让生产过程更加灵活、高速和高效 — 这是专营门窗加工的法国制造商 Bieber 公司的最大目标。为此，他们委托 Koch Maschinenfabrik 公司建造了一座新的生产工厂，他们在复杂性和灵活性方面设立了新的标准。在大量技术和投资基础上，这一目标通过使用 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术实现了，同时这项真正的技术革新也给 Bieber 木窗带来了更强劲的市场优势。
Gerhard Koch Maschinenfabrik GmbH& Co. KG 总部位于德国莱奥波尔茨赫黑，公司凭借其拥有的 50 多年的丰富行业经验，成为全球一流的家具、门和木窗加工机械供应商。该机械制造商主要经营各种锯床、铣床和钻床，特别是各种喷胶机和镗床。总部位于瓦尔当巴克的阿尔萨斯镇门窗制造商 Bieber SA 急需用一个新的生产系统对他们的生产设施进行现代化改造，Koch 公司全面的技术知识是吸引他们的关键所在。
质量和灵活性是关键要求
Koch 对新的 CNC 加工中心 Winline-6 的主要要求是提高产品质量以及灵活性，哪怕生产定制数量仅为 1，这两方面都是在木门窗市场取得成功的关键因素。公司甚至满足专业小客户小批量生产或者生产单件定制产品的高要求。
其结果是造就了一台非标准的,独特且模块化的木材加工设备，而且只需要两个操作人员。这台设备可以加工所有木窗部件，甚至完整的窗体 — 铝木复合窗，— 进一步为窗体喷涂做准备。Bieber 的新生产工厂基于成熟的模块化 Koch 系统，它是为满足门窗客户的需求量身定制的，包括PC 控制系统软件。
来自于倍福系统的完美加工中心机械制造商
Koch 完全自行开发了 Bieber 的生产设备。仅上游的刨床是由第三方提供的，但是这台设备也根据 Koch 要求用倍福 TwinCAT 系统进行了自动化改造，然后无缝集成到生产系统中。Koch 的 Winline-6 设备由 5 个模块构成：中间部件存储模块、以 U 形配置排列的三个加工模块 — Winline-600、Windoor-LU 和 Winline-6000 —以及位于中间位置的梭动换刀系统。
Koch 使用 EtherCAT 和 TwinCAT NC I 软件在每个机器模块内传输和处理控制数据。这是满足在 Winline-600 加工模块中由伺服控制且独立运行的张紧千斤顶的轴同步高要求的前提条件。Koch 公司软件开发经理 Oliver Bexte 解释说道：“这两个 Winline-600 加工段的每段最多可以包含 6 个独立的部件，即在一定的时间内总共 12 个部分。高加工性能和短周期时间需要超高速控制技术。因此，我们用 NC 能够达到 2 毫秒的速度和精度处理任务，凸轮盘轴的精度甚至可以达到 1 毫秒。多年的跟踪记录证明，Koch 在其所有 NC 控制的机器上使用的都是 Beckhoff 自动化技术。
不同的机器单元通过实时以太网交换上位数据。的通讯主控计算机用于计算和分配生产数据、部件跟踪和刀具管理 —所有通讯通过 TwinCAT ADS 实现。
工厂的高度复杂性在自动化系统的关键数据中映射。Beckhoff 控制柜式工业 PC C6140 配备有 RAID 系统，用作所有设备单元中的控制计算机和主控计算机。它们通过 Beckhoff 专门定制的带按钮扩展件的触摸面板控制。包括上游的刨床在内，总共必须控制 102 根伺服轴。此外，EtherCAT 系统有 1804 个数字量输入和 1516 个数字量输出，大量的模拟量 I/O 和用于实现启动锁,全局急停以及多个其它端子的 TwinSAFE 端子模块 如用于连接 RS232 设备的 EL6001。
5 个生产加工设备单元
Bieber 生产工厂的第一个设备单元是带窗架传送的中间部件存储部件，工厂可以从这里自动供应最长为 6 米的木梁形式的原材料。为了最大限度地减少浪费，原料供应根据整个订单组织，而不是根据单根横木。一个订单最多可包含 196 个部件，由中间存储机构以逐帧的方式分配这些部件。复杂的工艺通过 4 台 AX51xx 系列伺服驱动器、 4 个 EtherCAT 耦合器 EK1100、28 个数字量输入端子模块 EL1004 和 37 个数字量输出端子模块 EL2004，再加上防护等级为 IP 67 的 EtherCAT 端子盒 EP1008、EP2008 和 EP2028 总共 30 个 I/O 控制。
下游的 Winline-600 设备单元有 3 个加工站，这样最多可以同时单独加工 6 个工件，它们通过设备在两个输送段上传输。加工步骤包括废木材锯切、榫接合处的水平钻削、安装孔和角部铰链钻削、扣板安装以及侧面轮廓铣削。设备单元使用了 13 个 AX51xx 和 11 个 AX52xx 系列伺服驱动器、12 个 EtherCAT 耦合器 EK1100、106 个数字量输入端子模块 EL1004 和 127 个数字量输出端子模块 EL2004 控制和监测。
Koch 公司的模块化木材加工设备涵盖了木窗生产所需的所有加工步骤
第三个 Windoor-LU 设备单元是针对与长度无关的钻削和镗削的加工单元。2 个 AX51xx 和 AX52xx 伺服驱动器、4 个 EtherCAT 耦合器 EK1100、39 个 EtherCAT 端子模块 EL1004 和 43 个 EtherCAT 端子模块 EL2004 确保了工件的精确定位，从而保证了精确的钻削和镗削。由 Koch 针对正确涂胶开发的免维护型监控系统确保在装暗榫时能够有很高的加工质量。
最后一个加工设备单元是一个 Winline-6000 ，在这里，纵向画出工件剖面;先内侧，后外侧。视刀具分配方式而定，每面最多使用 4 个加工电机。最大的特点是所有 4 个电机可以根据需要飞速沉入和浮现，由于 TwinCAT 凸轮盘相互独立且极具动态性，因此模式的切换非常平稳和快速，无需停止主轴运动。设备单元的控制系统由 20 个 AX51xx 系列伺服驱动器、14 个 AX52xx 系列伺服驱动器、4 个EtherCAT 耦合器 EK1100 、238 个 EtherCAT 端子模块 EL1004 和 152 个 EtherCAT 端子模块 EL2004 构成。
第五个设备单元，即换刀系统，位于 Winline-600 和 Winline-6000 加工单元的中间。它通过一个梭子为加工单元提供 10 个板式换刀机构和下一加工步骤所需的刀具，通过基于预读功能的主控计算机控制。这样可以消除故障停机时间，进一步节省加工时间。这一设备单元里使用的部件包括 23 个 AX5xxx 系列伺服驱动器。
优化实现客户需求
市场上客户对高品质木窗的要求是衡量新生产设备的标尺。Bieber 公司总经理 Philippe Beyer 说道：“我们覆盖了从标准木窗到单个产品的所有范围。我们以高质量闻名全球，特别是在重要的美国市场中，其中，例如，比尔盖茨就是我们的客户之一。因此，我们的主要目标就是提升我们的灵活性和生产效率，提高我们的产品质量，这也是为什么我们要从 Koch 寻求新型创新设备的原因。同时，也感谢 Koch 设备，让我们的产品也经历了一次技术革新。”Bieber 公司设备设计师 Yves Kuhl 接着说道：“短生产时间带来的高需求通过高性能和高定位速度的设备得到很好的满足。平均来说，我们实现了每分钟两个工件的吞吐量，因此每个班次可以产出约 800 个窗部件。除此之外，Koch 设备还具备很多创新的功能，比如模式切换，这是我们以前使用的单个系统所无法实现的。最重要的是，最终产品是一件具有所有所需的孔和暗榫的成品。”
Beckhoff 基于 PC 的控制技术在 Biber 的日常应用中已久经验证，是一项非常成熟的技术，正如 Koch 公司门窗生产设备主设计师 Ralf Steube 所述：“我们设备中的两台是使用 Beckhoff 技术控制的，已经安装在 Bieber 超过十年了，现在仍能够非常稳定地运行。因此，由 PLC 控制的设备已经是很久以前的事了。有了新的设备，全面的 PC 控制专有技术再次给 Bieber 带来很多优势。”Koch 公司软件专家 OliverBexte 补充说道：“Bieber 有约 80% 的生产使用的都是我们的新设备。 因此，系统出现故障时能否快速进行响应非常关键。这也是我们自始至终使用 Beckhoff 控制技术的原因之一。系统中到处用的都是相同的 PC、EtherCAT 耦合器和 I/O，因此，一旦有部件出现故障，就可以轻松快速地更换，大部分时候，根本无需打电话叫维修技术人员来现场。”Philippe Beyer 还看到了另一个好处：“PC 技术还简化了与 ERP 层的通讯。ERP 系统中的所有生产数据直接传输给 Koch 的主控计算机，即设备优化集成在了我们的公司网络中。未来的一年内，我们将重建我们的生产 EDP，由于新的设备优化了工艺和物料流，它也将变得简单的多。”
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