经济的包装

明智地使用运动控制，加上集成和模块化设计，有助于降低机器成本。

经济。每个人都在说这句话。经济学家可能会坚持认为衰退已经结束，但制造商仍对支出持谨慎态度。与此同时，为了保持竞争力，他们需要升级他们的包装生产线。他们如何证明支出的合理性?通过使用运动控制和精心的设计，组件供应商、OEM机器制造商和终端用户可以降低设备成本，加快投资回报。让我们来看看怎么做。

少即是多
“终端用户希望在易于维护的机器中获得更高的吞吐量和更少的停机时间，”Bill Faber说;应用工程高级经理;安川电气美国(沃基根,伊利诺斯州)。运动控制是一个解决方案，提供了很多，包括快速，简单转换；快速诊断方法;即插即用操作更换；提高效率;和减少噪音。然而，这并不一定意味着在伺服轴上越多越好。运动控制应该被智能地使用，而不是尽可能地全面地使用(见图1)。毕竟，性能的提高是有代价的，即使是世界上设计最好的机器，如果不能合理地购买它的话，它也是无用的。

尽管具有运动控制功能的包装机拥有巨大的能力，但一种适用于所有人的方法最终可能变成一种适用于所有人的方法。在某种程度上，这是一个了解市场的问题。OEM机器制造商Colborne Foodbotics制造的生产线可以以每分钟1200个的速度生产和包装馅饼。看起来自然移动开发的机器可以生产和包装的甜点,但这样做忽视了食品行业的一个重要的事实:不同类型的食物,例如水果馅饼和肉馅饼,甚至奶油馅饼——都是由不同的标准。因此，它们通常是在不同的工厂生产的。尽管可以设计和制造一台机器来制造所有这些产品，但它的价格会更高，而且没有一条生产线能充分发挥其所有功能。为生产每一种饼而定制的更小、更简单的机器将更容易在成本基础上得到证明，并更迅速地获得投资回报(见图2)。

Colborne Foodbotics的运营总监Rich Hoskins说，总的来说，成功的途径在于更智能地使用伺服电机，而不是更多地使用伺服电机。“真正创造最佳经济的是过程和整体体系设计，”他观察到。“在运动控制领域，我们正在寻找降低成本的方法，通过更少的机械驱动我们的设备，以更精简的方式做事情。”通常，上游过程可能会在产品中产生配准错误，反过来，需要在包装线中额外的伺服轴来补偿。这个问题在翻新的情况下尤其明显，所以科尔本食品机器人工程团队开始工作。霍斯金斯说:“我们试图弄清楚我们能做些什么，来帮助客户纠正他们在上游所做的一些事情。”“你在一条线上做的第一件事可能会给下游带来问题。它可能位于上游300英尺处，这将给管线的其他部分带来巨大的问题。”注册得越好，包装线就越简单，也越经济。对上游产品的适当控制可以提高下游机器的进料一致性和操作，使其更高效，更不容易停机，更具有成本效益。

线到线
分布式控制体系结构为降低成本提供了重要途径。传统的集中控制包括通过电源和反馈电缆将每个电机连接到位于中央电气柜中的驱动器和控制器。分布式控制利用集成的电机驱动器直接进入包中。它们可以被简单地锁在一起，以实现供电和控制的目的，而不需要把它们接回电器柜。这可以减少85%的布线，不仅降低成本，而且减少故障点。

这种方法还有其他好处。由于机柜中的组件更少，外壳可以小30%，减少占地面积和价格(见图3)。从电气角度来看，流线型机柜更容易设计和安装，而且不需要主动散热。瑞克•雷伊表示:“机器制造商不仅节省了硬件成本，还节省了工程时间。”包装行业业务拓展经理;博世力士乐(霍夫曼地产,伊利诺斯州)。“如果他们需要添加更多的轴，他们所要做的就是重新编程控制器，并将两个额外的电机连接到其余部分，前提是电源能够处理电源。”

终端用户不仅受益于OEM在硬件和开发方面的节省，他们还受益于拥有成本的降低。智能组件提供了增强的诊断和即插即用操作，加快了维护速度，减少了昂贵的停机时间。总的来说，分布式控制的各种经济效益比传统设计降低了30%到40%的成本。

另一个重要方面是能源效率和可持续性。这是一个对投资回报很重要的长期收益。Rey举了一个OEM客户生产的例子饮料托盘堆垛机．这些机器最初使用液压，但通过20马力的直流电机转换为机电运动。接下来的改造带来了10马力的伺服电机，在一个更小的包装显著提高效率。

该设计还使用了再生电源，以便当电机降低一个沉重的托盘，它成为一个发电机(见图4)。能量可以放回总线，以便系统中的其他伺服电机可以使用它。或者，它可以返回到再生电源。“它变成了一个反向逆变器，”雷伊说。“你把直流电转换成交流电，然后把它反馈给线上的电力公司。机器消耗的平均功率下降。这是一项长期的成本节约。”

机器可以将能量储存在电容模块中，而不是再生电源。如果系统上的其他伺服电机需要电源，它们可以在转向墙塞电源之前从电容器中提取。同样，最终的结果是更低的平均功耗，这可以转化为更小、更便宜的电源供应。据Rey介绍，与传统系统相比，该技术可节省高达15%的成本。

经济成分
改进的硬件在今天的机器中也发挥了作用。线性马达有比传统方法更有效的产生直线运动的方法吗旋转伺服电机/致动器组合，由于摩擦和耦合而遭受损失。霍斯金斯说:“我们真的相信，许多运动控制的应用应该是线性系统。”“省去了滚珠丝杠和链轮传动等中间传动装置，直接采用直线运动(使系统)以接近其最大潜力的方式运行，从而为客户提供更大的价值。”

线性电机的效率的提高可以抵消额外的成本在某些情况下，只要他们适当堆叠在旋转设计。雷伊说:“你不仅仅是在比较一个发动机。”“你必须将直线电机与旋转伺服电机、变速箱、滚珠丝杠和轨道系统的成本进行比较。”

组件水平上的性能改善提供了其他经济。电机必须能够满足系统的峰值需求，但峰值需求可能只持续几秒钟。在峰值需求附近调整电机尺寸可能导致在均方根值方面的电机尺寸过大。Farber说:“如果一个较小的电机设计用于处理严重过载，例如在几秒钟内承受350%的扭矩过载，那么就不需要更大、更昂贵的电机。”较小的电机意味着更低的惯性，使机器加速更快。

集成机器控制也提供了好处。而不是控制架构的特点可编程逻辑控制器(PLC)、运动控制器、可编程限位开关(PLSs)等;带有集成编程环境的单个处理器可能完成所有工作。“机电一体化的趋势正在扩大许多OEM的运动控制器的作用，”Faber说。将PLC序列和运动控制与其他外围设备(如PLSs或温度控制模块)集成，可以大大降低组件和安装成本。”该方法还简化了开发、集成和维护，同时最小化硬件成本。

资本设备总是代表着一种投资，但无论经济状况如何，利用上述技术和部件的机器都能给钱带来最好的可能表现。“这都是为了节省成本，”Rey说。“这种技术在经济形势好的时候是有意义的。现在就更有意义了。”