工业自动化中的机器人技术、机器学习以及工业物联网(IIoT)应用,对支撑其运行的电子系统提出了更高的性能、更高的可靠性以及更高的可持续发展要求。
全面集成的智能工厂代表着未来制造业的发展方向,其核心特征在于高效率、全天候(24/7)持续运行。
为了实现由先进自动化技术驱动的不间断生产,必须关注那些看似微小却至关重要的基础组成部分,那就是电子系统。而进一步来看,电子系统所采用的材料才是真正决定其性能和可靠性的关键因素,这不仅影响电子系统本身,更直接关系到整个自动化系统的运行质量和稳定性。
汉高在北美运营着一个面积达140万平方英尺的物流中心。该设施经过大规模扩建和升级,引入了多项工业4.0技术,包括:
- 自动化物料搬运系统
- 更广泛应用的变频驱动器(VFD)
- 可编程逻辑控制器(PLC)
- 高效电机
- 工业机器人
- 其他智能工厂解决方案
存储能力提升
由88,000个托盘提升至200,000个托盘。
吞吐量提升
由每日处理200辆货车提升至每日处理1,000辆货车。
运营效率提升
显著提高了供应链资源利用率和流程效率。
成本降低
新一代软件系统帮助降低能源消耗。
实时响应能力增强
物流中心能够根据市场变化进行实时调整和响应。
最精密的自动化系统,若配以不合格的电子元器件,也无法取得成功。哪怕一个电子故障,就足以让耗资数百万美元、且其他方面都经过精密设计与部署的自动化系统全线崩溃。这是一个常被忽视却至关重要的细节。尽管电子元器件在工业自动化整体解决方案中可能只占“微小”的物理部分,但从许多方面来看,它们恰恰是最为关键的。
迈向全面集成智能工厂的数字化转型已经全面展开,但真正实现端到端智能化运营仍然具有挑战。
根据美国制造商协会(NAM)研究:
38% 的企业预计未来两年内将进一步推进全厂数字化建设。
目前仅有 28% 的制造企业已经实现智能化运营。
76% 的制造企业预计将在未来两年内实现智能化运营(注:此数据为包含已实现企业在内的累计比例)。
虽然目前完全实现端到端集成的智能工厂比例仍然较低,但人工智能驱动的自动化已经展现出巨大的商业价值。
其优势不仅体现在:
- 提高产品质量
- 降低运营成本
- 提升资源利用效率
根据麦肯锡研究,AI在工业制造领域的应用可带来:
生产效率提升
EBITA(息税摊销前利润)提升
新的自动化技术能力在创造价值的同时,也带来了新的挑战:
- 自动化系统日趋复杂且高度互联;
- 系统可靠运行越来越依赖高可靠性的电子系统;
- 自动化设备对电子性能要求持续提升;
- 环境可持续发展要求日益严格。
为应对这些挑战,自动化系统依赖于创新材料,这些材料通过可持续生产的解决方案提高了电子产品的性能和可靠性。
汉高的先进材料解决方案能够:
- 提供热管理方案以散发运行热量
- 在严苛环境条件下提供保护
- 在整个供应链中采用可持续材料和实践
总之:自动化系统及其所依赖的电子产品必须具备 24/7 全天候可靠性、耐热性、运行环境防护能力以及环境可持续性。
某领先制造商需要优化其自动导引车(AGV)所使用的电子控制单元(ECU)。
项目关键要求包括:
- 导热系数接近3.0 W/m·K;
- 介电击穿电压大于5kV;
- 挥发冷凝物(CVCM)含量低于0.1%,避免对其他电子元件产生污染和干扰;
这些指标旨在确保ECU在长达25年的设计寿命周期内保持可靠运行。
解决方案
BERGQUIST® Gap Pad TGP HC3000 成为满足该客户需求的理想方案。
其主要优势包括:
- 极低装配应力;
- 易于生产装配;
- 导热系数达到3.0 W/m·K;
- 优异的间隙填充能力低挥发特性;
- 降低污染及器件干扰风险。
应用成果
目前,该制造商已成功实现:
- 年产50,000套ECU;
- 满足终端应用的可靠性能要求。
同时,BERGQUIST® LIQUI BOND TLB SA2000 导热胶也成功满足客户的生产和终端应用需求:
- 消除了机械紧固件需求;
- 生产效率提升20%-30%;
- 制造成本降低15%-20%;
- 导热系数达到2.0 W/m·K;
- 满足数据中心高功率应用需求;
- 实现高可靠性运行。
先进材料是实现高性能、高可靠性电子系统的关键,而电子系统正是工业自动化和人工智能技术发展的核心基础。
通过提供:
- 热管理能力;
- 环境防护能力;
- 系统完整性保障;
- 最佳实践支持;
先进材料能够帮助自动化系统实现更高的:
- 可靠性(Reliability)
- 使用寿命(Longevity)
- 可持续性(Sustainability)
从而支撑工业自动化和智能制造的持续发展。