一、回到離散制造的本源

　　智能制造是一個熱點，在實現(xiàn)時，需要有新的規(guī)劃與設計及技術支撐。智能制造并非僅僅是技術問題，而是精益思想與前沿技術如柔性輸送、通信與數(shù)字孿生技術的融合。貝加萊的ACOPOStrak和ACOPOS 6D正是這樣的柔性輸送技術先鋒。產(chǎn)品之前已經(jīng)多次介紹過，此次從產(chǎn)業(yè)實踐來分析它們的應用。有時候我們需要回到離散制造的本源去理解，才能更好理解并真正發(fā)揮技術的價值，因為，它并非是一個炫酷的產(chǎn)品或技術，而是一種全新的設計思想變革。

　　1.有效工作時間是關鍵

　　假如你在上海，被邀請參加一個大連的論壇做一個30分鐘的專業(yè)話題演講，你會發(fā)現(xiàn)你需要把很多時間花費在交通工具和等待上，即使到了會場，你也要等待前面的嘉賓講完。實際上，你花費在交通工具、等待上的時間遠大于你要演講的時間。

　　對于離散制造的產(chǎn)線而言，同樣道理，一個產(chǎn)品加工或組裝過程中，輸送、等待、上下料定位等時間往往占比很大(甚至達到95%)，在精益制造的實踐中，這都是不增值的時間，被稱為浪費。

　　圖1是CIMS研究者過去時代做的一個統(tǒng)計，可以看到對于一個產(chǎn)品的加工與組裝過程，有效的工作時間占比往往不大。輸送、等待、上下料定位等時間占比如果被釋放，就可以大幅提升效率，這也是輸送系統(tǒng)對效率影響的原因。而柔性電驅輸送系統(tǒng)如ACOPOStrak、ACOPOS 6D這樣的系統(tǒng)被推出的原因。

圖1 有效加工時間占比

圖2 傳統(tǒng)環(huán)形線生產(chǎn)組織形式

　　2.被約束的產(chǎn)品加工

　　在傳統(tǒng)的機器與產(chǎn)線設計中，無論采用機械鏈條、皮帶輸送，還是采用分度盤等方式，其中有一個很大的制約柔性因素，即，被加工產(chǎn)品與機械輸送之間的強耦合關系。被加工的產(chǎn)品需要經(jīng)過多個工站，但是，它們被綁定在了一起進行輸送的。

圖3 分度盤生產(chǎn)組織形式

圖4 柔性制造中的成組技術

圖 5 ACOPOStrak布局的生產(chǎn)舉例

　　在圖2這個機械輸送線中，每個產(chǎn)品都需要上下料過程，以及在不同工位之間進行循環(huán)，這些頻繁上下料以及產(chǎn)品按照隊列進行順序加工的過程，占用了較多的時間，使得工藝裝備無法發(fā)揮最大的效率。

　　圖3采用分度盤也是一種常用的方式，但是，這個也一樣固定的隊列次序，由于每個工位的速度是不盡相同的，這導致了在輸送帶上的產(chǎn)品只能以“木桶原理”中最小工位那個速度來進行加工。

　　有人會問，那么，傳統(tǒng)產(chǎn)線也可以設計分流的輸送通道呀?但是，面對未知和不確定的產(chǎn)品，這實際上是被約束的“柔性”。大規(guī)模生產(chǎn)可以定制一條產(chǎn)線，但是，柔性制造最大的挑戰(zhàn)就是，你無法確定產(chǎn)品會是什么樣的?你的機械設置往往是比較復雜。即使在傳統(tǒng)的FMS/CIMS實踐中，也不得不承認，這種“未知”產(chǎn)品的不確定性，也難以應對。況且，高的開機成本也是其必須具有較大規(guī)模生產(chǎn)才能有經(jīng)濟性。

　　3.調(diào)度問題

　　柔性制造系統(tǒng)還有一個“調(diào)度”問題。在需求和能力之間尋找最優(yōu)的組合，這其實也一直是管理科學與工程領域研究的方向。而個性化生產(chǎn)使得這個組合的所需考慮的維度變得更大(尺寸規(guī)格、所需工藝參數(shù)匹配、工序流程等等)，產(chǎn)生出的潛在組合成倍乃至數(shù)十、百倍的增長。如何在這個組合中尋找最高效的生產(chǎn)，也催生了各種動態(tài)規(guī)劃、最優(yōu)化等問題的研究與實踐。

　　圖4體現(xiàn)了成組技術在FMS/CIMS不同的生產(chǎn)單元間流動的問題，對于大規(guī)模定制問題，都是需要對其布局、輸送進行預先規(guī)劃，才能發(fā)揮生產(chǎn)系統(tǒng)的最大效率。制造分為信息流、物料流、能源流的優(yōu)化問題，信息流讓生產(chǎn)在軟件層面實現(xiàn)調(diào)度，提升效率，而生產(chǎn)物流主要解決生產(chǎn)宏觀組織問題，是數(shù)字化車間范疇。而在機器-機器之間、機器內(nèi)部的在制品物流則是由柔性輸送系統(tǒng)來解決的。

　　總結以上，即，在生產(chǎn)中需要考慮：

　　? 如何削減生產(chǎn)組裝中輸送、等待方面的時間?

　　? 能否解除機械輸送帶來的綁定關系?

　　? 如何在物流調(diào)度中實現(xiàn)最大效率?

　　二、復雜問題簡單化

　　復雜問題簡單化，是工程思維來解決復雜問題的基本思路。傳統(tǒng)的火車是由機車車頭統(tǒng)一牽引，而新的動車組/高鐵則采用了獨立驅動，可以自由編組，干線多編組增強負載，支線則采用低編組，避免浪費。技術發(fā)展具有共性，生產(chǎn)組織也同樣需要化繁為簡。

　　在貝加萊的ACOPOStrak和ACOPOS 6D應用，就是實現(xiàn)生產(chǎn)組織的“化繁為簡”。

圖6 ACOPOS 6D的六個自由度的運動

圖7 ACOPOS 6D的輸送柔性組合(頂視圖)

　　1.讓輸送與產(chǎn)品綁定關系分離

　　通過ACOPOStrak和ACOPOS 6D所加載的在制品，將不再被約束在一個綁定機械輸送體系里，而成為一個個體按需經(jīng)由不同工位來加工，ACOPOStrak特別適應于機器與機器之間(Between Machine)的這種物料流動，因為它有變軌技術。而ACOPOS 6D能夠在機器內(nèi)在制品(In-Machine)的物流與工藝單元協(xié)同，它由于完全沒有機械摩擦，使得機械綁定被完全分離，流動更為自由。

　　在圖5中，有各種可能的組合，包括生產(chǎn)同一產(chǎn)品經(jīng)由不同速度工位時，工位的組合可以讓整個生產(chǎn)負載達到均衡的1:1:1的均衡狀態(tài)，而不需要等待。也可以是不同物料經(jīng)由不同工位進入不同不同工站加工的不同產(chǎn)品數(shù)量組合形式。

　　當然，除了這些解決核心解耦問題，柔性輸送本身的無摩擦、可被軟件定義、與機器人、工藝裝備之間的實時通信能力，也是它競爭力的要素。

　　可以這么理解，在以前，大規(guī)模生產(chǎn)的一個批次的產(chǎn)品被群體加工，而在個性化的時代，產(chǎn)品可以按照自己的所需去找到相應的工位加工自己。

　　2.定制的機械耦合機構被簡化

　　在產(chǎn)線規(guī)劃和實施中，傳統(tǒng)的機械輸送必須配合各種非標的機械機構來實現(xiàn)各種加工的動作，對于ACOPOS 6D，我們會發(fā)現(xiàn)它使得機械系統(tǒng)簡化，例如：

　　? 需要上下動作的配合，取消了特定的機械上下定位機構;

　　? 換向，動子可以轉向，無需額外的機械換向機構;

　　? 傾斜，由于動子可以沿著X,Y方向做夾角動作，因此，這個方向原本所需的機械機構也可以被簡化。

　　圖6顯示了ACOPOS 6D的動子滑塊可以在6個自由度進行運動，而圖7僅從頂視圖描述它帶來的各種自由度的加工場景。

　　從1-8列舉了ACOPOS 6D的實現(xiàn)中各種靈活情況，例如：

　?、?在特定區(qū)域,ACOPOS 6D的動子滑塊可以實現(xiàn)熱插拔，系統(tǒng)會自動重新規(guī)劃路徑;

　?、?不同規(guī)格的動子滑塊可以進行不同尺寸規(guī)格產(chǎn)品加工，可以處于同一加工中心點，如激光打碼;

　　③ 避免碰撞，動子滑塊可以在平面上自由選擇路徑，避免碰撞;

　?、?排隊同步運動，可以讓整體占地面積小;

　?、?不同動子滑塊也讓不同重心可以被納入生產(chǎn)中;

　?、?沿著Z軸旋轉，選擇合適角度加工，當然在X,Y軸也可以旋轉;

　?、?動子滑塊可以在一個方向同步，另一個方向獨立運行;

　　⑧ 兩個動子滑塊拼裝并加大其負載能力。

　　當然，它不止于此的靈活，因為，這里并未表現(xiàn)其在Z軸上下動作，以及X,Y軸旋轉的立體空間的柔性。

　　由于取消了產(chǎn)品與對應輸送機構間的特定綁定關系，機械系統(tǒng)被簡化，而產(chǎn)品沒有這些束縛，而是按照所需快速實現(xiàn)加工動作，這就降低了機械輸送、等待、上下料過程所需的時間，縮短了加工周期。

　　3.智能調(diào)度簡化實現(xiàn)

　　原本在機械耦合關系下的工藝流程，只能在定型的流程上實現(xiàn)，而現(xiàn)在，對于未知產(chǎn)品來說，它也是無需特定的機械系統(tǒng)來進行加工，而是由動子滑塊賦予它被“塑形”的可能，而動子滑塊的另一個輸送能力就賦予它調(diào)度的柔性，通過軟件來定義，而不是被約束在硬件的路徑上，ACOPOS 6D甚至創(chuàng)建了無需軌道的調(diào)度問題，可以成組、同步協(xié)同。

　　ACOPOStrak和ACOPOS 6D其本質是通過自主調(diào)度實現(xiàn)最優(yōu)的效率，當然，這個調(diào)度的算法被封裝為易于使用的模塊，對于用戶來說，僅需考慮自己的生產(chǎn)任務編排，而系統(tǒng)會自動為其實現(xiàn)最優(yōu)的路徑與調(diào)度過程。這個時候，未知的產(chǎn)品，也可以被快速定義，而不受制于機械系統(tǒng)的關系。

圖8 柔性輸送技術應用場景

　　三、挖掘潛能-提升效率

　　通過解耦后的生產(chǎn)組織，將變?yōu)榻档土朔羌庸に璧妮斔秃偷却龝r間，提升了加工效率;簡化了機械的設計復雜度，使得機械系統(tǒng)與產(chǎn)品之間的強綁定關系被柔性的關系所取代，產(chǎn)品能夠實現(xiàn)多種混線生產(chǎn)，而無需投資更多的產(chǎn)線來適應變化。這正是精益生產(chǎn)(Lean Production)的精神-不斷挖掘生產(chǎn)潛能，改善生產(chǎn)過程，獲得不斷的效率提升。

　　在貝加萊的ACOPOStrak和ACOPOS 6D的推動過程中，貝加萊的客戶不斷發(fā)現(xiàn)柔性輸送技術的“驚人之舉”，它帶來全新的生產(chǎn)效率提升和高靈活性下的高品質。而貝加萊的工程團隊也由掌握機械、工藝、生產(chǎn)運營的工程師構成，快速理解需求，并制定有效的規(guī)劃、快速測試驗證，獲得眾多成功，圖8顯示了眾多的已經(jīng)被驗證的場景—由于它帶來的令人欣喜的結果，被視為競爭力武器而用戶因此不大釋放宣傳用的案例。

　　事實證明，只有運營管理(Operation Management)和技術融合，才能發(fā)揮最大的效能， 而不是視為一個輸送機構的問題，或者僅僅一個產(chǎn)品，技術?；氐诫x散制造的本源，我們會發(fā)現(xiàn)ACOPOStrak/6D將產(chǎn)品解放到多維空間，讓加工與組裝過程變得自由、靈活、高效。