Magneter erstatter servodrev: Transportbåndet svæver frit i alle retninger

Ved første øjekast ser det helt og aldeles kaotisk ud. Et virvar af små vogne svæver i høj fart ind og ud imellem hinanden. Det foregår i alle retninger og med en hastighed, der gør, at man næsten bliver helt svimmel af at kigge på.

De små vogne løftes op ved hjælp af magnetisk levitation, for den danske maskinbygger PJM i Fårevejle på Sjælland har som en af de første danske virksomheder investeret i et magnetisk transportsystem.

Det er små flade vogne med permanente magneter, der svæver over overfladen af elektromagnetiske motorsegmenter. Vognene kan bære op til 14 kg og kan bevæge sig med hastigheder på op til 2 m/s.

De senere år har østrigske B&R Automation og tyske Beckhoff vist hvert sit magnetiske transportsystem frem på industrimesser, hvor de har tiltrukket sig stor opmærksomhed, men uden endnu at være sat i drift hos danske produktionsvirksomheder. Men det kan hurtigt ændre sig.

»Lige nu er vi – lidt populært sagt – i gang med at ‘unboxe’ udstyret og sætte strøm til magneterne. Så skal vi i gang med at lære udstyret at kende og udvikle konkrete applikationer. Fordi systemet kan håndtere én eller endda flere akser i bearbejdningsprocessen, bliver det samlede behov for plads meget mindre, end vi kender fra lineære systemer eller rundborde,« siger John Bo Jakobsen, Head of Design & Engineering hos PJM, der er kendt for at levere automationsløsninger til små højpræcisionsemner, der produceres ved høj kapacitet, for eksempel inden for pharma- og plastindustrien hos virksomheder som Lego, Coloplast og Novo Nordisk.

Her har lineær produktion været det foretrukne setup i mange år. Men i takt med at produktportefølgen stiger, og volumen pr. produkt reduceres, stiger behovet for fleksibilitet.

PJM har indtil videre indkøbt ni motormoduler, som hver er 240x240 mm. De kombineres, så man får en flade, som vognene kan bevæge sig frit rundt imellem. Rundt om bordet kan der så placeres forskellige typer fiksturer eller værktøjer langs siden eller ovenfra.

»Vi har allerede en idé til en dekoreringsmaskine, som kan laves ekstra kompakt. Hver vogn kører rundt med et emne, som så lasergraveres eller printes på en arbejdsstation, før det passerer visionkontrol og køres ud til tørrestation. Ved at slukke for strømmen kan den enkelte vogn stå fast på underlaget, så man eksempelvis kan bearbejde et emne med tampontryk,« siger John Bo Jakobsen.

I dag har PJM typisk fire platforme i spil til transport. Rundborde med servodrev, lineære servodrev med rem- eller kædetræk, kurvestyrede mekaniske maskiner og så enkeltceller.

»Det her bliver den femte variant med magnetisk transport, og så kommer vi som integrator til at vælge den mest egnede afhængigt af projektet,« siger John Bo Jakobsen.

Der er dog en elefant i rummet, når man taler om de nye magnetiske levationsløsninger: prisen. Den er markant højere end konventionelle rundborde med servodrev.

»Vi skal undersøge, om vi kan integrere med andre transportsystemer, så vi kun benytter magnetfelterne, hvor det giver mening,« siger John Bo Jakobsen.

Derfor bliver de nye magnetiske løsninger formentlig snarere et supplement end direkte konkurrenter til eksisterende teknologier.

»Det vil nok altid være mere omkostningstungt end at installere et rundbord med et servodrev. Derfor skal det skabe værdi, f.eks. ved at spare plads i renrum eller være meget rengøringsvenligt, fordi man bare kan lægge en glasplade på, og så kan det bruges direkte i en fyldelinje,« siger John Bo Jakobsen.

Der er også sektorer, hvor ideen om at sætte magneter ind i produktionen ikke er den smarteste, eksempelvis metalindustrien, hvor metallisk støv eller spåner vil flokkes om magneterne, ligesom elektronikkomponenter kan beskadiges af magnetfelterne.

Ny type automation

Siden begrebet Industri 4.0 blev introduceret i Tyskland for mere end ti år siden, har automation i industrien i høj grad været fokuseret på opsamling og analyse af data, altså digitalisering af produktionen. Mobile robotter og små samarbejdende robotter uden afskærmning har også i stigende grad vundet indpas, og disse udviklinger har resulteret i mindre fokus på de mere klassiske transportsystemer som rundborde med servo eller lineære servodrev.

De nye magnetiske transportløsninger kan på flere fronter godt sammenlignes med introduktionen af samarbejdende robotter for 10-15 år siden.

»Der var dengang store barrierer for at tage den nye robotteknologi ind, og mange havde i starten svært ved at se værdien af små robotter uden afskærmning. Det er lidt den samme reaktion, vi har set med magneterne. Vi må bare indrømme, at industrien ofte er lidt konservativ og tilbageholdende med ny teknologi,« siger John Bo Jakobsen.

For hvis man skal hente værdi ud af magnetiske vogne, så skal de nye frihedsgrader udnyttes.

»Vores designere skal også øve sig i at udnytte de nye frihedsgrader. Det kan man først, når vi har systemet i hænderne og ikke bare på en messe. Vi skal eksempelvis teste, hvordan du deler systemet op i to, så man kan skifte værktøj eller fiksturer, mens den anden del fortsætter i drift,« siger John Bo Jakobsen.

Håndterer parfume og andeæg

Mens PJM endnu ikke har solgt den magnetiske løsning til danske virksomheder, så har franske U2 Robotics netop sat det første magnetiske system i drift i Nantes hos en stor fransk kosmetikproducent.

»Engang producerede de kun få produkter, f.eks. Chanel N°5, som både bedstemor, mor og datter købte. Sådan er det ikke i dag, hvor antallet af varianter er uendeligt,« fortæller Tomasz Nowacki, direktør i U2 Robotics, der er den første maskinbygger, der sætter det magnetiske transportbånd fra B&R Automation i drift.

En vakuumgriber på en robotarm placerer emner på de små vogne, som så transporterer emnerne ud til forskellige arbejdsstationer. Systemet består af 32 magnetiske moduler, som fylder fire meter i længden og en halv meter i bredden. Oven på bordet sidder en ramme, som bruges til at montere værktøj, ligesom der er plads til værktøj i siderne. Her kan emner limes, monteres og kontrolleres med vision.

»Vi har installeret systemet lidt på samme måde, som du implementerer og programmerer en robot. Emnerne behøver ikke bevæge sig igennem cellen efter en bestemt rute eller sekvens. Vi kan omstille arbejdsgangen uden at røre en skrue og uden at ændre den mekaniske opsætning,« siger Tomasz Nowacki.

Den næste applikation, han og U2 Robotics skal installere, bliver i en noget anden boldgade; her skal de små magnetiske vogne transportere andeæg, som skal belyses med vision for at adskille æggene efter køn.

Akademisk legeplads

På Aalborg Universitet er de også i gang med at installere magnetiske transportsystemer på Institut for Materialer og Produktion. Her skal professor Ole Madsen sammen med studerende og forskerkolleger undersøge, hvordan magnetisk transport kan være med at realisere næste niveau af frihed inden for automation. Konceptet kalder han ‘sværmproduktion’, og det handler om at gøre både emner og produk­tionsmaskiner mobile.

I første omgang handler det om at gøre paletten, der holder emnet, mobil, og på sigt skal også værktøjer og maskiner gøres mobile.

»Man kan se hver enkelt lille vogn som en mobil robot. Vi har ofte brug for, at en palette kan overhale en anden undervejs, fordi vi ser en stigende varians. Alle emner skal ikke længere igennem de samme processer. Varians på en linje giver forskellig cyklustid, og så opstår der buffertid, og den kan vi reducere med den frihed, de magnetiske vogne bringer,« siger Ole Madsen.

Inspirationen til konceptet sværmproduktion er hentet fra naturen, hvor myrer eksempelvis bygger og arbejder sammen i ekstremt komplekse systemer - helt uden central styring fra en leder. Insekternes sociale adfærd bliver kaldt sværmintelligens. Det er, når den samlede gruppe kan løse komplekse opgaver, selvom det enkelte insekt kun kan sanse meget få ting.

Når myrer i en koloni skal finde den ­korteste vej til føde, vælger den enkelte myre den vej, hvor der er afsat flest duftstoffer af andre myrer. Til at begynde med vælger myrerne tilfældigt, men fordi der er så mange af dem, vil den korteste vej hurtigt være markeret af det kraftigste og mest friske duftspor. De myrer, der vælger den korte vej, vil nemlig nå hurtigere tilbage til tuen og dermed nå at afsætte flere duftstoffer end de myrer, der vælger den lange vej.

Ole Madsen vil undersøge, om samme logik med software kan overføres til de magnetiske vogne.

»Med sværmproduktion er alle arbejdsstationer mobile, og det betyder, at topologien løbende skal beregnes igen og igen. Det er et softwareproblem, vi kan løse matematisk med adgang til ekstra regnekraft i skyen,« siger Ole Madsen.

På universitetet har de både løsningen fra B&R Automation, hvor den bruges som rundbord, hvor seks Kuka-robotter er placeret rundt om transportløsningen, og så Beckhoffs, der bruges som XY-bord med flere emner.

»Kunsten er at skabe et effektivt system, hvor vi håndterer meget varians ved høj hastighed. Udviklingen går enormt hurtigt, faktisk hurtigere end vi har regnet med. Men det er nok stadig lidt tidligt at vurdere, i hvilket omfang vi vil se magnetiske transportbånd blive rullet ud i danske industrivirksomheder,« siger Ole Madsen.