柔性自动化生产解决方案一览

寂静回声

阿博格首次展出了张力带制造单元，它可根据客户的独特需求对端件的长度、颜色和种类等特性进行定制。“通过这个交钥匙系统，我们证明了包覆成型嵌件可以经济有效地按需批量生产。”阿博格公司技术总监Heinz Gaub说道，“这一实例说明客户的愿望能够在线集成到现有的注塑工艺中。在工业实践中，它可用于汽车行业的电缆组装等方面。”
批量定制生产
在展会现场，观众可选择三列40、60和80厘米长的张力带以及由钩和孔眼组成的三种可能的端件组合，并直接在终端输入所需的型号。订单通过OPC UA通信协议直接传输到Selogica机器控制系统。随后，凭借周密的产品和模具设计以及一些完全无需更换的工业4.0模块，基于阿博格375 V立式注塑机的系统生成所需的形状（图1）。

自动化项目的复杂性正在不断增加，因此通常需要集成多个不同类型的机器人（来源：恩格尔）
首先，将整卷张力带切割成所选的长度。在进一步加工之前，将尾端通过等离子体技术进行拼接。柔性嵌件由KUKA六轴机器人装卸并紧凑地排列在机器占地区域内，随后从后方伸入模具。

图1. 按需批量生产的工业4.0交钥匙系统可根据客户的要求生产不同的弹性张力带（来源：阿博格，Hanser/Y. Schwab）
四腔模具有两个型腔，分别用于钩和孔眼。将电缆端部按顺序放入型腔，然后在两端打上销钉来固定塑料（PP-GF30）。在包覆成型插入张力带期间，这一周期使用的两个型腔通过热流道喷嘴来驱动。在周期结束时（大约40秒后），机器人将取下成品张力带并将其从系统中弹出。
用于优化机器人周期和排除故障的应用程序
机器之间的通信和接口是重中之重。“我们一直在谈论工业4.0和未来工厂。”Sepro集团首席执行官Jean-Michel Renaudeau说，“但是，我们认为系统之间的连接只是更大挑战的第一步。对于Sepro而言，工业4.0意味着人、机器和公司必须以重要的方式进行联网才能发挥其全部潜力。”Renaudeau将这一理念称之为“Open 4.0”并将其牢牢地植根于自己的公司。

图2. 通过应用程序微调机器人和机器周期能够充分利用生产力储备（来源：Sepro）
在展会上，Sepro展出了两个用于机器人连接和控制的应用程序。第一个应用程序OptiCycle可帮助用户微调机器人和机器周期，从而充分利用生产力储备（图2）。制造商表示，现有机器人程序的周期时间通常可缩短40%，注塑周期可缩短5%左右。第二个应用程序Live Support可为Sepro客户提供精确的实时机器人数据，从而能够在线排除故障并最大限度地缩短停机时间。这两个新应用程序均是“Open 4.0”的一部分，该长期计划是Sepro专为最新的机器人和控制系统打造的一个开放、透明的通用平台。
在硬件方面，这家法国制造商展示了其与Yaskawa-Motoman合作开发的三个6X Visual系列新型六轴Universal关节机器人。他们专为200-5000kN锁模力的注塑机设计，采用Visual 3控制系统进行编程和集成。此外，还使用了两台与史陶比尔合作的多关节机器人。
人机交互的效能潜力
制造商认为，目前高度集成的制造工艺对复杂的自动化单元的需求日益增加。奥地利恩格尔公司的自动化和辅助设备部门主管Walter Aumayr表示：“在目前的一个项目中，我们集成了九种不同类型的机器人。”这家系统供应商在Fakuma展会上首次展示了其集成版本的e-pic机器人。在整体解决方案中，CC300注塑机控制单元是整个制造单元的中央控制面板。这也意味着统一的部件数据和报警管理。此外，统一的操作逻辑还简化了机器人和整个制造单元的调试、编程和控制。
恩格尔e-pic小型机器人拥有两款机型——用作拾放的线性机器人（e-pic Z）和伺服浇口拾取器（e-pic B）。e-pic系列的特殊之处在于，它使用轻巧的旋转臂代替了传统的x轴。这些创新的运动特性增强了动态性能和能源效率，降低了维护成本，同时节省了注塑机的安装空间。在定模和动模方向上移动时，旋转臂所需的空间比线性轴少，它还可以围绕障碍物（如：模具配件）快速轻松地运行。因此，操作e-pic机器人并不比线性机器人复杂。控制单元可将旋转运动转变成直线运动。
恩格尔为e-pic机器人提供了效率控制。这些机器人可通过软件将运动速度与注塑成型工艺周期相匹配，从而降低能耗，并延长机械部件的使用寿命。恩格尔表示，该软件在viper线性机器人上已保持了多年的良好记录。这款机器人也在Fakuma展会上首次亮相，最新的viper 20 speed机器人的取件时间明显低于1秒，增强的伺服电动驱动技术和减重的机器人轴为性能提升作出了贡献。该机型主要用于医疗和包装行业，这种顶入式机器人（top-entry robot）为该领域提供了极高的灵活性。
以自动化为标准
Dr. Boy的管理合伙人Alfred Schiffer指出，客户对价格诱人的多功能自动化解决方案的兴趣日益增加。“零件的个性化和批量规模的缩小更加凸显多功能注塑机的重要性。可以说，经济有效性使自动化成为了标准。我认为这是实现工业4.0的一个重要过程。”Alfred Schiffer说道。

图3. Igus公司生产的四轴机器人是一种适用于多种任务的经济有效的装卸解决方案（来源：Hanser/ C. Doriat）
SME现场演示了Igus四轴机器人在Boy 35 VV上的应用（图3）。Schiffer说：“这个紧凑的机型比许多竞争对手的装卸设备还要便宜，但却可用于各种各样的任务。”在展会现场应用中，装在机后工作台上的机器人用3D打印的抓手将最新制成的硅胶烘焙型工具从敞开的模具中取出并将其放在传送带上进行冷却。
Dr. Boy最近还为其销售计划推出了其自主开发的带三个伺服电机线性轴的装卸单元。LR 5线性机器人有多种尺寸可供选择，它由该公司自行研发并在多个展品上出现。该装卸系统的Procan LR 5控制系统通过Euromap接口与注塑机的控制系统协同作业。
用于小型部件的IML系统
Beck Automation公司开发了一种用于具有EVOH香气保护阻隔层的PP顶级咖啡胶囊的IML装饰高度动态系统（图4）。“这种小包装的挑战在于插入的精度。我们指的是极小的标签、超轻的部件和极高的生产水平。”Beck Automation公司的市场经理Nino Zehnder解释道。

图4. 对于咖啡胶囊的IML装饰而言，小标签在高速生产时的插入精度至关重要（来源：Beck Automation）
共注塑成型咖啡胶囊的重量为1.35克。展品是一个四腔系统，它由瑞士机器制造商耐驰特和模具制造商Fostag合作完成。Zehnder表示，他们也能实现更多型腔。Beck Automation公司还投入使用了32+32腔的叠模。利用伺服全电驱动注塑机Elion的高注射重量精度、快速合模运动以及完美匹配IML单元的重现性，周期时间有望小于5秒。此外，该系统还有一个来自IMDvista的质量保证模块可用于测试阻隔层。
小型机器人自行控制真空
克劳斯玛菲表示，新型LRX小型机器人的真空监测功能使取件更加高效节能。数字化真空监测具有三个功能：节气、检漏和吹除。克劳斯玛菲自动化有限公司总经理Thomas Marufke解释道：“利用这一节气功能，自动化系统仅产生当前周期所需的真空。”总之，它可节省高达95%的压缩空气需求量。一旦达到预设限制，控制系统将关闭真空发生器。如果真空度在停留期间下降，设定值将通过短脉冲恢复。
泄漏检测会记录自动启停功能的不规则情况并立即上传至MC6控制系统。控制系统将在早期发出真空回路泄漏或吸盘缺陷的信号。Marufke说：“真空监测系统是一个附加的预警系统，可用于系统的预测性维护。”吹除功能通过选择性吹除来控制小型部件在传送带上的放置，从而提高生产周期的效率，并优化自动化工艺。
克劳斯玛菲推出的新款LRX 50、LRX 100和LRX 150机器人采用渐进式设计，包含分离式开关柜概念和独立式X轴。它们为改装传感器和扩展媒介线路提供了高度的灵活性。此外，齿条传动取代齿形带为所有轴的快速运动提供了高精度。
单轴串联机器人
经济高效的生产设计通常需要在注塑机外部进行其他操作，例如：部件的组装、测试和包装。对于这些应用来说，机器人运动可能成为达到理想周期时间的障碍。为了解决这一问题，Wemo提出了串联的概念。它包含同一基本轴（Z轴）上共享必要工艺步骤的两个机器人（图5）。与其他解决方案相比，例如：在生产单元中安装机器人，该方案为有限的生产区域节省了宝贵的空间。

图5. Wemo串联概念包含两个在同一线性轴上的机器人（来源：Wemo Automation）
利用Wemo概念（WIAP 4.0），这家瑞典自动化公司通过内部WLAN连接或3G/4G网络连接，将软件模块轻松连接到机器人或注塑机上，从而读取当前的可用性状态、成品工件的数量或已发生的中断事件等。其目的是通过持续监控和直接控制生产来提高用户的竞争力。在Fakuma展会上，所有Wemo机器人都连接到手机和平板电脑上进行演示。
含57个嵌件的气密性混合部件
除了机器人，展会上还有一些令人印象深刻的展品。它们的制造过程在没有自动化的情况下通常难以想象。作为技术部件、半成品和增强塑料产品的制造公司之一，Huonker GmbH展出了一个塑料和金属混合部件——57个嵌件镶嵌在带标准螺纹的黑色塑料外壳上（图6）。

图6. 在包覆成型之前，57个金属触点被精确地放置在模具中（来源：Huonker）
制造过程中的挑战是含三种形状并且作为需要单个摆放的57个嵌件必须正确地放置在注塑模具中。因此，三个拾放单元均配备自动化模板，每个触点的周期时间小于1秒。然后，预先配备的模板有序地将57个触点传送给机器人，机器人则配备线性装卸单元。在将金属触点一次性插入模具之前，后者通过传感器面向模具精确地定向。嵌件的正确定位用摄像头监测。
在项目开始时，第一批部件通过半自动加工手动装配完成。项目经理Dirk Wehrle解释道：“通过多级自动化，我们可以灵活地调整生产速度来满足越来越多的客户需求。”甚至，还能满足更高的要求。例如：混合部件的气密性可达58bar，因此可用于防爆区域的电动旋转驱动装置。