MAG 公司借助 Visual Components 优化柔性制造系统
在 MAG 借助 Visual Components 优化柔性制造系统
汽车制造商正将越来越大比例的生产环节外包给供应商。由于车型种类的日益增多，供应商面临着如何高效、经济地处理更小批量生产订单的挑战。因此，许多制造商开始转向采用柔性制造单元。这些单元能够自主处理快速变化的订单，并几乎可以在无需人工干预的情况下，全天候地生产诸如变速箱壳体和转向节等零部件。此外，辅以测量、装配和清洗等工序应用，它们能够形成一个完整的机械加工闭环。
FFG 欧洲与美洲分部（FFG Europe & Americas）汇集了来自德国、意大利、瑞士和美国机床行业的领军企业，掌握着广泛的铣削、车削、磨削和齿轮制造技术。该集团致力于设计个性化的自动化概念，并将加工机床与用于装配或测量的外围设备进行无缝集成。在本案例分析中，我们将向您展示 MAG 公司的工厂自动化部门是如何借助 Visual Components 设计并优化柔性制造系统，从而实现无人化或少人化生产的。
利用 eCatalog 和可复用组件进行快速、精准的布局设计
MAG 的首要步骤是创建制造单元的布局。对于柔性制造系统而言，布局设计需要极高的精密性。至关重要的是，所有的子系统必须实现无缝衔接，且整个物料流（从托盘的交付到继续运往下一个生产工位）必须顺畅进行，不能出现任何延误。由于不同工件的加工时间各不相同，这让系统的布局规划尤为极具挑战性。
通过将定制组件与 eCatalog 中自带的现成组件相结合，MAG 毫不费力地完成了该制造单元的建模工作。在机器人模型方面，MAG 直接使用了 Visual Components 的 eCatalog 模型库，该库内置了超过 1,400 款机器人模型，且包含了这些机器人的运动学参数、轴限位、加速度以及定位精度等真实数据。而在设计其特有的定制组件时，MAG 发现可以直接导入并复用现有 CAD 数据中机床的几何与运动学属性，这大大简化了设计流程。
负责该项目的 MAG 数字化工厂/自动化项目经理 Marcel Deess 介绍说：“在绝大多数情况下，工件的 CAD 模型都是以 3D 模型的形式提供的，格式通常为 STEP、IGES 或者是原生数据格式。使用 Visual Components，在导入 CAD 模型时没有任何障碍。我们也曾使用过其他仿真工具，但感觉它们要复杂得多；那些软件常常让人觉得像是上世纪 80 年代的产物。相比之下，Visual Components 软件的操作逻辑则非常清晰、顺手。”
“在绝大多数情况下，工件的 CAD 模型都是以 3D 模型的形式提供的，格式通常为 STEP、IGES 或者是原生数据格式。使用 Visual Components，在导入 CAD 模型时没有任何障碍。”
—— Marcel Deess，MAG 数字化工厂/自动化项目经理
通过仿真验证布局与工作流程
仿真模型创建完成后，MAG 能够精确设定支撑机器人的龙门架（桁架）的长度、高度和位置。这种精确的规划确保了机器人在兼顾其各轴限位的前提下，能够在极短的时间内移动到所有预定位置，并且完全避免了机器人、托盘与机床之间发生任何碰撞。
MAG 对制造系统的布局与尺寸，以及机器人的离线编程进行了全面的设计与优化。MAG 借助 Visual Components 对整个生产流程，以及 AGV、机器人与机床之间的顺畅协作进行了仿真。依托该仿真模型，系统的非生产时间被降至最低，诸如机器人的可达性和防碰撞等关键问题也得到了明确的验证与解决。
仿真模型完成后，MAG 导出了该制造单元的 VR 模型，以及能够从各个角度全方位展示仿真生产流程的 3D PDF 和视频文件。此外，他们还利用 Visual Components 生成了统计数据与表格，以及用于记录机床、机器人和龙门架（桁架）布局安排的 2D 图纸。甚至连用于控制机器人的数据，也可以直接从 Visual Components 中传输导出。
最终构建的制造单元
MAG 设计的制造单元由一台 SPECHT® 600 加工中心和一台配备了西门子（SIEMENS）Vision MV 400 视觉相机的库卡（KUKA）Quantec 机器人组成。此外，还有自动导引搬运车（AGV）负责将工件运送进出该生产系统。
工件最初由智能自主移动小车（KUKA KMP 1500）进行上料。在制造控制系统的统一调度下，这些小车能够在最精准的时间点，将固定在托盘上的工件输送至生产系统。这些 AGV 通过 Wi-Fi 进行控制，能够自由移动，且完全不需要依赖传统的地面导引线或导航标识。借助自带的激光扫描仪，这些 AGV 不仅能够自主避开障碍物，还能实现仅有几毫米的极高定位精度。
一台 6 轴 KUKA Quantec 机器人倒装悬挂在 SPECHT® 600 加工中心正前方的龙门架（桁架）上；其第 7 轴，即沿龙门架移动的直线轴，同样由 KR C4 控制器进行统一控制。机器人配备了 SIEMENS Vision MV 400 视觉相机，这使得机器人的夹具能够相对于装载工件的托盘实现极其精准的定位。这样一来，机器人就能准确抓取工件托盘，并通过其托盘交换系统将其送入加工中心。随后，托盘交换器旋转 180° 进入加工区域，完成机床的上料。
除了为机床进行上下料之外，这台库卡 Quantec 机器人还能对加工后的工件执行切屑检查、清理切屑槽以及常规的清理任务。当机床正在加工下一个工件时，机器人还可以同步进行倒角和去毛刺等操作。此外，借助安装在机械臂上的摄像头，系统还可以对工件上的钻孔是否完整进行持续的质量控制与检测。
节省时间与成本的同时，赢得更多项目
当被问及 Visual Components 对该项目产生了哪些影响时，Marcel 指出了它在控制成本与促进销售方面的双重优势。
“毋庸置疑，因为仿真确实为我们节省了大量的时间和资金！”Marcel 说道。
“而且，仿真不仅在我们公司内部（比如我们的销售部门）广受好评，当客户能够在规划的极早期阶段就直观地看到‘他们’未来的工厂时，也同样感到非常兴奋。借助 Visual Components，他们可以轻松更改机器人的位置和参数，从而完全根据自身需求对系统进行精准优化。这不仅避免了代价高昂的规划失误，还在报价阶段为我们提供了有力的支持，帮助我们更成功地拿下订单。”
由于该项目大获成功，它还登上了 2018 年 AMB 展会（斯图加特国际金属加工展览会）的展台。除了展出真实的制造单元实体外，由 Visual Components 建模生成的“数字孪生”模型、仿真动画及其运行结果也通过大屏幕进行了全面展示。客户和展会参观者对此赞赏有加，他们非常认可这种从规划阶段就能确保流程与系统达到最高透明度的仿真技术。
“借助 Visual Components，他们可以轻松更改机器人的位置和参数，从而完全根据自身需求对系统进行精准优化。这不仅避免了代价高昂的规划失误，还在报价阶段为我们提供了有力的支持，帮助我们更成功地拿下订单。”
—— Marcel Deess，MAG 数字化工厂/自动化项目经理
运用仿真技术实现柔性且智能的生产
MAG 与 Visual Components 共同展示了未来的生产制造如何能够更贴近客户需求、更具柔性且更加智能。借助 Visual Components 3D 制造仿真软件，可以对柔性制造系统中的众多参数进行调整，以实现极高的整体生产率；同时，诸如非生产时间、加工节拍（循环时间）、布局拓扑结构、自动化类型以及机床正常运行时间等决定性因素，也都能得到全面的优化。
关于 FFG Europe & Americas
FFG Europe & Americas 汇集了来自德国、意大利、瑞士和美国机床行业的领军企业，掌握着广泛的铣削、车削、磨削和齿轮制造技术，并融合了众多知名机床品牌的专业技术与经验，这些品牌包括 VDF Boehringer、Hessapp、IMAS、Jobs、MAG、Meccanodora、Modul、Morara、Pfiffner、Rambaudi、Sachman、Sigma、SMS、Tacchella 以及 Witzig & Frank。
在 FFG 集团内部，与“数字化工厂”（DIGITAL FACTORY）和“工业 4.0”（INDUSTRY 4.0）相关的各项业务与活动现已被整合至全新的“DIGITAL FRIENDS”品牌之下。