就在几年前，包装机制造商和他们的客户之间还在激烈地争论伺服运动控制对包装的价值。但这场争论已经结束了。伺服系统被广泛接受，机器制造商和用户正在享受完全机电一体化设计的好处。随着这种使能技术的普及，人们想知道下一个竞争优势和性能的显著提高将来自包装。
自动化的世界今年夏天，特约作家基思·坎贝尔(Keith Campbell)在德国杜塞尔多夫(d
patrick Marchion是瑞士机械制造商的机电工程师迪彼拉(迪彼拉，http://www.dividella.ch/en/home.html)该公司为制药行业生产高轴数的第三代机器。“第三代”是OMAC术语，指的是最新一代高速、机电一体化、基于伺服的机器。Marchion预计，当工程师更多地依赖数学建模来设计机器时，下一个突破将会出现。
坎贝尔说:“这将是机器设计从一门艺术到一门科学的根本转变。”“我以前听过一些更成熟的CPG公司表达过类似的想法——这些公司仍然依靠自己的内部机器设计部门来开发他们专有工艺的机器。”
性能突破确实来自终端用户，当涉及到优化关键机器的操作时，他们不受时间和成本的限制。坎贝尔说:“如果机器设计经过严格的动态建模，以识别共振和其他限制性能的因素，那么在提高性能方面可以做得更多。”“许多设计师已经过渡到3D CAD模型，但这些模型主要是静态模型，有助于优化零件几何形状。将这些静态模型转化为嵌入材料、组件和系统之间复杂数学关系的动态模型，可能是实现突破性性能的一种手段，因为有更多的机会来优化组件设计和驱动软件。”
建模技术提供商报告说，目前只有少数机器制造商在利用数学建模。他们还强调了驱动器本身优化机器动力学的能力日益增强。”博世包装(博世包装科技，http://www.boschpackaging.com)正在兜售新一代的delta机器人，由于新软件，它们的运动学性能得到了改善。博世力士乐(Bosch Rexroth, http://www.boschrexroth.com)展示了他们的驱动器检测和抑制振动的能力。贝加莱工业自动化公司(B&R, http://www.br-automation.com)还谈到了抑制振动和实时补偿系统动力学，”坎贝尔说。
施耐德电气(施耐德电气，http://www.schneider-electric.com)建议在驱动中采用前馈和其他先进的控制回路策略来消除伺服电机的齿槽。倍福认为有必要对电机、驱动器和机器进行建模。施耐德和倍福都强调了速度优势。
Campbell说:“倍福提到需要在100纳秒的时间框架内实现高精度、高性能的同步，使制造商能够在他们的机器中实现60 μs的反应时间。”施耐德还认为，利用高速网络和处理器的优势，能够在机器的每个周期内改变轴的运动轮廓。机器的极限轴可能会随着条件的变化而变化，能够在运行时检测到这一点并适应它可能会改变游戏规则。”
施耐德公司的Lief Juergensen表示，他们的控制器能够在Sercos网络的一个周期内改变凸轮轮廓，Campbell补充道。
整合和优化系统
随着机器达到增长速度的极限，一些人认为更多的性能改进将来自系统优化而不是机器优化。坎贝尔说:“让机器利用OMAC早期定义的那些更高层次的集成策略，将使机器能够彼此交谈，并与他们的人类监督者交谈，从而受益于改进的计划，减少停机时间，提高整个包装腿，单元或生产线的整体性能。”“与我交谈过的大多数工程师都表示支持这样一种信念，即下一个突破将来自于从顶层到车间的信息完全整合。”
其中一些已经到位。例如，板载驱动器诊断通过贝加莱自动化系统诊断管理器提供的软件功能从底部向上传递。从相反的方向，订单从顶级企业资源规划(ERP)系统传递到在线或在线打印机，从而使订单数量小到一个。坎贝尔说，在这两种情况下，整合都是关键。
坎贝尔说:“增加转换次数需要更有效的转换。”“贝加莱的Maurizio Tarozzi指出，随着越来越多的公司为多个国家的市场生产产品，在线印刷提供了在标签上添加特定国家信息以满足监管要求的机会，或者在包装上添加特定村庄信息以满足营销需求。”
坎贝尔说:“施耐德的尤尔根森认为，这些标准都是如此相似，它们应该趋同，也许在另一个狗年。”“没有一个中立的仲裁者能像电脑和手机行业那样，在人的一年里导致这种情况发生，这不是很不幸吗?”
应用物联网
除了标签和协议标准之外，工程师们正在讨论更大的东西。Gerd Hoppe倍福自动化(Beckhoff, http://www.beckhoff.com))描述了欧洲在工业4.0和物联网方面正在进行的工作。
坎贝尔说:“也许第四代机器依赖于工业4.0，它设想了智能城市、智能健康和智能制造的自动配置。”“这将在技术和文化鸿沟方面取得突破，这种鸿沟通常存在于IT和制造工程之间。那些预测这一发展的人说的不仅仅是传递数据流，而是在互联机器中大量使用计算机能力。”
坎贝尔是这样预测未来的:发动机和驱动器将采用电子铭牌。机器将通过电子护照描述自己的特征，允许上层系统浏览下层系统，了解它们在做什么以及它们能做什么。按照插入计算机的USB设备的模型，一台机器可能会将自己标识为流包装器，并告诉网络它能够以某种速度x运行，它支持PackML，并且它包含一个结构类似于以下的配方管理系统。
坎贝尔补充说:“自组织传感器网络的研究已经进行了一段时间，去年ODVA成立了一个特别兴趣小组，旨在使机器朝着自我识别的方向发展。”
几家公司向坎贝尔提到，第三代机器还远远没有得到优化。小型机器是许多人正在研究的一个领域，这对于现有工厂空间不足或不想为新工厂支付面积的最终用户来说可能是一个福音。更小的尺寸也可能意味着更小的质量、更小的惯性和更少的复杂性，所有这些最终都将导致更低的成本。
少即是多
坎贝尔说，人们正在讨论无柜建筑，舒伯特的无柜设计最充分地展示了这一概念。使用博世力士乐驱动器和电机Festo (Festo, http://www.festo.com)所有阀门都直接安装在机器上并联网在一起，几乎不需要我们现在所知道的机柜。人们还想知道未来对控制工程师或系统集成商的需求，因为这些配置将主要由技术供应商制定。”
模块化也是无机柜设计的一个好处，允许机器制造商使用标准化模块创建定制机器，减少了生产时间和现场的可变性。开发和应用良好的电缆管理实践将为许多此类设计提供机会，特别是在可能存在灰尘或潮湿的环境中。
坎贝尔说:“另一个‘少即是多’的想法涉及放弃人机界面。”一家供应商报告说，正在交付的印刷机只使用平板电脑或智能手机作为界面。对转换器有利的东西可能对包装商也有利。”
其他减小机器尺寸的方法是通过使用完全集成的机器人技术，构建定制的手臂，并使用控制供应商的运动学来实现。意大利机械制造商CAMA更进一步，在内部开发了机器人软件，可以在10平方米的空间内放置12个拾取器，这些拾取器具有重叠的工作范围，所有这些都可以完全避免碰撞。
坎贝尔说:“一些工程师指出，机器人技术和视觉作为机器组件的真正整合仍处于起步阶段。”反之亦然:除了移动产品，机器人还没有实现它们的能力。施耐德描述了一种拾取-处理-放置应用程序，机器人不仅可以拿起鱼并将其放入罐中，还可以在此过程中对鱼进行切割、切片和清洁。”
CAMA和其他几个供应商在interpack展示了使用罗克韦尔(罗克韦尔自动化，http://www.rockwellautomation.com)或者是倍福(Beckhoff)版本的直线赛车跑道。但当时只有不到六台这样的机器，坎贝尔说:“这让人想起1993年的旋转伺服渗透。”“这些系统的制造商认为，它们是一项颠覆性技术，将在第四代汽车中发挥重要作用。它们确实具有显著减小机器尺寸的潜力。其他直接驱动伺服配置可能还会出现。”
几家技术供应商表示，更好、更集成的设计工具将带来更好的机器。自动化组件制造商Thomas CordLenze (Lenze, http://www.lenze.com/en/home)讨论了机械工程、控制工程和HMI中间件工具有效协作的必要性。“机器制造商需要更好的方法来管理机器中的技术，并处理复杂性，特别是不断增加的软件组件，”他说。
Cord等人认为，在机器制造商实现工业4.0之前，他们需要优化第三代机器的执行。西门子(Siemens, http://www.siemens.com)该公司通过其西门子PLM部门提供以前的Unigraphics设计软件，该公司看到了支持协作和并行设计的工具的需求。
“西门子不仅专注于自动化工具，还专注于机械设计工具，”坎贝尔说。“虽然未来仍然会有一些专业化，但趋势一定是系统工程或机电一体化工程方法。目前，像罗克韦尔RAPID设计软件这样的产品旨在减轻集成负担，并且可以使用软件工具来帮助分析设计。施耐德对Wonderware的收购也将为机械领域的工具和应用集成提供新的机会。”
那么第四代包装机的下一步是什么呢?坎贝尔说:“我不确定是否有任何一个突破将主导转型。”“但随着这里讨论的所有话题同时向前发展，机器肯定会发生重大变化。”
