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工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)歷了從機(jī)械傳動到電氣傳動，從單機(jī)到產(chǎn)線不斷發(fā)展的過程，這其中不僅包含了機(jī)械設(shè)計的變化、電氣從總線邏輯到復(fù)雜運動與機(jī)器人的集成，并且也包含著運營管理如精益方面的提升，當(dāng)然，更為關(guān)鍵的在于每個垂直的行業(yè)，都有其自身的行業(yè)工藝的集成。

今天，一個手機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)涵蓋了注塑、鈑金、電子、包裝、機(jī)器人、物流、仿真、軟件、信息管理、人工智能的所有復(fù)雜工程的集成，產(chǎn)線不斷地變得復(fù)雜。

1　什么是制造創(chuàng)新的關(guān)鍵？

正是用于制造的產(chǎn)線變得更為復(fù)雜，而且客戶的需求也變得更為個性化，才需要借助技術(shù)的不斷創(chuàng)新來解決這些復(fù)雜的問題。

（1）制造的本質(zhì)問題

對于制造業(yè)而言，質(zhì)量、成本、交付這三個問題從來都沒有改變，因此，無論我們多么復(fù)雜的生產(chǎn)與制造，都必須圍繞這幾個問題來解決，當(dāng)然，對于智能時代，產(chǎn)品的變化使得“靈活性”或生產(chǎn)的柔性有著極為迫切的需求。

（2）約束條件下的復(fù)雜過程

制造創(chuàng)新的難點在哪里？讓我們進(jìn)入生產(chǎn)的場景，每個手機(jī)的生產(chǎn)需要數(shù)百個工序，每個工序里被加工產(chǎn)品的物理對象進(jìn)行各種加工時所需的定位、電機(jī)的扭矩輸出、速度、加速度、機(jī)械的彈性變形，每個工序中細(xì)分的流程，這些每個因素都會影響整個生產(chǎn)的過程，而如何能夠在這個約束條件下尋找最優(yōu)的參數(shù)、流程、材料是制造過程創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

每個細(xì)微的進(jìn)步都會讓生產(chǎn)更具性價比，也讓企業(yè)更具競爭力。

2　傳統(tǒng)的產(chǎn)線設(shè)計存在哪些問題？

在柔性制造的產(chǎn)線設(shè)計中，輸送系統(tǒng)是其中非常關(guān)鍵的一環(huán)，因為“協(xié)同”必須通過物理的產(chǎn)線連接來實現(xiàn)，不僅是物理的機(jī)械連接，也包括數(shù)據(jù)的通信連接，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)輸送則存在以下一些問題：

（1）機(jī)械磨損：采用機(jī)械鏈條、磨損會造成需要經(jīng)常性的維護(hù)，并且會影響傳動精度；而且，這也會帶來較大額度噪音，由于機(jī)械的復(fù)雜，會讓維修也變得復(fù)雜，耗費較多的維修等待時間，產(chǎn)線OEE下降。

（2）工作站間位置不能靈活變動：重新的機(jī)械調(diào)整需要花費較多的時間調(diào)校。

（3）缺乏數(shù)據(jù)溝通&設(shè)備協(xié)調(diào)難度高：無法與控制系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

（4）產(chǎn)品換型周期長：每次調(diào)整產(chǎn)線需要進(jìn)行拆裝，重組，花費較多的時間。

（5）生產(chǎn)流程復(fù)雜：輸送、上料、加工、下料過程復(fù)雜，尤其對于加工工序較多的生產(chǎn)而言，非有效加工時間占比較大，這會造成生產(chǎn)節(jié)拍較長。

圖1 傳統(tǒng)產(chǎn)線輸送存在的問題

3 柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)

柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)的原理如圖2所示。

在直線軌道上（由線圈組構(gòu)成），動子滑塊可以在X軸方向移動，而這個軌道也可以為直線、彎道各種形式，可以構(gòu)成不同的產(chǎn)線形式。

圖2 柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)的原理簡介

由于軌道后的線圈會產(chǎn)生磁力，與滑塊的永磁體產(chǎn)生水平方向的排斥力推動滑塊的運動——這與伺服電機(jī)原理一致，只是這個是切開的伺服電機(jī)，而且，與普通直線電機(jī)不同在于它的滑塊數(shù)量是非常多的，由貝加萊提供的SuperTrak軌道最大可以達(dá)到50米長，而滑塊間距可以在200cm左右分布，而最新的ACOPOStrak已經(jīng)規(guī)劃的單個項目可以達(dá)到320米長度，500個滑塊，滑塊最小間距50mm。

圖3 ACOPOStrak構(gòu)成的產(chǎn)線圖

由于“變軌過程”是電磁方式實現(xiàn)，因此，變軌過程中不會造成傳統(tǒng)機(jī)械一樣的磨損，而通過電磁系統(tǒng)，也可以將產(chǎn)線的位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，這些都是它之所以被研發(fā)的原因。

在圖3中，小型的軌道可以像F1一樣形成一個“維修站”，當(dāng)有次品被剔除的時候可以到這個地方，并且這個“維修站”還可以作為更換工裝夾具的地方，甚至進(jìn)行維修，即維修和更換夾具并不影響當(dāng)前生產(chǎn)。

圖4 ACOPOStrak實物圖

4　為什么說柔性電驅(qū)是革命性的設(shè)計？

柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)SuperTrak和ACOPOStrak是為了解決生產(chǎn)制程中傳統(tǒng)產(chǎn)線的問題而設(shè)計，兼具非常多的特性，使得它具有真正“革命性”的產(chǎn)線設(shè)計能力。

（1）數(shù)字孿生

圖5 ACOPOStrak實現(xiàn)的數(shù)字孿生

ACOPOStrak是典型機(jī)電一體化設(shè)計，可以實現(xiàn)“Digital Twin”，即在數(shù)字化設(shè)計與物理對象之間的交互，通過建模仿真實現(xiàn)對產(chǎn)線的驗證，并可直接下載到物理對象的控制器中運行，而物理對象的運行過程可以實時在虛擬環(huán)境中數(shù)字化呈現(xiàn)，并可以被調(diào)整，實現(xiàn)數(shù)字與物理對象間的實時交互。

數(shù)字孿生帶來的好處在于：

① 可以預(yù)先做產(chǎn)線規(guī)劃與驗證：在項目未進(jìn)入安裝之前即可驗證其可行性；

② 虛擬調(diào)試：在虛擬環(huán)境中對控制邏輯、同步關(guān)系進(jìn)行調(diào)試；

③ 變更工藝中的驗證：當(dāng)發(fā)生產(chǎn)線調(diào)整時，可以在線驗證工藝。

（2）人-機(jī)協(xié)同中的安全

由于人具有柔性，但在很多時候機(jī)器未必具有，但機(jī)器更擅長精準(zhǔn)、高頻率高速響應(yīng)的任務(wù)，人-機(jī)協(xié)作本身就是制造產(chǎn)線創(chuàng)新的一個趨勢，但這里安全技術(shù)扮演非常重要的角色。

圖6 人-機(jī)協(xié)同中扮演重要角色

在機(jī)器人系統(tǒng)中，協(xié)同機(jī)器人安全規(guī)范IEC1566和ISO-10218都是針對機(jī)器人與人機(jī)協(xié)作的安全標(biāo)準(zhǔn)，而貝加萊的ACOPOStrak驅(qū)動系統(tǒng)、X20控制器、ABB的機(jī)器人均具有滿足功能安全的能力。

例如SLS@TCP，可以為機(jī)器人的TCP提供安全限速，當(dāng)有人進(jìn)入工作區(qū)域，系統(tǒng)降低速度避免對人體的傷害而同時卻不會破壞產(chǎn)線生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)然包括SMS、SDI等非常多的安全功能都可以被用于保護(hù)人身的安全，同時平衡產(chǎn)線的OEE較高水平。

（3）自由的產(chǎn)線組合

SuperTrak和ACOPOStrak可以實現(xiàn)產(chǎn)線的任意組合，達(dá)到最大的產(chǎn)線靈活性，一方面是產(chǎn)線本身規(guī)劃的靈活性，當(dāng)然，最重要的是第二個靈活性：產(chǎn)品個性化定制方面的靈活性。

圖7 各種形狀的軌道設(shè)計

圖8 先進(jìn)的分流匯流技術(shù)

哪些場景需要匯流分流？

舉兩個簡單例子：

·食品飲料包裝線

如果你有6個不同顏色的飲料，來自不同的產(chǎn)線，可以匯流至一個產(chǎn)線包裝，成為個性化定制的一箱飲料。

如果你有1個產(chǎn)線速度非常高的灌裝機(jī)，但后道二次包裝是瓶頸，那么可以設(shè)計為一個灌裝線的產(chǎn)品分流到6個不同的二次包裝線。

·電子產(chǎn)品組裝

來自不同產(chǎn)線的零配件匯流到一個產(chǎn)線，并在主軌道上按次序進(jìn)行生產(chǎn)，那么就可以由非常多的軌道分別進(jìn)行匯流生產(chǎn)。

圖9 靈活的產(chǎn)線規(guī)劃與組織

貝加萊的SuperTrak/ACOPOStrak代表著新一代的智能產(chǎn)線設(shè)計邁向全數(shù)字化、真正的柔性協(xié)同，機(jī)械、電氣、軟件、工藝被緊密的集成，以達(dá)到最大的生產(chǎn)柔性。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊