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智能工厂案例:机器自主维修预警

发布时间:2017-05-13 作者:佚名 
未来智能工厂生产过程很可能像是电影《终结者》中的场景:可怜的铁板!还没进入无窗生产车间,246个库卡机器人就已经从四面八方扑过来。四处嗡嗡声和嘶嘶声,伺服电机嚎叫着,火花飞溅、激光耀眼。在近3.1万平车间里,折边、焊接、粘接、检验和传递都完全自动化。这里遍是油和炽热金属味道。
    未来智能工厂生产过程很可能像是电影《终结者》中的场景:可怜的铁板!还没进入无窗生产车间,246个库卡机器人就已经从四面八方扑过来。四处嗡嗡声和嘶嘶声,伺服电机嚎叫着,火花飞溅、激光耀眼。在近3.1万平车间里,折边、焊接、粘接、检验和传递都完全自动化。这里遍是油和炽热金属味道。
 
    高端自动化:汽车厂惊人的低误差率
 
图1 高端自动化:汽车厂惊人的低误差率(来源:史泰凡.阿舍 )
 
    而“终结者”则是来自德国的库卡机器人。位于美国俄亥俄州的牧马人汽车厂里,它们几个小时就完成250台牧马人吉普车身部件组装。该工厂每天生产8个车型近900辆车,年产则达到近25万辆。如此多的车身生产的质量监控也由来自库卡的10个机器人完成。据该厂负责人介绍,2015年24.5万车身中只有三个超过严苛的误差值,这在非自动化生产车身的年代几乎是不能想象的误差率。
 
    这么低的误差率是如何实现的?机器人本身会不会出现故障?
 
    这个问题的答案则源自于一个非常重要的前提条件:机器人可以自行维护。而机器之所以可以自主维修预警,则归功于一系列数据和信号领域的传感器。
 
    来自德国威斯特法伦州东部的浩亭公司HARTING则是这个领域的隐形冠军。尤为值得推崇的是他们研发的系列模块化智能连接器(Han-Modular®)则是该类传感器的代名词,它可单独与互联网连接,同时也可与气动线路、光纤电缆和以太网连接。连接器收集到的数据则通过无线射频识别(RFID)传输到浩亭公司迷你工业电脑MICA(Modular Industry Computing Architecture),然后流向客户企业资源管理系统(ERP)。
 
    这样就实现了机器在出现威胁性问题时及时启动对策。
 
    MICA之所以在四月份汉诺威展会上获得工业界最负盛名的Hermes技术创新大奖,就是因为其强大的开放性、兼容性和扩展性。这些“黑铁盒子”通吃各种协议和接口,对数据进行收集、转换、预处理,使得许多原有的机器,都摇身变成适应工业4.0时代的要求。
    HARTING Han-Modular®
 
图2 HARTING Han-Modular®
 好胃口的黑铁盒子MICA
 
图3 好胃口的黑铁盒子MICA
 
    这类技术的解决思路,为资源和能源的节约提供了极大的便利,特别是为中国的中小企业以及大型企业当中,那些处于可淘汰可保留的机器设备,提供了很好的兼容升级的方案。
 
    当然,传感器在工业领域的应用最早始于以流程为导向的工业领域,例如化学工厂、炼油厂已广泛使用传感器、制动器和分析测量工具,并通过导引系统来监测、控制以及规范流程。ABB公司安装在电机曲轴上一款传感器,可以测量温度、三轴振动、声音和磁场等参数。一旦出现非正常状态,它便会向维护专家预警。据ABB的数据声称,这样的传感器监测可以降低停机率70%。
 
    令人惊讶的是,专家对加工厂非计划生产线停线原因的统计结果表明:将近40%的非计划停产是源自操作失误。
 
    在基于流水线生产的汽车业尤为重要,特别是以丰田精益生产为主要生产组织方式的公司,降低停线率对于企业降低管理成本,提升生产效率有着非常巨大的应用前景。通过传感器给与的精确信息,操作人员将不再被数字和图片洪流淹没,而只需要得到识别和消除威胁安全关键事件所需服务。
 
    这是一次工厂海量信息的自净化。现场预防维护的情景,被单独构建和识别。
 
    而更加有意义的则是它会让整个加工流程更加高效:通过解决方案赋予结构化整体视角,制造工厂单独局部领域都实现相互协调,可能问题被及早发现并在其变得紧迫之前迅速解决。
 
    那么现场的工程师又是如何实现与一个工厂中央控制系统,甚至是远程的指导专家的联系的呢?
 
    它采用了德国菲尼克斯电气提供的“mGuard安全云服务”解决方案。这是一个远程维护和远程控制生态系统,可以实现在网络端对机器进行控制、检查甚至再编程。
 
    智能工厂案例:机器自主维修预警
 
    当然,相关的数据安全问题是个焦点。解决起来其实也不复杂,通过基于虚拟专用网络(VPN)就可以解决。正如一个花园里的浇水软管,水流情况(信息)从外部无法看到,只在管子内部(因特网)流动。为了避免服务技术人员与每个机器都需要新管道与办公室链接,技术人员和工厂之间架设了云服务。
 
    而且只需要注册一次,就可以使用众多设备。
 
    博世也为远程维护提供了其他可能方案。技术员只需简单将智能手机对准故障机器部分并借助特殊应用软件帮助开启视频模式,视频将会通过手机网络传输到部件生产商。那里驻守专家的操作建议将被安装有蓝屏技术的摄像桌面拍摄。
 
    维修人员可以上传视频给远程专家,而专家有可以将指导视频反过来实时传输给现场技术人员,并将图片材料进行整理和回放。
 
    实际上远程的产品专家,可以对现场技术人员展示,如何取下哪些部件,如何组装回去。操作人员也可以将所需工具、驱动设备或文件当作图片输入。目前该解决方案只应用在公司内部问题解决。
 
   博世扩展现实框架下远程维护方案
 
图5 博世扩展现实框架下远程维护方案
 
    是的,技术人员在机器上操作被实时显示。远程在线专家的实时回馈,大大强化VR的应用场景。难道,以后的呼叫中心,会坐满了大专家?
 
    机械制造技术和信息技术和,正在呈现深度融合的趋势,并且这一趋势将会在未来的到巩固和加强。制造商利用传感器收集的数据通过数据挖掘算法持续进行评估,来计算机器健康指数。同时机器在现场吐出来的数据,又作为下一个迭代成分,重新成为软件开发者的输入和改进验证基础。
 
    设备不再只发出单调沉默的轰鸣声。
 
    机器正在试图说话,在厂房的聒噪声之外,新的信息洪流正在涌现。审时度势,机器正在自行解决自己的问题。