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马达与减速机厂商亟待转型 从OEM设备升级协助智慧化
 

【作者: 陳念舜】2019年07月15日 星期一

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当现今工业4.0智慧制造已成为全球下一波制造业变革的主流,也让过去仅提供OEM代工或设备供应商为主的台湾业者亟应积极转型,从只会「制造某类产品」到「能协助客户创造价值」的完整解决方案,包含马达与减速机制造厂商都已投入发展产销完整解决方案。



图1 : (source:i.video-cdn.net)
图1 : (source:i.video-cdn.net)

如依今(2019)年4月1~5日举行的德国汉诺威工业展(Hannover Messe)趋势显示,该展览不仅在今年已正式取代停办的汉诺威电脑展(CEBIT),并顺应智慧机械的趋势,并入部分物联网、大数据和人工智慧主题,吸引制造业持续跟进关键技术研发与核心应用方案创新,以便及时在国内外新兴市场及应用领域争取更多商机。


且因其同时也是2011年工业4.0革命问世的发源地,今年更以「产业整合━工业智慧」为主题,分别於27个展馆内展出:数位工厂及工业4.0应用方案,包含软硬体系统;自动化设备,共有机器人/自动化元件/传动设备与系统;以及空压与真空技术;创新研究与科技等丰硕成果。


让长年定期前往观展的工研院产业科技国际策略发展所机械与系统研究组经理熊治民不禁感叹:「今年展览内容除了传统工业承包OEM、电力、自动化设备等领域产品外,还有越来越多的数位制造、软体系统、积层制造等智慧科技应用陆续出现在展会里。」


例如过去以展示工业承包为主的馆区,曾集结大部份台湾制造厂商,却逐年受到中国大陆、印度等亚洲新兴工业国家取代,规模也持续缩小。如今已改为提供数位工厂及工业4.0应用方案的软硬体业者居多,更凸显未来制造业的核心能力须从「会制造某类产品」进阶,转变成为「能协助客户创造价值」。


熊治民进一步指出,随着设备与系统成本降低,以及应用功能多元化,工业机器人应用范畴正逐渐从汽车、3C与电子产品制造领域,向其他产业扩散,也是协助制造业维持生产力与竞争力的重要方法之一。


因此在今年展场上,各家厂商虽然不再以「Industry 4.0 Ready」为标语,吸引叁/观展者目光,却因为更加了解公司本身产品定位与能力,让实际展出内容呈现出更具有技术成熟性和产业实用性的解决方案。


例如经过结合协作型机器人,与加装光学影像、光达、AI等感测元件导引的传统AGV(无人搬运车)组成AMR模式运作,将具有物料搬运、自动上下料、移动式工作站等多重功能,除了可减少人力需求、增加生产效能之外,还能促使产线与工厂设施弹性更隹。


台湾传动系统大厂 推出驱控整合方案

今年叁与汉诺威工业展的大银微系统,也在会场发表常用於AGV有限空间里的小型传统AC伺服马达,输出功率分别为200W/400W、最大扭力1.94/3.8Nm以协助定位;另可搭配编码器、AC伺服驱动器及连接元件中的电缆线材整合,成为一体化的智能型马达abilymotor,以满足使用者高阶应用需求。



图2 : 大银微系统发表常用於AGV有限空间里的小型传统AC伺服马达,可搭配编码器、AC伺服驱动器及连接元件中的电缆线材整合,以满足使用者高阶应用需求。(摄影/陈念舜)
图2 : 大银微系统发表常用於AGV有限空间里的小型传统AC伺服马达,可搭配编码器、AC伺服驱动器及连接元件中的电缆线材整合,以满足使用者高阶应用需求。(摄影/陈念舜)

且经由高度整合而提升系统整合效率及可靠度,得以有效减省使用者配线、模组数与工时;并透过整合式设计快速替换,降低维修时间;缩小20%机台体积设计,提升厂房利用率。因此可省去驱动端与作动端配线,使之降低外界杂讯干扰,优化品质。加上弹性设计,透过优越可程式化能力,可透过简易程序设计介面,自行规划繁复行为运动,以及丰富程式辅助快速上手。


另一款智能化工业机器人abilyrobot,也经过整合工业机器人、AC伺服马达与驱动器,提升设备制造商竞争力,因此能取代单轴机器人的连轴器,更有效减省机台体积27%,提升厂房利用率;整合式设计能大幅减少配线及零件数量,约节省75%安装工序;伺服增益调整较为精确,使得马达定位(整定)时间可有效减少40%,提升机台生产力。


两者共同的特点还包含:皆可以有效抑制运动中的振动,降低因为机械结构本身弱刚性导致晃动,有效提升设备生产效率。驱动器还能协助使用者调整上位控制器脉波指令的解析度,得与各式不同解析度的位置编码器搭配,或能调整模拟编码器输出解析度予上位控制器,满足不同上位控制器的接收功能。同时具备工业乙太网路(EtherCAT)通讯介面,并支援CoE (CANopen over EtherCAT)伺服驱动协定,在多轴控制应用时,提供了配线简单、低成本、抗干扰、远端与分散式控制需求。


值得一提的是,由於大银微系统的优势还在於能掌握自主开发马达、驱动器、滑轨等模组的技术能力,得以自由升级,除了伺服马达转速皆可达到3,000rpm之外,未来也可在占用相同空间的机台体积内,持续更新升级马达转速、解析度,以及驱动器响应频率(1k~3.2kHz)、效能或客制化设计等;若遇有较重负荷时,还能加装减速机,藉由提高减速比来增加扭矩。


国内外减速机厂商 导入智慧传动解决方案

至於德国威腾斯坦公司(WITTENSTEIN)自从1992年创立WITTENSTEIN motion control GmbH以来,便持续将服务范围由单纯的传动系统制造扩展,成为机电整合伺服传动装置及伺服传动系统的系统供应商。


abilymotor,以满足使用者高阶应用需求。



图3 : 德国威腾斯坦公司在今年汉诺威工业展首度发表的最新产品Smart gearbox,系将最新传感、监控技术与减速机整合一体模组化。(source:WITTENSTEIN)
图3 : 德国威腾斯坦公司在今年汉诺威工业展首度发表的最新产品Smart gearbox,系将最新传感、监控技术与减速机整合一体模组化。(source:WITTENSTEIN)

由於系列产品线相对完整,足以满足使用者不同需求。如主力产品之一的行星式减速机便透过於内部由多颗小齿轮组合而成的设计,如同行星绕着太阳公转,且行星齿轮还贴合外齿圈运行轨迹,具备承载能力强、体积小等优势。


进而於2015年汉诺威工业展率先推出全球首部零背隙减速机Galaxie,甫上市便荣获德国赫尔梅兹工业设计大奖(Hermes Award)肯定,具有全球首创的「高刚性x高加速力x短中空轴x零背隙」4大亮点,突破以往齿轮传动原理,颠覆了传统减速机的「线接触」设计成为「面接触」,而增强出力,最大加速力矩较同业高出170%、空心轴/外径70%,扭转刚度580%。


再结合高性能伺服马达的紧凑设计,采用中空轴与伺服马达合一小型化,既符合现今工具机精简趋势,置入大小不等的空间。比起相同体积的减速机或直驱马达更具有优势,达到绝对零背隙,与工业4.0无缝接轨,并在2017~2019年持续进化。


有别於以往减速机通常在传动系统中只是伺服马达的被动元件,威腾斯坦也随着数位智能化趋势年年演进,在今年汉诺威工业展发表智慧传动解决方案。首度发表的最新产品Smart gearbox,系将传感、监控技术与减速机整合一体模组化。让使用者只要从减速机法兰面拉出一条导线,就能通过IO-link、EtherCAT传递使用时间、加速度、温度、震动方向、角度等数据或上传云端,透过行动装置可持续且即时掌握其运转动作、速度、温差范围等多方讯息。


目前还推出减速机与高性能伺服马达一体化设计Premo机种,估计约省下50%以上空间及耗能,换来较大出力,适合要求结构紧凑、大力矩使用者。也有客户将之导入一体化设计AGV,将机架和轮子都整合到AGV驱动轮,使得下方转台、工作台结构紧凑,设计更灵活,又不必再另行搜罗多家不同零组件供应商整合;在AGV驱动器里还有X-Y-Z方向的加速传感器,可通过TCP/IP网路传讯来侦测、分析AGV行驶或碰撞状况,来确保AGV行驶顺畅。



图4 : 立翔机电工业公司也在今年叁与汉诺威工业展期间,推出多款伺服专用减速机,让客户在台湾还有替代进囗品的选择,无论是售价或交期都更有竞争力。(source:立翔机电)
图4 : 立翔机电工业公司也在今年叁与汉诺威工业展期间,推出多款伺服专用减速机,让客户在台湾还有替代进囗品的选择,无论是售价或交期都更有竞争力。(source:立翔机电)

至於在台湾的老牌减速机大厂立翔机电工业公司,也自1976年起便创立「北工」品牌减速机,皆由该公司采取一条龙自主研发制造与生产流程,强调能让客户一站购足,选用到符合设备需求的产品。


面对当前世界各国对於工业4.0及智慧自动化趋势需求,现在还可透过监控系统提高设备稼动率,来因应国际市场越来越剧烈的竞争;立翔机电也逐步转向欧美地区开发较为高阶应用市场,现已取得多家夥伴长期合作。


立翔机电并在今年叁与汉诺威工业展期间,共推出多款伺服专用减速机,包含:PE系列低背隙蜗杆蜗轮减速机,低背隙可达8弧分以下;SJ系列滚珠螺杆千斤顶,主要应用於自动化产业的升降装置;R系统/K系列,符合欧规高精度的齿轮减速机,让客户在台湾还有替代购买进囗品的选择,无论是售价或交期都更有竞争力。


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