現(xiàn)在，人們處處都能夠聽到為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，也就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)，需要智能化產(chǎn)品。但是，這樣的智能產(chǎn)品具體必須是什么樣的呢、而企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出了怎樣的智能產(chǎn)品呢?企業(yè)在幾年前便開始通過安裝傳感器和用于現(xiàn)代化生產(chǎn)的數(shù)字化接口來裝備其產(chǎn)品。
在此，如運(yùn)動(dòng)塑料專家易格斯集團(tuán)在他們的能源鏈里安裝了測(cè)量磨損的傳感器，以便告知維修人員及時(shí)更換能源鏈。該生產(chǎn)廠家在今年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上首次推介其優(yōu)化安裝傳感器能源鏈的補(bǔ)充產(chǎn)品組合。
圖1 無需保養(yǎng)的滑動(dòng)軸承和一個(gè)智能磨損傳感器應(yīng)能夠確保起重機(jī)和龍門架的該磙子鏈的使用壽命更長(zhǎng)
這里所說的能源鏈涉及到在世界范圍內(nèi)1000余部起重機(jī)和龍門架里應(yīng)用的P4系統(tǒng)。P4磙子鏈系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)路徑最大為800m，作業(yè)時(shí)高運(yùn)動(dòng)速度大于5m/s，并伴隨著幾百萬周期的微弱振動(dòng)和噪音。借助于鏈環(huán)中的智能滾，可將磨損降至最低，從而使其使用壽命最大化。通過上下塔的錯(cuò)移齒槽接頭，人工合成材料滾不會(huì)過度滾動(dòng)，而是一個(gè)接著一個(gè)的依次滾過，以實(shí)現(xiàn)能源鏈的特別平穩(wěn)的運(yùn)行。這樣便降低了能源鏈在運(yùn)行中的摩擦系數(shù)，從而使其傳動(dòng)功率下降了57%。
鏈環(huán)的每個(gè)連接處均有一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸承。現(xiàn)在，該軸承新裝備了一個(gè)熱塑材料制成的無需保養(yǎng)的滑動(dòng)軸承，這樣便可使該軸承的使用壽命延長(zhǎng)一倍以上。
傳感器可智能聯(lián)網(wǎng)和進(jìn)行預(yù)見式保養(yǎng)
該公司生產(chǎn)的新的P4.1系列磙子鏈系統(tǒng)裝有一個(gè)智能監(jiān)控傳感器，如該公司新使用的滑動(dòng)軸承裝有一個(gè)監(jiān)控磨損的傳感器。該傳感器可在低于一個(gè)定義磨損值時(shí)向易格斯公司通信模塊發(fā)送一個(gè)信號(hào),借助于該信號(hào)，相關(guān)人員可規(guī)劃對(duì)磙子鏈系統(tǒng)的預(yù)防性保養(yǎng)維護(hù)。客戶可根據(jù)自己的需要區(qū)別化的應(yīng)用易格斯集團(tuán)通信模塊的數(shù)據(jù)：或是借助于一個(gè)直接融入現(xiàn)存的軟件環(huán)境并專門報(bào)告設(shè)備保養(yǎng)信息的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，或是采用與易格斯集團(tuán)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備使用壽命的智能動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)系統(tǒng)相連接。在這種情況下，設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)建議將通過機(jī)器學(xué)習(xí)和KI算法不斷的與很多日常的應(yīng)用中產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，從而發(fā)出更加準(zhǔn)確的設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)建議。通過P4.1系列磙子鏈系統(tǒng)的智能聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備維護(hù)人員可在任何時(shí)候任何地點(diǎn)存取有關(guān)能源鏈?zhǔn)褂脡勖臄?shù)據(jù)。
位于德國(guó)科隆的易格斯集團(tuán)的能源鏈系統(tǒng)全權(quán)代表HaraldNehrig說：“無論是涉及到Drylin線性導(dǎo)向裝置、智能能源鏈或是智能導(dǎo)向裝置，這些均是由傳感器智能監(jiān)控的產(chǎn)品，在這些產(chǎn)品出現(xiàn)故障前均會(huì)及時(shí)發(fā)出警示”。
圖2 ABB公司的Ability智能傳感器也可用于泵，這樣，泵便能夠處在持續(xù)監(jiān)控中
由于ABB公司始終不斷的尋求改進(jìn)的可能性，所以該公司研制的Ability智能傳感器引起了中型泵生產(chǎn)企業(yè)Egger公司的關(guān)注。據(jù)ABB公司稱，這個(gè)由ABB公司在2016研發(fā)出來的解決方案對(duì)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)機(jī)理進(jìn)行了革命，采用該解決方案可通過遙控，從而早期識(shí)別對(duì)電機(jī)造成威脅的問題。采用該解決方案，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)，從而縮短了泵的停機(jī)時(shí)間。
當(dāng)傳感器是根據(jù)泵的需要進(jìn)行專門設(shè)置時(shí)，此時(shí)泵便能篩分如泵的轉(zhuǎn)數(shù)、失調(diào)或氣穴一類的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換給ABB公司的云服務(wù)，這些數(shù)據(jù)在那里或是通過一個(gè)App進(jìn)行調(diào)用，或是進(jìn)一步進(jìn)行加工處理。這樣，便能夠在將來提供給云基服務(wù)。如現(xiàn)在世界范圍內(nèi)被稱作ABB公司的Ability傳感器，便是由ABB公司自己擔(dān)任供貨商并負(fù)責(zé)提供硬件和云服務(wù)的產(chǎn)品。而其合作伙伴如Egger公司則是負(fù)責(zé)與客戶聯(lián)系，由此實(shí)現(xiàn)了其自己的新的商業(yè)模式。
基于全數(shù)字化電子平臺(tái)的大型流量測(cè)量裝置
ABB公司在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上除了宣告了智能傳感器的進(jìn)一步研究成果外，還公開了一個(gè)新的“Sensy Master”結(jié)構(gòu)系列的質(zhì)量流量測(cè)量裝置。如ABB公司業(yè)務(wù)發(fā)展部門主管流量測(cè)量技術(shù)業(yè)務(wù)發(fā)展的Reinhard Poft所說，這是一種新的結(jié)構(gòu)系列的基于熱膜氣流計(jì)原理的質(zhì)量流量測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且堅(jiān)實(shí)耐用的同時(shí)測(cè)量范圍很大。
如果說其原型產(chǎn)品還是模擬式的，那么，該新的結(jié)構(gòu)系列質(zhì)量流量測(cè)量裝置已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，更加方便用戶使用。該裝置裝入的“傳感器應(yīng)用內(nèi)存”可確保冗余的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可使得在電子交換時(shí)不要求一個(gè)新的校準(zhǔn)。新的結(jié)構(gòu)系列質(zhì)量流量測(cè)量裝置除了4個(gè)預(yù)先組態(tài)的測(cè)量應(yīng)用外，客戶還可選擇其他應(yīng)用。
傳感器和振動(dòng)分析裝置已集成入線性控制系統(tǒng)
舍弗勒集團(tuán)已將智能傳感器和振動(dòng)分析裝置集成入線性控制系統(tǒng)，并借助于該機(jī)電一體化部件提供一個(gè)自動(dòng)化再潤(rùn)滑。該集團(tuán)公司于2017年便對(duì)補(bǔ)償循環(huán)單元也實(shí)現(xiàn)了循環(huán)球式動(dòng)力控制功能，并在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上進(jìn)行了介紹。據(jù)舍弗勒集團(tuán)稱，將智能傳感器和振動(dòng)分析裝置集成入線性控制系統(tǒng)的好處還遠(yuǎn)非僅僅是有一個(gè)單純的再潤(rùn)滑功能。
能夠完整實(shí)現(xiàn)斷面導(dǎo)向控制系統(tǒng)的潤(rùn)滑和潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)控的自動(dòng)化的可能性，對(duì)于該設(shè)備的用戶和生產(chǎn)廠家來說均意味著是一個(gè)大的進(jìn)步。對(duì)于該設(shè)備的用戶來說或許可以省去手工對(duì)設(shè)備加裝潤(rùn)滑油的作業(yè)。而與此同時(shí)，設(shè)備生產(chǎn)廠家或許也可不受控制中央潤(rùn)滑裝置的限制。
反之，采用舍弗勒集團(tuán)研制的Durasene，每個(gè)具體的線性軸均能實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷和需求相適應(yīng)的再潤(rùn)滑。測(cè)量電子裝置可實(shí)現(xiàn)最多對(duì)每個(gè)軸的6個(gè)起重小車進(jìn)行監(jiān)控。不僅在采用6列和4列循環(huán)球式動(dòng)力導(dǎo)向裝置Kuse和Kuve時(shí)，而且在采用滾筒循環(huán)導(dǎo)向裝置Rue時(shí)，傳感器在起重小車上的位置均可自由進(jìn)行選擇：傳感器可布置在起重小車的左邊或右邊，或是布置在頂部的左邊或右邊。
圖3 現(xiàn)在，滾筒循環(huán)單元和球軸承及導(dǎo)軌組件均可得到符合負(fù)荷和需求的自動(dòng)化再潤(rùn)滑
無論是潤(rùn)滑不足，還是混合油中機(jī)油過多，傳感器設(shè)備均能可靠潤(rùn)滑，這樣便能夠延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命，并使機(jī)器的故障率下降。如果再潤(rùn)滑出現(xiàn)差錯(cuò)，例如，潤(rùn)滑設(shè)備出現(xiàn)故障、軟管泄露或是油嘴堵塞，系統(tǒng)均能進(jìn)行可靠識(shí)別。這樣便沒有必要采用如中央潤(rùn)滑裝置使用的那樣的壓力傳感器，而采用壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)控的成本昂貴。該新的系統(tǒng)也能夠保護(hù)充分聯(lián)結(jié)的設(shè)備，使其不產(chǎn)生停頓，而停頓也會(huì)造成昂貴的設(shè)備運(yùn)行成本。弗勒集團(tuán)稱，該公司研制的Durasense對(duì)于那些機(jī)器設(shè)備利用率最大化的行業(yè)來說意義重大。尤其是對(duì)汽車生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)線以及企業(yè)內(nèi)部物流里的很多“運(yùn)動(dòng)軸”、食品和包裝行業(yè)、以及在自動(dòng)化安裝和加工業(yè)來說意義均更大。
當(dāng)人們?cè)?011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上首次聽到工業(yè)4.0這個(gè)詞時(shí)，還沒有人想到工業(yè)4.0會(huì)有怎樣的作用，也沒有人想到對(duì)于工業(yè)4.0來說什么是必不可少的。但是，德國(guó)達(dá)爾姆施塔特工業(yè)大學(xué)早在五年多以前便研制出了裝有一個(gè)傳感器的首個(gè)螺栓產(chǎn)品。達(dá)爾姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)和成型機(jī)研究所的Matthias Brenneis在一個(gè)前期研究項(xiàng)目中發(fā)明并研發(fā)了這根螺栓。他那時(shí)說：“迄今為止還沒有真正的令人信服的安裝傳感器的方法。”他解釋說，“粘結(jié)處容易松開，特別是在一個(gè)‘真正的’嚴(yán)苛的生產(chǎn)環(huán)境中更是如此。”為此，安裝在機(jī)器或是結(jié)構(gòu)件外部的若干傳感器同樣“從外部”提供測(cè)量值，這些測(cè)量值可與一部機(jī)器內(nèi)部或是一個(gè)結(jié)構(gòu)件內(nèi)部的實(shí)際作用著的力進(jìn)行比對(duì)。
圖4 傳感器螺栓準(zhǔn)確的測(cè)量什么樣的力作用到機(jī)器里
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)元件成了測(cè)力螺栓
經(jīng)過了大量研究，該螺栓變得比較小了，已接近市場(chǎng)成熟且獲得了專利。聯(lián)邦德國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部承認(rèn)了這項(xiàng)新技術(shù)并將其納入到“資助研究轉(zhuǎn)化”項(xiàng)目里。聯(lián)邦德國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部對(duì)該傳感器螺栓的進(jìn)一步研發(fā)給以了18個(gè)月的資金資助直至其生產(chǎn)成了產(chǎn)品。首批任務(wù)委托人已經(jīng)在先鋒項(xiàng)目框架內(nèi)利用該項(xiàng)技術(shù)。2013年，從該項(xiàng)目中單獨(dú)成立了Consenses公司，目的是要營(yíng)銷這種螺栓。該生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品可簡(jiǎn)單集成。這種獲得專利的測(cè)力螺栓可取代傳統(tǒng)的螺栓，并且能夠提供機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部的高精準(zhǔn)的力信號(hào)。這就意味著，編碼器和加速度計(jì)可通過磁固定在一起或是通過一個(gè)中央螺栓固定在一起。
