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無論我們討論何種的生產(chǎn)，精益思想對(duì)于工廠而言是基線，精益就關(guān)乎“質(zhì)量”、“成本”、“交付”三個(gè)核心話題，一切都圍繞這三個(gè)生產(chǎn)的核心話題而展開，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，精益制造已經(jīng)成為全球優(yōu)秀的制造商所共同執(zhí)行的運(yùn)行管理體系，因?yàn)楸仨毚_保穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)，然后才能談到數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)，因此，我們必須讓技術(shù)回歸制造的本質(zhì)，在這個(gè)基礎(chǔ)上探討產(chǎn)線設(shè)計(jì)。

應(yīng)對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)的難題

智能制造正在成為產(chǎn)業(yè)聚焦的熱點(diǎn)話題，就目標(biāo)而言，智能制造要解決“個(gè)性化需求”和“成本效率”不斷提升的問題，歸結(jié)起來，主要聚焦了幾個(gè)問題：

（1）通過軟件定義智能來讓機(jī)器與產(chǎn)線來適應(yīng)變化的需求；

（2）通過對(duì)生產(chǎn)全局?jǐn)?shù)據(jù)的分析來優(yōu)化生產(chǎn)效率；

無論對(duì)于“標(biāo)準(zhǔn)流水線”還是“大規(guī)模定制”而言，企業(yè)的競爭力都來自于質(zhì)量、成本與交付能力，因此，對(duì)于產(chǎn)線投資者而言，穩(wěn)定的高品質(zhì)生產(chǎn)才能真正讓企業(yè)獲得生產(chǎn)的“增值”，從而長期獲利。

第二個(gè)問題容易理解，今天通過工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，可以將原有的單機(jī)生產(chǎn)進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，但是，第一個(gè)問題卻會(huì)遇到瓶頸，因?yàn)闄C(jī)械的“剛性”使得要獲得生產(chǎn)的“柔性”成為難點(diǎn)，產(chǎn)線在自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃下實(shí)現(xiàn)了根據(jù)工藝建模而能夠適應(yīng)變化生產(chǎn)的能力，但，卻需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠勝任這樣的變化，那么，傳統(tǒng)的產(chǎn)線就成為了瓶頸。

評(píng)估產(chǎn)線投資效率的關(guān)鍵指標(biāo)是“OEE”，這個(gè)對(duì)于大部分的End User而言都極為關(guān)注，另外，產(chǎn)品上市時(shí)間（Time to Market）和投資回報(bào)（Return of Investment）都是關(guān)鍵的評(píng)估指標(biāo)。

回歸本質(zhì)-生產(chǎn)評(píng)估

如果我們?nèi)匀谎永m(xù)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，那么，你想達(dá)到高品質(zhì)的生產(chǎn)就沒有那么容易，圖1是關(guān)于OEE計(jì)算的關(guān)鍵，我們可以看到OEE影響因素并結(jié)合控制工藝來分析如下幾個(gè)方面：

（1）質(zhì)量（Quality）：質(zhì)量影響包括了開機(jī)/關(guān)機(jī)浪費(fèi)，由于參數(shù)調(diào)校進(jìn)入穩(wěn)態(tài)有一個(gè)過程，生產(chǎn)中的浪費(fèi)，如控制效果不穩(wěn)定帶來的不良品。

（2）性能（Performance）：影響機(jī)器性能的因素包括如機(jī)械磨損帶來無法高速運(yùn)行，相當(dāng)于機(jī)器帶病運(yùn)行，效率不高。暫停也肯能因?yàn)闄C(jī)器的電氣不穩(wěn)定、干擾等都會(huì)影響性能。

（3）可用性（Availability）：對(duì)于小批量、多品種，產(chǎn)線的換型在精益中是不增值的，因此，這個(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)降低可用性，而快速的換型才能降低這方面的損失，宕機(jī)則是因?yàn)闄C(jī)械、電氣的故障會(huì)讓生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。

圖1-OEE是評(píng)估產(chǎn)線綜合投資效率的關(guān)鍵指標(biāo)

個(gè)性化并非易事

了解了OEE這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)“個(gè)性化”實(shí)際上對(duì)于生產(chǎn)而言，會(huì)帶來很多挑戰(zhàn)：

（1）開機(jī)損失：如果頻繁的換型，那么，開機(jī)浪費(fèi)就無法解決，由于訂單變小，而開機(jī)浪費(fèi)是固定值，那么，這個(gè)就會(huì)帶來不良品率的提升，因?yàn)榉帜缸冃×恕?/p>

（2）設(shè)置與調(diào)校：因?yàn)轭l繁的換型，所需的調(diào)校時(shí)間使得設(shè)備的可用性大幅下降，原來每周更換一次模具、調(diào)校機(jī)械，對(duì)于個(gè)性化可能每天都需要數(shù)個(gè)小時(shí)，那么設(shè)備的“增值”加工時(shí)間就會(huì)變小。

傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)線帶來的柔性瓶頸

除了換型帶來的品質(zhì)和可用性損失，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)線還存在以下問題：

圖2-傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)線由鏈條或皮帶傳輸

（1）機(jī)械磨損：由于傳統(tǒng)采用機(jī)械鏈條或皮帶傳送，往往由于齒輪等的磨損會(huì)導(dǎo)致精度不足，并使得機(jī)器無法高性能運(yùn)轉(zhuǎn)，帶來了減速與維修保養(yǎng)暫停的損失。

（2）不能靈活調(diào)整：包括傳統(tǒng)傳送采用了具有低速特性不足的感應(yīng)電機(jī)，或者采用分度盤等方式的組裝加工過程，這帶來不能高速平穩(wěn)來實(shí)現(xiàn)調(diào)整，尤其是分度盤由于機(jī)械慣量較大，也不易于高速的生產(chǎn)。

（3）不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化調(diào)整：機(jī)械分度盤因?yàn)橥鶠榕考庸ざO(shè)計(jì)，其工位的間距、移動(dòng)的速度都不能輕易更具變化而調(diào)整，這就是使得對(duì)于新的生產(chǎn)往往要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，測試驗(yàn)證，這些都會(huì)使得整體產(chǎn)線的可用性不能保障。

（4）大量的緩沖區(qū)設(shè)置：由于機(jī)械輸送往往不能在產(chǎn)線間最佳的匹配，導(dǎo)致高速部分和后道需要建立緩沖區(qū)，這些緩沖區(qū)往往占用較大的工廠面積。

（5）復(fù)雜的維護(hù)：由于機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，往往需要大量經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員，以確保產(chǎn)線穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

綜上一些原因，機(jī)械輸送系統(tǒng)的制造產(chǎn)線無法實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)整，使得整個(gè)OEE較低水平，而在個(gè)性化生產(chǎn)的需求下，這些問題更為突出。

柔性電驅(qū)技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生

為了應(yīng)對(duì)更為個(gè)性化的生產(chǎn)需求，新一代的產(chǎn)線設(shè)計(jì)技術(shù)，柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，如圖3是ACOPOStrak的產(chǎn)線規(guī)劃圖，ACOPOStrak采用了長定子直線電機(jī)技術(shù)，滑塊裝載被加工對(duì)象運(yùn)行于軌道之上，這些與軌道采用“非接觸”的，可以理解為“磁懸浮”列車，其上的滑塊采用電磁方式，這使得動(dòng)子的間距、運(yùn)行速度、加速度可以根據(jù)軟件定義而調(diào)整，解決了柔性制造中傳統(tǒng)機(jī)械的“剛性”，使得整個(gè)產(chǎn)線變得柔性。

圖3-ACOPOStrak柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)

另外，在ACOPOStrak中的軌道設(shè)計(jì)形式多樣，可以是多種角度的，如圖4，它可以構(gòu)成非常靈活的產(chǎn)線，基于高精度的軌道機(jī)械耦合設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)“匯流”和“分流”，這往往對(duì)于下面一些場景特別合適：

（1）多個(gè)產(chǎn)線的產(chǎn)品混合到一個(gè)主線來組合裝配，如電子制造業(yè)，或者混合包裝如食品飲料工業(yè)；

（2）一個(gè)高速產(chǎn)線分給多個(gè)后道單元進(jìn)行分流加工，或者分道到不同的區(qū)域進(jìn)行不同的產(chǎn)品組裝或包裝。

（3）專用的維修站/更換夾具站：通過視覺或其它檢測方式的不良品可以被送到一個(gè)專用的通道進(jìn)行處理，或者，這個(gè)通道也可以作為工裝夾具更換時(shí)的工作站。

圖4-靈活的產(chǎn)線組織

柔性電驅(qū)技術(shù)對(duì)于OEE的提升

柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)如貝加萊的SuperTrak/ACOPOStrak，如圖5，帶來了一些顛覆式的產(chǎn)線設(shè)計(jì)，包括幾個(gè)方面對(duì)產(chǎn)線能力的提升：

圖5-柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)帶來的好處

（1）熱插拔：快速的更換工裝夾具，并且這個(gè)更換可以在當(dāng)前產(chǎn)線進(jìn)行時(shí)在固定區(qū)域進(jìn)行；

（2）數(shù)字孿生(Digital Twin)：這項(xiàng)技術(shù)可以讓運(yùn)行中的新的生產(chǎn)組合可以在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行測試驗(yàn)證，即，可以在軟件中對(duì)目前的滑塊數(shù)量、速度、間距、位置、加速度/加加速度特性進(jìn)行模擬仿真，以確保快速的換裝后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)過程。如圖6，數(shù)字孿生會(huì)讓產(chǎn)線的設(shè)計(jì)更為快速，降低投資風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對(duì)新產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證，這在過去是一個(gè)非常耗時(shí)的過程，而由于電-磁-軟一體化，這項(xiàng)工作現(xiàn)在也變得更為容易。

圖6-通過數(shù)字孿生提前驗(yàn)證產(chǎn)線工藝可行性

（3）變軌技術(shù)：使得生產(chǎn)更為靈活的調(diào)整，這些調(diào)整僅需參數(shù)設(shè)置即可，而無需對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，與傳統(tǒng)的分度盤、皮帶鏈條傳輸而言，這項(xiàng)技術(shù)專為“柔性”的制造而設(shè)計(jì)。

（4）協(xié)同工作：采用電-磁-軟一體化的設(shè)計(jì)，可以使得軌道與機(jī)器人、其它工藝設(shè)備如包裝機(jī)、注塑機(jī)、貼片機(jī)等進(jìn)行協(xié)同工作，通過總線可以實(shí)現(xiàn)極高的同步。

（5）靈活調(diào)整：這些快速的滑塊調(diào)整不僅可以在虛擬環(huán)境中模擬，在現(xiàn)實(shí)中也可以隨意調(diào)整，這使得換型變得更為靈活。

提升個(gè)性化生產(chǎn)中的產(chǎn)線OEE

綜上所述，柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)可以為OEE帶來多個(gè)方面的提升：包括更快速的換型時(shí)間，更為可靠的生產(chǎn)品質(zhì)、更低的產(chǎn)線停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，總體而言，它會(huì)大幅度提升產(chǎn)線OEE，這就意味著，產(chǎn)線能夠在個(gè)性化較大的情況下仍然保證高品質(zhì)、低成本和快速交付能力。

縮短Time to Market和ROI

除此之外，在縮短面市時(shí)間方面，柔性產(chǎn)線也有大幅提升空間：

--在產(chǎn)線投入前的驗(yàn)證，如前所述，數(shù)字孿生技術(shù)可以在產(chǎn)線投入前進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并且對(duì)運(yùn)行的產(chǎn)線也可以進(jìn)行新的換型后的生產(chǎn)驗(yàn)證，這確保了投資安全，也對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)線在大幅產(chǎn)品更換時(shí)的重組，帶來了投資安全。

--高OEE即會(huì)獲得高ROI，這就是精益的思想，一個(gè)高性能的產(chǎn)線，能夠長期穩(wěn)定的幫您的工廠高品質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品，這就是高投資回報(bào)的產(chǎn)線。

柔性電驅(qū)系統(tǒng)是為應(yīng)對(duì)“個(gè)性化”生產(chǎn)時(shí)代的產(chǎn)線高投資回報(bào)而設(shè)計(jì)，請(qǐng)您關(guān)注貝加萊，在2019年3月28日的深圳機(jī)械展上，貝加萊的ACOPOStrak將隆重出展—這是該產(chǎn)線第一次對(duì)外公開亮相，歡迎光臨貝加萊展臺(tái)。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)全球機(jī)器與工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。