对许多制造商来说，无论规模大小，自动化流程都是一项重大决策。但这一选择所涉及的不仅仅是技术能力和初始资本成本。相反，它是一项战略承诺，决定着你如何生产产品、生产线的灵活性以及你在市场中的竞争方式。
一旦选择了自动化途径，在某种程度上就意味着购买了一整套能力、限制和未来选项。正确的决策可以提高质量、增加产量，并为企业的发展奠定基础。
错误的选择可能会让您的系统在您的需求发生变化时难以升级或升级费用昂贵。另外，您可能会发现自己为永远用不上的功能花了过多的钱。
说到激光系统，市面上的产品通常分为两大类--预配置系统和定制系统。虽然这实际上只是光谱的两端，但这种区分有助于勾勒出关键的决策标准。
本文旨在帮助您做出适合自己企业的正确决定。
什么是预配置激光系统？
预配置激光系统通常旨在提供较低的入门价格，并设计用于执行特定的、范围有限的任务。这些系统的目标客户是那些希望将焊接、清洗或切割等常见激光加工过程自动化的制造商，他们无需花费时间和成本进行定制工程设计。
预配置系统对中小型制造商或希望快速增加标准、可重复流程生产能力的大型企业尤其具有吸引力。其魅力在于简单易用。它们设计可靠、易于安装、部署快捷。
预配置系统通常是安装在 1 级激光安全外壳中的独立单元，配有检修门、联锁或光幕，以确保操作人员的安全。它们通常被设计为独立的工作单元或工作站，而不是全自动生产线的组成部分。
根据目标应用和零件尺寸的不同，预配置系统可以使用龙门（直角）运动或机械臂。龙门系统通常建在钢或花岗岩制成的工作平台上，为精确操作提供稳定的基础。机器人系统通常采用六轴工业机器人。
供应商提供预配置系统选件的情况并不少见。这些选项可能包括各种激光源、光束传输光学器件，甚至可能包括视觉或过程监控系统。
此外，还经常提供各种工件夹持和安装接口，如托盘或旋转支架，尤其适用于打标系统。有时还提供用于半自动装载或卸载的接口，如传送带装载或转盘。
预配置激光系统的一个主要特点是简单易用。人机界面（HMI）通常提供简洁的菜单驱动控制环境，访问权限仅限于预设程序或配方参数。这样，车间人员只需接受最低限度的专业培训即可使用。对于工艺工程师来说，创建新任务也同样简单，编程技能有限的人也能使用。
什么是定制激光系统？
定制激光系统从头开始设计，以满足一组特定的生产要求，这些要求超出了预配置系统的能力范围。顾名思义，每个定制系统都是独一无二的。
不过，定制激光系统往往由几个常见的（甚至可能是标准化的）构件组成。这些模块包括
- 自动化材料处理
- 部件夹具和工具
- 部件运动和定位
- 激光源和光束传输
- 视觉、传感和过程监控
- 控制器和相关软件
- 通信模块（与 MES、PLC 或其他工厂自动化控制系统连接）
- 安全和封闭
这些元件几乎可以以任何方式组合在一起，而且复杂程度和精密度都很高。运动系统可能包括多个机械臂、龙门架、线性平台或旋转工作台。有时，这些装置独立工作，并行处理零件。有时，它们协调工作，以达到必要的范围、精度和速度。
在用户体验（UX）方面，定制系统通常具有量身定制的人机界面，可提供更深入的控制和监控功能。操作员和工艺工程师可以使用先进的诊断工具、可定制的工艺参数以及支持配方管理或高混合生产的界面。通常，运行这些工具需要相当程度的编程和自动化专业知识。
虽然定制激光系统可以是独立的工作单元，但它们通常是为集成到整个工厂的自动化系统和生产线而设计的。它们可以使用 EtherNet/IP、Profinet 或 OPC UA 等标准工业协议与 PLC 网络、MES 平台和 SCADA 系统连接。
在预配置和定制激光系统之间做出选择
选择正确的激光自动化方法需要考虑和平衡许多因素。有些因素是显而易见的，如资本和运营成本以及可用面积。有些则不那么明显，比如供应商支持的质量和可升级性。
面对如此多的变数，决策制定可能会令人不知所措。为了简化这一过程，确定并关注那些最有可能决定成败的核心问题是很有帮助的。就系统功能而言，我们发现以下七个因素通常最为关键。
适用性
这是决策过程的基础和起点。首先需要确定您的流程，然后再确定激光是否能带来最佳效果。
要进行这种评估，您必须了解激光能带来什么--无论是速度、精度、减少热量输入还是降低运营成本--并决定如何衡量成功与否。如果没有明确的任务定义和成功标准，那么实现任务的可能性就微乎其微。
这时，激光自动化合作伙伴提供的应用开发服务就会有所帮助。理想情况下，他们应该拥有识别、测试和优化激光工艺的设备和经验。
部件尺寸
这似乎是一个平凡的考虑因素，但却起着至关重要的作用。激光系统受到其工作包络线的限制。
预配置系统是根据特定行业的典型零件尺寸设计的--例如，医疗设备中的小型精密零件或一般工业用的中型组件。当部件超出这些标准时，无论是较大的部件还是形状特殊的部件，通常都需要定制或大量修改系统。
吞吐量要求
在吞吐能力方面，预配置解决方案和定制解决方案通常存在差异。鉴于生产率是自动化的首要目标，这往往是决定性因素。
预配置系统通常设计为单站工作单元或工作站。因此，它们通常最适合中低吞吐量需求。零件装卸，尤其是手动装卸，通常是预配置系统的限制因素。
例如，即时焊接等技术可以达到每分钟 1000 多个焊点的焊接速度。这可以提高EV-Cube 等独立工作站的产量，但输送和集成到生产线中可以进一步提高产量。
相比之下，定制激光系统所能达到的速度往往只受到成本投资、空间限制或非激光瓶颈的限制。定制系统可以集成多个激光源或光学器件、多种系统运动或并行运行的非激光过程，以实现极高的吞吐量。
根据您的要求，安装多个标准系统可能比投资一条更大的、定制的生产线更具成本效益。
一些预配置系统支持自动零件装载选项或与传送带集成的能力。这可以最大限度地减少装卸零件时的系统闲置时间，从而提高吞吐量。
工具
在进一步研究工件装载的过程中，还值得研究如何将工件夹持到激光机上。标准系统通常只有有限的工件夹持选项。这些选项可能包括固定夹具、定位销、手动或气动卡盘（用于圆形零件）以及 V 形块。这可能会限制系统执行复杂焊接路径或加工需要从多个角度加工的 3D 形状零件的能力。
如果部件需要复杂的定位、动态夹具或与外部系统交互，则必须相应地设计工具。当然，这可以通过定制机器人系统来实现。但如果制造商有能力和意愿，也可以扩展预配置工具的功能。
公差与质量
虽然模具在决定加工精度和可重复性方面发挥着重要作用，但还可以通过各种传感器，特别是视觉系统来加以辅助。这些系统可以帮助系统更好地适应零件与零件之间的变化，或弥补模具位置一致性的限制。
一些预配置系统可能将视觉系统和过程监控作为标准选项。例如，IPG LaserCell 平台的焊接配置可配备LDD 实时激光焊接测量系统，用于在线焊接监测。
然而，零件的复杂性和公差要求有可能超出预配置系统所能满足的要求。这就促使解决方案采用定制或半定制设计。
激光功率
标准激光系统是为适应特定激光功率范围而制造的。这通常取决于工具的光学系统、安全系统、冷却需求，甚至功率要求。
不过，如果加工速度要求提高或材料较厚，则可能需要更高功率的激光器。
其中一些限制不容易升级或扩展。因此，如果应用对激光功率的要求绝对高于标准系统所能提供的激光功率，那么就不得不决定定制激光解决方案。
操作员互动
除了系统功能外，另一个重要的考虑因素是系统编程和操作的简易程度。这也是预配置系统和定制系统之间存在较大差异的地方。
预配置系统是为可预测的直接交互而构建的，通常只支持有限的操作选择。新任务的编程通常被简化，有时甚至只需拖放功能，例如激光焊接机器人系统。
所有这些都放宽了对操作员和工艺工程师的培训要求。这也意味着系统通常在安装后几乎可以立即投入生产运行。
定制的机器人激光系统可能会为操作员提供一个简化的用户界面。但在这之下通常是一个更为复杂的软件环境。
这种先进性的好处在于它们几乎具有无限的功能。这通常包括与其他工厂自动化系统集成的能力。
但这也意味着它们通常更加复杂，更难编程，需要更多的专业知识来支持。新系统或流程的上线需要更长的时间，这并不罕见，尤其是当它涉及到与外部系统的广泛交互时。
其他考虑因素
如前所述，购买激光系统并非二选一。对于某些供应商来说，可以从预先配置好的系统开始，然后通过选项对其进行修改，直到它基本上成为一个定制系统。而对于其他供应商来说，预配置系统则是死板的，只能针对狭窄的任务范围进行优化。
预配置机器人激光系统的成本通常低于完全定制的工具，而且制造商通常可以更快地交付。此外，安装预配置系统可能涉及的学习曲线较少，因为制造商已经在各种生产环境中积累了丰富的使用经验。
与完全定制的系统相比，修改标准系统以扩展系统功能所增加的成本通常也较少。但这并不普遍。预配置系统有其局限性，因此进行大量修改的成本可能比从头开始更高。
此外，还有后勤和财务问题。修改已经投入生产使用的预配置系统会导致工具停机。停机时间会产生影响。但进行修改的费用可能来自运营支出，而购买新系统则必然是资本支出。
最后，请记住，任何特定的供应商可能只提供有限的产品系列。这可能会促使他们从现有产品或能力中为您提供解决方案。遗憾的是，这种产品可能无法为您的应用提供最佳解决方案。
激光自动化入门
得益于我们独特的垂直整合，IPG 提供从激光组件和技术到预配置系统、模块化平台和定制生产线的所有服务。作为激光自动化领域的合作伙伴，我们不会强迫您选择特定的产品或方法。
入门非常简单--给我们发送一些样品零件，参观我们的全球应用实验室，或者直接告诉我们您的应用。
