公司消息

博世力士乐杂志:研发信息(2012.2)。

2012/12/18
案例1:安全的安全演练
中国上海东方航空公司为了更好地培训空乘人员也采用了博世力士乐的专门知识。这家航空公司引进了一个用于空客 320/321 的被称为 Cabin Emergency Evacuation Trainer (CEET) 的演练模拟飞机。这个模拟飞机能够尽可能真实地模拟周围环境,使学员们能够感受到出现险情时的心理压力,诸如气流颠簸、火情甚至是坠落等险情。只有这样,空乘人员才能为应对出现的各种险情做好准备。
一套CEET设备由机身与一套运动系统组合而成。大约在25年前,力士乐就为此开发研制了第一套运动系统,在此期间已经向全世界供货且安装了20套这种系统。例如,利用这种系统可以模拟诸如坠落的场景,空乘人员能够在这种场景中学会在非常困难的情况下如何使用紧急滑梯。这套运动系统负责机舱的高动态倾斜运动,从而能够模拟飞机的真实运动状况,借助于专门开发的液压系统,可以使机舱在三个自由度方向上运动。三台液压缸能够使 27吨多重的机身受控制地运动,在最高的安全标准下加速度可高达1g,高度的安全性保证了不使演练本身发生紧急意外的情况。

 
 
案例2:风浪无惧
当在有风浪的海况下使船舶摇摆不定的时候,要把重物准确平稳地下放到海底是一项严峻的挑战。力士乐二次控制式驱动装置利用海浪平衡系统解决了这个难题:一个 Motion Reference Unit单元负责采集船的加速情况,然后,力士乐或者制造商的控制电子元件以此为基础计算出所要求的平衡量,并将其传递给吊车卷扬机的驱动器。因此,即使是非常重的物体也能够很安全平稳地下放到海底,不仅如此,驱动器的工作还特别具有能源效益:在船被海浪抬起的过程中,卷扬机钢缆必须及时放开并产生能量,这些能量被收集起来,并用于下次当船下落浪谷时钢缆的卷绕。二次控制式驱动器能够补偿高达95%的船身运动,同时还能节省高达 70% 的能源。

 
 
案例3:节约的机器人
Dürr系统有限公司与博世力士乐股份公司合作开发了一种用于喷漆和密封机器人的新型控制与驱动技术。在这种技术部件中配置有紧凑的电子伺服控制器、新的气动控制器和用于整个运动和流程通讯的自动化总线sercos,新型的机器人与其前身相比能耗减少了高达30%。另外,sercos还减少了机器人中所必需的通讯系统的数量,从原来的三个减少到一个。对于Dürr与博世力士乐的这种成功的伙伴式合作,双方都希望在今后继续保持下去。

 
 
案例4:干净地折叠
对于酒店服务员、洗衣店员工和邮轮服务员来说,机器人 Robot Folding Box (Rofobox) 的发明问世是一场真正的革命:Rofobox在最佳的卫生条件下能够准确地折叠餐巾纸,而且是以各种不同的样式,如此一来就取得了节约费用高达 60% 的成果,并且保证了最高的卫生程度。力士乐为此供货了配置有安全功能 SafeLogic compact 的控制技术部件以及线性传动部件,并且以其遍布世界的服务网络和优质的产品而赢得了客户的信任。

 
 
案例5:紧凑压实垃圾
力士乐为垃圾收集车中的压实功能研发了一种新型控制阀块,它同时节省了双重重量:它的紧凑箱体由灰铸铁制成,这就为制造商减轻了后轴的负载,亦即减轻了车辆的空载重量,这样就能提高车辆的载重能力。另外,改善的性能也为减轻重量起到了作用,例如,可以安装较小的液压缸并用较高的压力来驱动压实功能,同时,新的设计还拥有很小的压力峰值,因此,能够使起升板无抖动地起升和下落。各种辅助功能可以通过接口方便地集成在力士乐ED系列的换向阀中。

 
 
案例6:潜水运动员更加安全
博世力士乐马上即可与坐落在斯堪的纳维亚地区的 Consensum AS 公司一起参与潜水运动员的安全保障工作。这两家企业共同签署了一份为期 20 年的许可证授权合同。Consensum公司几年以来对潜水运动员的安全产品进行了招标工作。这些产品的先决条件是采用最新的技术和具有最高的质量。在压缩空气技术范围以及在专门的抗腐蚀材料领域的专门知识使力士乐生产的压缩空气部件能够良好地应用在水下 (咸水)。
通过与Consensum的伙伴式合作,使力士乐获得了将其产品也能够应用于机械与设备制造领域之外的领域的机会。“我们非常荣幸能有这种紧密且长期合作的机会”,博世力士乐气动销售总经理 Dr. Alexander Lawrence 博士说道。

 
 
案例7:长时间运行,短时间维护。
博世力士乐也在“乘坐”维也纳的地铁。这家公司为地铁的“V车”项目供货了气动设备。在设备中配置了控制阀块和电气柜,它们主要负责制动气缸和气动弹簧的控制工作。设备的核心是大约70公斤重的控制阀块:尤其是它的维护简便的优点取得了营运方技术人员的信任。虽然每辆车的每个回转底盘上都有三个独立的制动系统以保证在各种情况下的安全可靠停车,因此而总共安装了36套气动制动系统,但是,维也纳地铁线的技术人员仍能够在需要的情况下,自己简单且快捷地更换任意一个控制阀,这就缩短了停车维护的时间,并且也节省了费用。自2004年以来已经为总共40列列车配置了这种设备,并且在此期间已经在维也纳的地下运行超过了一千六百万公里。
这个项目还将继续延续到2016年:维也纳的地铁网在今后若干年间要继续扩建,而且首批于1970年代建造的列车也必须进行更换。

 
 
案例8:以XXXL超级格式压制
世界最大的3-D压制系统VX4000一班接一班地全自动化地压制着用颗粒材料制成的任意物体。这台压机可以压制最大四米长、两米宽、一米高的零件。在制造过程中粉状的材料被一层层反复地涂在一个制作平台上,然后,相应于层面的几何尺寸通过一个压头用流体粘贴剂有选择地粘贴起来。与常规的制作平台下落的加工方法相反,在这里是涂料单元被抬起,采用这种方法能够使即使是重量高达12吨的大型物体也能被可靠地压制成型。设置在VX4000中的带有密封带的力士乐直线运动模块MKR两年以来在艰苦的环境下可靠地完成着定位的工作。

 
 
案例9:新型超轻帆船游艇 
全球最大的超轻游艇为未来的船舶设计指明了方向。在这种高科技现代化的游艇中当然少不了力士乐高度现代化的液压系统的身影。
高新技术独一无二
游艇全长67米,两根桅杆中最高的桅杆高高地伸向 62.5米高的天空中。尽管Hetairos号游艇的体积已经非常庞大,但这还不是它真正的特别之处。这艘船全部采用碳纤维复合材料建造:从船体、甲板到船舱、发动机基础、管道和排气管以及船上的其它结构都毫无例外,如此大范围的轻型结构迄今为止还独一无二。采用这样的现代化材料设计极大地减轻了船的重量,这艘排水量为230吨的现代化帆船游艇比同类游艇的重量要减轻一半。
 
伸缩龙骨极具优点
这艘游艇的核心是集成的双作用式液压系统:它不仅要驱动游艇,而且也要驱动甲板系统,这就意味着要具备较轻的重量和更大的空间。这套驱动装置由两套推进器控制系统(OYS)组成,可旋转360度以便能够灵活精确地控制游艇的靠岸动作。推进器能够将游艇加速到15节的航速,这相当于每小时28公里。在大多数情况下,帆船游艇的航行全部依靠的是风的动力,为了使游艇能够以较小的阻力在海洋上扬帆远航,可以把两个驱动器收进船体之内。这同样也适用于龙骨,根据水的深度或者所需要的稳定性可以将龙骨伸出三米半、六米或九米的深度。
芬兰的 Marine & Hydraulics 公司是博世力士乐的系统结合委托公司,它与 Baltic Yachts 公司一起开发了这种创新的液压系统,使其成为以力士乐的标准部件为基础的为游艇量身定制的解决方案,并且在试验和调试工作中提供了强有力的支持。船上总共配备了由一百多个液压元件组成的四个主驱动装置,它们由一套 Marex OS II 系统来控制。
在Marex、主发动机和驱动单元之间还集成了一个通常用于行走机械应用领域的BODAS控制器,它的任务是协调液压系统所要完成的两项工作,亦即传动与控制。这艘新的Hetairos号游艇在帆船游艇建造行业中树立了一个新的标杆,不仅只是在设计方面,而且也在技术配置方面。这艘游艇在专业领域中受到了专家们的一致好评,获得了WorldSuperyacht Awards 2012 大奖,表彰它“在超级帆船游艇的高新技术进步方面作出了卓越的贡献”。

 
 
案例10:保持电压!
在新型冲床 TruPunch 3000 的机电冲头的研发工作中,Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG 公司与博世力士乐进行了伙伴式的紧密合作。Trumpf 公司的 Werner Erlenmaier 和 Stefan Büttner 对此项工作进行了介绍,阐述了他们在工作中都提出了哪些问题和所得到的答案。
即使在看起来诸如像冲床这样已经既定熟成的机器方案和加工技术中仍然存在着很大的创新潜力。因为不仅只是对这些方案进行优化,而是要进一步寻找发现提高机器产能的新途径。TruPunch 3000 冲床是第一台无残留料工作的冲床:在工作台上不留必须要清除的残余薄板,这不仅节约了时间,而且也节约了平均10%的材料。获得这些成果的基础是由于采用了力士乐元件控制的机器功能以及用于薄板加工的程序功能。最初的时候,我们并没有准备设计一台全新的机床,而是准备只改进最重要的部件:冲头。不再采用液压驱动,而是采用电动伺服驱动。我们希望通过这种改进能够达到降低机器消耗功率的目的。Trumpf为这种机电冲头研发了一种专门的驱动系统并申请了专利。这种系统保证了即使在高动态的情况下也能达到高精密性:取代冲头的旋转运动和冲压行程运动分开驱动的方案,我们在这两个运动中采用了两台同步工作的电机。当两根丝杠主轴均匀地向同方向旋转时刀具可以无限制旋转,例如用于分离刀具的旋转,而当它们相向旋转时就形成冲杆的行程运动。
在我们开始寻找合适的控制系统之前就已经确定了这种设计原理。它对控制系统的要求是相当高的,因为我们的努力目标是在冲孔间距只有一毫米的条件下能够达到每分钟1000次的冲压频率。在IndraDrive中集成 Motion Logic Drive(MLD)的可能性及其0.5毫秒的位置控制节拍是我们决定在机电冲头的研发工作中再次与博世力士乐进行伙伴式合作的决定性因素。
 
减少系统的复杂性
我们在定期举行的研发会议中设计出一种机电一体化的子系统解决方案。在这种系统中,复杂的机械运动由设置在驱动器中的分散式控制器来控制。这种由集中控制与分散控制的组合减少了系统的复杂性:CNC系统解决方案IndraMotion MTX 负责控制机器的主轴,而冲头的机械运动则由设置在压枕附近的驱动侧,亦即伺服电机中的MLD控制器来控制。上级的 IndraMotion MTX 以实时的形式给基于驱动器的控制器发出给定值,由此,我们能够获得达到所要求的行程频率所必需的计算速度。这就能实现快速的反应,能够在温度变化时完成位置修正,由于配置了电机内置的给定值发生器,所以能够在定标运行时达到每分钟2500个行程的频率,而具有带速度匹配的冲通识别则实现了安静的冲压。
在刀具旋转方面提出的问题是:如何精确地定位?在这里电机的刚性是挑战所在。通常情况下,在旋转中通过滚珠丝杠传动系统所设定的刚性并不准确和相同。但是,由于我们采用两台电机组合运行且具有很高的精度,所以必须在控
制系统中通过参数匹配来平衡这些不同的刚性。
另外,借助于工程设计软件IndraWorks能够形成一个用于CNC和运动逻辑系统,以及驱动器的一个统一的软件工具,这就极大地方便了机器的编程和调试工作。
智能型能源管理在研发会议中的第二个重要议题就是能耗问题。
● 因为冲床在加速和减速阶段总会出现很高的电机转速,所以就要求有一个很高的中间回路电压。
● 但是中间回路电压应该不要取决于它们各自的电源电压,亦即必须是受控制的。
● 为了减轻电源负载,我们要求要避免持续的对电源的输入和反馈运行。
这三个要求既不能采用纯输入的电源供给,也不能采用输入和反馈的电源供给来满足,因此,我们委托博世力士乐来为此找到一个最佳的解决方案。
一个用于具有反馈能力的电源供给模块的专用软件与模块化的IndraDrive一起使用,就能够实现即使在流程功率波动很大的情况下也能保证一个几乎恒定的电源负载,而与此同时中间回路独立于电源电压保持在另一个电压范围内。
在中间回路中的蓄能器避免了电能反馈,多余的能量被储存在电容器中,并且在加速阶段重新使用。这种智能型能源模式把输入电源供给和输入加反馈的电源供给的优点有机地结合在了一起。在常规的解决方案中,在加速和减速阶段会导致很高的电源脉冲负载,而在新的解决方案中明显降低了电源负载,但机器性能仍保持不变。
 
较小的电源要求
新的解决方案节约了能源:与常规的不带智能型能源模式的解决方案相比,电源侧的尖峰功率大约由50千瓦降到了22千瓦,降低了一半有余。机器以平均工作速度工作时的平均功率需求减少了30%,仅需5.9千瓦,所采用的工具模块的热负载从 95% 降到了 65%。
现在,我们已经从客户那里得到了反馈,TruPunch3000的最大起动电流要小于竞争机器的最大起动电流,但是消耗的功率仍然相同。由于采用了内置的电容器,因而能够把缓冲电池设计成较小的尺寸,对电源的要求也较低,因而就节约了成本,同样也明显减少了每个工作循环的能耗,并且机器也仅需要较低的接线功率。由于改善的电源兼容性(cos phi 和 TPF = 1.0),再加上减少了在电源滤波器和节流阀上的损失,用户还能额外获得较小电源反响的利益。
冲头系列生产成熟后,把它用在了新的 TruPunch 3000冲床中,并在那里额外地提高了机器的总效率。

 
 
案例11:具有理想尺寸的设备
尺寸小且产能高:SMI 采用博世力士乐跨技术领域的自动化解决方案,从而满足了太阳能行业的这种高要求。
焊接生产线是制造太阳能集热器的核心所在:它的任务是把两个主要的部件吸光板和管换热器相互连接在一起,这是一个极为复杂的生产过程。尤其是在博世热力技术有限公司的一个招标项目中,对这种设备的要求更高,因为所需要的13个加工站必须布置在一个不超过 80 平米的面积内。意大利 Sistemi Meccanici Industriali(SMI) 公司的管材加工专家们勇敢地接受了这个挑战,并很快确立了实现正确方案的主导思想:采用自动化来节省空间位置。
 
座右铭:自动化
为了完成这个项目,SMI请来了博世力士乐的自动化专家作为项目合作伙伴参与项目的运作。从一开始,双方的合作就超越了单纯的零部件供货,两家公司的研发人员联手完成了从建造计划的制定到微小细节研究等一系列工作,并且完全有针对性地选择相应的各种部件。因此,使整个流程中的设备都能实现全自动化–从板材的热压成型到焊接工序。
由机电轴、气动轴和真空夹紧系统组成的组合系统负责操作每个生产步骤。由于力士乐气动技术中采用了串行的Drive & Diagnostic Links DDL,所以,只需少量的现场总线即可把所有的设备连接在一起。此外,设备中还使用了来自力士乐的各种阀系统和气动缸,以及线性传动技术部件,它们包括直线运动模块MKR、滚珠导轨导向系统和滚柱导轨导向系统。“我们特别欣赏各种轴的坚固性,这个特性是满足项目对公差的严格要求的决定因素”,SMI公司总经理Sergio Campeotto 强调说。热压成型流程是由博世力士乐的授权经销商 Fluidotecnica Impianti 公司承担设计的,他们的工程师同时解决了两个问题:一个螺旋转子泵保证了低噪音能级的问题,而阀启闭时间的合理控制则避免了干扰性压力峰值的问题。
 
一个操作员,多种类型。
在设备操作中仅有少量的必须由操作工手工操作的工序,研发人员在设计中特别注意采取措施防止发生典型的错误,例如,采用发源于日本的Poka-Yoke原理来防止放入错误的零件。而对于20多种产品格式之间的更换,也能通过手柄和自动夹紧轻松自如地完成,从而仅需一名操作工即可操作整个生产线。对于SMI来说相当于画龙点睛,借助于此实现了最大程度自动化的大目标。

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