Пишущий редактор Кит Кэмпбелл пробороздил километры переходов на шоу Interpack 2014 в Дюссельдорфе, Германия, чтобы предоставить этот проницательный обзор о том, каким может быть будущее в мире контроля и автоматизации упаковочного оборудования.

22 сентября 2014,  Кит Кэмпбелл

По материалам automationworld.com

Не так много лет назад, бушевали дебаты среди производителей упаковочных машин и покупателей о ценности управляемых серво (шаговых) двигателей для упаковки. Прогулка по 20 залам в этом году interpack совершенно ясно дала понять, что дискуссия окончена. Широкое использование сервоприводов было обосновано, и это правильно, конкурентное преимущество, получаемое за счет оборудования и улучшения производительности пользуют конечные потребители, которые, надеюсь, больше зарабатывают доллары, чем линии старшего поколения. С такими компонентами технологии в настоящее время настолько распространены, можно только удивляться, что же дальше? Какое следующее значительное увеличение конкурентных преимуществ и производительности применят упаковщики?

Кого лучше спросить, как не ведущих в мире поставщиков средств автоматизации и Машиностроителей на выставке interpack?

Вот что я узнал.

Математическое моделирование
Патрик Маркейн - инженер механик Шведской машиностроительной компании «Dividella», которая делает машины Gen 3с точным отсчетом осей для фармацевтической промышленности. Маркейн считает, что следующий прорыв будет происходить, когда инженеры в большей степени окунутся в Математическое моделирование при проектировании машин. Это будет фундаментальное преобразование конструкций оборудования - от искусства к науке. Я слышал подобную идею недавно, от некоторых представителей компаний, производящих более сложные потребительские товары, тех, кто по-прежнему полагается на собственные специализированные конструкторские бюро по разработке машин для своих процессов. Уникальную производительность получают конечные пользователи, которые не ограничены сроками и проблемами, связанными с расходами на оптимизацию самых ключевых машин в их деятельности. Многое можно сделать в плане улучшения производительности, если конструкция машины подвергается строгому динамическому моделированию для выявления резонансов и других факторов, ограничивающих производительность. Многие дизайнеры перешли к 3D-CADD моделям, но это, в основном, статические модели, которые помогают оптимизировать геометрию детали. Применение этих статических моделей в динамических моделях, которые включают сложные математические соотношения материалов, компонентов и систем может быть средством достижения рекордной производительности. Тут гораздо больше возможностей для оптимизации как компонентов конструкции, так и программного обеспечения с более высокой производительностью.

Как я уже упоминал, эту идею выразили многие поставщики технологий, убеждённые в том, что динамическое моделирование все более распространяются в производстве упаковочного оборудования и это даёт некоторый прорыв в производительности. Они сообщают, что только горстка Машиностроителей настоящее время использует преимущества математического моделирования. Они также подчеркивают возрастающую способность самих приводов оптимизировать динамику машин. Bosch Packaging рекламирует новое поколение Дельта-роботов, которые улучшили кинематику из-за нового программного обеспечения. Bosch-Rexroth показали свои приводы, способные обнаруживать и подавлять вибрации. B&R также говорил о подавлении вибрации и компенсациях в режиме реального времени для динамики системы. Schneider Electric предложила убрать серводвигатель, участвующий в транспортировании и другие передовые стратегии в управляющем приводе. Beckhoff видит необходимость модели двигателей, приводов и машин. Как Beckhoff, Schneider также подчеркнули преимущества в скорости. Beckhoff отметил необходимость в высокой точности, высокой производительности синхронизации, до 100 наносекунд, что позволяет машиностроителям получить время реакции в их машинах до 60 микросекунд. Schneider также видит выгоды в том, чтобы убрать жёсткую привязку к осям в пределах каждого цикла машины, пользуясь высокоскоростным сетями и процессорами. Лимитирующие оси машины могут меняться в зависимости от изменения условий, и при обнаружении этого во время работы, приспособиться, как в  игре-чейнджер. Шнейдер Юргенсон охотно говорит о том, что их контроллеры способны изменить профиль кулачка в пределах одного цикла с помощью сети «Sercos».

Интеграция - это ключ

Так как машины доходят до предела увеличения скоростей, некоторые считают, что повышение производительности придет от оптимизации системы, а не машин. Преобладание машин уйдёт, более высокий уровень интеграции стратегий, определенных ранее OMAC, позволит машинам  общаться друг с другом и с обслуживающими людьми, чтобы выгодно улучшить траектории, сокращая время простоя, и улучая общую производительность транспорта, модулей и линий упаковки. Большинство инженеров, как я говорил, поддерживают веру в то, что следующий прорыв получится при полной интеграции информации верхнего и цехового Этажей.

Некоторые уже этим занимаются. Например, бортовая диагностика привода производится снизу вверх через функциональные возможности программного обеспечения, которое предлагаются компанией B&R System Diagnostic Manager. С другой стороны, получает запросы, передающиеся по линии с верхнего Этажа ERP-системой или линейными принтерами для отпечатывания заданных объёмов, хоть малых, хоть одиночных. В обоих случаях, интеграция является ключевой.

Увеличение количества параметров требует большей эффективности от переналадки. Маурицио Тароззи из B&R указала, что всё больше компаний-производителей для рынков разных стран просят предоставить возможность линейным принтерам печатать на этикетке конкретную информацию для удовлетворения нормативных требований или региональную информацию на упаковке для улучшения маркетинговой привлекательности.

Большинство инженеров упоминают средства интеграции, такие как PackML, протокол Вайенштефана, MTConnect, и протокол SECS/GEM, которые призваны решить ту же задачу для упаковки, розлива, обработки и изготовления электроники. Шнейдер Юргенсон считает, что эти стандарты все настолько похожи, что они должны объединиться, может быть, в следующий год Собаки. (Жаль правда, что нет нейтрального арбитра, который мог бы к этому привести в год Человека, что компьютерная и сотовая индустрии, кажется, могли бы и сделать?)

Но за пределами маркировки и стандартов протокола, инженеры говорили о чем-то гораздо большем. Герд Хуп из Beckhoff описал работу, происходящую в Европе по Industry 4.0 или Internet of Things. Возможно GEN 4 зависит от Industry 4.0, который генерирует автоматические настройки «умных городов», «умного здоровья», и «умного производства». Это предполагает прорыв в технологии, и углубление культурного разрыва, который часто существует между IT и машиностроением. Такой вот прогноз развития, не говоря о простой передаче потоков данных везде, но массовое использование вычислительной мощности - во взаимосвязанных машинах. Двигатели и приводы будут иметь электронные таблички. Машины будут описывать свои особенности через электронный паспорт, позволяющий просматривать себя системам верхнего уровня, позволять системам нижнего уровня выяснять, что они делают и что они умеют делать. Будущие модели через USB-устройства подключают к компьютеру, и машина сможет идентифицировать себя как поток-бандероль, рассказать в сети, что она способна работать с какой-то скоростью «x», что поддерживает PackML, и что содержит рецепт системе управления, которая этот рецепт распознает. Работа над самоорганизованными сенсорными сетями уже идёт в течение некоторого времени и в прошлом году специализированная группа ODVA инициировала продвижение машины в направлении самоидентификации.

Еще нужно оптимизировать Gen 3

Несколько компаний отметили, что машины Gen 3 далеко не оптимизированы. Размера единой рабочей области должно быть много, и это может дать большую отдачу для конечных пользователей, которым мало места в существующих заводах, и которые хотят избежать затраты за квадратные метры в новых заводах. Меньший размер может также подразумевать меньшую массу, меньше инерции, меньше сложности, что в конечном итоге приведёт к меньшей стоимости.

Конструкция с «пустым шкафом» обсуждалась на interpack с Шубертом, разработки которого наиболее полно демонстрируют концепцию. С помощью приводов и двигателей Bosch-Rexroth и клапанов Festo, все монтируется непосредственно на машинах и объединены в сеть, мало остаётся для шкафа, который мы знаем сейчас. Поневоле задумаешься о необходимости в будущем контрольных инженеров или системщиков, потому что эти конфигурации чаще будут обслуживаться технологией поставщиков. Модульность тоже в пользу «пустых шкафов», позволяет Машиностроителям настраивать машины с использованием стандартизированных модулей, сокращая время производства и переналадок, увеличивает возможность поддержки. Разработка и применение хорошего кабеля высокой чувствительности сделает возможным многие из этих конструкций, особенно в условиях, где присутствует пыль или влага. Исход один: «меньше - это больше идей» применить HMI (человеко-машинный интерфейс). Один поставщик сообщил, что типографии должны использовать только планшет или смартфон в качестве HMI. То, что хорошо преобразовывает, может быть хорошо и для упаковщиков.

Другие способы уменьшения размеров оборудования: с помощью полностью интегрированной робототехники, создание пользовательской руки и с помощью реализации управления кинематической автоматики. Итальянский Машиностроитель CAMA пошел дальше - собственная Разработка программного обеспечения 12 роботов-сборщиков на пространстве в 10 квадратных метров, работающих с перекрытием и одновременно, избегая столкновения. Некоторые инженеры указали, что подлинная интеграция робототехники и внедрение их в качестве компонентов машин по-прежнему находится в зачаточном состоянии. И наоборот -  роботы еще не научились делать больше, чем перемещение продукта. Шнайдер описал приложение «взял-сделал-положил», где робот не только подбирает рыбу и помещает её в контейнер, но по пути разделывает, режет на куски и чистит.

CAMA и пара других поставщиков показали на interpack машины, в которых используется линейный моторный трек по версии Rockwell или Beckhoff. Но таких было не более шести машин на всю площадку, напоминающих поворотный сервопривод появившийся в 1993 году. Производители этих систем считают, что это прорывные технологии, которые будут играть значительную роль в Gen 4. Они, безусловно, имеют потенциал для значительного снижения размера машины. Другие, с прямым приводом серво конфигураций тоже могут рассматриваться. Одна надежда, что патентование этих устройств может быть решено таким образом, что они станут доступными в качестве компонентов для широкого спектра приложений на поле, где играют упаковщики.

Как отметил мой коллега, инженер, все хорошие идеи, в конечном счете, идут в работу, для инженеров и др. В области инжиниринга, некоторые поставщики технологий предполагают, что лучшие и более интегрированные инструменты дизайна приведут к улучшению машины. Д-р Томас Корд из Lenze высказал необходимость для инженеров механиков, инженеров управления и HMI промежуточных средств эффективно сотрудничать. Машиностроители нуждаются в более эффективных способах управления машинами и имеют дело со сложными, быстро растущими компонентами программного обеспечения. Он считает, что прежде чем мы сможем добраться до Industry 4.0, мы должны оптимизировать работу машин Gen 3. Siemens, которая владеет Unigraphics, видит необходимость в развития инструментов для поддержки совместной работы и параллельного проектирования. Siemens - это не только концентратор средств автоматизации, но и средств проектирования механизации. А в будущем, по-прежнему, будет разделение специализации, тенденция должна быть к проектированию систем или средств механизации. Сейчас такие продукты, как Rockwell RAPID нацелены облегчить бремя интеграции и программных средств, которые помогут анализировать конструкции. Шнайдер говорит, что приобретение Wonderware должно предоставить новые возможности для интеграции инструментальных средств и приложений в механизацию.

Итак, что такое Gen 4 машины? Я не уверен, что любой прорыв будет доминировать над экономикой. Но с одновременным движением вперед по всем темам, обсуждавшимся здесь, машины, конечно, будут меняться существенным образом. Динамическое моделирование машин, улучшенные алгоритмов управления приводами, более быстрые процессоры и сети, Industry 4.0 или Internet of Things, глубоко интегрированные станки, рука-роботы, и видео, как можно меньше модульной конструкции, новые типы линейных двигателей и лучшая механизация станков - все они предоставляют огромные возможности для изменения и улучшения. Когда кто-то определит четкий переход к машинам, узнаваемым как Gen 4 - дайте всем знать.

Появление рабочей группы упаковщиков в OMAC

Во второй половине 1990-х годов, с благословения и поддержки европейских поставщиков технологий, об упаковочных системах на основе технологии управляющих приводов стали говорить в американской прессе, в том числе в данном издании. В 1999 ARC конференция начала разговор о формировании в OMAC рабочей группы, сосредоточенной на упаковке. OMAC тогда имел фокус-группу по станкостроению, под руководством таких компаний, как General Motors и Boeing. OMAC стоял за принципами открытой модульной архитектуры управления. Позднее в том же году в выставке Pack Expo в Лас-Вегасе, была организована встреча ARC, Packaging World, и, Indramat, где группа инженеров из пяти американских топ-компаний выступили перед аудиторией более 100 человек, представляющих машиностроителей упаковки, управления поставками, и других. Участники запланировали встретиться еще раз в феврале 2000 года в ARC на конференции по стратегиям автоматизации, и на ней 50 человек, представляющих всех заинтересованных и PMMI, договорились сформировать рабочую группу OMAC, сосредоточившую внимание на использование управляемых приводов в упаковочных машинах.

Документ о целях, мониторинге и принципах работы был принят в марте 2000 года на совещании, состоявшемся в офисе Packaging World во время недели машиностроителей в Чикаго. Более 70 человек приняли участие в совещании, на котором PMMI приняли решение поддержать и участвовать в этой группе. Завершилась встреча вновь созданной рабочей группой приводов OMAC, сосредоточенной в 4 основных областях: бизнес-интересы, образование, Техническая Архитектура & Связь, Языки программирования и интерфейсы прикладного программирования (API). В последующие годы для большей узнаваемости в США, название было изменено на OMAC Packaging Workgroup.