當(dāng)日立ABB電網(wǎng)瑞士倫茨堡的半導(dǎo)體工廠(chǎng)面臨增加產(chǎn)量的壓力時(shí)，他們轉(zhuǎn)向了將AGV和機(jī)器人相結(jié)合的創(chuàng)新項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)全自動(dòng)制造解決方案。

該工廠(chǎng)為從電力鐵路到能源傳輸和配電等客戶(hù)生產(chǎn)一系列BiMos功率半導(dǎo)體。ABB在全球平臺(tái)上進(jìn)行交易，并面臨匯率和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的差異，其中許多來(lái)自低成本制造地。為了保持瑞士這個(gè)以高成本著稱(chēng)的國(guó)家的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)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(gè)項(xiàng)目是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，六年后仍在發(fā)展。他們最初進(jìn)軍自動(dòng)化階段包括了兩個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)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(gè)流程被確定為特別適合自動(dòng)化，因此日立ABB電網(wǎng)開(kāi)始完全自動(dòng)化離散的后端流程。該項(xiàng)目被命名為Genesis（創(chuàng)世紀(jì)），一場(chǎng)新的旅程就此開(kāi)始。這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的項(xiàng)目：超過(guò)100個(gè)子項(xiàng)目，20個(gè)新的生產(chǎn)單元，50多個(gè)機(jī)器人和6個(gè)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(xiàng)技術(shù)被決定在一條試驗(yàn)線(xiàn)上進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)線(xiàn)是使用實(shí)際生產(chǎn)單元和設(shè)備以及四臺(tái)AGV和幾臺(tái)ABB機(jī)器人專(zhuān)門(mén)建造的。ABB倫茨堡的項(xiàng)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(cè)試接口是否正常工作。"它測(cè)試了 MES 系統(tǒng)和機(jī)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(jī)械交接。從可行性研究開(kāi)始到這一試驗(yàn)線(xiàn)工作，我們花了兩年時(shí)間。"

在此試點(diǎn)階段，倫茨堡的 日立ABB 團(tuán)隊(duì)與不同的供應(yīng)商一起制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)，并撰寫(xiě)了接口規(guī)范。"我們先邁出了一步，然后我們發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題是什么，我們解決了該問(wèn)題，然后進(jìn)入下一個(gè)挑戰(zhàn)；這是一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用于其他設(shè)備。我們將它放入每個(gè)規(guī)范中，用于我們與合作的每個(gè)不同的供應(yīng)商。“

自動(dòng)化生產(chǎn)流程

最后一個(gè)項(xiàng)目涉及幾個(gè)生產(chǎn)單元與機(jī)床，它們是由ABB機(jī)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(jì)）項(xiàng)目而特別開(kāi)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(lái)自工業(yè)編碼器和激光掃描儀的信息，精度達(dá)到 ±1 厘米和 ±1°。它還能夠使用來(lái)自AGV上可用的安全激光掃描儀的數(shù)據(jù)。它允許AGV通過(guò)圍繞障礙物移動(dòng)（避障功能）或調(diào)整速度以避免緊急情況（路徑跟隨）來(lái)自主處理障礙物。這意味著無(wú)需在各個(gè)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(xiàn)。

整個(gè)過(guò)程通過(guò) MES 和控制系統(tǒng)進(jìn)行編排和同步，在此例中為 ABB 能力制造運(yùn)營(yíng)管理 （MOM）。MOM 支持敏捷自主生產(chǎn)。與傳統(tǒng)自動(dòng)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(wú)需修改機(jī)器人單元的編程。

謙遜的開(kāi)始

最初的概念是由Hajas在生產(chǎn)線(xiàn)擔(dān)任工程師時(shí)開(kāi)發(fā)的，因?yàn)樗?jiàn)證了運(yùn)營(yíng)的日常挑戰(zhàn)。“我看到了問(wèn)題所在，”Hajas說(shuō)， “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(gè)事情開(kāi)始滾動(dòng)。從那時(shí)起，我一直在管理這個(gè)程序。該項(xiàng)目仍在進(jìn)行中，這是一個(gè)轉(zhuǎn)型，并且歷時(shí)多年。”

自動(dòng)化項(xiàng)目有多種驅(qū)動(dòng)力，此外還需要保持競(jìng)爭(zhēng)力。人們希望通過(guò)提高質(zhì)量，提高產(chǎn)量和最大化吞吐量來(lái)提高生產(chǎn)率并增加收入。 Hajas補(bǔ)充說(shuō)：“我們?cè)趥惔谋ぶ圃斓陌雽?dǎo)體技術(shù)含量高且價(jià)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(qián)。”

該項(xiàng)目的主要推動(dòng)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(jī)器人和控制系統(tǒng)，但在從一個(gè)單元到另一個(gè)單元的物流中，有幾種選擇被考慮進(jìn)去。首先考慮了傳統(tǒng)的輸送機(jī)，然后考慮了高架輸送機(jī)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(lái)傳輸材料，因?yàn)槲覀兊脑紙D只是帶有代表生產(chǎn)線(xiàn)中機(jī)器的方框，” Hajas解釋說(shuō)， “因?yàn)檫@是一個(gè)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(píng)估了不同的輸送機(jī)技術(shù)，但很快得出結(jié)論，由于我們沒(méi)有線(xiàn)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(xiàn)，到處都需要輸送機(jī)，這將使進(jìn)入工廠(chǎng)進(jìn)行維護(hù)變得困難。第二個(gè)問(wèn)題是傳送帶會(huì)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(jì)劃只是使一個(gè)區(qū)域自動(dòng)化，但是由于有AGV，它使我們開(kāi)始考慮使一切自動(dòng)化。”

使復(fù)雜的流程無(wú)縫運(yùn)行

就工藝本身而言，半導(dǎo)體的生產(chǎn)極其復(fù)雜，由于對(duì)可追溯性的嚴(yán)格要求而變得更加復(fù)雜。如果出現(xiàn)問(wèn)題，了解涉及哪些機(jī)器和材料至關(guān)重要。“整合所有的AGV具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)镸ES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(chē)輛之間的所有通信得到保障”。

“在倫茨堡舉行的啟動(dòng)會(huì)議上，有30至40個(gè)人在討論該項(xiàng)目的要求，而我最初的想法是，該項(xiàng)目永遠(yuǎn)都行不通。就項(xiàng)目的復(fù)雜性而言，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。過(guò)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(jiǎn)單的流程。現(xiàn)在隨著技術(shù)變得越來(lái)越簡(jiǎn)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(dòng)。 “包含部件的托盤(pán)的自動(dòng)傳送是最困難的部分，因?yàn)閳?zhí)行此任務(wù)需要一定的程序，” Tomatis補(bǔ)充道， “我們需要與設(shè)備以及MES進(jìn)行通信，協(xié)調(diào)和同步。他們必須在他們之間進(jìn)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(shí)施在這個(gè)市場(chǎng)中使用的特定握手協(xié)議才能完成這項(xiàng)工作。整合是一個(gè)挑戰(zhàn)。”

安裝過(guò)程中的通信是通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的Wi-Fi來(lái)處理的，這并未給團(tuán)隊(duì)帶來(lái)任何問(wèn)題。在工業(yè)機(jī)器人安裝中通常都沒(méi)有提到延遲這一棘手的話(huà)題。 “延遲并不是問(wèn)題，因?yàn)槲覀儾恍枰獮榇藨?yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。” Hajas補(bǔ)充說(shuō)： “我們概念的優(yōu)點(diǎn)在于，MES系統(tǒng)從車(chē)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(yùn)輸請(qǐng)求，設(shè)備X已準(zhǔn)備好卸載，并且已調(diào)度AGV。”

事實(shí)證明，最初的安裝非常成功，Hajas和他的團(tuán)隊(duì)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(gè)復(fù)雜的過(guò)程大約有50個(gè)生產(chǎn)步驟，團(tuán)隊(duì)目前正在那里計(jì)劃和實(shí)施自動(dòng)化解決方案。該工廠(chǎng)已經(jīng)在享有聲望的“ 2018年度工廠(chǎng)”工業(yè)競(jìng)賽中榮獲“數(shù)字化卓越位置保護(hù)”類(lèi)別的獎(jiǎng)項(xiàng)。盡管該獎(jiǎng)項(xiàng)不僅授予Genesis項(xiàng)目，而且還授予了現(xiàn)場(chǎng)的整個(gè)數(shù)字化策略，但生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化是成功的關(guān)鍵。