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TwinCAT 優(yōu)化自動化裝配系統(tǒng)的性能

STIWA 集團自 20 世紀 90 年代以來一直采用倍福基于 PC 的控制技術(shù)，通過不斷提升計算機算力突破技術(shù)極限，實現(xiàn)周期時間小于一秒，定位精度在百分之一毫米范圍內(nèi)，并且使用先進的分析和人工智能方法進行主動系統(tǒng)監(jiān)測，以確保基于數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)度生產(chǎn)過程。

引用 STIWA 集團決策者的話說：創(chuàng)辦一家成功的企業(yè)意味著要抓住機遇，對前瞻性技術(shù)和發(fā)展趨勢及時做出判斷，并將它們應用到具體的解決方案中。STIWA 集團至今 50 年的歷史完美地說明了這一點。換句話說，這家位于奧地利阿特南?普赫海姆的小型機械工程公司崛起為制造及高性能自動化領(lǐng)域的國際知名專家絕非偶然。“集團創(chuàng)始人 Walter Sticht 的性格決定了公司能夠取得如此成功的發(fā)展。他是一個天才級的技術(shù)員，才華橫溢，壯志凌云，很早就認識到了倍福基于 PC 的控制技術(shù)的潛力，并且是第一批開始探索倍福于上世紀 90 年代投入到市場的新型解決方案的人之一。”STIWA 集團軟件開發(fā)和創(chuàng)新業(yè)務部門負責人 Michael Pauditz 在回憶公司如何開始與倍福緊密合作時說道。

當時，倍福還只是自動化領(lǐng)域一個名不見經(jīng)傳的“新面孔”，但他們從一開始就承諾：不斷研發(fā)具有革命性意義的自動化產(chǎn)品，以永久改變工業(yè)自動化領(lǐng)域。“自那時起，我們就一直齊心協(xié)力，突破各種技術(shù)極限。”Michael Pauditz 補充道。事實上，STIWA 通過使用可靈活匹配的模塊化硬件和軟件以及企業(yè)集團內(nèi)部的閉環(huán)反饋回路突破了其系統(tǒng)的性能限制。

品質(zhì)超群的“隱形冠軍”

STIWA 集團的獨特之處在于它既是高性能自動化設(shè)備制造商，同時也是運營商，集團旗下公司眾多，有自動化設(shè)備制造公司 STIWA Automation GmbH、軟件方案開發(fā)公司 STIWA AMS GmbH 以及汽車零部件制造公司 STIWA Advanced Products GmbH，彼此之間通力合作。這意味著，這家位于奧地利的集團可以在自己的生產(chǎn)環(huán)境中進行概念驗證。持續(xù)記錄所有相關(guān)的設(shè)備和工藝參數(shù)并對其進行詳細分析，確保能夠?qū)某掷m(xù)運行中獲得的經(jīng)驗立即作為優(yōu)化建議反饋給研發(fā)部門。“我們一直與甘珀恩工廠保持著密切互動，建立了深厚的專業(yè)知識根基，否則就不可能實現(xiàn)如此先進的自動化。”STIWA Automation GmbH 公司 CEO Michael Fuchshuber 認為，STIWA 系統(tǒng)中每一微秒、每百分之一毫米、哪怕只是一點點的性能提升都有著非常重要的意義。

“我們一直致力于推動我們的系統(tǒng)超越傳統(tǒng)極限。”Michael Pauditz 補充道，他證實了集團作為全球公認的高性能自動化領(lǐng)域的“隱形冠軍”地位，感到有義務在每一種情況下提供最大可能。”Michael Pauditz 補充道。LTM-CI 這幾個字母如果轉(zhuǎn)換成技術(shù)關(guān)鍵數(shù)字，意思是采用微型設(shè)計（M）的線性（L）輸送系統(tǒng)（T），設(shè)計用于超快速裝配尺寸不超過 30 x 30 x 30 mm 的小型零部件：每個系統(tǒng)最多可有 24 個加工模塊，可在亞秒范圍內(nèi)以三到五個自由度完成激光焊接、用螺絲固定、壓裝、貼標、測試、測量以及 0.08 mm 的送料和定位精度。

高性能、標準化的軟件架構(gòu)

STIWA 表示，他們找到了倍福，找到了實施這個在很多方面都很出色的高科技解決方案的完美合作伙伴。兩家公司憑借他們的協(xié)作創(chuàng)新思維，基于 TwinCAT 創(chuàng)建了一個模塊化的 PLC 框架，可以根據(jù)客戶的具體需求快速調(diào)整。“我們總共花費了約 500 人/年進行基礎(chǔ)開發(fā)，設(shè)計出了一款高性能的一體化解決方案，可用于機械工程以及建筑自動化、過程自動化或?qū)嶒炇易詣踊！盡ichael Pauditz 在描述 97% 基于全集成、一致的并經(jīng)過廣泛測試的軟件架構(gòu)的系統(tǒng)藍圖時說道。只有剩余的 3% 需要根據(jù)具體的應用情況進行調(diào)整。倍福 PC 控制器的存儲或計算能力得到了充分利用。

“我們通過一臺工業(yè) PC 以 0.5 秒的周期時間協(xié)調(diào)多達 50 根 NC 軸。同時，系統(tǒng)可以監(jiān)測每一根軸的運動，從而能夠進行基于事件驅(qū)動的生產(chǎn)過程調(diào)整，并進行進一步的分析。”Michael Pauditz 詳述道。倍福的 EtherCAT 總線和分布式時鐘原理為實現(xiàn)從軸位置到實時值的 PLC 轉(zhuǎn)換奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。STIWA 利用此項技術(shù)識別以高達 3 米/秒的輸送速度向下一個加工工位移動的工件運載裝置。倍福的各種 EtherCAT 超采樣端子模塊和帶時間戳功能的 EP1258 EtherCAT 端子盒（8 通道數(shù)字量輸入）都展示了它們強大的信號處理能力。

在一個典型的 STIWA 系統(tǒng)中，必須每隔 0.5 秒就將超過 10 MB 的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各種系統(tǒng)設(shè)備。為此，自動化設(shè)備規(guī)范（ADS）協(xié)議在 TwinCAT 系統(tǒng)中提供了一個傳輸層，使得 TwinCAT NC 和 TwinCAT PLC 之間能夠直接通信。各個生產(chǎn)過程的控制算法（如激光硬化中激光掃描鏡的控制算法）都存儲在 PLC 中。任何偏離目標時間的情況都會被系統(tǒng)檢測出來，并報告為可以誤差指標，以便實施主動誤差監(jiān)測。“倍福針對 STIWA 集團的特定需求開發(fā)了一些 TwinCAT 軟件功能，包括用于非周期性循環(huán)過程的 FIFO 功能塊，在這里，可以通過 PLC 程序永久‘重新填充’軸當前位置。”倍福奧地利分公司銷售代表 Andreas Bernreitner 表示。

從傳統(tǒng)的合同制造商到創(chuàng)新驅(qū)動者

STIWA 集團的成功秘訣在于，在公司的 50 年發(fā)展歷史中，它不僅僅是一家合同制造商，更一直是創(chuàng)新驅(qū)動者。他們很早就轉(zhuǎn)為使用基于軟件的 PLC 技術(shù)，當時只有少數(shù)先驅(qū)者認識到這項技術(shù)具有前瞻性，并在公司一直追求的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中延用下去。STIWA 通過使用人工智能（AI）和機器學習（ML）實現(xiàn)了車間主動系統(tǒng)監(jiān)控和自動流程優(yōu)化等目標。集團收獲的最大附加值是一個全集成系統(tǒng)，它可以持續(xù)為客戶帶來顯著的成本優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢。老客戶的大量需求以及新市場和新行業(yè)的進一步增長證明了 STIWA 集團發(fā)展方向的正確性：“當然，我們對未來有很多規(guī)劃，而 TwinCAT 則是我們解決方案的重要組成部分。否則，我們就無法以目前取得的質(zhì)量水平調(diào)節(jié)高度復雜的生產(chǎn)過程。”Michael Fuchshuber 強調(diào)道。

STIWA 以前只是一家傳統(tǒng)設(shè)備制造商時，主要滿足客戶的一些特殊需求（來圖加工方式），但未來，他們作為一個集團公司，將主要關(guān)注自己的產(chǎn)品開發(fā)，Michael Fuchshuber 解釋道：“近年來，全球汽車制造業(yè)危機等挑戰(zhàn)充分說明，我們正面臨著一個非常動態(tài)的市場和技術(shù)環(huán)境。這正是我們需要應對的。因此，我們正越來越多地推動自主生產(chǎn)高度創(chuàng)新的新型解決方案。我們與 STIWA Advanced Products 公司一起，為甘珀恩工廠打造了從產(chǎn)品原型到規(guī)模量產(chǎn)的創(chuàng)新產(chǎn)品理念。近年來我們還與總部位于福拉爾貝格州的 Inventus 公司合作并成立了合資企業(yè)。”此外，成立于 2019 年的 XeelTech 公司正在研發(fā)革命性的新產(chǎn)品，如基于磁流變液（MRF）的旋轉(zhuǎn)編碼器，它可為操作者提供觸覺反饋，反饋模式的類型可通過軟件自由編程。

LTM-CI 線性輸送系統(tǒng)是 STIWA 目前推出的一款復雜程度較高的裝配系統(tǒng)

STIWA 系統(tǒng)配備了先進的 I/O 組件，包括帶時間戳功能的 EP1258 EtherCAT 端子盒（頂部），因此可以直接安裝在機器設(shè)備上

EtherCAT 總線以及相應的 I/O 端子模塊可以實現(xiàn)可靠、超快速的數(shù)據(jù)傳輸

倍福奧地利分公司的 Andreas Bernreiter 以及 STIWA 集團的 Michael Fuchshuber 和 Michael Pauditz 對雙方長期以來的成功合作感到非常高興（從左至右）