云连接的IPC生产率增加

修复牙科中的每一种产品都需要批量生产，包括牙冠、桥或假牙等牙科修复(修复)。

对于Glidewell牙科，每周生产成千上万的患者特定设备需要强化工程努力。Glidewell对自动化和云连接系统的投资，特别是在其工厂的Bruxzir Zirconia Restorations，是这些努力的重要组成部分。

Glidewell公司的副总裁David Leeson说:“我们每年和大约6万名牙医做生意，占美国康复市场所有执业牙医的近50%。”在一个仍然严重依赖熟练技工执行手工流程的行业中，灵活的自动化提供了一个决定性的优势。

牙医要么将患者口腔解剖的印象邮寄到Glidewell，要么进行激光扫描，并将三维数字印象图像上传到公司专有的材料需求规划（MRP）数字平台CloudPoint，该平台基于亚马逊网络服务（AWS）云。

专有人工智能（AI）技术生成一个定制的假肢设计，以匹配印模，并将每个修复的CAD文件转换为一个独特的NC项目。BruxZir工厂指定一个具有规定特征（如齿尺寸、阴影和厚度）的箱子，并选择尺寸、形状和颜色合适的未精炼氧化锆材料块（铣削毛坯）。

机器人将氧化锆坯料转移到铣刨塔上以进行详细解剖成型，之后恢复为更自然的表面外观进行玻璃。条形码扫描仪在整个过程中跟踪案例，如果操作员因任何原因删除案例，则愿景申请遵循技术人员和案例。

Glidewell自动化经理库纳尔·帕蒂尔（Kunal Patil）说：“为了使这成为一个闭环过程，光学扫描仪生成成品的三维几何图形，并通过算法将其与设计文件进行比较。牙科植入物必须在50微米以内才能通过质量检查，而且通常在20微米以内。”。“仅通过手工进行上光可以产生高达150微米的差异。基于PC的自动化帮助我们实现更高的精度。”

然而，情况并非总是如此。1970年，吉姆·格里德韦尔(Jim Glidewell)在自己的公寓里创建了这家公司，使用的是传统的、艰苦的手工制作技术。随着客户的增长，他对额外劳动力和配套服务的需求也在增长，多年来形成了高度多样化和自给自足的制造业链。

如今，这家总部位于加州欧文的公司生产从原材料到最终修复和其他医疗设备的一切产品，并在全球雇佣了超过4300名格里迪维尔专业人员。

在21世纪初的牙科CAD革命之后，Glidewell迅速发展到今天的基于云计算的生产。李森说:“现在我们正在创建高度连接的系统，并利用存储在云端的1000多万名患者设计的数据。”“我们的愿景是继续向上和向下延伸价值链，以改进我们现有的产品，并创造新的产品。”

底座安装的问题

当案例从一个生产步骤移动到另一个生产步骤时，机器更新云数据库，监视步骤之间的时间并传达后果管理仪表板。

“由于我们的产品是按需生产的，我们总是有客户等待我们生产的任何产品，我们不能像其他公司一样从库存中替代产品。如果订单等待时间过长，系统会自动将其添加回队列。我们不会去追踪产品;我们只是再做一个，”李森说。

从BruxZir工厂建设之初，Glidewell工程团队就知道，所有的自动化技术都需要具有灵活性、可扩展性和工业性。机器控制器和运动部件需要适应不断变化的食谱。

Glidewell很快就需要从一个由4个磨粉机组成的磨粉塔扩大到一个系统中的5个磨粉塔，最终达到第二个完整的系统，包括5个磨粉塔，总共40个磨粉机。最后，组件需要承受大量研磨氧化锆尘埃。

随着Glidewell在2018年开始实施BruxZir工厂的第一个铣削塔，工程团队很快意识到其标准机器控制技术无法完成任务。帕蒂尔说：“我们在使用熟悉的控制器时，遇到了许多问题，包括机器人和多个控制器之间的同步、调试和实时通信。”。

然后做出决定。“我们转向贝克霍夫，”Patil说。

Glidewell与当地的Beckhoff自动化团队密切合作，包括区域销售工程师Charles Usher、应用工程师John Helfrich和Lauren de Rosset。在一周内，该团队使用基于pc的控制系统证明了这一概念。不到一个月，一家新投产的工厂就满足了格瑞德威尔的所有生产要求。

云制造

BruxZir工厂利用了倍福的多个工业PC (IPC)和TwinCAT 3自动化软件解决方案。一台C6015超小型IPC (aws认证设备)作为物联网(IoT)网关，从云端提供NC程序(见图1)。

C6930控制柜IPC是主系统控制器，与多个机器人、视觉系统、现场设备和铣削塔的机器控制器进行通信（见图2）。

每个铣削塔依靠一台CX5140嵌入式PC在四台铣削机上运行四轴运动-即每个控制器16轴-使用TwinCAT NC i（见图3）。基于PC的控制器协同工作，提供连接性、处理能力和可扩展性，以在一个标准系统中自动化20个磨机，80个运动轴（见图4）。帕蒂尔表示，控制器还满足成本效益和耐用性的要求。

另一个优点是能够在机器控制器上直接安装基于Windows的网络安全工具和自定义应用程序编程接口（API）。除了特定于应用的考虑之外，Bruxzir工厂需要满足加州IOT条例，该法规在2020年生效。

“过去，我们避免在实时系统上安装杀毒软件，因为这会影响性能。隔离网络上的机器仍然是一个风险，它使连接变得复杂，”李森说。“有了Beckhoff的IPCs，我们就可以在Windows环境中运行经过认证的杀毒软件。该解决方案在不影响性能的前提下满足了网络安全需求。”

TwinCAT 3为Glidewell提供了灵活、全面的工程和运行环境。帕蒂尔说，他的团队利用了在一个软件平台上用c#和。net编写标准机器控制逻辑、高级数控程序和api的能力。

“当我们第一次开始使用Beckhoff技术时，我只参与了几个PLC项目，但TwinCAT通过与Microsoft Visual Studio的集成使实现变得很容易。此外，TwinCAT NC PTP遵循PLCopen标准，同时允许我们解决复杂的任务。”

BruxZir磨铣系统将生产数据发送到AWS Cloud，使用Beckhoff解决方案进行分析、故障排除和预测性维护。TwinCAT物联网和C6015 IPC——它与AWS物联网Greengrass、开源边缘运行时和云服务接口——使数据洞察发现更容易，以提高机器性能。帕蒂尔表示:“我们的分析系统不断监测电机的平均负载，从磨粉塔到云端进行通信。“因此，我们可以看到电机是否运行良好，或者工具是否开始磨损。”

这些见解与模块化系统设计相结合，使作业者能够快速更换使用新路由器钻头翻新的磨矿机。

提高铣削能力

虽然TwinCAT和基于PC的控制使能云连接，但EtherCAT工业以太网系统可以使牙科植入物的高性能产生。EtherCAT为厂房提供实时通信率，可在一个网络和TwinSafe功能安全上提供高达65,555个节点。这种完全集成的TÜV认证的安全技术支持在标准EtherCAT网络上进行沟通，并在TwinCAT环境中进行编程。

“通过如此多的并发进程，如果有人为特定工厂压出一站式，我们不希望每厂停止。TwinSafe允许我们停止特定的轧机和安全区域，我们可以完全在一个项目中创建该逻辑，“Patil说。

Glidewell在DIN导轨和机械安装形式因子中使用了广泛的TwinSAFE和EtherCAT输入/输出(I/O)模块(见图5)。

EtherCAT的动态处理、分布式时钟、拓扑自由选择等功能原理使其成为理想的运动总线。Beckhoff的AX5000伺服驱动器为拾取和放置机器人提供动力，为铣削塔提供新的外壳(见图6)。在轧机中，AM8000系列伺服电机和EL7211伺服电机终端提供紧凑的形式因素和执行不同的数控程序的灵活性。EtherCAT I/O模块通过一根电缆技术(OCT)进一步减少机器占用空间，该技术结合了电源和反馈。不断的方向变化给伺服电机带来了巨大的压力，但AM8000组件提供了可靠的精度和稳健的运行。

帕蒂尔说：“如果电机有轻微的偏差，我们的最终产品将与设计文件不匹配，或者即使轻微振动，材料也可能出现缺口和缺陷。”。“保持所需的高精度对于EtherCAT和Beckhoff伺服电机来说是没有问题的。我们以250微秒的周期运行电机，如果需要，我们实际上可以将其减半。”

替换旧控制器

每个磨机在大约10分钟内完成案例，保持圆形生产。通过PC控制和EtherCAT成功，Glidewell完成了一系列的20米。该公司目前正在实施第三条全线，共有60米尔。

在不牺牲性能或质量的情况下实现规模化生产。每家工厂的数据每两秒钟发送一次到云端，这使公司能够通过预测性维护消除停机时间，并继续根据有价值的生产数据改进产品。

基于PC的自动化削减了LeeSon的说法所需的组件数量：“我们之前的控制器只能处理每个磨机，其中Beckhoff控制器每个轧机都运行四个铣刀。此外，为了实现相同的数据采集和云连接，先前的控制器将需要单独的PC。“

Patil表示其他控制选项Glidewell探索的成本几乎是在Beckhoff IPC中实现高级功能标准的两倍，并且没有对Windows的本机支持。此外，EL7211和​​AM8000伺服部件中的每一个都超过了100,000小时的几乎连续操作而没有故障。