Пишучий редактор Кіт Кемпбелл проборознив кілометри переходів на шоу Interpack 2014 в Дюссельдорфі, Німеччина, щоб надати цей проникливий огляд про те, яким може бути майбутнє в світі контролю і автоматизації пакувального обладнання.
22 вересня 2014, Кіт Кемпбелл
За матеріалами automationworld.com
Не так багато років тому, вирували дебати серед виробників упакувальних машин і покупців про цінності керованих серво (крокових) двигунів для упаковки. Прогулянка по 20 залах в цьому році Interpack абсолютно ясно дала зрозуміти, що дискусія закінчена. Широке використання сервоприводів було обґрунтовано, і це правильно, конкурентна перевага, що отримується за рахунок обладнання і поліпшення продуктивності користовують кінцеві користувачі, які, сподіваюся, більше заробляють долари, ніж лінії старшого покоління. З такими компонентами технології в даний час настільки поширені, можна тільки дивуватися, що ж далі? Яке наступне значне збільшення конкурентних переваг і продуктивності застосують упакувальники?
Кого краще запитати, як не провідних у світі постачальників засобів автоматизації і Машинобудівників на виставці Interpack?
Ось що я дізнався.
Математичне моделювання
Патрік Маркейн - інженер механік Шведської машинобудівної компанії «Dividella», яка робить машини Gen 3с точним відліком осей для фармацевтичної промисловості. Маркейн вважає, що наступний прорив буде відбуватися, коли інженери більшою мірою поринуть в Математичне моделювання при проектуванні машин. Це буде фундаментальне перетворення конструкцій обладнання - від мистецтва до науки. Я чув подібну ідею недавно, від деяких представників компаній, що виробляють більш складні споживчі товари, тих, хто як і раніше покладається на власні спеціалізовані конструкторські бюро по розробці машин для своїх процесів. Унікальну продуктивність отримують кінцеві користувачі, які не обмежені термінами і проблемами, пов'язаними з витратами на оптимізацію ключових машин в їх діяльності. Багато чого можна зробити в плані поліпшення продуктивності, якщо конструкція машини піддається суворому динамічному моделюванню для виявлення резонансів та інших факторів, що обмежують продуктивність. Багато дизайнерів перейшли до 3D-CADD моделям, але це, в основному, статичні моделі, які допомагають оптимізувати геометрію деталі. Застосування цих статичних моделей до динамічних моделів, які включають складні математичні співвідношення матеріалів, компонентів і систем може бути засобом досягнення рекордної продуктивності. Тут набагато більше можливостей для оптимізації як компонентів конструкції, так і програмного забезпечення з більш високою продуктивністю.
Як я вже згадував, цю ідею висловили багато постачальників технологій, переконаних в тому, що динамічне моделювання все більше поширюються у виробництві упакувального устаткування і це дає певний прорив в продуктивності. Вони повідомляють, що тільки жменька Машинобудівників даний час використовує переваги математичного моделювання. Вони також підкреслюють зростаючу здатність самих приводів оптимізувати динаміку машин. Bosch Packaging рекламує нове покоління Дельта-роботів, які поліпшили кінематику з-за нового програмного забезпечення. Bosch-Rexroth показали свої приводи, здатні виявляти і подавляти вібрації. B&R також говорив про придушення вібрації і компенсації в режимі реального часу для динаміки системи. Schneider Electric запропонувала прибрати серводвигун, що бере участь в транспортуванні і інші передові стратегії в керуючому приводі. Beckhoff бачить необхідність моделі двигунів, приводів і машин. Як Beckhoff, Schneider також підкреслили переваги в швидкості. Beckhoff зазначив необхідність у високій точності, високої продуктивності синхронізації, до 100 наносекунд, що дозволяє машинобудівникам отримати час реакції в їх машинах до 60 мікросекунд. Schneider також бачить вигоди в тому, щоб прибрати жорстку прив'язку до осей в межах кожного циклу машини, користуючись високошвидкісним мережами і процесорами. Лімітуючі осі машини можуть змінюватися в залежності від зміни умов, і при виявленні під час роботи, пристосуватися, як у грі-чейнджер. Шнейдер Юргенсон охоче говорить про те, що їх контролери здатні змінити профіль кулачка в межах одного циклу з допомогою мережі «Sercos».
Інтеграція - це ключ
Так як машини доходять до межі збільшення швидкостей, деякі вважають, що підвищення продуктивності прийде від оптимізації системи, а не машин. Переважання машин піде, більш високий рівень інтеграції стратегій, визначених раніше OMAC, дозволить машинам спілкуватися один з одним і з обслуговуючими людьми, щоб вигідно поліпшити траєкторії, скорочуючи час простою, і улучая загальну продуктивність транспорту, модулів і ліній упакування. Більшість інженерів, як я говорив, підтримують віру в те, що наступний прорив вийде при повній інтеграції інформації верхнього і цехового Поверхів.
Деякі вже цим займаються. Наприклад, бортова діагностика приводу проводиться однизу вгору через функціональні можливості програмного забезпечення, що пропонуються компанією B&R Diagnostic System Manager. З іншого боку, отримує запити, що передаються по лінії з верхнього Поверху ERP-системою або лінійними принтерами для друку заданих обсягів, хоч малих, хоч одиночних. В обох випадках, інтеграція є ключовою.
Збільшення кількості параметрів вимагає більшої ефективності від переналагодження. Мауріціо Тароззи з B&R вказала, що все більше компаній-виробників для ринків різних країн просять надати можливість лінійним принтерів друкувати на етикетці конкретну інформацію для задоволення нормативних вимог або регіональну інформацію на упаковці для покращення маркетингової привабливості.
Більшість інженерів згадують засоби інтеграції, такі як PackML, протокол Вайенштефана, MTConnect, і протокол SECS/GEM, які покликані вирішити ту ж задачу для упаковки, розливу, обробки і виготовлення електроніки. Шнейдер Юргенсон вважає, що ці стандарти все настільки схожі, що вони повинні об'єднатися, може бути, в наступний рік Песіка. (Шкода правда, що немає нейтрального арбітра, який міг би до цього привести в рік на Людини, що комп'ютерна і стільниковий індустрії, здається, могли б і зробити?)
Але за межами маркування і стандартів протоколу, інженери говорили про щось набагато більше. Герд Хуп з Beckhoff описав роботу, яка відбувається в Європі за Industry 4.0 або Internet of Things. Можливо GEN 4 залежить від Industry 4.0, який генерує автоматичні налаштування «розумних міст», «розумного здоров'я», і «розумного виробництва». Це припускає прорив в технології, поглиблення культурного розриву, який часто існує між IT і машинобудуванням. Ось такий прогноз розвитку, не кажучи про просту передачю потоків даних скрізь, але масове використання обчислювальної потужності - у взаємозалежних машинах. Двигуни і приводи будуть мати електронні таблички. Машини будуть описувати свої особливості через електронний паспорт, який дозволяє переглядати себе системам верхнього рівня, дозволяти систем нижнього рівня з'ясовувати, що вони роблять й що вони вміють робити. Майбутні моделі через USB-пристрій підключають до комп'ютера, і машина зможе ідентифікувати себе як потік-бандероль, розповісти в мережі, що вона здатна працювати з якоюсь швидкістю «x», що підтримує PackML, і що містить рецепт системі управління, яка цей рецепт розпізнає. Робота над самоорганізованими сенсорними мережами вже йде протягом деякого часу і в минулому році спеціалізована група ODVA ініціювала просування машини в напрямку самоідентифікації.
Ще потрібно оптимізувати Gen 3
Кілька компаній зазначили, що машини Gen 3, далеко не оптимізовані. Розміру єдиної робочої області має бути багато, і це може дати більшу віддачу для кінцевих користувачів, яким мало місця в існуючих заводах, і які хочуть уникнути витрати за квадратні метри в нових заводах. Менший розмір може також передбачати меншу масу, менше інерції, менше складності, що в кінцевому підсумку призведе до меншої вартості.
Конструкція з «порожнею шафою» обговорювалася на Interpack із Шубертом, розробки якого найбільш повно демонструють концепцію. З допомогою приводів і двигунів Bosch-Rexroth і клапанів Festo, все монтується безпосередньо на машинах і об'єднані в мережу, мало залишається для шафи, який ми знаємо зараз. Мимоволі задумаєшся про необхідність у майбутньому контрольних інженерів чи системщиків, тому що ці конфігурації частіше будуть обслуговуватися технологією постачальників. Модульність теж на користь «порожніх шаф», дозволяє Машинобудівникам налаштовувати машини з використанням стандартизованих модулів, скорочуючи час виробництва і переналадок, збільшує можливість підтримки. Розробка і застосування хорошого кабелю високої чутливості зробить можливим багато з цих конструкцій, особливо в умовах, де присутній пил або волога. Результат один: «менше - це більше ідей» застосувати HMI (людино-машинний інтерфейс). Один постачальник повідомив, що друкарні повинні використовувати тільки планшет або смартфон в якості HMI. Те, що добре перетворює, може бути добре і для упакувальників.
Інші способи зменшення розмірів обладнання: за допомогою повністю інтегрованої робототехніки, створення користувальницької руки і з допомогою реалізації управління кінематичної автоматики. Італійський Машинобудівник CAMA пішов далі - власна Розробка програмного забезпечення 12 роботів-збирачів на просторі в 10 квадратних метрів, що працюють з перекриттям і одночасно, уникаючи зіткнення. Деякі інженери вказали, що справжня інтеграція робототехніки та впровадження їх в якості компонентів машин і раніше знаходиться в зародковому стані. І навпаки - роботи ще не навчилися робити більше, ніж переміщення продукту. Шнайдер описав додаток «взяв-зробив-поклав», де робот не тільки підбирає рибу і поміщає її в контейнер, але по дорозі обробляє, ріже на шматки і чистить.
CAMA та пара інших постачальників показали на Interpack машини, в яких використовується лінійний моторний трек за версією Rockwell або Beckhoff. Але таких було не більше шести машин на весь майданчик, нагадують поворотний сервопривід, що з'явився у 1993 році. Виробники цих систем вважають, що це проривні технології, які будуть відігравати значну роль у Gen 4. Вони, безумовно, мають потенціал для значного зниження розміру машини. Інші, з прямим приводом серво конфігурацій теж можуть розглядатися. Одна надія, що патентування цих пристроїв може бути вирішено таким чином, що вони стануть доступними в якості компонентів для широкого спектру додатків на полі, де грають упакувальники.
Як зазначив мій колега, інженер, всі хороші ідеї, в кінцевому рахунку, йдуть в роботу, для інженерів та ін. В області інжинірингу, деякі постачальники технологій припускають, що кращі та більш інтегровані інструменти дизайну приведуть до поліпшення машини. Д-р Томас Корд з Lenze висловив необхідність для інженерів механіків, інженерів управління і HMI проміжних коштів ефективно співпрацювати. Машинобудівники потребують більш ефективних способах управління машинами і мають справу зі складними, швидко зростаючими компонентами програмного забезпечення. Він вважає, що перш ніж ми зможемо дістатися до Industry 4.0, ми повинні оптимізувати роботу машин Gen 3. Siemens, яка володіє Unigraphics, бачить необхідність в розвитку інструментів для підтримки спільної роботи та паралельного проектування. Siemens - це не тільки концентратор засобів автоматизації, але і засобів проектування механізації. А в майбутньому, як і раніше, буде поділ спеціалізації, тенденція повинна бути до проектування систем або засобів механізації. Зараз такі продукти, як Rockwell RAPID націлені полегшити тягар інтеграції та програмних засобів, які допоможуть аналізувати конструкції. Шнайдер каже, що придбання Wonderware має надати нові можливості для інтеграції інструментальних засобів і додатків в механізацію.
Отже, що таке Gen 4 машини? Я не впевнений, що будь-який прорив буде домінувати над економікою. Але з одночасним рухом вперед по всім темам, що обговорювалося тут, машини, звичайно, будуть змінюватися істотним чином. Динамічне моделювання машин, поліпшені алгоритмів керування приводами, більш швидкі процесори і мережі, Industry 4.0 або Internet of Things, глибоко інтегровані верстати, рука-роботи, і відео, яко можна менше модульної конструкції, нові типи лінійних двигунів і краща механізація верстатів - всі вони надають величезні можливості для зміни і поліпшення. Коли хтось визначить чіткий перехід до машин, пізнаваним як Gen 4 - дайте всім знати.
Поява робочої групи пакувальників в OMAC
У другій половині 1990-х років, з благословення і підтримки європейських постачальників технологій, про упакувальні системи на основі технології керуючих приводів стали говорити в американській пресі, в тому числі в даному виданні. У 1999 ARC конференція почала розмову про формування в OMAC робочої групи, зосередженої на упаковці. OMAC тоді мав фокус-групу з станкостроению, під керівництвом таких компаній, як General Motors і Boeing. OMAC стояв за принципами відкритої модульної архітектури управління. Пізніше в тому ж році у виставці Pack Expo в Лас-Вегасі, була організована зустріч ARC, Packaging World, і, Indramat, де група інженерів з п'яти американських топ-компаній виступили перед аудиторією понад 100 чоловік, що представляють машинобудівників упаковки, управління поставками, і інших. Учасники запланували зустрітися ще раз у лютому 2000 року в ARC на конференції по стратегії автоматизації, і на ній 50 чоловік, що представляють усіх зацікавлених та PMMI, домовилися сформувати робочу групу OMAC, сосредоточившую увагу на використання керованих приводів в упакувальних машинах.
Документ о цілях, моніторингу та принципи роботи був прийнятий у березні 2000 року на нараді, що відбулася в офісі Packaging World під час тижня машинобудівників в Чикаго. Більше 70 учасників взяли участь у нараді, на якій PMMI прийняли рішення підтримати і брати участь у цій групі. Завершилася зустріч знову створеною робочою групою приводів OMAC, зосередженої в 4 основних сферах: бізнес-інтереси, освіта, Технічна Архітектура & Зв'язок, Мови програмування і інтерфейси прикладного програмування (API). У наступні роки для більшої впізнаваності в США, назву було змінено на OMAC Packaging Workgroup.