當(dāng)日立ABB電網(wǎng)瑞士倫茨堡的半導(dǎo)體工廠面臨增加產(chǎn)量的壓力時，他們轉(zhuǎn)向了將AGV和機器人相結(jié)合的創(chuàng)新項目，以開發(fā)全自動制造解決方案。
該工廠為從電力鐵路到能源傳輸和配電等客戶生產(chǎn)一系列BiMos功率半導(dǎo)體。ABB在全球平臺上進行交易，并面臨匯率和國際競爭的差異，其中許多來自低成本制造地。為了保持瑞士這個以高成本著稱的國家的業(yè)務(wù)競爭力，確保最大限度地提高生產(chǎn)率甚為至關(guān)重要。
像所有工業(yè)4.0之旅一樣，這個項目是一個長期過程，六年后仍在發(fā)展。他們最初進軍自動化階段包括了兩個重點項目，即需要硅處理的前端工藝和最終產(chǎn)品組裝的后端流程。
從試生產(chǎn)到正式生產(chǎn)
有一個流程被確定為特別適合自動化，因此日立ABB電網(wǎng)開始完全自動化離散的后端流程。該項目被命名為Genesis（創(chuàng)世紀），一場新的旅程就此開始。這不是一個簡單的項目：超過100個子項目，20個新的生產(chǎn)單元，50多個機器人和6個AGV都集成到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）里。因此，它需要采用分階段的方法。
這項技術(shù)被決定在一條試驗線上進行試驗。該試驗線是使用實際生產(chǎn)單元和設(shè)備以及四臺AGV和幾臺ABB機器人專門建造的。ABB倫茨堡的項目經(jīng)理David Hajas表示："這是我們以后想要做的一切，但目前是小規(guī)模的，只是為了測試接口是否正常工作。"它測試了 MES 系統(tǒng)和機器人之間的通信，MES 和 AGV 之間的通信以及 AGV 與生產(chǎn)設(shè)備之間的機械交接。從可行性研究開始到這一試驗線工作，我們花了兩年時間。"
在此試點階段，倫茨堡的 日立ABB 團隊與不同的供應(yīng)商一起制定了自己的標準，并撰寫了接口規(guī)范。"我們先邁出了一步，然后我們發(fā)現(xiàn)了問題是什么，我們解決了該問題，然后進入下一個挑戰(zhàn)；這是一個迭代的方法。在可行性研究的兩年中，我們創(chuàng)建了我們的標準，并應(yīng)用于其他設(shè)備。我們將它放入每個規(guī)范中，用于我們與合作的每個不同的供應(yīng)商。“
自動化生產(chǎn)流程
最后一個項目涉及幾個生產(chǎn)單元與機床，它們是由ABB機器人加工和裝載的。生產(chǎn)單元之間的物流由AGV處理。該AGV是為了Genesis（創(chuàng)世紀）項目而特別開發(fā)的，由BlueBotics的ANT®（自主導(dǎo)航技術(shù)）系統(tǒng)控制。該系統(tǒng)利用環(huán)境中的永久自然結(jié)構(gòu)作為定位的參考，并結(jié)合了來自工業(yè)編碼器和激光掃描儀的信息，精度達到 ±1 厘米和 ±1°。它還能夠使用來自AGV上可用的安全激光掃描儀的數(shù)據(jù)。它允許AGV通過圍繞障礙物移動（避障功能）或調(diào)整速度以避免緊急情況（路徑跟隨）來自主處理障礙物。這意味著無需在各個生產(chǎn)單元之間建立固定連接，可以遵循高度靈活的生產(chǎn)，允許走不同的路線。
整個過程通過 MES 和控制系統(tǒng)進行編排和同步，在此例中為 ABB 能力制造運營管理 （MOM）。MOM 支持敏捷自主生產(chǎn)。與傳統(tǒng)自動化解決方案（在單元中永久編程材料流）不同，此應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯將轉(zhuǎn)移到 MES。這允許靈活調(diào)整業(yè)務(wù)邏輯，而無需修改機器人單元的編程。
謙遜的開始
最初的概念是由Hajas在生產(chǎn)線擔(dān)任工程師時開發(fā)的，因為他見證了運營的日常挑戰(zhàn)。“我看到了問題所在，”Hajas說， “基于此，我向管理層介紹了完全自主生產(chǎn)的想法，然后整個事情開始滾動。從那時起，我一直在管理這個程序。該項目仍在進行中，這是一個轉(zhuǎn)型，并且歷時多年。”
自動化項目有多種驅(qū)動力，此外還需要保持競爭力。人們希望通過提高質(zhì)量，提高產(chǎn)量和最大化吞吐量來提高生產(chǎn)率并增加收入。 Hajas補充說：“我們在倫茨堡制造的半導(dǎo)體技術(shù)含量高且價格昂貴，因此，我們不丟棄的每一塊半導(dǎo)體配件相當(dāng)于幫我們省了很多錢。”
該項目的主要推動力之一是制造執(zhí)行系統(tǒng)。 Hajas將其描述為跟蹤所有事物并協(xié)調(diào)所有操作的大腦。期望選擇ABB機器人和控制系統(tǒng)，但在從一個單元到另一個單元的物流中，有幾種選擇被考慮進去。首先考慮了傳統(tǒng)的輸送機，然后考慮了高架輸送機系統(tǒng)，但兩者都不符合要求。
“最初，我們不確定要使用哪種技術(shù)來傳輸材料，因為我們的原始圖只是帶有代表生產(chǎn)線中機器的方框，” Hajas解釋說， “因為這是一個棕色地帶，所以我們不得不適應(yīng)布局和設(shè)備位置，而它們并不總是處于最佳位置。
“我評估了不同的輸送機技術(shù)，但很快得出結(jié)論，由于我們沒有線性生產(chǎn)系統(tǒng)，這太混亂了。所需的后勤包括非常復(fù)雜的路線，到處都需要輸送機，這將使進入工廠進行維護變得困難。第二個問題是傳送帶會產(chǎn)生顆粒，這意味著它們與潔凈室不兼容。我們與之合作的一家供應(yīng)商提到了AGV，這讓我看到了新的可能性。最初的計劃只是使一個區(qū)域自動化，但是由于有AGV，它使我們開始考慮使一切自動化。”
使復(fù)雜的流程無縫運行
就工藝本身而言，半導(dǎo)體的生產(chǎn)極其復(fù)雜，由于對可追溯性的嚴格要求而變得更加復(fù)雜。如果出現(xiàn)問題，了解涉及哪些機器和材料至關(guān)重要。“整合所有的AGV具有挑戰(zhàn)性，因為MES需要了解一切信息。”BlueBotics公司的CEO，Nicola Tomatis解釋道，“AGV不僅必須精確地履行其職責(zé)，我們還必須確保設(shè)備與車輛之間的所有通信得到保障”。
“在倫茨堡舉行的啟動會議上，有30至40個人在討論該項目的要求，而我最初的想法是，該項目永遠都行不通。就項目的復(fù)雜性而言，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。過去，技術(shù)集成商的工作是了解復(fù)雜的技術(shù)并將其應(yīng)用于相當(dāng)簡單的流程。現(xiàn)在隨著技術(shù)變得越來越簡單該情況發(fā)生了變化，但是集成商必須了解復(fù)雜的流程并能夠使解決方案起作用。”
然而，AGV的最大障礙是與生產(chǎn)單元的互動。 “包含部件的托盤的自動傳送是最困難的部分，因為執(zhí)行此任務(wù)需要一定的程序，” Tomatis補充道， “我們需要與設(shè)備以及MES進行通信，協(xié)調(diào)和同步。他們必須在他們之間進行本地通信，以確保握手正確。我們這一方面的挑戰(zhàn)是，我們必須實施在這個市場中使用的特定握手協(xié)議才能完成這項工作。整合是一個挑戰(zhàn)。”
安裝過程中的通信是通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的Wi-Fi來處理的，這并未給團隊帶來任何問題。在工業(yè)機器人安裝中通常都沒有提到延遲這一棘手的話題。 “延遲并不是問題，因為我們不需要為此應(yīng)用程序進行實時通信。” Hajas補充說： “我們概念的優(yōu)點在于，MES系統(tǒng)從車間獲得狀態(tài)，即電池已經(jīng)完成生產(chǎn)并且需要卸貨。 MES向ANT服務(wù)器發(fā)送運輸請求，設(shè)備X已準備好卸載，并且已調(diào)度AGV。”
事實證明，最初的安裝非常成功，Hajas和他的團隊現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到潔凈室區(qū)域，那里的基板和模塊有幾種不同的生產(chǎn)工藝。這個復(fù)雜的過程大約有50個生產(chǎn)步驟，團隊目前正在那里計劃和實施自動化解決方案。該工廠已經(jīng)在享有聲望的“ 2018年度工廠”工業(yè)競賽中榮獲“數(shù)字化卓越位置保護”類別的獎項。盡管該獎項不僅授予Genesis項目，而且還授予了現(xiàn)場的整個數(shù)字化策略，但生產(chǎn)線的自動化是成功的關(guān)鍵。
