在有限空间内对设备进行现代化改造

整体厨房的定制生产无疑是对自动化技术的终极考验。历经多年发展，单件定制已成为行业标准。然而，现有系统与方法不断面临多重挑战 — 例如，当家具产品线持续扩张而生产空间却无法同步扩大时；或者当系统中老旧部件逐渐成为制约整体效能的瓶颈环节时。因此，倍福产品线中集成的驱动解决方案可谓应时而生，为创新自动化理念提供了关键支撑。这在定制设备制造商 Hüttenhölscher 为整体厨房制造商柏丽（nobilia）打造的标杆项目中得到了验证。

nobilia-Werke J. Stickling GmbH & Co KG 是欧洲主要的整体厨房制造商之一，其产能可覆盖欧洲约 30% 的市场需求。具体来说，这意味着每天可生产并交付多达 3800 套整体厨房，且所有这些都基于订单需求，进行精准的定制化生产。为了高效处理如此庞大的产量，柏丽着重关注以下两个方面：第一点，采用从流程末端逆向推演的生产控制策略。整个物流流程都围绕着一个核心问题：“如何装车，才能以最高效的路线运送所生产的橱柜？”第二点，同时也是极为关键的一点：极高的自动化水平。“我们如何将柜体、面板、螺丝、五金件等所有基础材料转化为定制化家具，并一次性将这些家具连同订购的商品准确无误地运送到对应的卡车上？这唯有通过绝对严格的准时制生产方式才能实现。”柏丽高级项目经理 David Müller 解释道。

仅柏丽二号工厂，每分钟就能生产约 19 个柜体，每天有多达 100 辆满载的卡车从厂区驶出。“你可以想象一下，倘若并非每一块面板都能精准无误地在恰当时间抵达正确位置，将会引发怎样的状况。”Müller 说道。尽管这个长近 700 米、宽超 300 米的工厂规模庞大，但生产区域的空间却依旧极为紧张，无法通过扩展现有系统来适应新的要求。因此，升级改造后的设备占地面积不得超过原有设备。

这一要求同样适用于柏丽将其抽屉生产线升级至新技术标准的需求。其背景是，除了整体厨房产品系列外，公司目前也在响应市场对整体家居解决方案日益增长的需求，开始提供其他区域的家具。因此，尽管原有系统仍聚焦于整体厨房的生产，然而当下却需要具备更高的灵活性，以有效应对产品多样性显著增加的情况。“我们期望在生产技术领域实现新的突破与提升，对现有系统进行现代化改造，从而使其具备生产客厅或浴室家居柜体的能力。”高级项目经理 Müller 强调道。

两座工厂同步启动生产

即便原有的抽屉生产系统仅占二号工厂生产区域的一小部分，但新系统已无空间可容纳。新要求聚焦于更高的吞吐量、更多样化的自动化功能以及更高的安全性，这无疑为项目推进带来了实实在在的严峻挑战。此外，另一大难点在于，此次改造涉及的不是其中一套系统，而是柏丽两座工厂中两条相同的抽屉生产线。新系列产品的切换，即新生产线的投产，必须在两个厂区同步进行。“这是我们在柏丽实施过的最复杂的项目之一。”Müller 表示。

面对这些挑战，柏丽引入了两家合作伙伴：自动化技术供应商倍福，以及在家具行业拥有悠久历史并具备所需专业知识的 Hüttenhölscher Maschinenbau GmbH & Co. KG。由于三家公司的总部都位于东威斯特法伦地区的威尔，地理位置上的“亲近”使得他们已经合作了几十年。“我们曾多次携手开拓自动化领域的新天地。”David Müller 回忆道。目标是依托全新的抽屉系统，将这一成功故事持续书写下去。“我们面临的挑战，不仅在于项目规模极为庞大。”Hüttenhölscher 控制技术部门主管 Kellner 先生补充道，“更在于这是一项我们首次开展实施的新开发项目。”

其计划是在系统内实现物料补给的自动化，实现零人工干预，并能在有限空间内管理多样化的产品。最终呈现的成果是一个尺寸约为 2 米 x 60 厘米的紧凑型穿梭车系统。该系统能够为装配站的机器人精准提供对应抽屉所需的侧板与后板。每个双线系统中安装了三辆这样的穿梭车。它们收集堆叠托盘中的组件，随后在约 20 米的距离范围内，稳定且可靠地将组件运输至指定工位。穿梭装置满载时重约 1000 公斤。尽管承载着如此大的重量，它依然能保持 100 米/分钟的高速运行，且误差严格控制在小于 1 毫米的范围内。

自动化新路径

Hüttenhölscher 最初考虑通过拖链将穿梭车集成到系统中。然而，该方案无法在极其狭窄的输送通道内实施。此外，对于需要长距离行驶的情况，也无法达到所需的动态性能。因此，必须寻找其它解决方案。系统制造商通过母线排为移动系统提供 400 V 电压。因此，穿梭车的两台行走驱动装置以及用于拾取托盘堆的三个轴都采用电力驱动。穿梭车完全摒弃了传统气动系统。

在通信方面，Hüttenhölscher 最终决定采用无线连接和 EtherCAT Automation Protocol（EAP），该协议可实现 EtherCAT 主站之间高度确定性的通信。“由于 EAP 还可用于传输安全信号，这套无线解决方案能够满足应用中各防护区域的高安全要求。”来自倍福系统应用部的 Julius Polldavid 在描述新方案时表示，“没有这一协议，就无法实现这种性质的部署。”

穿梭车的控制任务由尺寸仅为 82 x 127 x 50 mm 的无风扇超紧凑型工业 PC C6025完成。“由于空间有限，超薄设计成为了决定性因素。”同样就职于倍福系统应用部的 Andreas Sträter 补充道，“因此，穿梭车仅需配备一个紧凑小巧的控制箱即可满足需求。从性能层面来看，C6025 完全能够胜任，毕竟逻辑运算并非在穿梭车本体上进行。”“逻辑运算及安全功能都在上层系统控制器 — 即倍福f C6930 控制柜式工业 PC 中集中处理。”Julius Polldavid 说道，“穿梭车的控制系统仅承担执行逻辑指令、采集 I/O 信号以及提供反馈的任务。这也正是系统移动部分无需额外配置独立人机界面的关键所在。”

智能化、集成化驱动技术

对于 Kellner 先生而言，选定工业 PC 制造商并非难事：“在控制方面，基于 PC 的控制和倍福的 EtherCAT 已成为家具行业的标准配置。其不断拓展丰富的驱动产品线，在该行业同样备受青睐。”倍福能够提供集成解决方案这一特性，成为了作出最终选择的关键因素。“穿梭车的控制箱内部空间极为狭小，根本无法容纳传统伺服驱动器，”Andreas Sträter 表示，“而且电机的安装空间同样十分有限。”

由于 AMP8000 分布式伺服驱动系统 的驱动器直接集成在结构紧凑的电机中，倍福基于模块化设备设计理念所打造的这种分布式驱动系统在穿梭车解决方案的应用场景中展现出了卓越的适配性，被证实为理想之选。在具体应用中 AMP8031 分布式伺服驱动器 用于控制托盘搬运，而转动惯量更大的 AMP8552 型号则用于控制行走轴。AMP8620 远程电源模块可为五个轴提供稳定电力支持，因此也非常契合柏丽在该应用场景下的需求。与此同时，EtherCAT P 单电缆解决方案的应用，有效节省了使用空间。而预装配电缆的采用则显著减少了接线工作量。该集成式方案的另一个显著优势在于：当出现维护需求时，维护技术人员能够直接对驱动器进行更换操作，整个过程无需对程序进行任何形式的干预。集成 STO、SLS、SS1 等安全功能的 AMP 驱动器在安全技术层面表现出色，完全契合各项安全要求。其驱动器的设计工作在倍福常规的 TwinCAT Drive Manager 开发环境中高效完成。

预先组装与测试

“在移动穿梭车解决方案的探索进程中，我们毅然踏入了充满未知的技术疆域，包括无线通信与分布式驱动技术等领域。”Kellner 先生总结道，“在此过程中，我们既缺乏可供参照的对比数值，也没有现成的参照系统作为指引。”因此，对于这家系统制造商而言，在前往柏丽进行安装和调试工作之前，尽可能多地积累相关经验显得尤为重要。正是基于这一考量，同时也为了契合柏丽在改造系统方面所制定的极具挑战性的时间规划，Hüttenhölscher 对穿梭车进行了全面且完整的预先组装与严格测试。“如此一来，在二号工厂我们基本上仅需将穿梭车安装至轨道上，即可完成后续工作。”Kellner先生总结道。自 2025 年 1 月起，新型抽屉系统已在柏丽的两家工厂正常投入使用。“鉴于该项目规模宏大，将生产设施改造为适配新系列产品的生产体系，这一过程无疑取得了极具里程碑意义的巨大成功。”David Müller 总结道。