I en artikelrække går vi helt tæt på udviklingen af en af verdens hidtil største applikationer baseret på transportsystemet XPlanar fra Beckhoff Automation. En dansk biotekvirksomhed har bestilt en fuldautomatisk pakkemaskine, som skal håndtere fremtidens mange forskellige pakkeformater og erstatte manuelle processer. I denne artikel møder vi DK AU2MATION, der fortæller om tankerne bag det ultrafleksible softwaredesign.
Hvordan griber man lige opgaven an, når man skal udvikle software til en maskine, som er tigerspring foran alt, hvad man hidtil har haft i hænderne? En ultrafleksibel pakkemaskine, der kan håndtere det samme antal pakkeformater, som det normalt ville kræve tre-fire separate pakkelinjer at håndtere?
Maskinbyggeren LSS Etikettering A/S har vundet opgaven med at bygge en af verdens hidtil største applikationer baseret på Beckhoffs ultrafleksible transportsystem XPlanar. Kunden er en dansk biotekvirksomhed, som fra projektstart i 2023 var med på idéen om at anvende XPlanar. Maskinen står klar i 2025.
LSS har inviteret DK AU2MATION med i projektet for at samarbejde med et automationshus, som har massiv erfaring med avancerede motionløsninger og et bredt kendskab Beckhoffs teknologier og softwareudviklingsmiljøer. DK AU2MATION har varetaget udviklingen at det avancerede transportsystem XPlanar og hertilhørende rutesystem.
Uendelig fleksibilitet stiller krav til både mekanik og softwaredesign
Kort fortalt skal pakkemaskinen transportere æsker i folie, karton eller andet materiale rundt mellem forskellige arbejdsstationer. Robotter lægger fx blisterpakker, sprøjter, penne eller hætteglas, samt en indlægsseddel ind i æsken fra siden eller ned i æsken fra oven. Maskinen har i alt 100 tiles, dvs. elektromagnetiske fliser, samt 25 movere, som med seksdimensionel frihed kan køre rundt i maskinen uafhængigt af hinanden. Den ekstreme fleksibilitet, som er indbygget i XPlanar, er netop fordelen - og til dels udfordringen - i den første designfase.
”Biotekvirksomheden kender ikke morgendagens kunde, for de kommer fra hele verden og har vidt forskellige behov. Nogle har mange små batches, og andre introducerer hele tiden nye formater. Maskinen skal kunne favne det hele, hvor hurtig omstilling og løbende tilpasning til markedet er af afgørende betydning. Her nytter det ikke at anvende traditionelle conveyersystemer eller kædetræk. Denne traditionelle tilgang og rigide maskinkonstruktion imødekommer hverken kundens ønsker eller fremtidige krav fra markedet,” siger Paul Robert Warming, direktør og partner i DK AU2MATION.
Softwarespecialister fra Beckhoff og DK AU2MATION indledte udviklingsarbejdet med en intern workshop, hvor de udvekslede erfaringer og best practices. De anvendte teknologier er relativt nye, og det er vigtigt i et komplekst udviklingsprojekt som dette, at opgaven gribes rigtigt an.
”Vi har lavet et design ud fra en meget åben, men også hierarkisk tankegang med tydelige horisontale abstraktionslag fra det meget hardwarenære til den overordnede ruteplanlægning og det samlede kørselsmønster, samt interface til den overordnede linecontroller. Det er en ekstremt moderne måde at designe softwarearkitekturen på. Det giver os en stor grad af udviklingsfrihed i hvert abstraktionslag i softwaren, men også en robusthed og stabilitet i forhold til fremtidige ønsker og ændringer,” siger Paul Robert Warming.
Opdeling i mindre bidder sikrer modularitet
DK AU2MATION har i forvejen stor erfaring med Beckhoffs transportsystem fra 2018, XTS, og mange af de samme principper går videre fra XTS til XPlanar. Alligevel rummer XPlanar endnu mere fleksibilitet og bevægelsesfrihed, fordi hver enkelt mover frit kan positioneres i tre retninger, samt rotere omkring alle seks akser. Denne fleksibilitet stiller store krav til softwaren bag systemet.
”I XPlanar-baserede maskiner flytter kompleksiteten op på applikationsniveau, fordi man nu kan erstatte avancerede mekaniske konstruktioner med software. For at imødekomme den ekstreme fleksibilitet i XPlanar giver det god mening at gøre brug af designprincippet SOLID, herunder bl.a. ’Single Responsibility Principle’, dvs. enkeltansvarsprincippet. Det betyder, at et modul skal være ansvarligt over for én, og kun én, aktør. Det gør det nemmere at ændre funktioner, når man opdeler dem i mindre bidder,” forklarer Tim Balzar, Automation Engineer i DK AU2MATION.
”Jeg syntes, det har været ekstremt positivt at få XPlanar-systemet i hænderne. Man mærker tydeligt, at det er et gennemarbejdet og modent produkt, ikke mindst softwarebibliotekerne. Kunsten som softwareintegrator består derfor i at designe og udvikle den samlede maskinstyring med særligt fokus på optimale kørselsmønstre og ruteplanlægning. Helt aktuelt leger vi med nogle strøtanker i forhold til mere automatisk rutekonfiguration, eventuelt ved hjælp af machine learning og kunstig intelligens,” siger Morten Zornow, Automation Engineer i DK AU2MATION.
DK AU2MATION har også haft stor glæde af den medfølgende konfigurator i TwinCAT-softwaren. Det er en viewer, der agerer som en digital tvilling af XPlanar-systemet.
”Det har næsten været plug’n play at få den digitale tvilling op at køre. Det hjælper os meget at kunne visualisere maskinen og softwarens funktionalitet, mens vi programmerer. I dette virtuelle miljø er det lynhurtigt at teste nye idéer og softwarefunktioner. Dermed er vi væsentligt bedre klædt på og forberedt til at teste på den fysiske hardware og den færdige maskine,” siger Morten Zornow.
Understøtter alle tænkelige kundekrav
DK AU2MATION har i samarbejde med LSS lagt stor vægt på designfasen, fordi maskinen skal udfordre traditionel tankegang og fra start kunne håndtere mange forskellige formater. Designfasen alene har taget ca. tre måneder.
”Vi har leveret et komplet og generisk softwareframework, der understøtter stort set alle tænkelige fremtidige XPlanar-konfigurationer og kundekrav. Der er ingen tvivl om, at markedet vil forvente endnu hurtigere omstilling og tilpasning fremover, og derfor kommer XPlanar helt til sin ret,” siger Paul Robert Warming.
Om DK AU2MATION
DK AU2MATION er en projekt- og konsulentforretning, der udvikler industrielle softwarebaserede automationsløsninger, samt digitale løsninger til bl.a. databehandling, optimering af workflows, samt digitale tvillinger.
Om LSS A/S
LSS Etikettering er en international virksomhed med kunder i hele verden. LSS konstruerer og fremstiller automationsløsninger, herunder specialmaskiner til den farmaceutiske industri.