工业产品生产过程的特点是制造产品种类的不断增加,这也体现在产品生产批量的不断减少中。 越多的产品需要独特的个性化特征,对生产系统所需灵活性的要求也就越高, 其涉及到最佳的生产系统可用率、以及最少的停机时间和机器设置时间等因素,同时甚至可将最小产品批量降至“一个” 等。 在提高生产系统可用率方面,一个不可低估的因素是优化产品更换过程所需的转换时间,即格式调整所需时间。

对整个系统进行复杂且成本高昂的自动化改造不一定是必需的,相反,应首先检查所有调整点各自的优化可能性,及每根轴通过单独配备相应合适的定位系统,是否是更佳选择等。 改造可能性范围从经济高效的纯机械解决方案,到具有工业 4.0 功能的联网式并相互通信的“智能”式定位系统解决方案等,由此达到高效地设计生产流程,并最大限度地降低生产成本等优化结果。

格式调整到底意味着什么

尽管格式调整是一个听来有点笨拙的通用术语,但它在工业应用中、每台机器中和每个行业中无处不有。 无论是包装机械还是木工加工机械:格式是指在机器上设置为了相应生产新产品所需的新尺寸规格

格式调整不仅仅是由于工艺自动化所需,而是一旦需要制造的产品型式或其规格尺寸发生变化,每台机器的轴都必须得到相应的调整,以便能够准确地制作客户所订购的产品类型。 格式调整可以使用手轮手动完成,也可以全自动完成。 客户的需求越独特和个性化,相应所需的智能化、高效的格式调整工艺就越重要。

格式调整工序是如何具体实现的

格式调整如何在技术上实现取决于机器或设备的设计方式,因此,通常可以分为三种格式调整类型:螺旋轴调整式、通过滑块或线性导轨的调整方式以及通过格式组成部件的更换达到。

螺旋轴调整式

螺旋轴调整式是格式调整方式中最常见的调整类型,例如,在在包装机械木材加工机械或印刷机械中。在此,机器的格式或主轴将通过螺旋轴的旋转运动得到调整,其可以使用手柄或手轮手动完成,也可以使用伺服电机全自动完成。 螺旋轴调整方式提供了极其精细的调整可能性,因为在重新调整格式过程中,通常螺旋轴每转一圈仅仅移动几毫米的微小距离,相比之下,对于通过机械式进行移动的线性导轨调整方式来说,要达到如此精确的调整要困难得多。

通过滑块或线性导轨进行调整

在格式调整过程中不具备螺旋轴的情况下,可使用线性导轨方式进行调整。 通过使用机械方式,将滑块移推到滑杆的合适位置上,达到设置新位置,手动调整时需要熟练的操作才能获得正确的设置。

线性格式调整的典型应用是圆板锯,必须将限位件推至适当的相应位置,以便能够将木板切割成适当的规格尺寸。 在线性格式调整类型中,手动操作比自动调整更常见,因为线性运动的自动化比旋转运动更困难且耗时得多。 为了能够尽可能精确地调整线性导轨,建议使用支持总线功能的位置显示器,来达到受监控的格式调整工艺。

更换格式组成部件

更换格式组成部件已不再只是调整主轴,而是替换格式组成部件,即单个工具或机器零件。 为了正确地进行这种手动更换工作,SIKO 提供了监控式解决方案。 格式组成部件的更换也可以自动化进行; 但这需要机器人技术,这已不是本白皮书的所属内容。

优化了的格式调整工艺带来的优势

更改机器的设置之后,总是有出现错误的可能。 通过在监控工艺方面甚至自动化方面优化格式调整过程,可以消除这种风险,并可以更好地配合生产流程所需的灵活要求。

通过实施更迅速的格式调整工序达到降低成本

通过监控式和全自动化的格式调整工艺,达到优化调整时间的过程,来降低成本的效果最为明显。

如果在受监控的格式调整期间,要设置的值已通过机器控制系统直接显示在主轴上,则机器操作员无需再考虑到存储在产品表中的相应值。 全自动化格式调整工艺会达到更高的效果,因无需手动操作转轮,而是自动化形式由定位驱动器“按下按钮”即可准确定位。

通过提高产品格式的准确性以提高或确保产品质量

要设置主轴的特定位置,首先需要一个尽可能精确的测量系统,以确定设备当前所在的具体位置。 然而,手动调整过程有较会出现错误的可能,由此对产品质量产生负面影响,在最不佳的情况下,直到产生废品为止,才发现机器设置的不正确。 此外,通过优化格式调整工序,还可提高产品制造的重复度,既在产品种类更换后,即使再次生产制造,其形式和质量仍应相同。 因此,可重复性是格式调整工艺的一个关键因素,由此确保稳定的所制造产品质量。

通过格式监控功能提高工艺可靠性

除了提供良好的重复性和通过设置速度提高达到降低成本效果之外,提高工艺过程可靠性是优化格式调整的另一个重要焦点。 在监控式格式调整过程中,LED灯指示清晰的位置状态;绿色表示“位置正确”,红色表示“位置不正确”。 这对于操作人员来说是符合人体工程学的功能操作过程,更重要的是,对于更高级别的机器控制系统来说

其功能提供可取值性,由此可以对机器进行如此的编程,以便只有在格式调整达到所有位置都已正确设置后,才能允许重新进行生产制造过程。 位置显示器的总线功能在此是至关重要,以便机器控制系统可以取值和监控位置值。 借助总线功能,机器控制器可以从位置显示器接收实际值(取值功能),并同时可以指定目标值(记录功能)。

关于智能式格式调整技术的更多信息

请阅读我司内容广泛的 格式调整白皮书(PDF 版,30 页)德语英语 意大利语 版本。

利用位置指示器手动调整格式

手动格式调整是最简单、最经济的格式调整类型,非常适合用于不需要经常进行格式调整的基本机器。 借助使用机械数字式或电子式位置指示器,可以经济且可靠地设置确定所在位置。 Dreistern 公司在“金属成形”工艺链中,负责调整工具方向的设置。

格式调整相对重复性的基本要求

首先,必须能够通过使用合适的测量系统、以规定的精度来检测主轴的当前位置。 此外,实际位置值必须能够清晰显示、便于读取,以确保达到所需重复性。 基本上看,其也是使用滑块进行调整格式或改换格式部件方式时的基础要求。 格式部件必须进行清晰标识,以确保操作员在重新设置时,始终装入相同的所需部件。

位置指示器的基本功能和结构造型

每个位置显示器都包含一个高精度的测量系统,其检测公差度约为 ±0.5 度。 此外,位置指示器还提供可控的数字式显示值。 根据相应的螺旋轴的螺距值,有可能显示不同的读值。 通常,螺旋轴的旋转运动被转换为滑块的线性运动,螺旋轴的螺距决定每转执行的线性路径长度。

通过利用空心轴孔进行安装的方式,对于位置指示器的无故障且经济高效的改造工程至关重要。 此外,位置指示器配备了具有终身润滑的滑动轴承,即该指示器完全无需维护工作。除测量系统外,位置指示器还包括显示屏。 一种变体类型是即所谓的 SIKO 计数器,它以滚动数字的形式显示十的幂次方的小数位的值。 另一方面,电子式位置指示器具备液晶显示屏。
用于监控式格式调整的 AP 产品系列还提供在第二行中显示目标值的功能。。

利用紧凑型定位驱动器,可轻松简便地实现现有调整轴的自动化

定位驱动器的基础结构和定位驱动器的基本思想是具备高度集成的结构设计方式 其包括无刷直流电机(无磨损)、低背隙大功率传动器、以及位置编码器和电动与控制用电子元件等在内。

由此,定位驱动器的电子技术可直接连接至机器控制器,并由于其也具备集成的空心轴孔,定位驱动器还可以简便地适配装合于现有主轴之上。

该驱动器的独特之处在于其特别紧凑的结构设计、大功率的电动性能和众多其它的功能,通过其所具备的各种标准接口,它还可以与更高级别的机器控制 (PLC) 系统进行直接通讯连接。但驱动器的自动定位过程的控制,很多参数如目标值和速度等,是在驱动器内直接进行,所有的工艺过程数据,会连续不断给出提供待用,如位置、速度和旋转方向的值等,并且它们也可以由控制器直接进行取值——这对于监控和诊断功能的提供非常重要。

伺服电机和软件工具共同作为完整的集成式解决方案

除了提供伺服电机作为硬件之外,SIKO 公司还提供各种软件工具于其一起作为完整的解决方案,其可用于提供诊断功能,或简化集成于现有设备中。 例如,可以单独将某软件驱动程序装入到现有控制器中,从而显著识别相应驱动器,并最终将其集成到现有系统中。

定位驱动器的功能描述 – 工艺过程数据的交换,设定值、实际值、速度

定位驱动器基本上以两种不同的模式工作,这两种模式被认为是当前市场上的标准工作模式:既定位模式和速度模式。 在定位模式下,设定值从控制器传输至驱动器,如有必要,控制器还会一起考虑实际值,后者并非绝对必要,因为实际值也由驱动器直接监控,之后驱动器以控制器要求的速度自动调整到所需位置,直至到达那里为止。

定位模式 是经典应用方式,而速度模式则不太常见。 然而,速度模式特别适用于某些应用,例如,如果多个轴要同步移动,并且要进行实时监控,或所有驱动器和所有轴在某个时间点需要具有相同的高度或相同的位置,则其模式是特别适合的。 如果所有轴已通过机械方式得到相互连接,这一点却也很重要。

速度模式下,控制器仅指定速度和方向,然后不断监控即时实际值,直到到达所需位置为止,当驱动器接近该位置时,控制器会降低驱动器的速度或转速。 一项重要的安全功能是,只有当所有轴或驱动器都到达各自的位置时,才允许机器重新进行工作运行。 当各自位置都到达后,控制器会在电报中设置相应的Bit (与控制器进行通信交流),以确认该位置,此外,控制器还可以回读驱动器上的实际值,并将其与目标值再次进行比较,如果双值相同,控制系统才会启动运行,恢复生产。

需要得到维护的时间点的预测功能——进行监控所需诊断值,电流、温度、电压

提供其功能的前提,在于定位驱动器具备的诊断能力。 通过驱动器显示的各种参数值,可以推断驱动器和整个系统本身的运行状况,由此便于及早识别,其是否需要得到维护。 

例如,可以持续永久地监控电机中的电流消耗,如果发现即使轴上的负载始终相同,电流却在一定时间内持续增加,则必须检查整个工作系统。 电流还可以与直接在设备中可以取值的温度 一起进行监控,当温度升高时,表示驱动器上的负载会比平常更高,原因也有可能是驱动器周边的环境温度较高。

此外,还可以检查控制系统和负载电路上的电压值,如果出现电压损失,既当驱动器的负载电路或控制系统电路不再具备 24 伏电压时,可能表明主电源不再提供所需的质量。

关于集成到机器控制 (PLC) 系统中 - 所需要求和可提供接口方式

通过可能的接口与整体网络进行集成连接所需的要求,一方面与应用程序的功能类型有关,例如, 信息沟通的反应速度。 另一方面,对于集成到机器控制系统中也有要求,其中包括网络拓扑方式。 前者涉及实时通信交流功能,这是某些控制需求或同步运动的自动化所必需的, 如,当支持总线的电子位置显示器用作为工艺自动化过程的反馈传感器,则存在实时通信的要求。 然而,对于手动式格式调整工艺,几毫秒到一秒的信息传递速度对通常情况就足够了,因此不需要实时通信功能。

SIKO 定位驱动器尽管是自动化式,但它们具备一个内部控制装置; 既一个所谓的 Closed Loop 闭环功能,通过其在内部进行的设定值和实际值的不断比较和定位模式工作方式,不需要高达毫秒级的精确监控工艺。 其它层次的要求涉及网络拓扑的连接简单性和运行可靠性,以便能够将设备部件最佳地集成到机器构造中。

网络拓扑可以是环形、星形或链形方式,各有利弊。 此外,如果机器中已经使用了某特定的机器控制系统,则需要具备一定程度的兼容性,例如,对于西门子控制系统,将设备通过 Profibus 或 Profinet 接口方式进行连接是最简便的集成方式。

使用预编程的 HMI 控制器进行设备改造

使用 IPS1040 型的 HMI 控制器作为设备改造的解决方案,可以轻松优化无机器控制的旧生产系统的频繁调整工作,既可以作为受监控的手动格式调整方式,也可以完全进行自动化改造。 无需成本高昂地转换为 PLC 控制系统;IPS1040 控制器凭借即用型用户界面,就能够保证快速进行调试的功能。

通过使用已预设程序,所有 SIKO 设备均可通过显示屏上的触摸操作,在智能格式调整区域进行参数设置。 在操作过程中,可以针对不同的产品,预输入大量的技术配方,并存储在配方管理系统中,操作员可以通过显示屏从中进行选择。

之后所设位置目标值被自动发送到所有轴或线性调整装置,相应位置可以由定位驱动器自动达到或进行手动式调整和通过电子位置显示器进行监控。 设备的自动化程度可以根据需要进行确定,对于需要进行频繁调整的轴,建议使用带定位驱动器的自动化装置。

然而,不需要频繁改换的调整点可以借助电子式位置指示器进行监控式格式调整。

展望未来:智能式格式调整工艺对未来发展的意义

随着产品个性化持续提高的趋势,以及对灵活的、智能式格式调整的相关需求也将持续提高或很可能持续增加。 “One-Piece-Flow 单件产品流程” 这一口号体现的要求至关重要,也就是说,机器必须具有如此足够的灵活性,使其能够在不大幅增加成本的情况下,甚至可以生产“一个”批量的产品。

无论是工业领域还是消费领域,相对客户量身定制的个性化产品的需求正在不断增加,产品更具个性化也需要机械工程具有更大的灵活性,机器的自动化水平肯定会提高而不是降低。

最终,它还涉及到能够快速适应市场要求,以便可以快速且经济高效地生产促销品,例如,在超市和饮料区域,一提饮料中现在需要多装入一瓶,或者一瓶装现在要求装满 0.5 升,而不是原来的 0.33 升。

因此,制造机器必须能够根据当前的市场要求进行灵活调整,此外还需要更快的工艺流程速度,降低成本是生产制造工艺的核心问题,例如,随着产品种类更换的日益频繁的同时,整个生产线的格式更换时间却必须显著减少。

另一个方面是调整格式时的安全要求,这一点将变得越来越重要,这包括工艺流程的记录功能和确保参数设置的正确性,受监控或自动化的格式调整方式,对于未来发展所需的流程监控功能和保证流程无误,至关重要。

这样可以进一步降低因“人为因素”造成错误的机器敏感性,因为操作员不再负责实际的调整,而大部分调整是由机器自动完成的,由此也降低了对操作人员的技术要求。

关于智能式格式调整技术的更多信息

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格式调整技术:3 个解决方案,1 个提供商
格式调整技术:制药工业
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