工業生產經歷了從機械傳動到電氣傳動，從單機到產線不斷發展的過程，這其中不僅包含了機械設計的變化、電氣從總線邏輯到復雜運動與機器人的集成，并且也包含著運營管理如精益方面的提升，當然，更為關鍵的在于每個垂直的行業，都有其自身的行業工藝的集成。

今天，一個手機的生產已經涵蓋了注塑、鈑金、電子、包裝、機器人、物流、仿真、軟件、信息管理、人工智能的所有復雜工程的集成，產線不斷地變得復雜。

1　什么是制造創新的關鍵？

正是用于制造的產線變得更為復雜，而且客戶的需求也變得更為個性化，才需要借助技術的不斷創新來解決這些復雜的問題。

（1）制造的本質問題

對于制造業而言，質量、成本、交付這三個問題從來都沒有改變，因此，無論我們多么復雜的生產與制造，都必須圍繞這幾個問題來解決，當然，對于智能時代，產品的變化使得“靈活性”或生產的柔性有著極為迫切的需求。

（2）約束條件下的復雜過程

制造創新的難點在哪里？讓我們進入生產的場景，每個手機的生產需要數百個工序，每個工序里被加工產品的物理對象進行各種加工時所需的定位、電機的扭矩輸出、速度、加速度、機械的彈性變形，每個工序中細分的流程，這些每個因素都會影響整個生產的過程，而如何能夠在這個約束條件下尋找最優的參數、流程、材料是制造過程創新持續發展的關鍵。

每個細微的進步都會讓生產更具性價比，也讓企業更具競爭力。

2　傳統的產線設計存在哪些問題？

在柔性制造的產線設計中，輸送系統是其中非常關鍵的一環，因為“協同”必須通過物理的產線連接來實現，不僅是物理的機械連接，也包括數據的通信連接，而傳統的生產輸送則存在以下一些問題：

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

（2）工作站間位置不能靈活變動：重新的機械調整需要花費較多的時間調校。

（3）缺乏數據溝通&設備協調難度高：無法與控制系統、生產系統進行數據交互。

（4）產品換型周期長：每次調整產線需要進行拆裝，重組，花費較多的時間。

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

圖1 傳統產線輸送存在的問題

3 柔性電驅輸送系統

柔性電驅輸送系統的原理如圖2所示。

在直線軌道上（由線圈組構成），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，可以構成不同的產線形式。

圖2 柔性電驅輸送系統的原理簡介

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

圖3 ACOPOStrak構成的產線圖

由于“變軌過程”是電磁方式實現，因此，變軌過程中不會造成傳統機械一樣的磨損，而通過電磁系統，也可以將產線的位置等數據進行反饋，這些都是它之所以被研發的原因。

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，甚至進行維修，即維修和更換夾具并不影響當前生產。

圖4 ACOPOStrak實物圖

4　為什么說柔性電驅是革命性的設計？

柔性電驅輸送系統SuperTrak和ACOPOStrak是為了解決生產制程中傳統產線的問題而設計，兼具非常多的特性，使得它具有真正“革命性”的產線設計能力。

（1）數字孿生

圖5 ACOPOStrak實現的數字孿生

ACOPOStrak是典型機電一體化設計，可以實現“Digital Twin”，即在數字化設計與物理對象之間的交互，通過建模仿真實現對產線的驗證，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境中數字化呈現，并可以被調整，實現數字與物理對象間的實時交互。

數字孿生帶來的好處在于：

① 可以預先做產線規劃與驗證：在項目未進入安裝之前即可驗證其可行性；

② 虛擬調試：在虛擬環境中對控制邏輯、同步關系進行調試；

③ 變更工藝中的驗證：當發生產線調整時，可以在線驗證工藝。

（2）人-機協同中的安全

由于人具有柔性，但在很多時候機器未必具有，但機器更擅長精準、高頻率高速響應的任務，人-機協作本身就是制造產線創新的一個趨勢，但這里安全技術扮演非常重要的角色。

圖6 人-機協同中扮演重要角色

在機器人系統中，協同機器人安全規范IEC1566和ISO-10218都是針對機器人與人機協作的安全標準，而貝加萊的ACOPOStrak驅動系統、X20控制器、ABB的機器人均具有滿足功能安全的能力。

例如SLS@TCP，可以為機器人的TCP提供安全限速，當有人進入工作區域，系統降低速度避免對人體的傷害而同時卻不會破壞產線生產的連續性，當然包括SMS、SDI等非常多的安全功能都可以被用于保護人身的安全，同時平衡產線的OEE較高水平。

（3）自由的產線組合

SuperTrak和ACOPOStrak可以實現產線的任意組合，達到最大的產線靈活性，一方面是產線本身規劃的靈活性，當然，最重要的是第二個靈活性：產品個性化定制方面的靈活性。

圖7 各種形狀的軌道設計

圖8 先進的分流匯流技術

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，來自不同的產線，可以匯流至一個產線包裝，成為個性化定制的一箱飲料。

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

·電子產品組裝

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

圖9 靈活的產線規劃與組織

貝加萊的SuperTrak/ACOPOStrak代表著新一代的智能產線設計邁向全數字化、真正的柔性協同，機械、電氣、軟件、工藝被緊密的集成，以達到最大的生產柔性。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊