灵活自动化的驱动因素

现在，采用灵活的自动化技术对于公司维持增长、保持产品线的多样化以及最大限度地减少与产品更换相关的停机时间至关重要。在过去的一个世纪里，工业技术的进步和自动化的全面发展是前所未有的。在此期间，自动化已经从“固定”状态变为更加灵活(参见图1)。

固定自动化是用来重复高效地生产单一产品的。这一概念在过去的生产车间非常有效，通常生产一种或有限种类的产品，数量非常大，可变性有限。这种类型的自动化是有益的，因为前期设备成本低于灵活的解决方案。如果机器只运行单个部件，吞吐量也会得到优化。然而，在原始设计中通常不考虑模块化，这意味着转换机器以支持多种产品配置通常在经济上是不切实际的，并且难以实现。

更多的可配置性

自动化的下一个层次，可编程自动化，被设计为在实现后适应一些可配置性。这包括编写新代码以执行手动执行的机械转换操作的能力。缺点是转换过程通常是非常劳动密集型的，并且需要大量的停机时间来更换工具并进行编程更改。

更现代的方法是灵活的或“软”自动化，机器操作员采用配方控制和机械自动化的混合，只需按一下按钮就可以无缝地将一个过程转换为另一个过程。这使得制造商能够通过一台旨在适应下一代产品的机器生产更多种产品。柔性设备采用机电自动化，实现快速和可重复的过程转换的位置控制。这允许各种各样的产品在很少的停机时间内通过生产线(参见图2)。

一旦将任何产品的可变性引入系统，从成本的角度来看，固定的自动化变得极其无效。相反，随着产品组合的增加，灵活的自动化变得更具成本效益，一旦实现适度的组合，就成为最佳解决方案。

外界的影响

机器信息和数据管理的快速发展为灵活的自动化创造了无限的可能性。世界变得比十年前小得多，运转速度也快得多。源源不断的信息随时可用，无论是供机器使用还是供与机器交互的人使用。机器人技术在工业中的影响也不能被夸大。这些因素提供了一个允许灵活自动化蓬勃发展的环境。

工业物联网(IIoT)也在灵活自动化中发挥着重要作用。工业物联网描述了一个嵌入软件和传感器的电子设备网络，可以提供源源不断的信息流，用于提高灵活的自动化程度。几乎任何机器(或人)都可以远程访问收集这些数据的传感器，以便在工厂现场进行实时调整，以最大限度地提高效率。

工业4.0是欧洲的一项倡议，旨在鼓励制造商开发更智能的自动化工厂，这些工厂本质上可以独立思考和响应工厂车间不断变化的动态，它也在推动柔性自动化的进步。工业4.0的重点是开发智能工厂，其中自动化设备被编程为自主，需要最少的人为干预。

协作机器人允许机械自动化的快速再利用和重新部署，也影响了灵活的自动化设计。顾名思义，协作机器人与人类一起工作，以一种没有安全风险的方式执行各种任务。例如，协作机器人可以从压力机中取出零件并执行通常由人执行的精加工操作，但不需要相同级别的机器防护。

与日益趋向于高混合、小批量制造的行业形成对比的是，人们也非常关注最大限度地提高产量和减少生产设备的停机时间。

所有这些外部影响结合起来创造了一个有助于促进灵活自动化发展的环境。

利用现有技术

除了为灵活自动化的扩展铺平道路的外部发展之外，现有自动化技术的持续增长也打开了新的大门。例如，可编程自动化控制器(PACs)将运动和机器控制结合在一个平台上。这些控制器旨在通过伺服控制驱动来支持整体机器管理和特定协调运动。

与传统的流体动力相比，机电驱动允许更灵活的定位，以适应新的产品尺寸和工艺变化。可以创建特定的运动配置文件，以满足生产线上特定产品的需求。为了实现灵活自动化的价值，系统必须能够在产品之间快速无缝地更改设置。为了实现这一点，执行器必须能够在可用的工作空间内处理各种决策。

随着机器制造商被迫解决独特的应用挑战，组件规模变得更具挑战性。在过去，这可能是通过从一台机器到另一台机器选择不同系列的自动化组件来解决的，以适应速度、有效载荷或推力的变化。选择可靠的组件以防止过早失效也很重要。

更广泛的达到

考虑到机械设计人员在创建灵活自动化时面临的众多挑战，机电组件和机械工作台制造商可以做些什么来减轻这些挑战?至少部分答案在于设计可伸缩和可配置的产品平台，以满足更广泛的应用程序需求。

可扩展的机械级设计旨在解决应用需求的大量差异，例如容量、速度、冲程长度、有效载荷或力矩载荷、推力和精度的变化。许多自动化平台，如铰接机械臂，可以用来提供这种水平的灵活性。传统的机械臂被设计成固定在工厂地板上的植入物，目标是产生一个输出。

然而，随着协作机器人的出现，在新的应用中重新部署铰接臂系统变得更加容易。线性机械平台可以部署在单轴或多轴方向，提供固有的灵活性。作为单轴平台，它们非常具有成本效益，但即使在多轴配置中，典型的笛卡尔或龙门解决方案也非常具有成本效益。线性工作台通常可以实现更高的有效载荷和精度，并且比机械臂占用更大的空间(参见图3)。

触摸屏如人机界面(hmi)允许配方控制和从一个过程到另一个过程的动态调整。这些屏幕可以用特定的按钮和警报进行预编程，允许操作员预览系统变化并选择将实现机器转换所需的配方，以适应不同的产品或工艺。菜单控制通过人机界面简化改变笔画和运动配置文件，以适应多种包装尺寸。

减少停机时间

毫无疑问，更多的技术突破即将到来，以支持向灵活自动化的转变。其他尚未部署的技术将在进一步从固定和可编程自动化转变中发挥关键作用。所有这些技术，再加上不断增加的信息流和不断减少的停机时间，将继续为灵活自动化时代的扩展奠定基础。

杰里米•米勒他是派克汉尼汾公司产品经理。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

更多的建议

关键概念

灵活的自动化将允许制造商在最大限度地减少停机时间的同时创造更多的产品。

工业互联网物联网(IIoT)和工业4.0将通过为制造商和机器提供更多的数据来改善灵活的自动化。

现有的技术例如，协作机器人可以帮助提高自动化程度，并使其在工厂车间更加灵活。

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