什么是合適的方法？以及如何快速調(diào)整典型的制造流程——如果可能的話，是否可以無需編程？關(guān)于這類問題，博世力士樂的答案是打造智能機(jī)電一體化生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了各個(gè)方面，從設(shè)計(jì)和選型、快速交付和調(diào)試到過程配置和監(jiān)測(cè)、通過報(bào)告或質(zhì)量信息提供服務(wù)支持。高度自動(dòng)化可以節(jié)省大量時(shí)間，并最終節(jié)省成本。
即使是已走上智能生產(chǎn)之路的公司也會(huì)意識(shí)到，在為裝配過程（如連接或壓裝）以及搬運(yùn)任務(wù)的子系統(tǒng)確定尺寸、配置和編程方面需要付出巨大努力。這些工作對(duì)外部專業(yè)人才的需求量很高，而且這類人才往往很難獲得。因此，理想的解決方案是模塊化預(yù)配置套件進(jìn)行巧妙組合，以減輕公司負(fù)擔(dān)——并且根據(jù)即插即用的原則，同樣可以在工廠自動(dòng)化中快速輕松地實(shí)施這類解決方案。
避免易錯(cuò)的孤立解決方案
有了現(xiàn)代機(jī)電一體化解決方案，公司更容易從整體上處理數(shù)字化問題。現(xiàn)代機(jī)電一體化解決方案有助于改變通常看似無窮無盡的必要單個(gè)步驟序列。另一方面，那些繼續(xù)將數(shù)字化視為“漸進(jìn)戰(zhàn)略”的公司則面臨著孤立解決方案的風(fēng)險(xiǎn)，這類解決方案容易出錯(cuò)，通常需要分散的專家知識(shí)。由于在工程中往往缺乏統(tǒng)一的技術(shù)基礎(chǔ)和共同的思路，最終會(huì)消耗大量的時(shí)間和成本。
一種由預(yù)選的機(jī)電一體化元件和智能功能組成的模塊化系統(tǒng)，只需通過瀏覽器點(diǎn)擊幾下即可完成組裝。此外，借助現(xiàn)代工程工具中的智能算法，在線選型和配置期間，將消除昂貴的時(shí)間支出以及可能的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和其他風(fēng)險(xiǎn)，可以消除工程冗余。
為未來工廠提供一流元件
這正是博世力士樂通過智能功能套件所采用的方法。借助協(xié)調(diào)的機(jī)電一體化元件“生態(tài)系統(tǒng)”，可快速實(shí)施產(chǎn)品和解決方案，在線選擇其標(biāo)準(zhǔn)化組件，并預(yù)先配置以備安裝。智能功能套件是正在根據(jù) Smart MechatroniX 解決方案平臺(tái)創(chuàng)建的新產(chǎn)品和解決方案的一部分。基于一流元件，該生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合了未來工廠的新機(jī)電一體化解決方案方法。
這些子系統(tǒng)由線性軸或電缸組成，并配有配套的電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)。智能功能套件的核心是預(yù)裝的直觀操作軟件，即使不具備任何先驗(yàn)知識(shí)，也可以立即操作該軟件。
所有智能功能套件在用戶活動(dòng)中為用戶提供了明顯的優(yōu)勢(shì)，例如輕松的產(chǎn)品選型或采用即插即用的調(diào)試方法。智能功能套件還能實(shí)現(xiàn)直觀的過程配置，無需編程，并具有開放式接口，即使在更高層級(jí)的系統(tǒng)和更大的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，也可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單集成。
圖 1：沖壓和接合用智能功能套件是博世力士樂 Smart MechatroniX 生態(tài)系統(tǒng)中首個(gè)可即時(shí)安裝的智能包解決方案。（圖片來源：Bosch Rexroth AG）
智能功能套件的優(yōu)點(diǎn)概述：
. 簡(jiǎn)單的產(chǎn)品選型：可以通過現(xiàn)代電子工具輕松選擇和配置預(yù)定義套件，大大節(jié)省時(shí)間和成本。
. 即插即用：預(yù)裝操作軟件具有調(diào)試向?qū)Ш妥詣?dòng)參數(shù)化功能，可確保快速調(diào)試和快速投資回報(bào)（ROI）。
. 零編程：直觀軟件用于簡(jiǎn)單和圖形化的過程配置，無需編程知識(shí)和外部專家，即可實(shí)現(xiàn)高效的自助服務(wù)。
. 開放式接口：通過開放式接口，將智能功能套件簡(jiǎn)單地集成到更高層級(jí)的系統(tǒng)中，使機(jī)電一體化生產(chǎn)線可以隨時(shí)擴(kuò)展并充分具備物聯(lián)網(wǎng)能力。
圖 2：博世力士樂在 Smart MechatroniX 生態(tài)系統(tǒng)中添加了搬運(yùn)任務(wù)用智能功能套件：這款帶有預(yù)裝操作軟件的即用型套件適用于各種搬運(yùn)應(yīng)用。（圖片來源：Bosch Rexroth AG）
快速設(shè)計(jì)和選型
通過 LinSelect 工程工具提供軟件支持，只需幾步即可快速設(shè)計(jì)出配套元件，然后通過在線配置器敲定配套元件。那些節(jié)省了大量工程時(shí)間的公司很快就會(huì)明白：通過優(yōu)化，釋放了可用于增值工作的資源，而不是重復(fù)設(shè)計(jì)、配置和編程。
由于用戶在一次交付中收到了所有預(yù)配置元件，因此子系統(tǒng)可以快速與生產(chǎn)環(huán)境集成。然后只需點(diǎn)擊幾下就可以投入運(yùn)行。預(yù)裝的操作軟件、直觀的程序和省時(shí)的自動(dòng)參數(shù)化共同創(chuàng)造了一系列優(yōu)勢(shì)，使智能功能套件對(duì)所有類型和規(guī)模的制造公司極具吸引力。整條生產(chǎn)線可以更快地升級(jí)，而且由于智能功能，附加值會(huì)不斷增加。
零編程以及與控制架構(gòu)快速集成
有了智能功能套件，可通過直觀前端來執(zhí)行應(yīng)用特定流程配置，無需任何編程。只需點(diǎn)擊幾下即可選擇各項(xiàng)功能，并通過拖放操作將各項(xiàng)功能按順序排列。由于用戶界面獨(dú)立于平臺(tái)在瀏覽器中運(yùn)行，因此，可以快速靈活地調(diào)試優(yōu)化后的系統(tǒng)，必要時(shí)進(jìn)行重新參數(shù)化，并通過 PC 或平板電腦進(jìn)行監(jiān)控。
另一優(yōu)點(diǎn)是，該子系統(tǒng)易于與更高層級(jí)的線路控制系統(tǒng)集成。為此，用戶只需選擇合適的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊。借助 ReST-API 編程接口和獨(dú)立于平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)OPC UA，智能工廠也最終能適應(yīng)更大的工業(yè) 4.0 環(huán)境，OPC UA 允許與更高級(jí)別的 IT 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不存在任何基礎(chǔ)設(shè)施障礙。
更靈活、更快進(jìn)入市場(chǎng)
除了沖壓和接合應(yīng)用所需的智能功能套件和搬運(yùn)任務(wù)所需的智能功能套件外，針對(duì)特殊應(yīng)用的其他解決方案也在開發(fā)中，例如用于點(diǎn)膠或投料過程的套件。智能功能組件將經(jīng)過驗(yàn)證的一流線性運(yùn)動(dòng)技術(shù)與全新突破性 ctrlX AUTOMATION平臺(tái)和直觀的用戶軟件相結(jié)合。機(jī)械元件與預(yù)選的驅(qū)動(dòng)元件組合，并精確匹配。
圖 3：多合一包裝：預(yù)裝多軸系統(tǒng)，包括電機(jī)、電纜和所有附加零件，以及適用的 ctrlX 伺服驅(qū)動(dòng)器（包括控制器）。（圖片來源：Bosch Rexroth AG）
圖 4：預(yù)裝軟件可用于各種終端設(shè)備，無需編程知識(shí)即可操作。（圖片來源：Bosch Rexroth AG）
預(yù)裝軟件提供自動(dòng)參數(shù)化、與更高層級(jí)的控制系統(tǒng)集成或簡(jiǎn)單的過程配置等基本功能。此外，該軟件還包括應(yīng)用特定功能，如沖壓智能功能套件中的沖壓和接合過程的質(zhì)量監(jiān)控。
這些模塊化的智能全能型設(shè)備幫助用戶實(shí)現(xiàn)了重要的運(yùn)行和戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)：舉例來說，智能全能型設(shè)備在基礎(chǔ)層推進(jìn)生產(chǎn)的數(shù)字化，以最佳方式應(yīng)對(duì)定制化生產(chǎn)或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型供應(yīng)鏈管理等趨勢(shì)。此外，智能全能型設(shè)備提供了更大的的靈活性和快速的投資回報(bào)率。
結(jié)論
在通往未來工廠的道路上，那些經(jīng)歷了大量孤立解決方案的公司正在意識(shí)到進(jìn)程變得比他們預(yù)期的更難。
具有典型機(jī)電一體化應(yīng)用的沖壓、接合或搬運(yùn)和定位任務(wù)的裝配線可使用單一來的智能模塊系統(tǒng)，從而快速、輕松地適應(yīng)工業(yè) 4.0 環(huán)境，無需編程。在生產(chǎn)中，越來越多地使用軟件支持型機(jī)電一體化生態(tài)系統(tǒng)，這大大節(jié)省了工程資源，提高了生產(chǎn)靈活性，最終加速了產(chǎn)品上市的時(shí)間。
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