公司消息

博世力士樂雜誌:研發資訊(2012.2)。

2012/12/18
案例1:安全的安全演練
中國上海東方航空公司為了更好地培訓空乘人員也採用了博世力士樂的專門知識。這家航空公司引進了一個用於空客 320/321 的被稱為 Cabin Emergency Evacuation Trainer (CEET) 的演練模擬飛機。這個模擬飛機能夠盡可能真實地模擬周圍環境,使學員們能夠感受到出現險情時的心理壓力,諸如氣流顛簸、火情甚至是墜落等險情。只有這樣,空乘人員才能為應對出現的各種險情做好準備。
一套CEET設備由機身與一套運動系統組合而成。大約在25年前,力士樂就為此開發研製了第一套運動系統,在此期間已經向全世界供貨且安裝了20套這種系統。例如,利用這種系統可以類比諸如墜落的場景,空乘人員能夠在這種場景中學會在非常困難的情況下如何使用緊急滑梯。這套運動系統負責機艙的高動態傾斜運動,從而能夠模擬飛機的真實運動狀況,借助于專門開發的液壓系統,可以使機艙在三個自由度方向上運動。三台液壓缸能夠使 27噸多重的機身受控制地運動,在最高的安全標準下加速度可高達1g,高度的安全性保證了不使演練本身發生緊急意外的情況。

 
 
案例2:風浪無懼
當在有風浪的海況下使船舶搖擺不定的時候,要把重物準確平穩地下放到海底是一項嚴峻的挑戰。力士樂二次控制式驅動裝置利用海浪平衡系統解決了這個難題:一個 Motion Reference Unit單元負責採集船的加速情況,然後,力士樂或者製造商的控制電子元件以此為基礎計算出所要求的平衡量,並將其傳遞給吊車捲揚機的驅動器。因此,即使是非常重的物體也能夠很安全平穩地下放到海底,不僅如此,驅動器的工作還特別具有能源效益:在船被海浪抬起的過程中,捲揚機鋼纜必須及時放開並產生能量,這些能量被收集起來,並用於下次當船下落浪谷時鋼纜的捲繞。二次控制式驅動器能夠補償高達95%的船身運動,同時還能節省高達 70% 的能源。

 
 
案例3:節約的機器人
Dürr系統有限公司與博世力士樂股份公司合作開發了一種用於噴漆和密封機器人的新型控制與驅動技術。在這種技術部件中配置有緊湊的電子伺服控制器、新的氣動控制器和用於整個運動和流程通訊的自動化匯流排sercos,新型的機器人與其前身相比能耗減少了高達30%。另外,sercos還減少了機器人中所必需的通訊系統的數量,從原來的三個減少到一個。對於Dürr與博世力士樂的這種成功的夥伴式合作,雙方都希望在今後繼續保持下去。

 
 
案例4:乾淨地折疊
對於酒店服務員、洗衣店員工和郵輪服務員來說,機器人 Robot Folding Box (Rofobox) 的發明問世是一場真正的革命:Rofobox在最佳的衛生條件下能夠準確地折疊餐巾紙,而且是以各種不同的樣式,如此一來就取得了節約費用高達 60% 的成果,並且保證了最高的衛生程度。力士樂為此供貨了配置有安全功能 SafeLogic compact 的控制技術部件以及線性傳動部件,並且以其遍佈世界的服務網路和優質的產品而贏得了客戶的信任。

 
 
案例5:緊湊壓實垃圾
力士樂為垃圾收集車中的壓實功能研發了一種新型控制閥塊,它同時節省了雙重重量:它的緊湊箱體由灰鑄鐵製成,這就為製造商減輕了後軸的負載,亦即減輕了車輛的空載重量,這樣就能提高車輛的載重能力。另外,改善的性能也為減輕重量起到了作用,例如,可以安裝較小的液壓缸並用較高的壓力來驅動壓實功能,同時,新的設計還擁有很小的壓力峰值,因此,能夠使起升板無抖動地起升和下落。各種協助工具可以通過介面方便地集成在力士樂ED系列的換向閥中。

 
 
案例6:潛水運動員更加安全
博世力士樂馬上即可與坐落在斯堪的納維亞地區的 Consensum AS 公司一起參與潛水運動員的安全保障工作。這兩家企業共同簽署了一份為期 20 年的許可證授權合同。Consensum公司幾年以來對潛水運動員的安全產品進行了招標工作。這些產品的先決條件是採用最新的技術和具有最高的品質。在壓縮空氣技術範圍以及在專門的抗腐蝕材料領域的專門知識使力士樂生產的壓縮空氣部件能夠良好地應用在水下 (咸水)。
通過與Consensum的夥伴式合作,使力士樂獲得了將其產品也能夠應用於機械與設備製造領域之外的領域的機會。“我們非常榮幸能有這種緊密且長期合作的機會”,博世力士樂氣動銷售總經理 Dr. Alexander Lawrence 博士說道。

 
 
案例7:長時間運行,短時間維護。
博世力士樂也在“乘坐”維也納的地鐵。這家公司為地鐵的“V車”專案供貨了氣動設備。在設備中配置了控制閥塊和電氣櫃,它們主要負責制動氣缸和氣動彈簧的控制工作。設備的核心是大約70公斤重的控制閥塊:尤其是它的維護簡便的優點取得了營運方技術人員的信任。雖然每輛車的每個回轉底盤上都有三個獨立的制動系統以保證在各種情況下的安全可靠停車,因此而總共安裝了36套氣動制動系統,但是,維也納地鐵線的技術人員仍能夠在需要的情況下,自己簡
單且快捷地更換任意一個控制閥,這就縮短了停車維護的時間,並且也節省了費用。自2004年以來已經為總共40列列車配置了這種設備,並且在此期間已經在維也納的地下運行超過了一千六百萬公里。
這個項目還將繼續延續到2016年:維也納的地鐵網在今後若干年間要繼續擴建,而且首批於1970年代建造的列車也必須進行更換。

 
 
案例8:以XXXL超級格式壓制
世界最大的3-D壓制系統VX4000一班接一班地全自動化地壓制著用顆粒材料製成的任意物體。這台壓機可以壓制最大四米長、兩米寬、一米高的零件。在制造過程中粉狀的材料被一層層反復地塗在一個製作平臺上,然後,相應於層面的幾何尺寸通過一個壓頭用流體粘貼劑有選擇地粘貼起來。與常規的製作平臺下落的加工方法相反,在這裡是塗料單元被抬起,採用這種方法能夠使即使是重量高達12噸的大型物體也能被可靠地壓制成型。設置在VX4000中的帶有密封帶的力士樂直線運動模組MKR兩年以來在艱苦的環境下可靠地完成著定位的工作。

 
 
案例9:新型超輕帆船遊艇
全球最大的超輕遊艇為未來的船舶設計指明了方向。在這種高科技現代化的遊艇中當然少不了力士樂高度現代化的液壓系統的身影。
高新技術獨一無二
遊艇全長67米,兩根桅杆中最高的桅杆高高地伸向 62.5米高的天空中。儘管Hetairos號遊艇的體積已經非常龐大,但這還不是它真正的特別之處。這艘船全部採用碳纖維複合材料建造:從船體、甲板到船艙、發動機基礎、管道和排氣管以及船上的其它結構都毫無例外,如此大範圍的輕型結構迄今為止還獨一無二。採用這樣的現代化材料設計極大地減輕了船的重量,這艘排水量為230噸的現代化帆船遊艇比同類遊艇的重量要減輕一半。
 
伸縮龍骨極具優點
這艘遊艇的核心是集成的雙作用式液壓系統:它不僅要驅動遊艇,而且也要驅動甲板系統,這就意味著要具備較輕的重量和更大的空間。這套驅動裝置由兩套推進器控制系統(OYS)組成,可旋轉360度以便能夠靈活精確地控制遊艇的靠岸動作。推進器能夠將遊艇加速到15節的航速,這相當於每小時28公里。在大多數情況下,帆船遊艇的航行全部依靠的是風的動力,為了使遊艇能夠以較小的阻力在海洋上揚帆遠航,可以把兩個驅動器收進船體之內。這同樣也適用於龍骨,根據水的深度或者所需要的穩定性可以將龍骨伸出三米半、六米或九米的深度。
芬蘭的 Marine & Hydraulics 公司是博世力士樂的系統結合委託公司,它與 Baltic Yachts 公司一起開發了這種創新的液壓系統,使其成為以力士樂的標準部件為基礎的為遊艇量身定制的解決方案,並且在試驗和調試工作中提供了強有力的支援。船上總共配備了由一百多個液壓元件組成的四個主驅動裝置,它們由一套 Marex OS II 系統來控制。
在Marex、主發動機和驅動單元之間還集成了一個通常用於行走機械應用領域的BODAS控制器,它的任務是協調液壓系統所要完成的兩項工作,亦即傳動與控制。這艘新的Hetairos號遊艇在帆船遊艇建造行業中樹立了一個新的標杆,不僅只是在設計方面,而且也在技術配置方面。這艘遊艇在專業領域中受到了專家們的一致好評,獲得了WorldSuperyacht Awards 2012 大獎,表彰它“在超級帆船遊艇的高新技術進步方面作出了卓越的貢獻”。

 
 
案例10:保持電壓!
在新型衝床 TruPunch 3000 的機電沖頭的研發工作中,Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH & Co. KG 公司與博世力士樂進行了夥伴式的緊密合作。Trumpf 公司的 Werner Erlenmaier 和 Stefan Büttner 對此項工作進行了介紹,闡述了他們在工作中都提出了哪些問題和所得到的答案。
即使在看起來諸如像衝床這樣已經既定熟成的機器方案和加工技術中仍然存在著很大的創新潛力。因為不僅只是對這些方案進行優化,而是要進一步尋找發現提高機器產能的新途徑。TruPunch 3000 衝床是第一台無殘留料工作的衝床:在工作臺上不留必須要清除的殘餘薄板,這不僅節約了時間,而且也節約了平均10%的材料。獲得這些成果的基礎是由於採用了力士樂元件控制的機器功能以及用於薄板加工的程式功能。最初的時候,我們並沒有準備設計一台全新的機床,而是準備只改進最重要的部件:沖頭。不再採用液壓驅動,而是採用電動伺服驅動。我們希望通過這種改進能夠達到降低機器消耗功率的目的。Trumpf為這種機電沖頭研發了一種專門的驅動系統並申請了專利。這種系統保證了即使在高動態的情況下也能達到高精密性:取代沖頭的旋轉運動和衝壓行程運動分開驅動的方案,我們在這兩個運動中採用了兩台同步工作的電機。當兩根絲杠主軸均勻地向同方向旋轉時刀具可以無限制旋轉,例如用於分離刀具的旋轉,而當它們相向旋轉時就形成沖杆的行程運動。
在我們開始尋找合適的控制系統之前就已經確定了這種設計原理。它對控制系統的要求是相當高的,因為我們的努力目標是在沖孔間距只有一毫米的條件下能夠達到每分鐘1000次的衝壓頻率。在IndraDrive中集成 Motion Logic Drive(MLD)的可能性及其0.5毫秒的位置控制節拍是我們決定在機電沖頭的研發工作中再次與博世力士樂進行夥伴式合作的決定性因素。
 
減少系統的複雜性
我們在定期舉行的研發會議中設計出一種機電一體化的子系統解決方案。在這種系統中,複雜的機械運動由設置在驅動器中的分散式控制器來控制。這種由集中控制與分散控制的組合減少了系統的複雜性:CNC系統解決方案IndraMotion MTX 負責控制機器的主軸,而沖頭的機械運動則由設置在壓枕附近的驅動側,亦即伺服電機中的MLD控制器來控制。上級的 IndraMotion MTX 以即時的形式給基於驅動器的控制器發出給定值,由此,我們能夠獲得達到所要求的行程頻率所必需的計算速度。這就能實現快速的反應,能夠在溫度變化時完成位置修正,由於配置了電機內置的給定值發生器,所以能夠在定標運行時達到每分鐘2500個行程的頻率,而具有帶速度匹配的沖通識別則實現了安靜的衝壓。
在刀具旋轉方面提出的問題是:如何精確地定位?在這裡電機的剛性是挑戰所在。通常情況下,在旋轉中通過滾珠絲杠傳動系統所設定的剛性並不準確和相同。但是,由於我們採用兩台電機組合運行且具有很高的精度,所以必須在控制系統中通過參數匹配來平衡這些不同的剛性。
另外,借助於工程設計軟體IndraWorks能夠形成一個用於CNC和運動邏輯系統,以及驅動器的一個統一的軟體工具,這就極大地方便了機器的程式設計和調試工作。
智慧型能源管理在研發會議中的第二個重要議題就是能耗問題。
● 因為衝床在加速和減速階段總會出現很高的電機轉速,所以就要求有一個很高的中間回路電壓。
● 但是中間回路電壓應該不要取決於它們各自的電源電壓,亦即必須是受控制的。
● 為了減輕電源負載,我們要求要避免持續的對電源的輸入和回饋運行。
這三個要求既不能採用純輸入的電源供給,也不能採用輸入和回饋的電源供給來滿足,因此,我們委託博世力士樂來為此找到一個最佳的解決方案。
一個用於具有回饋能力的電源供給模組的專用軟體與模組化的IndraDrive一起使用,就能夠實現即使在流程功率波動很大的情況下也能保證一個幾乎恒定的電源負載,而與此同時中間回路獨立於電源電壓保持在另一個電壓範圍內。
在中間回路中的蓄能器避免了電能回饋,多餘的能量被儲存在電容器中,並且在加速階段重新使用。這種智慧型能源模式把輸入電源供給和輸入加回饋的電源供給的優點有機地結合在了一起。在常規的解決方案中,在加速和減速階段會導致很高的電源脈衝負載,而在新的解決方案中明顯降低了電源負載,但機器性能仍保持不變。
 
較小的電源要求
新的解決方案節約了能源:與常規的不帶智慧型能源模式的解決方案相比,電源側的尖峰功率大約由50千瓦降到了22千瓦,降低了一半有餘。機器以平均工作速度工作時的平均功率需求減少了30%,僅需5.9千瓦,所採用的工具模組的熱負載從 95% 降到了 65%。
現在,我們已經從客戶那裡得到了回饋,TruPunch3000的最大起動電流要小於競爭機器的最大起動電流,但是消耗的功率仍然相同。由於採用了內置的電容器,因而能夠把緩衝電池設計成較小的尺寸,對電源的要求也較低,因而就節約了成本,同樣也明顯減少了每個工作迴圈的能耗,並且機器也僅需要較低的接線功率。由於改善的電源相容性(cos phi 和 TPF = 1.0),再加上減少了在電源濾波器和節流閥上的損失,用戶還能額外獲得較小電源反響的利益。
沖頭系列生產成熟後,把它用在了新的 TruPunch 3000衝床中,並在那裡額外地提高了機器的總效率。

 
 
案例11:具有理想尺寸的設備
尺寸小且產能高:SMI 採用博世力士樂跨技術領域的自動化解決方案,從而滿足了太陽能行業的這種高要求。
焊接生產線是製造太陽能集熱器的核心所在:它的任務是把兩個主要的部件吸光板和管換熱器相互連接在一起,這是一個極為複雜的生產過程。尤其是在博世熱力技術有限公司的一個招標專案中,對這種設備的要求更高,因為所需要的13個加工站必須佈置在一個不超過 80 平米的面積內。義大利 Sistemi Meccanici Industriali(SMI) 公司的管材加工專家們勇敢地接受了這個挑戰,並很快確立了實現正確方案的主導思想:採用自動化來節省空間位置。
 
座右銘:自動化
為了完成這個專案,SMI請來了博世力士樂的自動化專家作為專案合作夥伴參與專案的運作。從一開始,雙方的合作就超越了單純的零部件供貨,兩家公司的研發人員聯手完成了從建造計畫的制定到微小細節研究等一系列工作,並且完全有針對性地選擇相應的各種部件。因此,使整個流程中的設備都能實現全自動化–從板材的熱壓成型到焊接工序。
由機電軸、氣動軸和真空夾緊系統組成的組合系統負責操作每個生產步驟。由於力士樂氣動技術中採用了串列的Drive & Diagnostic Links DDL,所以,只需少量的現場匯流排即可把所有的設備連接在一起。此外,設備中還使用了來自力士樂的各種閥系統和氣動缸,以及線性傳動技術部件,它們包括直線運動模組MKR、滾珠導軌導向系統和滾柱導軌導向系統。“我們特別欣賞各種軸的堅固性,這個特性是滿足項目對公差的嚴格要求的決定因素”,SMI公司總經理Sergio Campeotto 強調說。熱壓成型流程是由博世力士樂的授權經銷商 Fluidotecnica Impianti 公司承擔設計的,他們的工程師同時解決了兩個問題:一個螺旋轉子泵保證了低噪音能級的問題,而閥啟閉時間的合理控制則避免了干擾性壓力峰值的問題。
 
一個操作員,多種類型。
在設備操作中僅有少量的必須由操作工手工操作的工序,研發人員在設計中特別注意採取措施防止發生典型的錯誤,例如,採用發源於日本的Poka-Yoke原理來防止放入錯誤的零件。而對於20多種產品格式之間的更換,也能通過手柄和自動夾緊輕鬆自如地完成,從而僅需一名操作工即可操作整個生產線。對於SMI來說相當於畫龍點睛,借助於此實現了最大程度自動化的大目標。

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