試想這樣一個世界：經(jīng)濟(jì)實惠且可持續(xù)的住宅不再是遙不可及的夢想，而是觸手可及的現(xiàn)實。而實現(xiàn)這一愿景卻面臨著兩大障礙：其一是建筑成本飛漲，其二是熟練勞動力的嚴(yán)重短缺。加拿大初創(chuàng)企業(yè) Promise Robotics 應(yīng)運而生，正如他們所說，他們正在重塑預(yù)制：借助倍福先進(jìn)的自動化技術(shù)與人工智能（AI）控制的機(jī)器人解決方案，實現(xiàn)高效預(yù)制，現(xiàn)場組裝效率最高可提升 70%。
總部位于阿爾伯塔省埃德蒙頓的 Promise Robotics 公司正在為建筑業(yè)帶來最智能、最靈活、最緊湊的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。該工業(yè)解決方案由基于云的專有軟件平臺提供支持，該平臺管理從規(guī)劃到工廠車間運營、調(diào)度和物流的整個生產(chǎn)生命周期。該平臺引入了住宅建筑工廠即服務(wù)的創(chuàng)新理念，與傳統(tǒng)方法相比，住宅建筑商有望將房屋的現(xiàn)場裝配時間大幅縮短 70%。例如，一棟單戶住宅可以在大約五個小時內(nèi)裝配完，一棟 64 個單元的三層公寓樓可以在兩周內(nèi)裝配完。
“自動化在建筑行業(yè)尚未普及，該行業(yè)仍屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)。”Promise Robotics 公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO Ramtin Attar 表示，“我們的目標(biāo)是構(gòu)建基礎(chǔ)技術(shù)，即一套具有可觀投資回報、且無市場應(yīng)用壁壘的自動化系統(tǒng)。”
01
住宅建筑機(jī)器人帶來的
技術(shù)挑戰(zhàn)
開發(fā) Promise Robotics 創(chuàng)新建筑系統(tǒng)帶來了獨特的技術(shù)挑戰(zhàn)。主要的障礙是需要一個強(qiáng)大、高性能的控制系統(tǒng)。具體來說，實時處理對于精確的機(jī)器人運動和反饋控制至關(guān)重要。
我們學(xué)到的重要經(jīng)驗之一是如何使用感知技術(shù)處理生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的材料變化。必須向機(jī)器人提供反饋，并適應(yīng)可能破壞流程的獨特場景。這是一個持續(xù)優(yōu)化的學(xué)習(xí)曲線 — 我們通過測試和構(gòu)建不同的結(jié)構(gòu)、形狀并處理意外情況來提升我們的系統(tǒng)性能。”
—— Promise Robotics 軟件總監(jiān)
Farid Mobasser
另一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保系統(tǒng)設(shè)計的緊湊性和集成度。在空間有限的動態(tài)施工環(huán)境中，最大限度地減少布線及復(fù)雜性對實現(xiàn)快速部署至關(guān)重要。
02
基于 EtherCAT 和 PC 的控制技術(shù)助力奠定堅實的
自動化基礎(chǔ)
為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，Promise Robotics 采用了倍福的多款核心產(chǎn)品，包括 TwinCAT 3 自動化軟件、用于實現(xiàn)控制器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)?EtherCAT 系統(tǒng)、驅(qū)動器和 I/O 組件。TwinCAT 為所有自動化功能提供了一個端到端的開發(fā)和 Runtime 平臺，從設(shè)備控制邏輯、運動控制到安全功能和 HMI。TwinCAT 開發(fā)環(huán)境使 Promise 公司的工程師能夠利用各種編程語言，包括結(jié)構(gòu)化文本、梯形邏輯和 C++ 來快速構(gòu)建穩(wěn)健的應(yīng)用程序。
EtherCAT 能以最小的延遲處理實時通信，這是精確控制機(jī)器人的關(guān)鍵要求。該高性能現(xiàn)場總線無縫集成運動控制、安全功能及其它設(shè)備組件，確保實現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率，使復(fù)雜的建造系統(tǒng)在動態(tài)環(huán)境中平穩(wěn)運行。“EtherCAT 的靈活性和可擴(kuò)展性是我們技術(shù)選型時的關(guān)鍵決策要素。它是目前速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，配合倍福提供的完整硬件產(chǎn)品，從 CX2043 嵌入式控制器到各類 I/O 組件，乃至包含電機(jī)、驅(qū)動器、電纜在內(nèi)的全套驅(qū)動產(chǎn)品，構(gòu)成了完整的解決方案。”Promise Robotics 硬件總監(jiān) Darren Brix 指出，“這套交鑰匙解決方案顯著優(yōu)化了工藝流程和系統(tǒng)設(shè)計。EtherCAT 能夠簡單高效地構(gòu)建出高度協(xié)調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的工業(yè)級解決方案。”
倍福 CX2043 嵌入式控制器搭載主頻為 3.35 GHz 的四核 AMD Ryzen™ 處理器，是控制系統(tǒng)的核心，可以無縫集成所有倍福 I/O 組件。它可與 TwinCAT 自動化軟件配合使用，成為高性能 PLC 和運動控制系統(tǒng)，同時支持 32 位和 64 位模式，提供高精度、確定性控制所需的短周期時間，以應(yīng)對這一高動態(tài)環(huán)境中的挑戰(zhàn)。CP3924 多點觸控控制面板采用 CP-Link 4 單電纜技術(shù)與工業(yè) PC 連接，作為操作人員控制機(jī)器人系統(tǒng)的主界面。
03
分布式驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)高動態(tài)運動控制
倍福的 AMI8122 驅(qū)控一體伺服電機(jī)用于實現(xiàn)對機(jī)械臂和執(zhí)行器的精準(zhǔn)控制，它將伺服電機(jī)、輸出段和現(xiàn)場總線接口結(jié)合于一體，外觀小巧，節(jié)省安裝空間。Promise Robotics 利用這款驅(qū)控一體伺服電機(jī)，構(gòu)建了一個與庫卡機(jī)器人配對的定制末端執(zhí)行器，以滿足不同結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸建筑構(gòu)件的高精度定位需求。作為倍福分布式驅(qū)動解決方案的核心組件，AMI8122 將驅(qū)動技術(shù)從控制柜中“解放”出來，直接部署在設(shè)備上。這種設(shè)計顯著縮小了控制柜體積，減少了設(shè)備整體占地面積并縮短了電纜長度，使其成為動態(tài)建筑環(huán)境的理想選擇。
高速 EtherCAT 通信協(xié)議與 TwinCAT 3 Drive Manager 2 進(jìn)一步簡化了實際施工場景中的系統(tǒng)實施和調(diào)試流程。由于安全至關(guān)重要，TwinSAFE 端子模塊 EL6900 為所有設(shè)備的安全運行提供保障。這款系統(tǒng)系統(tǒng)集成的 EtherCAT 端子模塊搭載 TwinSAFE 邏輯，能夠處理基于布爾值的安全應(yīng)用：通過功能塊處理安全輸入信號并生成安全輸出信號。此外，它支持連接多達(dá) 128 個安全設(shè)備，并具備備份和恢復(fù)功能，以便快速更換控制器，從而全面提升解決方案的可靠性與安全性。
未來藍(lán)圖
通過將倍福自動化技術(shù)確立為標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)，并依托靈活、開放的 EtherCAT 現(xiàn)場總線系統(tǒng)，Promise Robotics 顯著加快了研發(fā)周期并縮短了調(diào)試時間。這種標(biāo)準(zhǔn)化簡化了維護(hù)工作，確保所有設(shè)備的一致運行，并允許無縫集成新的創(chuàng)新技術(shù)，從而減少停機(jī)時間并提升生產(chǎn)效率。“目前，我們專注于木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，這約占美國和加拿大住宅建筑的 80%。但從根本上講，我們正在構(gòu)建一個面向機(jī)器人裝配任務(wù)的超大規(guī)模 AI 知識庫，其最終目標(biāo)是實現(xiàn)建筑裝配全領(lǐng)域的智能化升級。”Ramtin Attar 在闡述行業(yè)變革所面臨的挑戰(zhàn)時說道，“自動化技術(shù)未能在這個規(guī)模達(dá)數(shù)萬億美元的產(chǎn)業(yè)中普及有其深層原因：雖然已經(jīng)有一些成功的定制案例，但可擴(kuò)展性和快速部署能力一直相當(dāng)有限。我們的目標(biāo)是在非定制工廠中非常快速地部署這些系統(tǒng)，在那里客戶可以接管倉庫，開燈，并開始實現(xiàn)投資回報。”
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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