在装配线上，固定工具通常用于在特定的工作站上安装特定的紧固件。虽然组装人员可能会试图使用这个工具来帮助同事，但这种良好的意图实际上可能会导致紧固错误。为了防止这种情况发生，几家公司开发了各种方法来确保紧固工具不动。
波音、柯林斯航空、佛吉亚、通用汽车、L3Harris、麦格纳、诺斯罗普·格鲁曼、沃尔沃等制造商依赖该技术来解决各种质量和防错误的挑战。许多其他行业的公司也在投资于工具定位系统。
Desoutter工业工具公司的市场经理Russ Hughes说:“任何需要关键连接的应用都是该技术的好选择。”“由于制造业的工人短缺和高流动率，这在今天越来越有道理。
Hughes解释道:“在装配线上使用工具定位和定位的主要好处是，当插座或钻头安装在正确的紧固件上时，空间中的工具可以选择正确的扭矩值。“运营商不需要做任何决定。如果需要的话，定位设备可以按照自由顺序或指定顺序为他们做出决定。”
Desoutter最近收购了一家名为Nexonar Soft2Tec GmbH的德国公司，该公司在几年前率先开发了红外传感技术。它的系统是产品不可知的，并与各种工具品牌合作。
休斯表示，Nexonar是目前同类技术中最先进的。它可以实时精确定位1毫米范围内的任何资产，零延迟。该系统是装配应用的理想选择，精度是关键，没有误差的空间。
休斯指出:“我们现在看到了对这类技术的更多需求。”“由于制造业的人员流动率很高，培训操作人员既耗时又昂贵。以Nexonar为指导，并与我们的Pivotware过程控制系统耦合，确保了无故障向前系统。也可以用来保证刀具处于正确的位置，根据位置选择正确的扭矩。
休斯说:“这项技术将定位提升到了一个新的水平。”“不知道操作员是否能正确组装和固定东西的日子一去不复返了。将[工具定位技术]融入到过程中，将消除怀疑某些操作是否正确的压力。这需要一个聪明的工具，让它变得更聪明。”
Atlas Copco工具与装配系统有限责任公司总工作站产品经理Matt Crowley补充道:“工具定位是紧固工具发展的下一个自然步骤。近年来，不同行业的制造商已经从栓系空气动力工具转向了无线电池动力工具。
克劳利说:“他们还使用传感器和软件来收集与扭矩和角度等参数相关的数据。”“现在，制造商可以添加定位系统，解决工业4.0和智能工厂倡议。工业定位系统解决了新的挑战，例如确保装配工人在正确的时间在正确的部件上正确使用无线工具。
克劳利解释说:“我们看到这种技术在汽车动力总成领域的应用需求很大。”“它可以确保操作人员遵循正确的工程规范，不会安装错误的紧固件或按错误的顺序运行它们。”
改善制造业的“运动”
定位和定位系统需要传感器和软件来精确识别各种各样的组装工具和过程。事实上，在工厂里协调和跟踪运动与体育界发生的事情有很多相似之处。
这就是为什么一家为空客(Airbus)、宝马(BMW)、大陆航空(Continental)和其他制造商提供最先进技术的公司还与各种篮球、足球、曲棍球和足球队合作的原因。Kinexon GmbH的实时定位系统通过可穿戴设备记录运动员及其装备的运动数据。这使得世界级运动员和球队的位置数据、战术、运动模式和表现得以分析。
Kinexon首席营收官Mehdi Bentanfous表示:“理解工具跟踪和工具控制技术(在制造业中)所提供的价值的重要性至关重要。”工具丢失或放错地方会造成昂贵的搜索成本和闲置时间，甚至可能导致整条生产线停工。
Bentanfous指出:“总的来说，工具管理不仅仅是跟踪工具，它的目标是将占用装配线宝贵时间的手工过程自动化。”此外，自动化工具配置可实现防错拧紧过程。通过工具控制，我们的客户避免了不必要的返工成本和延误，同时显著优化了他们的生产质量和速度。”
精度、质量和速度是快节奏制造业的关键因素。仅在汽车行业，生产停顿一分钟就可能造成数万美元的损失。
Bentanfous称:“鉴于复杂的装配线中存在着相当高的人为失误可能性，自动化工具控制对公司来说是一个前所未有的优势。”“在我们的日常运营中，我们与一些世界上最大的公司合作，我们通常会遇到四个主要的挑战，他们在他们的装配线上处理:频繁更换工具设置，因为生产的产品种类繁多;广泛的质量控制;非增值工作步骤造成的时间损失，如扫描条形码;由于不正确的拧紧工艺导致的生产错误导致返工。
“最终，任何技术投资都是基于其潜在的投资回报，”本坦弗斯说。“这就是为什么我们的团队毫不费力地工作，以确保我们的(系统)提供了一个清晰可衡量的价值，直接反映在我们客户的底线上。
Bentanfous解释说:“这些好处包括减少周期时间和报废率，这是制造商在装配线上不断寻求解决的两个kpi。”“通过将流水线速度提高5%，我们能够实现这些领域的统计显著性。
Bentanfous预测:“随着产品质量标准的不断提高，自动化工具管理的使用也将不断提高。”“企业在整个生产过程中采用全面的成本降低策略，这对产品质量造成了压力。
本坦弗斯说:“位置数据是成功工业自动化的关键工具，但长期以来一直被低估。”“随着跟踪技术的兴起，制造商获得了在提高质量的同时提高产量的新机会。工具跟踪的商业案例很容易得到验证，因为它专注于改善整体生产时间，从而转化为产量和整体利润的增加。”
工具跟踪技术
传统上，RFID标签一直被用于跟踪工厂的工具使用情况。上世纪90年代末，ID Integration Inc.与波音公司共同开创了这项技术。如今，该公司为其他航空制造商，如BAE系统公司、霍尼韦尔公司、洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和雷声公司提供各种各样的主动和被动RFID标签、阅读器和软件。
ID Integration Inc.的总裁兼首席执行官Gary Moe说:“在大规模零售行业的发展推动下，RFID技术变得越来越好、更快、更便宜。成本下降了，阅读器更便宜了，阅读范围也变得更好了。”
Moe解释说:“我们为使用有源和无源RFID混合工具跟踪应用的制造商提供产品。”“前者通常用于高价值、关键任务的工具。”
然而，尽管有这些好处，RFID也有一些限制和缺点。例如，读取范围可以从6英寸到超过30英尺不等，这取决于应用程序和使用的标签类型。由于RFID技术的物理特性，手和身体可以屏蔽信号。
为了解决这些挑战，制造工程师可以使用几种替代系统，包括红外、LED和超声波系统。
Nexonar使用红外技术和专有软件来监测装配线上物体的精确距离。主动标签可以很容易地应用于组件，工具和操作人员的服装，如手套或腕带。
这些传感器通过安装在装配线上的一个或几个红外摄像机进行监控。软件然后指导过程的顺序，清楚地概述步骤和消除错误的可能性，以帮助操作人员有效地完成每一项任务。它还登记了每个部件在装配过程中的位置，以确保完全可追溯性。
Desoutter的系统使用实时动作捕捉技术，在工具、人或产品上放置高强度LED标签。
休斯说:“我们使用一个传感器来寻找视野中的红外led。”“通过这个，我们用3D X、Y和Z来计算从标签到工具或手指末端的虚拟点的距离，以达到过程控制的目的。
“它可以是静止的，也可以在移动的线上;它非常灵活，”休斯解释道。“一些制造商使用实时动态，他们实际上是在捕捉实时图像。然而，出于安全原因，一些公司对这种方法很担心。其他制造商使用超声波。我们试过这种方法，但不太可靠。
休斯说:“在有许多活动部件的移动装配线上，超声波的干扰总是会打乱整个过程，使工具无法工作。”“即使是风扇对着接线员吹，也可能中断(信号)。”
另一种形式的工具跟踪技术是在手臂上安装编码器。休斯说:“它非常可靠，非常适合站内组装。”“缺点是额外的移动部件。有些系统还需要每年校准。Nexonar不需要这样做。”
Atlas Copco提供三种类型的工具定位技术，包括螺栓级定位系统(ILG和ILS)和站级定位系统(ILT)。目前，该公司正在现场测试一种用于移动装配线的新型线级定位系统(ILM)，该系统将于明年年初上市。
工业定位导航(ILG)是一个集成的、独立的防错系统，为从简单到复杂的应用程序提供高水平的过程安全。ILG跟踪工具相对于紧固位置的确切位置，确保正确的紧固件按正确的顺序拧紧到规格。
Crowley说:“该系统由软件、定位硬件和控制器组成，将收紧系统的功能与位置和过程控制相结合。”ILG的典型应用包括小体积、高价值组件组装、维修站和灵活的组装单元。”
ILS (Industrial Location SpotPoint)是一种无线、螺栓级别的防错系统，适用于手持或固定电池供电工具，由接收器和发射器组成。接收器对发射机位置进行三角测量，并为发射机生成位置数据值。通过开放协议软件，位置验证并用于启用或禁用紧固工具。
Crowley解释道:“ILG和ILS为作业者提供指导，确保他们按照正确的顺序紧固螺栓，不会遗漏任何紧固件。
工业定位系留(ILT)由基站和工具标签组成。它连接到特定的工作站，确保连接的工具只能在其允许的工作区域内使用。
该系统采用无线测量技术，监测基站与工具标签之间的距离。工具方向检测允许用户轻松定义滚动和俯仰角度的标准，在某些应用中提供关节区分。
克劳利说:“ILT就像一个虚拟的系紧工具的皮带。”“它确保工具停留在正确的工作站上，并没有被用于错误的组装应用程序。
克劳利说:“螺栓级定位系统在各种行业的制造商中都很受欢迎，因为它们能让你的钱得到最大的回报。”“他们给你带来了显著的质量改善，改善了整个生产过程，同时解决了防错误的挑战。
克劳利指出:“另一个好处是员工培训。“我们的许多客户都经历过高流动率，比如螺栓级定位系统要求操作人员根据ILG或ILS给出的指导，遵循特定的指令。
克劳利解释说:“我们的产品是即插即用的。“工程师们在工作站安装了一个传感器，通过局域网与我们的Power Focus控制器连接。塑料标签安装在支架上，支架固定在单个工具上。”
Kinexon的实时定位系统(RTLS)基于超宽带(UWB)技术。“结合我们的操作系统软件，它是跨行业精确和敏捷的黄金标准，”Bentanfous声称。
Bentanfous表示:“我们结合了位置数据和强大的物联网软件，允许客户将组装步骤与工具辅助系统互连。“超宽带具有极低的延迟，允许终端用户实时触发事件，例如激活相应生产步骤的适当扭矩。
“Kinexon OS的另一个独特之处是它的技术和供应商无关的数据集成，这意味着它无缝处理来自任何供应商的BLE、GOS、RFID、UWB和其他本地化技术，这为运营技术团队提供了前所未有的数据透明度，”Bentanfous解释说。“与此同时，它还允许客户轻松扩展他们的(应用程序)。
Bentanfous指出:“例如，我们看到客户利用相同的前期基础设施、成本和精力来扩展用例，例如从传统的搜索和查找或跟踪和跟踪到容器管理，一直到完成物料流自动化。”
“Kinexon操作系统遵循无代码-低代码的方法，这意味着操作或定制它不需要广泛的IT技能。该软件使用拖放和简单的下拉菜单来设置事件触发器和放置地理围栏。它还与第三方软件如ERP、MES和WMS无缝集成。”
Bentanfous认为，无源RFID和超宽带技术的主要区别在于它们产生的定位数据类型。RFID可以创建选择性的时间点数据，而超宽带可以在定义的空间内生成连续、不间断的实时数据。
Bentanfous声称:“在数据生成、数据通信和灵活性方面，超宽带技术优于RFID技术。”在数据生成方面，UWB RTLS和RFID都使用标签来生成位置数据。然而，与RFID传统的门系统不同，UWB使用灵活的锚定网络来计算精确、实时的资产位置。
“RFID的另一个主要区别是，UWB能够动态地通信数据，从而支持过程数据的完全数字化，”Bentanfous说，“例如，我们的ePaper Tag可以在车间和操作系统软件之间发送和接收过程更新或警告。UWB是我们在设计这个软件时的明确选择，因为其他定位技术有明显的缺点。
Bentanfous指出:“超宽带RTLS在车间提供的灵活性方面比RFID增加了价值。”“由于射频识别门是静态安装的，当生产过程或组装线频繁变化时，超宽带提供了巨大的好处。这为我们的客户在动态生产和物流环境中提供了最大的灵活性。”
