倍福基于PC和EtherCAT的集成式解決方案在汽車轉向軸裝配中的應用

德國倍福工業自動化有限公司

倍福基于PC和EtherCAT的集成式解決方案在汽車轉向軸裝配中的應用

德國倍福工業自動化有限公司

汽車轉向柱軸是非常敏感但很重要的汽車轉向系統組件。因此，對這一產品的生產具有很高的要求。LCA自動化集成系統股份公司總部位于瑞士阿福爾特恩阿爾比斯（Affoltern am Albis），是一家擁有多年經驗的特種機器制造商，特別是生產針對汽車行業的設備。LCA其中一個核心生產領域是轉向組件生產，供應給幾乎所有的歐洲汽車制造商。負責項目規劃和控制工程的Rainer P?lzl介紹道：“我們交付交鑰匙裝配系統，從規劃、設計直到建造和調試。這包括機械結構，以及電子元器件、控制技術和軟件。我們理念的一個重要部分就是與我們的客戶密切合作，只有這樣，我們才可以靈活地應對所有需求——如全自動或半自動過程，或者精益管理理念，并以優化方式實施。例如當前的轉向柱滑動接頭裝配線，它不僅需要高效運轉，而且還需要保持較高的精度水平。畢竟，在正面對撞中，方向盤和轉向柱的正確壓縮變形對于汽車駕駛員和乘客的生存來說都是至關重要的。”

PC 控制技術具有良好的可升級性和開放性

LCA公司自2000年起就使用Beckhoff基于PC的控制技術。Rainer P?lzl從一開始就參與了進來：“一開始，使用我們的專用硬件和軟件。然而，由于客戶對標準技術的要求越來越高，因此我們在1999年決定進行轉換。這些都是選擇Beckhoff的重要原因，包括廣泛的、可升級的開放式產品系列，工業PC技術的高性能，以及公司繼續創新的能力。對我們來說重要的是，PC控制具有很高的靈活性，并集成了協調軟件和硬件，直到 I/O級。該技術在橫向和縱向集成方面也有很大的優勢，因為系統開放性便于將我們的機器集成到最終用戶的互聯裝配線中，并與他們的MES和ERP系統通訊。”

LCA自動化集成系統股份公司的轉向軸裝配線的控制系統一直都是基于 PC 的。由于 PC 控制技術具有良好的開放性，它可以輕松集成到生產線和 ERP 環境中

另一方面， LCA公司通過它充分利用PC控制技術的靈活性和性能。由于專用軸和工藝控制系統非常復雜，提升的唯一方法是逐漸向全PC控制解決方案遷移，正如Rainer P?lzl解釋道：“由于PC控制的開放性，我們能夠讓它與我們自己的運動和過程控制同時運行，然后我們通過PROFIBUS將它們輕松集成。在不斷發展的Beckhoff系統支持下，如以高性能處理器的形式或通過引入集成式、超高速EtherCAT，直到I/O端子模塊，我們最終能夠在2010年全部淘汰我們的老系統。”

采用靈活的控制技術的復雜裝配線

LCA公司最近開發的轉向軸裝配線面積約為120平米，整條線都使用PC控制技術。生產過程在與客戶密切合作下實施。PC控制技術具有可精細擴展和模塊化設計的特點，因此在應用中具有高度靈活性，實踐證明在這一過程中十分有益。Rainer P?lzl繼續說道：“高度重視客戶需求是LCA自動化公司的特點之一。我們特別短的開發時間只能通過在用戶有最終產品原型的階段開始進行機器設計才能夠實現。最終產品的連續優化必須與相應的機器設計調整同時進行。靈活的控制技術為這類修改提供了最佳支持，它可以采取附加工藝步驟或新的軸配置形式。”

LCA 自動化集成系統股份公司負責項目規劃和控制工程的Rainer P?lzl（左）和總經理 Christoph P. Rennhard 正在檢查裝配結果

在這一方法基礎上，公司能夠在僅僅8個月時間內就實施了整條轉向軸裝配線。該裝配線有三個手動‘進給站’，每個組件都放在全自動輸送系統的工件搬運機構上。搬運機構隨后經過每個加工站。在其中一個工作站，管狀原料被壓制和成型，在這之前，它與其它組件連接，給它加潤滑脂和潤滑油。在每個加工站，要對尺寸精度和功能進行檢查。例如，需要對所有所需的部件進行檢驗是否符合熱加工中規定的力。這樣可確保工件質量非常可靠，并識別出廢品。然后將相應的信息分配給具體的工件搬運機構。復雜的最終檢驗在一個測量站中完成，它也是LCA專業知識中最重要的部分，Rainer P?lzl解釋說道：“一方面，汽車轉向組件必須無背隙，另一方面，連接不能太緊，否則會在發生事故時妨礙‘伸縮’。大約三年前，我們將這一需要豐富專業知識的測試從專用控制系統遷移到基于PC的系統中。”

據Rainer P?lzl所述，現有的系統也從PC控制技術的性能中得到越來越多的好處：“很多系統在我們客戶的設備里已經可靠運行了有20年，甚至更久。為了在不延長生產停機時間的前提下對這些機器進行現代化改造，我們用基于PC的系統仿真了我們先前使用的控制組件。這樣，現有的控制系統甚至沒有‘注意’硬件已經使用先進的組件進行了升級。這讓我們能夠一個一個地更換不同的模塊，從而逐漸替換現有的硬件。由于生產的產品類型的種類增多，控制軟件變得過于復雜，因此需要直接更換。上述方法的一個優點是：通過仿真硬件，可以繼續使用現有的軟件。在升級改造各個機器模塊時，我們也從各種過于PC結構型式中獲益。模塊可以在一開始就使用CX系列緊湊型嵌入式控制器靈活實施。控制柜式工業PC在最終需要替換系統的‘心臟’時就非常適用。這一模塊化性和多樣化性非常適合我們的方案。”

目前的轉向軸裝配線使用四臺采用Intel?Core?2 Duo處理器（2.53 GHz）的控制柜式工業PC C6930，每臺PC連接一個15英寸的CP7902控制面板。其中一臺PC用作主站，例如，用于傳輸過程數據和連接ERP級。其它工業PC控制裝配線的內部工藝。復雜的工藝包含了1000多個I/O，據 Rainer P?lzl所述，在本地通過防護等級為IP 67的EtherCAT端子盒實施，特別是在需要記錄模擬量數據時。其它組件包括18個伺服軸，它由AX5000系列伺服驅動器和AM3000系列伺服電機構成，并通過TwinCAT NC I控制。EtherCAT用于高性能通訊，它完美地整合到PC控制系統中，正如Rainer P?lzl證實的那樣：“由于具有出色的系統集成性，TwinCAT能夠優化數據訪問。因此，后續的擴展可以比使用第三方軟件更容易實施。”

未來創新機遇

對于未來項目，Rainer P?lzl看到了更多的創新潛力，這都要歸功于基于PC的控制技術。例如，軟件現在已經更新成TwinCAT 3：“對我們來說，主要好處是能夠使用C/C++作為編程語言，因為我們對于這一編程語言擁有多年的專業經驗，能夠實施復雜的功

能。C編程作為工藝不可或缺的一部分，能夠快速、輕松地集成這些所包含的功能，如用于高精度同步的液壓軸。”

四臺 C6930 控制柜式工業 PC — 每臺配備一個電池組和 UPS— 構成裝配線控制系統的核心

緊湊型設計通過驅動技術 —這里是一臺 AM3000 伺服電機— 和用于直接采集分布式工藝數據的 EP 系列 IP 67 I/O 端子盒（圖片中間）實現

Rainer P?lzl也看到了先進的多點觸控控制技術的許多優點，特別是與CP-Link 4單電纜技術連接以進行顯示。與標準化市場（如汽車行業）相比，愈小的目標市場（如醫療或者軌道行業）在這方面具有更加開放的趨勢。多點觸控為機器用戶在操作參考和安全方面帶來了重要的改進和提高。關于這一點，機器安全話題也列在了Rainer P?lzl的開發日程安排中：“除了引入TwinCAT 3，我們還將將我們以前單獨實施的安全解決方案遷移到Beckhoff系統中。”

News [ 新聞 ]

三部門聯合發布《發展服務型制造專項行動指南》

日前，工業和信息化部聯合國家發改委和中國工程院共同發布《發展服務型制造專項行動指南》，提出到2018年基本實現與制造強國戰略進程相適應的服務型制造發展格局。工信部產業政策司相關負責人表示，這是推動服務型制造發展的指導性文件，也是《中國制造2025》規劃體系中11個指南之一，將引導制造和服務融合發展，加快制造業從生產型向生產服務型轉變。

服務型制造是制造與服務融合發展的新型產業形態，是制造業轉型升級的重要方向。在這種形態下，制造業企業通過創新優化生產組織形式、運營管理方式和商業發展模式，不斷增加服務要素在投入和產出中的比重，從而實現以加工組裝為主向“制造+服務”轉型，從單純出售產品向出售“產品+服務”轉變，有利于延伸和提升價值鏈，提高全要素生產率、產品附加值和市場占有率。

《行動指南》提出到2018年基本實現與制造強國戰略進程相適應的服務型制造發展格局，這一格局意味著創新設計引領作用進一步增強、協同融合發展水平進一步提高、網絡化服務支撐能力進一步拓展。具體來看有一系列量化指標，包括要培育50家服務能力強、行業影響大的示范企業；支持100項服務水平高、帶動作用好的示范項目；建設50個功能完備、運轉高效的公共服務平臺；遴選5個服務特色鮮明、配套體系健全的示范城市。

《行動指南》強調“市場主導，政府引導”，鼓勵企業根據自身實際，在資源利用、生產組織、經營管理和商業模式等環節全面優化升級。而政府主要從營造良好的產業發展環境，提供公共服務等方面開展工作。

《行動指南》以價值鏈為主線，針對服務型制造對價值鏈前、中、后各環節的提升作用，提出了四項行動。其中，設計服務提升行動聚焦前端的研發設計等環節，制造效能提升行動聚焦中端的制造環節，客戶價值提升行動聚焦后端的營銷和售后等環節，服務模式創新行動則是一項開放式的行動，著力引導制造業企業以其核心生產要素為基礎，創新服務模式，在更大范圍整合金融、人才和技術資本，提供更加系統、更加專業的“產品+服務”，打造市場競爭新優勢。