智能制造“幕后的英雄”
導(dǎo) 讀
隨著我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的不斷提高，不只是疫苗生產(chǎn)線，在鋰電池制造、消費(fèi)類電子產(chǎn)品生產(chǎn)等各種規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)過程中已經(jīng)廣泛使用大量自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。而在這些設(shè)備背后，智能機(jī)械控制器可以說是“幕后的英雄”。
近期，新冠疫情風(fēng)波再起。由于多地新冠疫情形勢(shì)嚴(yán)峻，全國人民的情緒也再次變得緊張，新冠疫苗接種也得到了更多關(guān)注。
早在2020年12月15日，中國就正式開展重點(diǎn)人群接種工作。據(jù)國家衛(wèi)健委最新數(shù)據(jù)顯示，截至今年8月10日，全國接種新冠疫苗劑次已經(jīng)超過18億。如此快速的推廣，離不開海量充足的疫苗產(chǎn)品供應(yīng)。據(jù)預(yù)測(cè)，要滿足每年4-5億人的接種需求，新冠疫苗的年產(chǎn)量就需達(dá)到8-10億支。
為了保證品控，在疫苗的生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用。例如，無論是疫苗罐裝過程中的生產(chǎn)線自動(dòng)化，還是批量包裝生產(chǎn)線投用的碼垛機(jī)器人，都大大提高了疫苗生產(chǎn)的作業(yè)效率，為全民健康保駕護(hù)航。
事實(shí)上，隨著我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的不斷提高，不只是疫苗生產(chǎn)線，在鋰電池制造、消費(fèi)類電子產(chǎn)品生產(chǎn)等各種規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)過程中已經(jīng)廣泛使用大量自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備。而在這些設(shè)備背后，智能機(jī)械控制器可以說是“幕后的英雄”。
智能機(jī)械控制器成為工廠核心
對(duì)于工廠而言，機(jī)械設(shè)備是最不可或缺的核心資產(chǎn)。由于工業(yè)場(chǎng)景中機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)組成復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣，通常要求高負(fù)荷、長時(shí)間運(yùn)行，這就對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的控制能力提出著嚴(yán)苛要求。為了更精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備控制，機(jī)械控制器也就應(yīng)運(yùn)而生。
機(jī)械控制器是工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的核心控制部件之一，它通過各種安裝在動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳感器，感知系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以用戶的預(yù)期運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)，由其內(nèi)部的控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械的狀態(tài)控制。
然而，傳統(tǒng)機(jī)械控制器的控制精度仍然有不小的提升空間。隨著智能制造的不斷發(fā)展，自動(dòng)化產(chǎn)品線對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的控制精度要求愈發(fā)嚴(yán)格。正所謂失之毫厘、差之千里，一旦自動(dòng)化產(chǎn)品線的機(jī)械精度誤差過大，輕則導(dǎo)致產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)，重則可能令整條生產(chǎn)線完全宕機(jī)。
為了解決這些難點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗(yàn)的深圳市匯川技術(shù)股份有限公司與合作伙伴英特爾一起，借助英特爾酷睿i5處理器帶來的強(qiáng)勁處理能力，并結(jié)合英特爾工業(yè)邊緣控制平臺(tái)構(gòu)建了先進(jìn)的智能機(jī)械控制器，引入了融合OpenVINO工具套件的人工智能工業(yè)視覺技術(shù)，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，通過單元模塊化設(shè)計(jì)和立體式堆疊架構(gòu)，不但簡化了控制，也幫助企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低總擁有成本。
酷睿i5處理器：精準(zhǔn)控制能力
對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品而言，功能性材料器件的品質(zhì)對(duì)其性能影響不容小覷。因此，提升其重要加工設(shè)備——圓刀模切機(jī)的技術(shù)水平能有效提升最終產(chǎn)品的質(zhì)量表現(xiàn)和用戶口碑。
圖：圓刀模切機(jī)生產(chǎn)工序
一般而言，電子配件產(chǎn)品需要經(jīng)過多次的模切、貼合與剝離幾個(gè)步驟。傳統(tǒng)方案需要采用多臺(tái)貼合機(jī)與模切機(jī)組合的方案才可以完成。但圓刀模切機(jī)通過各工位組合，一機(jī)即可輕松搞定。然而，圓刀模切機(jī)存在張力控制、模切精度、靈活豐富的工藝組合等難點(diǎn)，不但需要考慮材料進(jìn)行收放卷控制時(shí)的作用力影響，還需要對(duì)每個(gè)刀座的位置都進(jìn)行精準(zhǔn)控制。
對(duì)于如何提升圓刀模切機(jī)的控制精度和加工水平，其實(shí)可總結(jié)為“快、準(zhǔn)、穩(wěn)”三要素。要達(dá)到這三點(diǎn)，需要圓刀模切機(jī)控制系統(tǒng)具備多軸同步運(yùn)動(dòng)控制、準(zhǔn)確定位與追標(biāo)、速度波動(dòng)和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)精準(zhǔn)控制、高響應(yīng)速度以及實(shí)時(shí)控制等能力。
為此，匯川技術(shù)與合作伙伴英特爾一起，借助英特爾酷睿i5處理器帶來的強(qiáng)勁處理能力，并結(jié)合英特爾工業(yè)邊緣控制平臺(tái)構(gòu)建了先進(jìn)的AC800系列智能機(jī)械控制器，并引入了融合OpenVINO工具套件的人工智能工業(yè)視覺技術(shù)，令圓刀模切機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度的精準(zhǔn)控制能力。
圖：基于AC810智能機(jī)械控制器的高性能圓刀模切解決方案
具體來看，匯川技術(shù)圓刀模切機(jī)方案采用開環(huán)力矩控制，解耦啟動(dòng)、加速、穩(wěn)速、減速階段受力過程，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。同時(shí)伺服內(nèi)置齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，可以有效抑制高頻小波動(dòng)。而擾動(dòng)觀測(cè)器功能，可以有效抑制外部擾動(dòng)引起低頻大波動(dòng)，讓產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)穩(wěn)上加穩(wěn)。
同時(shí)，匯川技術(shù)在方案中內(nèi)嵌英特爾酷睿i5處理器，從而有著優(yōu)異的計(jì)算處理能力，結(jié)合英特爾睿頻加速技術(shù)，該方案能有效提升圓刀模切解決方案所關(guān)注的響應(yīng)速度，同時(shí)其還能以良好的功耗和穩(wěn)定性適用于環(huán)境復(fù)雜的產(chǎn)線環(huán)境。
OpenVINO：異物檢測(cè)能力
在疫苗生產(chǎn)中，質(zhì)檢是非常重要的環(huán)節(jié)。我國2015版《藥典》有明確規(guī)定，藥物制劑中不得檢出粒徑或長度大于50微米的可見異物。正是由于疫苗生產(chǎn)過程中的嚴(yán)格要求，現(xiàn)代化制藥企業(yè)往往需要十分嚴(yán)格的質(zhì)檢才能保證產(chǎn)品達(dá)標(biāo)。
圖：融合燈檢機(jī)的自動(dòng)化制藥流程
在現(xiàn)代疫苗生產(chǎn)中，燈檢法是制藥企業(yè)實(shí)施異物檢測(cè)的常用方法。在過去，企業(yè)一般安排視力符合藥典標(biāo)準(zhǔn)的操作工在暗室中使用燈檢儀對(duì)容器進(jìn)行逐一檢查，但人工目測(cè)的方式不僅檢測(cè)效率低，同時(shí)高強(qiáng)度用眼對(duì)員工的視力也會(huì)造成損害。為應(yīng)對(duì)人工檢測(cè)的種種弊端，近年來自動(dòng)化燈檢機(jī)設(shè)備在制藥企業(yè)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用，也成為自動(dòng)化制藥流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
然而，當(dāng)瓶體進(jìn)入異物檢測(cè)區(qū)域時(shí)，燈檢機(jī)需要通過擺臂運(yùn)動(dòng)，使瓶體從旋瓶狀態(tài)進(jìn)入急停狀態(tài)，供安置在擺臂上的高清工業(yè)相機(jī)進(jìn)行拍照。在有限的時(shí)間窗口，系統(tǒng)不但要提升拍攝清晰度，還要對(duì)拍攝圖片進(jìn)行快速分析與比對(duì)，其難度不可謂不高。
為解決上述問題，匯川技術(shù)憑借其在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域豐富的經(jīng)驗(yàn)，與深度合作伙伴英特爾一起，借助英特爾賽揚(yáng)處理器、OpenVINO工具套件等先進(jìn)的軟、硬件產(chǎn)品組合蘊(yùn)藏的出色計(jì)算處理能力和AI性能優(yōu)勢(shì)，打造智能燈檢機(jī)一站式解決方案，為加速新冠疫苗等生產(chǎn)提供助力。
圖：匯川一站式燈檢機(jī)整體解決方案
匯川技術(shù)燈檢機(jī)整體解決方案由AC801高性能智能機(jī)械控制器、KINOVISION工業(yè)視覺控制器、IT7000高性能HMI平臺(tái)，以及一系列由SV660N總線伺服器與高性能電機(jī)構(gòu)成的模塊組成。
其中，由英特爾賽揚(yáng)處理器提供計(jì)算處理能力，并結(jié)合英特爾工業(yè)邊緣控制平臺(tái)打造的AC801高性能智能機(jī)械控制器，不僅能夠?yàn)橐曈X處理平臺(tái)的推理過程提供強(qiáng)勁算力，還通過OpenVINO工具套件的引入，大幅提升平臺(tái)中AI模型的推理效率。
圖：匯川技術(shù)KINOVISION(麒麟)視覺控制器
作為英特爾面向高性能計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)應(yīng)用推出的快速開發(fā)工具包，OpenVINO工具套件除對(duì)傳統(tǒng)OpenCV、OpenCLTM圖像處理庫的指令集進(jìn)行了全方位優(yōu)化外，還融合了優(yōu)化視覺庫以及英特爾MediaSDK等組件，并通過內(nèi)置英特爾深度學(xué)習(xí)部署工具來有效提升推理速度，為燈檢機(jī)整體解決方案提供了高效、可靠的異物檢測(cè)能力。
工業(yè)邊緣控制：柔性生產(chǎn)能力
伴隨著新能源汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域等下游應(yīng)用行業(yè)的高速發(fā)展，鋰電池已成為制造領(lǐng)域新的投資發(fā)展焦點(diǎn)。
鋰電池制造工藝流程包括了勻漿、涂布、模切、疊片、繞卷、化成、分容等工序。在這一過程中，更多的生產(chǎn)企業(yè)正將鋰電池生產(chǎn)與工業(yè)智能化技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用于工序自動(dòng)化、產(chǎn)線自動(dòng)化以及整體數(shù)字化工廠，使得先進(jìn)的智能化制造設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)正成為高品質(zhì)、高效率鋰電池生產(chǎn)的重要保障。
作為鋰電池制造工藝中的重要工序，化成環(huán)節(jié)與鋰電池的自放電性、循環(huán)壽命、安全性和穩(wěn)定性息息相關(guān)，直接影響著鋰電池的性能。為保證產(chǎn)品品質(zhì)，要求化成分容設(shè)備精確控制電池充放電時(shí)的電流和電壓，以及生產(chǎn)過程中的壓力和溫度。此外，還需要設(shè)備適用不同的電池生產(chǎn)工藝，支持靈活配置產(chǎn)能。
傳統(tǒng)的人工控制方式顯然無法應(yīng)對(duì)這一復(fù)雜多變的場(chǎng)景，一方面，化成環(huán)節(jié)中的參數(shù)調(diào)整窗口在極端情況下可能非常短暫，有時(shí)會(huì)短至操作人員的手眼來不及反應(yīng)；另一方面，多種參數(shù)聯(lián)動(dòng)下的復(fù)雜場(chǎng)景，也使操作人員難以以人工方式快速計(jì)算出最優(yōu)方案。此外，傳統(tǒng)的化成設(shè)備使用多PLC交互控制，每組分容單元配置一臺(tái)PLC，至少需要15臺(tái)PLC才能完成整線控制，控制器之間存在相互干擾，且用戶的開發(fā)難度較大，編程復(fù)雜。
為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，采用具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、智能決策以及操作控制等功能的智能化控制技術(shù)，同時(shí)優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、降低成本，無疑是當(dāng)務(wù)之急。基于良好設(shè)計(jì)的智能化系統(tǒng)，可以根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，靈活配置各工藝單元數(shù)量，使得產(chǎn)線在簡化控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。但這又對(duì)設(shè)備控制器的運(yùn)算處理能力、控制平臺(tái)效能提出了更高要求。
在關(guān)鍵的自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建上，匯川技術(shù)基于英特爾酷睿i5處理器的強(qiáng)大處理能力，并結(jié)合英特爾工業(yè)邊緣控制平臺(tái)，所打造的AC800系列高性能智能機(jī)械控制器具備強(qiáng)大的帶軸和算力，能夠替代傳統(tǒng)產(chǎn)線中基于可編程邏輯控制器、人機(jī)接口等一系列單功能控制器，從而實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)工作負(fù)載的高效整合。
不僅如此，該方案還結(jié)合英特爾工業(yè)邊緣控制平臺(tái)，能夠?qū)?shí)時(shí)計(jì)算和控制能力有效串接，為AC800系列高性能控制系統(tǒng)提供了虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)協(xié)議、實(shí)時(shí)計(jì)算、信息安全等一系列子模塊，幫助用戶增強(qiáng)系統(tǒng)響應(yīng)以及降低運(yùn)維難度。
寫在最后
毫無疑問，隨著工廠自動(dòng)化、智能化水平的不斷提高，智能機(jī)械控制器也將發(fā)揮出越來越大的作用。在時(shí)代浪潮的大背景下，匯川技術(shù)正與英特爾一起，以先進(jìn)的信息化與工控技術(shù)為抓手，助力企業(yè)加速智能化轉(zhuǎn)型。
