自動化遇到數字化未來

文/ Anke Geipel-Kern

自動化遇到數字化未來

文/ Anke Geipel-Kern

Gehard Schubert公司從第一臺機械產品到無電氣柜的包裝機械生產已有50年歷史——今天，自動化已經成為Gehard Schubert公司所有包裝機械設備中不可或缺的一個組成部分。在本文中，該公司的技術領導人Ralf Schubert先生介紹了企業發展的情況，并預測了企業未來的發展。

全球第一臺輸送機器人輸送模塊，從那時起它就成為了TLM包裝線必不可少的組成部分之一

利用3D掃描儀使得Schubert公司在2014年時就成為全球第一家為用戶提供包裝設備3D圖形、實現包裝設備空間立體可視化的企業了

Schubert公司的第一臺包裝設備，是將折起裁剪好的包裝箱瓦楞板粘貼成一個個包裝箱，這在今天看來真是太簡單了。瓦楞紙板折疊機床和包裝箱粘貼機床SKA是一種純機械的包裝設備，但它卻是從上方放入包裝物的上裝式包裝設備的基本構思，是利用機器人或者控制系統自動化包裝設備的基礎。

50年后的今天，放置在Schubert公司Crailscheim裝配車間里的包裝設備是不會令人回想起Gerhard Schubert先生建廠時的機械設備，一種有著白色、珍珠灰或者黑藍色框架和許許多多光學儀器的高科技包裝機械設備。但這種情況確確實實發生了，其中變化最大的是機床設備的控制系統。

“今天，機械技術、電子技術和軟件技術已經在我們公司成為了一個不可分割的整體。”公司技術負責人Ralf Schubert先生說道。Ralf Schuert先生的父親從上世紀90年代將軟件技術和自動化技術引進到自己的企業中，并結合新的數字化可能性給企業發展帶來了無限魅力。第一套Schubert包裝設備控制系統VMS是由信息技術工程師自己動手編寫。同時，他也完成了整個企業生產過程控制的生產計劃管理和控制系統的程序編寫。另外，他還負責藥品包裝設備控制臺MES檢測、控制、調節系統的項目研發。

包裝設備的控制系統是這家公司最引以自豪的旗艦產品。因為它完全由企業自主開發，奠定了減少包裝設備部件數量的模塊化包裝設備的基礎。“我們希望包裝設備中機械部件的數量越來越少，電子控制系統的比重越來越大。”Schubert先生說。

在工業4.0還未被人知曉時，該公司的研發人員就提出了工業化環境的概念。那時，當Schubert先生挖空心思設計出了第一種包裝設備控制系統。機床設備生產廠家著手這方面的工作還是非常罕見的事情，他們都把機床設備的控制問題交給了像西門子這樣的專業技術公司。“我們必須開發出我們自己的現場總線系統。當時只有Canbus現場總線，而且還應用得非常少。”Schubert先生回憶道。

在負責市場和銷售的Bruder Gerald先生、銷售 經理Peter Gabriel先生以及在后臺起著創新思路指導者的Gerhaerd父親的共同努力下，這家傳統式的家族式企業在包裝設備市場中站穩了腳跟。今天已發展成第三代Ralf Schubert和Gerald Schubert領導的企業。Ralf Schubert先生負責設計、裝配和產品開發，他非常熟悉這家企業。他首先是包裝設備控制系統VMS項目的領導人，隨后擔任生產領導人，最后又在裝配部門任職。

以客戶為中心

在他擔任企業領導人的前4年里日子過得平平淡淡。他說：“幾乎和以前沒有一點區別。”雖然他不像父輩那樣經常出差、走訪客戶，但他卻把客戶時時刻刻牢記在心中。“只有到達用戶現場，頭腦中有用戶生產時的情景，知道用戶要求的人才能制造出好的機床設備。”Ralf Schubert先生強調說道。

2009

全球第一臺運輸機器人的輸送模塊，從它誕生之日起成為TLM包裝生產線必不可少的組成部分之一

2014

Schubert公司研發生產的新一代TLM包裝生產線，也是第一臺沒有電氣控制柜的包裝設備，它在當時的國際包裝展覽會上首次亮相

IDT 生物技術公司的案例

TLM技術的應用

作為一家按照合同訂單進行藥品包裝的生產廠，IDT生物技術公司要靈活地按照用戶的需求組織生產，例如根據用戶的咨詢生產醫藥針劑的熱成型塑封包裝和藥盒包裝。他們與Schubert公司合作，訂購了一臺緊湊型藥品包裝設備，此設備能夠完成從封盒成型到藥品放入，藥盒分組直至包裝箱的任務。在熱成型塑封包裝中，要在塑封膜中將一個個單一的藥品封入塑封膜中。這一塑封過程是在上料機器人的輸送模塊中完成的。隨后進行的就是分盒并從包裝箱的上方放入包裝箱內。在這樣的TLM設備中，所有的最終包裝工序都要在最小的空間下完成。

2016

2016年年初開始在新建的廠房中裝配新一代的TLM包裝設備

2020

Schubert公司計劃屆時明年生產和銷售1000臺TLM包裝設備機架，為了實現這一目標要不斷地優化裝配工藝過程

了解用戶的需求也包括有技術人員、銷售人員和項目經理參加的項目洽談會。討論如下問題，即我們怎樣才能解決用戶提出的技術問題？利用現有的包裝設備零部件能夠滿足用戶的要求嗎？或者需要我們開發設計新的包裝設備部件？

2014年研發的無電氣柜包裝設備是最后一項引起轟動的新產品，此臺設備將分散式控制的原理運用到了極致。3臺名為Uni-6的包裝設備已經在用戶那里運行了，2016年年中已有10臺這種類型的包裝設備完成制造，并供貨給用戶。無電氣柜包裝設備的批量生產是從2016年下半年開始的，這時配有電氣柜的包裝設備是按照用戶需求訂購而生產。

裝配能力要提高

當前，Schubert公司領導團隊正在努力解決生產時間的問題。到2020年時，包裝設備部件的年產量要從每年裝配650套提高到1 000套。今天，生產制造中的標準化程度已經很高了。設計師們在設計時已經使用了TLM設計工具包，所有的標準化元器件、零部件都在選擇目錄之中。設計師可以在CAD程序中選擇合適的標準化包裝設備零部件、元器件，并利用這些標準化設備要素迅速的配置一臺包裝設備。CAD系統會自動生成包裝機床設備所用元器件、零部件的明細表。這樣做的目的是把標準包裝生產線的供貨期縮短到5周時間。

“我們計劃將來的包裝設備設計時間縮短到幾個小時以內。” Ralf Schubert先生強調說道。從而真正實現企業所有部門中的團隊精神，從原材料采購、物流直至自己設計、安裝的裝配管理系統，優化了企業各個部門之間的相互合作。

數字化王牌

數字化是項目實施的推動力。Schubert先生對國際市場發展趨勢的考察非常準確。他堅信：各個工業中的界限正在逐漸模糊起來。德國的機床設備制造商還在國際市場中處于領先的地位，其中德國的控制軟件研發還屬于頂尖級的。但網絡巨頭谷歌公司已經不僅僅在生產制造汽車了，而且也開始涉足機器人領域。“我們不能在數字化技術領域中把軟件技術巨頭的位置拱手相讓。如果我們作為機床設備制造者不考慮聯網的問題，則谷歌就開始做這件事了。”Schubert先生警告說道。

“數字化雙胞胎”，利用數字化圖形生產制造真實的包裝設備是Schubert公司數字化戰略的關鍵。數字化包裝設備模型運行起來就要像真實的包裝設備在同一程序控制下的運行狀況一樣。“在3D數字化模型中，我們可以實時模擬包裝設備運行的每一步，對包裝線各個連接點處的接口進行檢驗，從而可以對包裝過程進行全面的優化。”Schubert先生預測。這可以縮短30%的包裝設備安裝調試時間，甚至可以在包裝設備安裝之前就完成藥品包裝設備的認證確認過程。

Schubert公司的遠期目標是為客戶提供基于分散式網絡平臺的數字化雙胞胎設備。通過云技術，可以完成像數量、停機故障分析、維護保養需求和能源需求的KPI績效指標評估。而這一數字化雙胞胎也將成為整個Schubert公司各部門中的工程設計工具的基礎。

要達到的另一個里程碑就是，Schubert公司2017年將推出技術服務手機應用軟件。這一手機應用軟件將包含生產數據評判用的算法語言，利用這一智能手機軟件工具可以讓用戶清楚的知道，包裝設備是否有優化改進的潛力可以挖掘。這也就使“數字化雙胞胎”成為用戶和設計師們最有力的助手。

本文作者系德文版雜志主編。