Kỹ thuật & Công nghệ

Plug-and-Produce: Khái niệm mới trong nền tảng cơ điện tử thông minh để tự động hóa đóng gói

Tác giả Richard Vaughn, Giám đốc Kỹ thuật Tự động hóa tại Bosch Rexroth Corp. Tận dụng một loạt các công cụ thiết kế trực tuyến và những tiến bộ trong bộ điều khiển và phần mềm cơ điện tử, một khái niệm công nghệ mới được gọi là “cơ điện tử thông minh” đang trở nên phổ biến rộng rãi hơn. Cơ điện tử thông minh có thể được sử dụng để cải thiện các ứng dụng của máy đóng gói như niêm phong gói hàng, dập nổi, tạo hình gói hàng và xử lý vật liệu. Các công ty bao bì tiêu dùng luôn tìm kiếm công nghệ và phương pháp tiếp cận mới có thể dẫn đến hoạt động hiệu quả hơn, thay đổi nhanh hơn, giảm dấu chân và sản xuất bền vững. Các công ty này cũng đang bắt đầu tận dụng những cải tiến về trí thông minh, kết nối và năng suất mà công nghệ Công nghiệp 4.0 có thể bổ sung từ những tiến bộ trong tự động hóa tiên tiến. Do đó, nhiều OEM tự động hóa đóng gói đang kết hợp các thành phần và hệ thống con thông minh, được kết nối vào các máy thế hệ tiếp theo của họ. Được xây dựng dựa trên một loạt các công cụ thiết kế trực tuyến và những tiến bộ trong điều khiển cơ điện tử, phần cứng và phần mềm, một khái niệm công nghệ mới được gọi là “cơ điện tử thông minh” đang trở nên phổ biến rộng rãi hơn. Cơ điện tử thông minh tập trung vào các hệ thống sẵn sàng sử dụng thông minh, phức tạp hơn, nhưng dễ xác định, đặt hàng và triển khai hơn. Cách tiếp cận mới này trong tự động hóa có thể được sử dụng để cải thiện các ứng dụng máy đóng gói như niêm phong gói hàng, dập nổi và tạo hình gói hàng. Nó cũng có tiềm năng cải thiện sự phát triển và hiệu suất của các hệ thống xử lý và chọn vị trí rô bốt Descartes, vốn là những yếu tố quan trọng trong nhiều hoạt động đóng gói tự động. Cơ điện tử: giá trị của các công nghệ tích hợp Hệ thống cơ điện tử đã là một phần thiết yếu của bối cảnh sản xuất này – mở rộng và mở rộng giá trị của chuyển động tuyến tính và công nghệ tự động hóa. Sự tích hợp các thành phần tuyến tính, điều khiển điện tử, phần mềm, động cơ điện và cảm biến này cung cấp một hộp công cụ đa năng cho các nhà chế tạo máy để thiết kế và vận hành các hệ thống sản xuất hoàn chỉnh cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Các nhà cung cấp công nghệ cơ điện tử như Bosch Rexroth đang tận dụng lợi thế của các công cụ thiết kế tương tác trực quan và cải tiến trong công nghệ bộ điều khiển kỹ thuật số để cung cấp cho các OEM đóng gói và người dùng cuối khả năng cho phép họ “cắm và sản xuất, thực hiện và tiến hành”. Kết quả này một phần được thúc đẩy bởi những người đóng gói, những người ngày càng tìm kiếm máy móc sản xuất cung cấp cả tính linh hoạt và đơn giản. Mục tiêu là đạt được thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn bằng cách đơn giản hóa nhiệm vụ kỹ thuật cho các hệ thống có thể nhanh chóng chuyển sang tạo các biến thể khác nhau hoặc thêm chức năng mới trên cùng một dây chuyền sản xuất. Để đáp ứng nhu cầu này, các kỹ sư OEM về máy móc đóng gói muốn hợp lý hóa cách họ chỉ định, mua và vận hành các thành phần cơ điện tử, sử dụng các công cụ trực tuyến cung cấp các hệ thống thông minh, hoàn chỉnh sẵn sàng hoạt động “ngay từ đầu” với lập trình máy tối thiểu hoặc không. Đồng thời, cơ điện tử cấp độ tiếp theo phải hỗ trợ quy trình sản xuất minh bạch, với các tính năng tự động thu thập dữ liệu quy trình và cho phép theo dõi tình trạng thời gian thực và bảo trì dự đoán. Công nghệ cơ điện tử thông minh hiện đã có sẵn để đáp ứng nhiều yêu cầu này. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác, từ lắp ráp sản phẩm và tạo hình kim loại đến rô bốt một trục và nhiều trục để xử lý vật liệu, các hệ thống này cũng đặc biệt thích hợp cho việc đóng gói các chức năng cuối dây chuyền. Bosch Rexroth gần đây đã phát triển Bộ chức năng thông minh nhỏ gọn, có thể cắm và sản xuất để ép như một phần của dòng giải pháp cơ điện tử Smart MechatroniX mới của hãng. Thích hợp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nó có thể dễ dàng thực hiện để sử dụng trong các ứng dụng đóng gói như niêm phong túi theo mẫu, điền và niêm phong dây chuyền sản xuất. Cơ điện tử thông minh cho các ứng dụng ép và niêm phong Bộ chức năng thông minh để xử lý sẽ sử dụng các công cụ đặt hàng và cấu hình trực tuyến trực quan, được thiết kế tốt để hợp lý hóa quy trình chỉ định tất cả các thành phần cần thiết cho một ứng dụng đóng gói nhất định. Thời đại sắp tới của cơ điện tử thông minh đang mở ra nhiều khả năng tùy biến hơn trong thiết bị đóng gói. Một ví dụ là một “bộ chức năng” thông minh nhỏ gọn, plug-and-production được phát triển gần đây để ép. Thích hợp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nó có thể dễ dàng được thực hiện để sử dụng trong các ứng dụng đóng gói như niêm phong túi trong dây chuyền sản xuất dạng, điền và niêm phong (FF&S). Loại hệ thống cơ điện tử thông minh này có thể giảm đáng kể thời gian, chi phí và sự phức tạp trong việc triển khai các khả năng FF&S mới hoặc tùy chỉnh. Bộ sản phẩm được cung cấp như một hệ thống cơ điện tử hoàn chỉnh, từ một nhà cung cấp, tích hợp liền mạch một xi lanh cơ điện (EMC), động cơ và ổ đĩa điện, bộ điều khiển chuyển động và PC công nghiệp, giao diện nguồn và truyền thông và phần mềm HMI dựa trên trình duyệt tương thích với các nền tảng HTML tiêu chuẩn . Khái niệm này cho phép tính linh hoạt khi cần thiết, nhưng nó có thể được sử dụng, ví dụ, để điều khiển chính xác áp suất cơ điện để niêm phong các túi đã đầy hoặc để ghép nhiều túi lại với nhau trong một nhóm. Dập nổi logo sản phẩm hoặc nhãn khuyến mại lên các thùng chứa hiện có là một ứng dụng khác. Cho đến khi có sự ra đời của cơ điện tử thông minh, các nhà chế tạo máy có thể đã phát triển các tổ hợp cơ điện tử của riêng họ bằng cách đặt hàng và tích hợp các thành phần riêng biệt. Tuy nhiên, quá trình này thường rườm rà và tốn thời gian. Trong một tình huống điển hình, nhóm kỹ thuật cơ khí có thể chịu trách nhiệm chỉ định và đặt hàng một bộ linh kiện, trong khi nhóm điện đặt hàng các bộ phận của nó. Điều này không chỉ là thách thức hơn đối với bộ phận mua hàng, mà các nhân viên kỹ thuật sau đó được giao nhiệm vụ làm cho tất cả phù hợp với nhau về mặt thể chất và lập trình chức năng. Cơ điện tử thông minh có thể loại bỏ sự phức tạp đó, mang lại sự hiện thực hóa hoàn toàn về khái niệm plug-and-production. Các nhà cung cấp cơ điện tử đã tìm ra cách đơn giản hóa quy trình để đạt được khái niệm này. Đầu tiên, họ đang triển khai các công cụ cấu hình trực tuyến tiên tiến, được thiết kế tốt để có thể chỉ định và đặt hàng tất cả các thành phần như một bộ phận duy nhất từ ​​một nhà cung cấp. Các kỹ sư tại một OEM đóng gói có thể nhập các thông số như hành trình, kích thước phôi và thời gian chu kỳ, sau đó tạo ra kết quả đầu ra có thể được xác minh và bao gồm một bộ bản vẽ CAD hoàn chỉnh có thể được tích hợp vào kế hoạch kỹ thuật số tổng thể của hệ thống FF&S. Bằng cách này, một công cụ niêm phong túi hoàn chỉnh hoặc hệ thống con có thể được đặt hàng dưới dạng một số bộ phận chỉ với một cú nhấp chuột và được vận chuyển với các chuỗi chuyển động được lập trình trước sẵn sàng để thực hiện. Ngoài ra, một hệ thống như thế này có thể đi kèm với phần mềm điều hành được cài đặt sẵn và tham số hóa tự động của bộ truyền động servo, vì vậy không cần kiến ​​thức lập trình điều khiển chuyển động để đưa nó lên mạng. Nó có giao diện người dùng đồ họa kéo và thả cho phép người vận hành xây dựng trình tự sản xuất – ví dụ: để niêm phong một bộ túi nước trái cây – một cách đơn giản và trực quan. “Thông minh” trong cơ điện tử thông minh không chỉ đơn giản hóa việc đặt hàng, tích hợp và khởi động. Các hệ thống này cũng có thể kết hợp các cảm biến lực có thể theo dõi và báo cáo từng chuỗi chuyển động: lực tác dụng thích hợp, trong một khoảng thời gian thích hợp, để đảm bảo một con dấu chính xác? Vì trình tự này thường được lặp lại hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn lần mỗi giờ, bộ điều khiển của hệ thống có thể đo và ghi lại từng chu kỳ chuyển động cho mục đích kiểm soát chất lượng. Loại thông tin này có thể đưa ra cảnh báo về các trục trặc hoặc các vấn đề khác, có thể được sử dụng để thúc đẩy các chương trình bảo trì phòng ngừa, cũng như được đưa vào phân tích hiệu quả tổng thể của thiết bị (OEE). Đây là loại dữ liệu quan trọng, thời gian thực cần thiết cho các hệ thống sản xuất trong Công nghiệp 4.0 – và nó dễ triển khai và sử dụng như phần mềm điều hành bộ cơ điện tử thông minh còn lại. Cơ điện tử thông minh cho phép các giải pháp xử lý mới Tương tự như các bộ chức năng Smart MechatroniX cho các hoạt động ép và niêm phong, Bộ chức năng thông minh thế hệ mới cho các hệ thống Xử lý sẽ cung cấp các nền tảng “plug-and-production” thực sự cho các hệ thống Descartes và nhiều trục. Nhiều dây chuyền đóng gói sử dụng rộng rãi các hệ thống xử lý cơ điện tử tự động, cả rô bốt Descartes và hệ thống nhiều trục. Cho dù để chuyển vật liệu từ một bộ phận của dây chuyền sản xuất sang một dây chuyền sản xuất khác, hoặc cho các ứng dụng cuối dây chuyền như đóng thùng và xếp pallet, các hệ thống cơ điện tử Descartes và đa trục đều cung cấp hiệu suất và độ tin cậy cao. Chúng thường được chế tạo theo kiểu tương tự như các hệ thống cơ điện tử khác: mô-đun tuyến tính, động cơ servo, bộ truyền động và bộ điều khiển được đặt hàng riêng, cùng với các đơn đặt hàng riêng lẻ cho các hạng mục như cáp nguồn và truyền thông và HMI (thường được ghép với nhau từ các nhà cung cấp khác nhau với chi phí tốt nhất cho từng mặt hàng). Sau đó, các hệ thống cần được tích hợp. Một thách thức phổ biến đối với các hệ thống xử lý là kết nối các mô-đun tuyến tính trục X, Y và Z, đặc biệt nếu các kết nối vật lý của chúng không kết hợp các giao diện vật lý được thiết kế tốt. Một bước kỹ thuật tiêu tốn thời gian khác là lập kế hoạch và thực hiện các đường cáp chạy trong hệ thống – bao gồm tất cả các bản vẽ kỹ thuật ghi lại các bước này. Hệ thống xử lý cơ điện tử thông minh thế hệ mới này cũng sẽ cung cấp các nền tảng “plug-and-production” thực sự cho các hệ thống Descartes và nhiều trục. Các hệ thống xử lý cơ điện tử thông minh sẽ sử dụng các công cụ đặt hàng và cấu hình trực tuyến trực quan, được thiết kế tốt để hợp lý hóa quy trình xác định tất cả các thành phần cần thiết cho một ứng dụng đóng gói nhất định. Điều này đặc biệt hữu ích khi nhiều mô-đun tuyến tính có kích thước và khả năng chịu trọng lượng khác nhau cần được đặt hàng và tích hợp. Nếu không có hệ thống vận hành cơ điện tử thông minh, có thể tốn nhiều thời gian để nắm bắt tất cả các chi tiết đặc điểm kỹ thuật chính này khi đặt hàng riêng biệt các mô-đun tuyến tính và động cơ servo. Có giá trị không kém, cơ điện tử thông minh cho các hệ thống xử lý sẽ đi kèm với phần mềm điều hành được cài đặt sẵn và tham số hóa tự động của các ổ đĩa servo. Lập trình kéo và thả các chuỗi chuyển động để định cấu hình một loạt các chức năng chọn và đặt phổ biến cũng có thể được cung cấp. Điều này sẽ giúp các OEM hệ thống đóng gói có thể nhanh chóng thiết kế và tích hợp các hệ thống xử lý một trục hoặc nhiều trục như một phần của cài đặt mới. Họ cũng sẽ có thể cập nhật nhanh chóng các hệ thống đầu cuối đóng gói hiện có khi các thay đổi trong sản xuất hoặc kết hợp sản phẩm yêu cầu chức năng Descartes. Và cũng như các giải pháp cơ điện tử thông minh khác, các hệ thống xử lý cơ điện tử thông minh này sẽ hỗ trợ thu thập và tích hợp dữ liệu thời gian thực với các điều khiển máy cấp cao hơn, cũng như khả năng xuất dữ liệu qua các giao diện như OPC UA để cung cấp thông tin có giá trị về năng suất và chất lượng. . Cơ điện tử bước vào kỷ nguyên plug-and-production Cơ điện tử thông minh cung cấp một phương thức mới, sẵn sàng cho Công nghiệp 4.0 để đơn giản hóa nỗ lực cần thiết để cấu hình, đặt hàng, tích hợp và bắt đầu sử dụng các hệ thống cơ điện tử có giá trị cao trong các ứng dụng máy đóng gói. Các giải pháp hoàn chỉnh, được cung cấp trong một gói hoặc “bộ” duy nhất sẵn sàng để cắm và sản xuất, có khả năng giảm thời gian và chi phí cần thiết để chế tạo máy đóng gói. Đối với các công ty đóng gói, cũng như các OEM cung cấp hệ thống sản xuất của họ, có lợi thế khi làm việc với một nhà cung cấp cơ điện tử duy nhất với danh mục sản phẩm và linh kiện hoàn chỉnh, các công cụ cấu hình trực tuyến dễ sử dụng và hồ sơ đã được chứng minh về việc tạo ra hiệu suất cao các giải pháp cơ điện tử thông minh đặc biệt cho nhu cầu của ngành công nghiệp đóng gói hiện nay.

Back to top button