恒耀新闻 恒耀(www.xinshuzdh.com)机器人新闻|智能自动化制造

从太空船到包装货物:虚拟调试不断发展

虚拟调试已在航空航天和汽车行业建立了很长的历史,也已被用来为食品和消费品包装制造商获得收益。

长期以来,仿真,模拟,建模(使用软件复制一个或多个工业硬件行为的过程)一直是汽车制造的一部分。例如,通用汽车公司  于1990年代初开发了用于逻辑验证的仿真,也称为控制系统仿真或虚拟调试。在航空航天工业中,离线软件因将数千个子装配零件集成到较大的系统中以加快生产过程而闻名。这是一个复杂而不断变化的工业工程领域,其目标值得称赞:为控制工程师提供一种在安装系统之前验证控制器逻辑和人机界面(HMI)的方式,从而提高质量并加快系统调试速度。

如今,虚拟调试技术背后的科学和工具已经发展到足以让其他行业注意到并开始从中受益。例如,宝洁公司现在使用仿真测试将调试时间缩短一半。包装机械制造商也正在使用它来改善包装生产线的运营。

ARC Advisory Group PLM高级分析师Dick Slansky表示:“汽车行业很早就开始接受虚拟调试和仿真,但是他们遇到了困难。” “通用汽车及其输送机,控制,机器人与焊接(CCRW)小组最初是为了使DassaultSystèmes的Delmia工厂虚拟调试[软件]与他们的设备一起使用,他们取得了不同的成功。”

系统思考

虚拟调试的挑战并没有阻止汽车公司。斯兰斯基说,例如,大众汽车 “正在执行任务”。“德国汽车制造商希望占领整个世界,并在其设计的整个生命周期(包括机器的制造,操作,维护)中拥有通用的自动化系统”。

“虚拟调试确实已经朝着系统思考的方向发展,而不仅仅是纯粹的控制仿真工具,” Slansky补充说。

尽管仿真软件最初针对的是诸如流水线上的机器人点焊之类的控制应用,但现在正在采用更大的系统工程方法。例如,自动化供应商西门子通过其Siemens PLM部门提供了一个机电一体化概念设计器平台,该平台包含了多工程学科方法。

西门子的机电一体化平台利用仿真工具来提供并发和连接的设计环境。产品设计将从机械设计开始,而电气工程师则在同一软件环境中同时进行设计工作。这将对机械设计实时施加某些约束。互连的设计过程还必须满足整个设计的软件约束。

该系统方法涉及许多前期工程设计,而某些领域在历史上还没有做到这一点,例如下游食品和饮料包装应用。在那里,即插即用计算机是首选,定制很少超过20%。鉴于这种现实,虚拟调试真的可以在食品和饮料行业中正常工作吗?

Slansky说:“我已经与食品和饮料原始设备制造商的许多工程师进行了交谈,例如RA Jones  和Tetra Pak,并询问虚拟调试是否可行。” “ OEM工程师会使用它,但有一个很大的警告:如果大型饮料灌装线的机器制造商必须通过机器仿真花费更多的前期建设时间,那么它可能就不会盈利。”但是,传统的食品加工厂却很难做到。他说,到达生产数据是这种数字制造系统方法的候选者。“这有助于实施生产线和工厂优化。”

包装线模拟

最近,一家中西部食品制造商需要随着其产品需求的增加而增加三条包装线的产量。压倒一切的问题在于包装线的旧设备,但是挑战在于确定特定的设备瓶颈和修复这些瓶颈所需的投资。位于密苏里州堪萨斯城的设计和工程公司Burns&McDonnell受到了帮助。他们使用罗克韦尔自动化的 Arena软件模拟了现有包装线的运营。Arena仿真使用假设性确定性建模和单点估计。包装线中不确定的变量被分配为“最佳猜测”估计值。

利用现有的生产数据,Burns&McDonnell模拟了这三条包装线,发现某些设备的性能不佳。Burns&McDonnell捕获了整个工厂的产能,生产进度,设备可靠性数据以及设备速率和生产模拟线的能力。

“我们的仿真软件使公司能够仿真和利用整体评估,该评估能够基于可用的历史数据和其他信息(例如资源可用性,原材料供应,生产线容量和存储/运输过程)来预测整体设备效率(OEE),”罗克韦尔自动化Arena软件的董事兼总经理Rob Kranz。

根据Burns&McDonnell的说法,然后使用生产数据为每个包装设备建立了范围。Burns&McDonnell的工业工程师Abbey Hatke说:“该仿真软件可以精确地模拟150天的车间产量,并与六个月的车间历史数据进行比较。” “这些结果包括设备可靠性和线路可靠性,并且相差不到0.25%,这证实了我们的团队已经创建了一个实际的工厂环境来对其仿真进行测试。”

在筛选了工厂数据之后,食品制造商将重点放在42种不同的场景上进行测试和评估。捆包机,瓶盖机,托盘成型机和码垛机专门用于个别分析。Burns&McDonnell能够捕获每台设备的工作范围,并确定120天生产的平均性能。

结果是食品公司避免了昂贵的包装线撕裂和更换,而只更换了特定的设备。这三条新生产线的总成本达到了1800万美元,但停机时间却减少了80%。根据Burns&McDonnell的说法,这使公司急需的产能提高了10%。

查理·吉福德(Charlie Gifford)是智能制造研究所的首席制造顾问,也是ISA-95制造运营管理(MOM)工作组的主席,他谈到了宝洁公司对仿真软件和系统工程方法的拥护。

Gifford说:“在公司集团负责人Dave Chappelle(现已退休)的领导下,该公司成功进行了模拟测试,从而将调试,设备和生产线规格减少了一半。” “通过数据集构建进行的模拟测试,宝洁将通过PLC运行此数据,以进行故障影响模式分析,并查看逻辑是否可以完成自动化系统应有的工作。”

趋势研究所所长,经济学家兼主席艾伦·博利厄(Alan Beaulieu)表示,这十年应该是“自动化技术的好十年”,他指出,强劲的制造业投资是显而易见的,最近的经济数据表明,“制造业在2015年以及2016年”

自动化投资增加的一个好处是机器人工作单元的系统集成商。在某些行业,包括食品和饮料,半导体和制药业,机器人的应用已经向下游倾斜。这些先进的SCARA机器人应用程序意味着更多的使用模拟的机会。

位于爱荷华州达文波特的Genesis Systems Group  是一家系统集成商,已执行了一系列机器人应用,包括焊接和机械装配,无损检测和材料处理。该公司的模拟部门相对较新,但在过去四年中取得了巨大的增长。

“离线编程使您可以最大程度地减少停机时间,并从一个生产运行切换到另一个生产运行,” Genesis Systems产品和OEM营销总监Mike Jacobsen说。“许多其他行业,例如汽车,全地形车(ATV)或建筑设备,都在使用仿真来减少多种产品的上市时间。”

Genesis使用DassaultSystèmes的Delmia V5通用机器人仿真软件进行工作单元的构思和布局。该软件还为各种OEM的机器人产品的概念测试提供了一种快速有效的方法。Jacobsen说,平均而言,Genesis减少了在构建阶段的重新工具时间最多30%,并将设计变更减少了65%。

对于汽车和其他客户,Genesis使用II-VI Inc. Highyag部门的Highyag RLSK软件对激光头机器人焊接应用进行离线编程。该软件为激光器提供了准确的周期时间和路径。对于实际的机器人编程,Genesis将模拟代码“转储”到Fanuc或Kuka机器人软件中,然后开始实际的构建过程,Jacobsen说。

航空航天应用

与汽车领域一样,控制仿真是航空航天工业的重要组成部分,其实用性可以在位于加利福尼亚州霍桑的SpaceX上找到。这家雄心勃勃的火箭公司由特斯拉汽车公司(Tesla Motors)的埃隆·马斯克(Elon Musk) 和贝宝(Paypal)  出名,希望通过其Falcon 9火箭将火箭发射的成本降低10倍,Falcon 9火箭是具有可逆推力的可重复使用的有效载荷火箭。西门子PLM的Femap和NX仿真软件是该策略的关键部分。

如今,用于火箭或飞机设计的功能更强大的仿真软件可以更好地了解子装配体和大型装配体之间的相互依存关系。该过程也称为“根据上下文进行设计”,涉及需要强大计算需求的大型设计。SpaceX使用Femap和NX软件设计了两种标志性火箭,分别是Falcon 1和Falcon 9,以及Dragon太空舱。

猎鹰1号和猎鹰9火箭各包括25,000多个零件组件。SpaceX开发运营副总裁Chris Thompson表示:“具有高效,及时地处理如此大小的装配体的能力非常重要。” “整个组件仅需五到十分钟即可加载。装载后,火箭的虚拟模型可以使设计人员轻松发现干扰。”

除了提高设计速度外,组装这些火箭的速度也更快。NX设计模型可供车间内的SpaceX技术人员使用,因此,例如,火箭内的管子和电线的路线是立即可见的。该软件还可以对火箭发射进行视频模拟,因此每个系统都可以在虚拟环境中进行测试

Tags:

发布: admin 分类: 智能自动化 评论: 0 浏览: 3
留言列表