採用XTS系統 的汽車裝配線顯著減少設備占地面積
如何設計一條全新的裝配線，並繼續將其占地面積再減少四分之一？又如何在日後進一步提高這條高度整合生產線的效率？加拿大自動化專家 Eclipse 從倍福的 XTS 磁懸浮輸送系統中找到解答。第二次現代化改造後，大幅減少裝配線的占地面積，並且能夠同時生產兩種不同類型的泵。
總部位於安大略省劍橋市的 Eclipse Automation 公司成立於 2001 年，專門提供客製的自動化系統服務，公司業績飛速成長。「除了汽車及交通運輸業之外，我們的業務範圍包括生命科學、消費品甚至核能等市場。」Eclipse 公司總經理 Jeff Werner 說道。公司不斷研究領先的解決方案，助力客戶取得成功，成為產業的顛覆者和領導者。「我們對人工智慧、遠端培訓、用於維護系統的VR技術等各種新興技術以及所有能夠提升精度和靈活性的元件進行測試。」Werner 說道，「經過大量測試和分析後，我們發現了XTS磁懸浮輸送系統，這是一項對我們來說特別重要的技術。」
最近，Eclipse 成功升級一套系統，該客戶使用倍福的 XTS 磁懸浮輸送系統組裝汽車變速泵。客戶曾要求用第一套系統來取代幾台舊設備。當時，這些設備無法達到這種大批量製造產品所需的產能和品質標準，Eclipse 的軟體設計主管 Matthew Kelly 說道：「以前的設備使用的是旋轉分度工作台及類似的部件。每個工作站僅負責一個程序，只要有一個工作站出現故障，就會影響整條生產線。」
Eclipse 提供的客製解決方案不僅要提升生產線性能，還要儘量減少設備占地面積。「工廠空間非常重要，但客戶的裝配和加工設備整合程度非常高。當我們提議使用這套系統時，客戶表示他們喜歡這個方案，但需要把系統的體積占地面積減少25%。我們當時不知道這是否可行。」Jeff Werner 說道。為了解決這些難題，Eclipse 公司選擇與倍福加拿大團隊密切合作，團隊包括區域業務經理 Dean Herron 和應用專家 Andy Burleigh。
經現場驗證的初始機器設計
採用 XTS 系統的裝配線具有四個獨立的單元，共有 50 多個工作站，用於壓合、焊接、擰緊螺絲、用 LVDT 位移感測器檢測平面度、點膠、電漿處理、洩漏檢測等。很多工作站需要與機器人精確同步。在前三個設備單元中，操作人員將泵放在與 XTS 動子連接的托盤上。第一個單元中的 XTS 系統長 12 米，有 18 個動子；第二個單元中的 XTS 系統長 6 米，有 12 個動子；第三個單元中的 XTS 系統長 10 米，有 18 個動子。經過仔細計算的托盤間距實現了微米級的定位。當所有裝配過程完成後，操作人員將泵移到下一個單元。第三個單元上的小型輸送機將泵移到第四個單元，在那裡，機器人在兩個 GigE 相機前舉起完成裝配的泵，進行最後的視覺檢查，然後將泵放在輸送帶上送出。
「XTS 系統能夠高速、高精度地將產品從一個工作站轉移到另一個工作站，如果加工過程中出現問題，我們可以直接將工件移到其它工作站，並簡單地將有問題的工件移走即可。」Matthew Kelly 解釋道，「我們將多個加工程序整合到一個工作站，這樣可以幫助我們進一步減少占地面積。加上所有的製程和工具，這是我見過的最精簡的自動化系統。」
對提高生產效率提出新要求
第一台 Eclipse 裝配設備超出期待，至今仍在使用。2019 年 12 月，這家汽車供應商要購買第二台設備，並提出新的挑戰：它需要在同一個系統上製造兩種類型的泵。這些泵的尺寸各不相同，用於不同的汽車品牌。這給之前設計的托盤帶來了不小的挑戰，更不用說這兩種泵的一些裝配順序也不相同。為了保持高產能，不能讓系統停機以移除所有同類型的泵，然後進行漫長的轉換。
Eclipse 與倍福加拿大團隊合作，借助 EtherCAT 的快速循環時間和 XTS 系統的靈活性打造創新解決方案。「系統允許操作人員快速釋放並替換為另一種類型的托盤。新換的托盤有一個向前排列的順序，系統會測量它的具體位置，以確定偏移量。我們將這些偏移量應用於每個托盤，並確保元件和零件在加工過程中完全對齊。因此，操作人員可以很輕鬆地裝載 A 類零件，等待一個循環週期，然後裝載 B 類零件，停機時間短到可以忽略不計算。」Jeff Werner 說道。
此外，由於每個動子都可作為單獨的運動軸，無需像傳統設計那樣連接起來。這些動子可以根據需要在軌道上將工件自由移送到指定的加工步驟，即使兩台泵的裝配順序不同。
倍福完整的自動化解決方案帶來顯著優勢
除了這三個 XTS 系統之外，裝配線還採用倍福其它 EtherCAT 產品和PC-based自動化技術。前三個單元中都配備一台 C6930 控制櫃式工業 PC 來控制該單元的 XTS 軌道和週邊設備。TwinSAFE 用於確保整條生產線的功能安全，工業 PC 透過 EtherNet/IP 與控制生產線其它部分的二級設備控制器進行通訊。EtherCAT 用於實現系統的通訊和 I/O。「EtherCAT 與機器人和伺服組件即時同步，這讓工程師能夠為不同的點膠過程執行插補運動，尤其是在複雜的圖案中噴塗膠合劑。」倍福的 Dean Herron 解釋道。
TwinCAT 3 自動化軟體是實現這種高級功能的關鍵。Eclipse 工程師可以使用倍福通用的開發和 Runtime 平台編寫 G 代碼，使 XTS 系統和倍福 AM8000 伺服馬達能夠協同運動，實現高精度點膠。此外，Eclipse 還能夠採用包括 IEC61131-3 標準語言物件導向的擴展、預製和自訂功能塊，以及 Microsoft Visual Studio ®中的電腦科學標準語言進行程式設計。「對於托盤控制程式設計、托盤偏移表程式設計及類似需求，倍福系統比其他供應商提供的系統具有更多優勢，可以幫助我們節省大量開發時間。」Matthew Kelly 指出。
快速產品切換帶來立竿見影的效果
透過 Eclipse 的創新設計，升級後的變速器泵裝配系統可以實現每個零件 20.2 秒的規定週期時間，並達到微米級的精度要求。自 2021 年初完成調試以來，系統每個班次大約能夠生產 1,000 個零件，分批生產 A 型零件和 B 型零件。托盤能夠輕鬆拆卸和安裝，再加上 XTS 系統能夠即時自動確定動子 ID，因此幾乎消除轉換時間：將轉換時間從一個多小時大幅縮減至僅一分鐘。「客戶在看到系統占地面積如此小且加工程序又非常複雜的情況下，還能有這麼強大的轉換能力，感到非常震撼。」Werner 說道。控制和機械工程確保用戶能夠在無需拆下任何一個螺栓的情況下輕鬆釋放這些托盤。托盤只需移動到存儲緩衝區，如果其中一個托盤損壞，操作人員可以輕鬆地進行更換。
Eclipse認為，創新一直是公司的 DNA。公司已經成功完成其它許多前所未有的高速、微型裝配應用，包括多個 Covid-19 快速檢測套件應用，也使用 XTS 系統和PC-based控制技術進行控制。Werner 認為這對於向客戶提供高效、節約成本的解決方案以及吸引更多優秀的工程技術人才加入 Eclipse 來說非常重要。Werner表示：「大部分學生已經不學習傳統的 PLC 程式設計。他們在離開大學時，已經掌握了大量關於PC-based控制系統的知識，而且人數每年都在增長。事實證明，倍福無論是在自動化人才的培訓，還是自動化技術涉及到的應用領域方面，都是一個可靠、值得信賴的合作夥伴。」