制造業(yè)正在面臨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的變革大潮中，但是，在很多時(shí)候，人們把聚焦點(diǎn)放在了“AI”和“數(shù)字化”的話題上。而實(shí)際上，在離散制造的產(chǎn)線上，也面臨著巨大的變革，智能的分析與決策，同樣需要“智能”的執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能構(gòu)成完整的“數(shù)字化制造”系統(tǒng)。
離散制造業(yè)包含了各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品前道的成型，以及后道的組裝過(guò)程—它的挑戰(zhàn)在于產(chǎn)品復(fù)雜性在規(guī)格、工藝、流程維度形成的復(fù)雜組合空間，這對(duì)生產(chǎn)的組織效率提出了難題。因此，變化的制造需要對(duì)這一問(wèn)題的解決方案，這也正是柔性輸送要去解決的。
圖 1—ACOPOStrak 構(gòu)建的制造平臺(tái)
自推出首款柔性輸送 SuperTrak 后，貝加萊又相繼推出ACOPOStrak（如圖 1）和 ACOPOS 6D 多代產(chǎn)品。已被廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域如食品飲料、制藥、醫(yī)療器械組裝、日用化工、消費(fèi)電子、汽車電子等。在此過(guò)程中，貝加萊積累了非常豐富的應(yīng)用場(chǎng)景經(jīng)驗(yàn)：針對(duì)哪些場(chǎng)景，以及解決哪些效率問(wèn)題，并如何高效的工程集成，使得項(xiàng)目能夠成功達(dá)產(chǎn)。
浪費(fèi)究竟在哪里？
對(duì)于組裝生產(chǎn)企業(yè)而言，精益生產(chǎn)（Lean Production）思想及方法被普遍采用。而對(duì)于精益生產(chǎn)而言，其核心思想在于“消除一切浪費(fèi)”。從這個(gè)視角來(lái)看，傳統(tǒng)產(chǎn)線中的零配件輸送、等待、堆積、中斷、換裝、設(shè)置等都被認(rèn)為是生產(chǎn)中的浪費(fèi)，成為了 OEE 不高的主要因素。
圖 2 是最為常見(jiàn)的機(jī)械環(huán)形輸送線，各個(gè)工站圍繞在其周邊形成一個(gè)工序流，而這個(gè)普遍被采用的輸送線中，其實(shí)，由于其機(jī)械的“固定”帶來(lái)非常多的問(wèn)題：
圖 2—傳統(tǒng)的機(jī)械輸送鏈道的環(huán)形工站過(guò)程
1 負(fù)載均衡問(wèn)題：
由于各個(gè)工站的節(jié)拍不同，那么，就會(huì)產(chǎn)生快速工站產(chǎn)生的產(chǎn)品堆積到低速工站前，這使得要么為其提供較大的緩沖區(qū)，或者通過(guò)預(yù)先的工站數(shù)配置，使得能夠形成連續(xù)負(fù)載在各個(gè)工序間的均衡—可以稱為“配平”。
但是，如果產(chǎn)品規(guī)格發(fā)生變化，導(dǎo)致節(jié)拍也發(fā)生變化，原有的均衡將被打亂，即，因?yàn)楣?jié)拍的變化，而無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)最大的產(chǎn)出能力—而如果產(chǎn)品經(jīng)常性的變化，那么，系統(tǒng)就無(wú)法按照最高性能來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，這會(huì)降低 OEE 中的性能（Performance）部分。
2 定位問(wèn)題：
產(chǎn)品規(guī)格變化后，會(huì)產(chǎn)生加工中心點(diǎn)位置的變化，由于是連續(xù)的鏈塊輸送。導(dǎo)致每個(gè)工序工站對(duì)齊中心加工，其它工站—或者移動(dòng)工站位置，又是復(fù)雜的調(diào)整。同時(shí)，如何讓加工對(duì)象能夠“等間距隊(duì)列”排隊(duì)加工，并能夠提前在上一批加工完離開(kāi)工站時(shí)，后序剛好啟動(dòng)加速并精確的進(jìn)入下一工站，在時(shí)間上保持嚴(yán)絲合縫—進(jìn)而，讓效率進(jìn)一步發(fā)揮？
3 中斷：
由于產(chǎn)品需要跨線，因此，需要由人工進(jìn)行搬運(yùn)到其他產(chǎn)線的過(guò)程，這個(gè)會(huì)產(chǎn)生加工過(guò)程的“中斷”，無(wú)論是采用機(jī)器人、AGV 還是人工的搬運(yùn)，都會(huì)讓生產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間上的斷點(diǎn)。
4 換型時(shí)的機(jī)械更換：
個(gè)性化時(shí)代的產(chǎn)線經(jīng)常會(huì)面臨這個(gè)問(wèn)題，例如在液體類的化妝品、飲料、制藥等輸送中，需要根據(jù)瓶子規(guī)格更換螺桿—這種就會(huì)消耗較多的時(shí)間，包括需要清洗等，使得產(chǎn)線的 OEE 下降。
5 剔廢：
在出現(xiàn)廢品、卡料等情況時(shí)，需要將減速、停機(jī)來(lái)進(jìn)行料的剔除。而且，還有一個(gè)問(wèn)題是，如果這些產(chǎn)品需要“成組”，如 6/12 個(gè)一起進(jìn)入包裝容器，那這個(gè)組里缺少了一個(gè)產(chǎn)品，也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)不必要的麻煩，例如人工或機(jī)器人等的干預(yù)。
以上“傳輸”、“等待”、“中斷”、“換型”、“剔廢”等動(dòng)作，都會(huì)造成整個(gè)產(chǎn)線的工藝設(shè)備無(wú)法被有效的使用，因此，整個(gè)產(chǎn)線的 OEE 就會(huì)下降。
因此，必須有一種變革，來(lái)改變產(chǎn)線，讓它能夠適應(yīng)這種變化。
柔性輸送技術(shù)，就是為了解決這些問(wèn)題—不僅包括上述問(wèn)題，包括數(shù)字連接、機(jī)械磨損帶來(lái)的維護(hù)，都是在磁懸浮輸送技術(shù)實(shí)踐過(guò)程中，給我們帶來(lái)的驚喜—它的確改變了原來(lái)的生產(chǎn)線組織，使得生產(chǎn)能夠變得更為高效，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)變化。我們以貝加萊的 ACOPOStrak 和 ACOPOS 6D 為例，來(lái)闡述它如何改變著制造過(guò)程。
節(jié)拍均衡效率高
對(duì)于精益而言，大規(guī)模生產(chǎn)形成“連續(xù)流”（Continuous Flow），而對(duì)于個(gè)性化較強(qiáng)的如混線生產(chǎn)則需要形成“單件流”（One Piece Flow），這樣才能使得產(chǎn)線達(dá)到最高的效率水平。
01 動(dòng)子間距的靈活調(diào)整實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡：
在 ACOPOStrak/SuperTrak 上，各個(gè)工站時(shí)間發(fā)生變化，由于每個(gè)動(dòng)子的速度、加速度、間距都可以被調(diào)整。它可以使得產(chǎn)線能夠根據(jù)節(jié)拍變化形成新的均衡狀態(tài)，而這些均衡是由系統(tǒng)自動(dòng)生成，無(wú)需復(fù)雜編程。
這使得即使在產(chǎn)品更換后，節(jié)拍、位置發(fā)生變化時(shí)，生產(chǎn)仍然可以形成新的“連續(xù)流”狀態(tài)。
圖 3—由動(dòng)子靈活位置調(diào)整帶來(lái)負(fù)載均衡
02 產(chǎn)品隊(duì)列的間距重新調(diào)整
比如，排隊(duì)進(jìn)入，需要進(jìn)行等間距隊(duì)列進(jìn)入不同工站，這個(gè)時(shí)候，動(dòng)子滑塊可以根據(jù)這個(gè)間距可調(diào)，讓他們自動(dòng)形成一個(gè)隊(duì)列。而這個(gè)隊(duì)列的間距也是可以任意調(diào)整的—這個(gè)是機(jī)械的輸送難以實(shí)現(xiàn)的。
例如：當(dāng)一個(gè)需要經(jīng)過(guò)檢測(cè)的視覺(jué)中心，而隨著產(chǎn)品規(guī)格變化，放大或縮小—機(jī)械節(jié)距無(wú)法進(jìn)行精確定位，而此時(shí)，ACOPOStrak 的動(dòng)子則根據(jù)這個(gè)位置需求重新自由調(diào)整。
容錯(cuò)：配置服務(wù)區(qū)-剔廢與零擾動(dòng)換型
對(duì)于產(chǎn)線而言，可以配置出服務(wù)區(qū)，由于 ACOPOStrak 的軌道并不限于閉環(huán)，而是可以由 90°、135°--這樣開(kāi)環(huán)軌道，可以在產(chǎn)線側(cè)形成一個(gè)類似于 F1 的賽車服務(wù)區(qū)，如圖 4 所示，它包括幾個(gè)作用：
1 針對(duì)不良品，離開(kāi)生產(chǎn)到服務(wù)區(qū)，而避免將不良品納入到下一工序；
2 零擾動(dòng)換型：對(duì)于下一個(gè)批次的生產(chǎn)，其動(dòng)子夾具在服務(wù)區(qū)可以設(shè)置等待。傳統(tǒng)機(jī)械輸送需要在前一批次里完成，再進(jìn)行機(jī)械的工裝夾具與調(diào)校。而對(duì)于 ACOPOStrak 而言，下一批次的動(dòng)子在服務(wù)區(qū)等待，等前道完成，即可快速切換到下一個(gè)批次的生產(chǎn)。
圖 4—ACOPOStrak 配置服務(wù)區(qū)
用于不良品或預(yù)裝下一批次夾裝
通常，通過(guò)早期虛擬驗(yàn)證，可以預(yù)先對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的節(jié)拍、工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)先的配置，及程序的預(yù)先編寫(xiě)。即可快速上線。
跨線流動(dòng)與混線生產(chǎn)
當(dāng)出現(xiàn)跨線流動(dòng)需求時(shí)，在 ACOPOStrak 則由貝加萊獨(dú)特的“變軌技術(shù)”，使得動(dòng)子可以在各個(gè)軌道間流動(dòng)。它降低了對(duì)輔助機(jī)械的需求，無(wú)論是皮帶、機(jī)械手抓取換道、還是人工、AGV 等。
跨線流動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)景包括：
首先，負(fù)載分配，例如 A 工站 0.5S,而 B 工站 1.5S，那么，就可以在 A 工站后分三個(gè)產(chǎn)品流到 3 個(gè) B 工站，以形成兩個(gè)工序間的負(fù)載 1:1,當(dāng)然反之，則可以匯流。
圖 5—變軌形成負(fù)載不同
圖5即是一種軌道布局，它可以用于負(fù)載的均衡，同時(shí)它的靈活性還在于—如果同樣一個(gè)飲料，我們希望它貼不同的標(biāo)簽，其實(shí)，也可以用這個(gè)布局。
其次，變軌技術(shù)是讓混線生產(chǎn)成為可能，即，產(chǎn)品根據(jù)需要流向自己所需的工站，而無(wú)需逐一加工，可以避開(kāi)不需要的工站，并跨越“擋路者”。在 ACOPOS 6D 中，這個(gè)可以通過(guò)“超車道”來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“自主流動(dòng)”—無(wú)需按步就班的走在一個(gè)固定的路線上。
圖 6—混線生產(chǎn)的布局
如圖 6，在很多生產(chǎn)中，有些工序是相同的動(dòng)作，但不同的參數(shù)，但后道會(huì)出現(xiàn)不同的動(dòng)作，如吹瓶進(jìn)來(lái)是相同的，卻需要灌不同的飲料，或灌裝相同卻貼不同的標(biāo)簽…這就會(huì)需要將相同及不同的工站解耦，形成一個(gè)混線生產(chǎn)。
機(jī)械簡(jiǎn)化好處多
除了對(duì)負(fù)載均衡，容錯(cuò)、跨線流動(dòng)，整個(gè)柔性輸送對(duì)于機(jī)械簡(jiǎn)化帶來(lái)的好處也是非常顯著的。舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子：如 ACOPOS 6D 用于加工，當(dāng)我們對(duì)一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行例如焊接動(dòng)作要焊接一個(gè)圓的時(shí)候，它需要 X,Y,Z 三個(gè)軸都動(dòng)作，這個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)會(huì)需要安裝三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。而如果改為 ACOPOS 6D，則像圖7右側(cè)一樣。因?yàn)?，這個(gè)動(dòng)子，它自己可以帶著被加工對(duì)象—輕松的走這樣一個(gè)圓來(lái)加工。
圖 7—ACOPOS 6D簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)
不僅如此，在遇到需要變位的時(shí)候，ACOPOS 6D 還可以沿著 X,Y,Z 軸做旋轉(zhuǎn)，這樣機(jī)械變位機(jī)構(gòu)也會(huì)被省略。
它帶來(lái)的好處就太多了：
■ 機(jī)械簡(jiǎn)化：
快速就構(gòu)成一個(gè)產(chǎn)線，當(dāng)需要調(diào)整的時(shí)候，軟件來(lái)定義這個(gè)曲線。
■ 維護(hù)工作少：
少了這么多機(jī)械，維護(hù)也變得簡(jiǎn)單；
■ 精度有保障：
這些非接觸的磁懸浮輸送技術(shù)，它們沒(méi)有機(jī)械磨損造成的誤差累積，精度一致性高。
■ 產(chǎn)線更易復(fù)用：
想復(fù)用，就是編程去重新規(guī)劃路徑、加工工藝參數(shù)即可。
ACOPOStrak/ACOPOS 6D 這樣的柔性輸送與平面磁浮輸送技術(shù)，它非常大的改變了傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)線所帶來(lái)的調(diào)整、維護(hù)等復(fù)雜性。并且，為產(chǎn)線設(shè)計(jì)提供了更多的可能性—不僅是輸送，在配合加工、產(chǎn)線可視化、仿真等方面提供了非常大的靈活性。在目前數(shù)十個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目中，包括了醫(yī)療器械、日化、包裝、制藥、電子、電池等各個(gè)領(lǐng)域。
回到本文最前面，它實(shí)現(xiàn)了精益中的“消除一切浪費(fèi)”，它在各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)的好處，使得它具有“效率倍增器”的能力。