柔性生產助推先進輸送方式

　　根據Interact Analysis 2024版磁懸浮柔性輸送系統全球 市場調研報告，磁懸浮柔性輸送是工業自動化領域正蓬勃增 長的細分市場，過去幾年間市場規模迅速擴張，尤其是已經 規模化應用的線性磁懸浮輸送系統，全球銷售額從2020年 的2.37億美元迅速增長到2023年的4.88億美元;平面磁懸 浮柔性輸送系統仍在起步階段，但2023年也已經產生了接 近2000萬美元的銷售額。未來五年，預計來自電池制造、 半導體與電子、醫藥、食品飲料等行業的需求將持續推動全球市場增長，2024-2029年預測整體市場規模年均增速 (CAGR)為19.7%(見圖1)。

　　而在運動控制/直驅產業聯盟、深圳市工業運動控制產 業協會、MBL制造業品牌庫共同研究撰寫的《2024年中國磁 懸浮柔性輸送系統產業發展白皮書》中指出，2023年中國磁 懸浮柔性輸送系統市場規模達到7.08億元人民幣，在全球市 場規模中占比超過20%;2024年中國磁懸浮輸送市場銷售額 預計超過7.5億元人民幣。2024-2029年，中國磁懸浮柔性輸 送系統市場預計年均復合增長率(CAGR)將達到20.9%，到2029年，市場規模將達到 19.5億元人民幣。在樂觀預測情景 中，市場未來五年CAGR將達到29.6%，到2029年，中國磁懸 浮柔性輸送系統市場規模將突破27.4億元人民幣(見圖2)。

　　從目前應用情況來看，線性磁懸浮柔性輸送系統占據 市場的主流，平面磁懸浮柔性輸送系統仍有待挖掘更多的市 場機會。從2021年起，來自鋰電行業的需求激增，到2023 年，鋰電池制造已經成為線性磁懸浮柔性輸送系統最大的應 用市場，其中絕大部分項目在亞洲。此外，醫療器械與制藥 行業(含包裝)、食品與飲料行業(含包裝)、半導體與電 子行業也是磁懸浮柔性輸送線的重點應用領域(見圖3)。

　　磁懸浮柔性輸送市場之所以能夠在未來幾年內保持如 此高速的增長(下文主要探討的是線性磁懸浮柔性輸送系 統) ，得益于當前生產方式的巨大變革。隨著精益生產和消 費產品市場迭代周期越來越短的現實壓力，制造企業迫切需 要引入一種既能提高生產節拍滿足快速捕捉市場“窗口”， 又能快速調整產品類型和生產節拍的柔性生產方式。在這一 產業趨勢下，各級政府紛紛通過出臺相關政策，鼓勵企業采 用先進的輸送系統，通過優化結構設計、采用節能電機、實 施智能節能控制等措施，推動制造業的智能化和綠色化轉 型。而在行業內部，最近幾年，部分廠商在磁懸浮柔性輸送 系統的各個關鍵技術環節上取得了重大突破，技術儲備和產 業認知不斷提升，一些新的“玩家”陸續進入市場，越來越 多差異化的產品方案面市，3C電子、汽車、鋰電、食品飲 料、醫藥、物流等行業的快速發展帶動了需求量的迅速增 長，使得磁懸浮柔性輸送系統市場在未來一段時期內有望處 于高速成長的狀態(見圖4)。

　　產線智能化、柔性化“基石”

　　驅控、電機、位置檢測是磁懸浮柔性輸送系統的三大組 成部分，其中，驅控系統的成本在整套磁懸浮輸送線中的占 比較高，因此，驅動控制拓撲的高性價比和容錯特性對系統 應用規模的擴大具有重要意義。目前來看，磁懸浮柔性輸送 系統的驅動控制拓撲包括多路復用驅動控制、集中式驅動控 制、分布式驅動控制三種，相較而言，分布式驅動控制方案 更適合未來需要柔性調整動子數量、提升自動化及智能化程 度的應用趨勢。另一方面，部分廠商運用電流分段切換供電 技術，實現了動子數量的大容量，且通過對初級模塊上的單 元電機或單元線圈分段驅動供電的模式，達到了對任意動子獨立控制和分組同異步控制的功能，降低了驅動器的整體成 本。此外，智能化控制策略也被引入這一領域，例如：采用 高精度電流和速度控制技術，能滿足更大容量的動子數量， 以及高動態、高精度控制的需要，同時在需要多個動子運行 時，運用切換控制及電流分配控制策略，實現高可靠性及效 率的最優化;采用多動子同/異步運動控制技術，實現動子 工況與生產工序調整的快速適應和優化，可滿足多規格產品 工序的快速調整，這些都是目前用戶端對磁懸浮輸送系統提 出的運動控制要求。

　　在電機部分，磁懸浮輸送系統普遍采用的是永磁同步電 機，結構簡單，驅動控制方法較成熟，并具有較高的推力密 度、功率因數和功率，另外，更多自由度的磁懸浮輸送技術 近幾年來也開始備受關注，如平板電機在平面磁懸浮輸送系

　　統中的應用等。至于位置檢測技術，主 要用到的是光柵尺、磁柵尺、霍爾傳感 器、電感式傳感器等，在一些不需要精 密絕對位置控制的應用中，也采用到無 位置傳感器技術，用以節省傳感器的成 本。

　　在技術演進方向上，總體而言，隨 著不同行業需求和應用方式更加豐富， 磁懸浮輸送技術將朝著更高精度、更大 推力、動子更密集、更高防護等級等方 向發展，并成為工業自動化產線朝著智 能化、柔性化轉變的“基石”。

　　有廠商表示，磁懸浮輸送系統大致上將在性能、智能化、形態上呈現三大發展趨勢：

　　· 性能提升，復合勵磁技術推動單模組推力進一步提 升，最高速度達10m/s，精度進化達到納米級定位控制 (±10nm)滿足量子器件制造需求，推力密度提高2-4倍， 單位面積運載能力提升5倍;

　　· 智能化升級，自感知系統嵌入振動、溫升等各類傳感 器，實現設備健康自診斷，群控算法基于聯邦學習的多機協 同控制，動態調度效率提升60%，能源自治，動子集成無線 供電與能量回收，達成零外接能源運行;

　　· 形態創新，空間多維化，開發多維磁懸浮輸送矩陣， 重構立體生產空間;柔性變形體，可編程磁陣列實現輸送軌 道動態重構;生物融合，仿生設計滿足細胞培養、器官芯片 等生命科學場景。

　　產業協同拓展行業示范項目

　　不得不承認的是，現階段，磁懸浮輸送技術仍處于發 展的初期階段。通過前期一批磁懸浮輸送系統開發廠商的努 力，成功示范項目不斷增多，國內部分大型知名制造型企業 對磁懸浮輸送技術的認知逐步加深，對磁懸浮輸送產品的認 可度也日益提高，行業滲透加速。首先是高端制造業先行， 3C電子、半導體封裝、精密醫療設備等領域率先規模化應 用，生產效率提升50%以上;其次是新能源產業爆發，動力 電池、光伏組件、氫能裝備等生產線滲透率有望成為柔性智 造標配;此外是助力傳統產業升級，食品包裝、汽車制造等 場景開始出現“磁懸浮+”改造浪潮，舊線改造成本較新建下降60%。可以預見的是，磁懸浮輸送技術將重構工業自動化 生產生態體系，與數字孿生、AIoT(人工智能物聯網)深度 融合，成為智能工廠數據入口，推動“單件流”制造模式普 及，實現大規模個性化定制，形成新型生產范式。

　　但與此同時，相對于傳統的輸送方式，磁懸浮輸送作 為一項創新型產品和技術，一些中小企業客戶對其技術成熟 度、成本、可靠性等方面還存有顧慮，這也是當前市場尚未 大規模引入磁懸浮輸送技術的主要原因。

　　針對這些情況，有廠商建議可從以下幾個方面開展工 作：一方面，持續推進技術創新，不斷優化產品的性價比， 讓磁懸浮輸送技術在成本效益上更具競爭力;另一方面， 在重點行業和領域與頭部企業深度合作，認真做好每一個訂 單，服務好每一個客戶，憑借出色的項目交付成果，為客戶 切實帶來更好的效益，逐步積累良好的口碑;同時，廠商還 應以開放、合作的心態，與更多集成商、合作伙伴積極探索 并解鎖更多的應用場景，豐富產品的實際應用案例，以此消 除客戶顧慮，借此推動磁懸浮輸送技術的市場推廣進程。

　　另一個業內熱議的話題就是磁懸浮輸送系統的標準化 建設。目前磁懸浮輸送技術相關的行業標準和規范還處于空 白狀態，各家生產的控制器、驅動器、電機、動定子、導軌 等產品會存在尺寸不一、接口標準不同的情況，用戶端難 以進行各廠商產品的集成和使用，也制約著產業化大規模生 產;各家技術路線、技術語言的差異化較大，難以形成行業 通用的技術語言和規范體系，難以在技術研發上分工合作， 技術迭代速度慢，同時影響了用戶對于磁懸浮輸送系統的

　　接受速度;尤其是在產品安全、產品防護 等方面，各企業技術方案差異化比較大， 用戶現場環境復雜，產品穩定性、安全性 得不到保障，也為低價、低質惡性競爭留 下空間。磁懸浮輸送系統行業標準的制定 工作迫在眉睫，其中包括如何明確設計、 安裝、運維全流程規范以及覆蓋電磁兼容 性、安全防護等多項核心技術指標。

　　控制為王，服務柔性產線

　　從最近一年的市場發展來看，磁懸浮輸 送系統可以說是工控自動化行業中為數不多 的亮點細分市場之一，參與廠商較為活躍， 廠商類型大致上可分為：專注磁懸浮輸送系 統的廠商，如ATS、PMI、果栗智造、縱葦科技、敏行智控等;全球工業自動化企業，如博世力士樂、倍 福、貝加萊、羅克韋爾、施耐德、LS電氣等;機器人及配套執 行器廠商，如增廣智能、大寰機器人、捷勃特機器人等;直驅 產品廠商，如雅科貝思、納博旺、泰科貝爾、玖均傳動、橫川 機器人等;設備類廠商，如烽禾升FHS等。

　　在磁懸浮輸送系統的市場推廣過程中，越來越多的廠 商把焦點放在了對控制器、驅動器的研發上，且多以自研為 主。在整體系統中，控制器負責根據工藝設計以及主控控制 器下達的指令和傳感器實時傳回的數據給輸送線上的各個 驅動器發送指令，以驅動動子按照運行算法和工藝參數來 精確、穩定的運行，因此是整個輸送系統的“大腦”。而其 中， 內置的控制調度算法是整個系統的核心，承擔了所有動 子的實時調度、路徑規劃和精確定位的職責，它不僅要實現 多動子(小車)間的協調控制，避免動態作業時的碰撞，還 需通過對動子位置和速度的精確預測，實現高效、穩定的運 動控制。

　　定位于服務柔性化產線的特點，也為磁懸浮輸送系統控 制部分的開發帶來了較大的挑戰。例如，操作系統層面對實 時系統的算力要求高，需要支持復雜的進程間時鐘同步重入 管理機制;算法層面需要支持多動子調度、岔道調度、多路 段調度等復雜邏輯，避免動子之間發生碰撞，并精準預測控 制與前后動子之間的距離，同時，要根據實際應用過程中產 生的微小變化，提供補償算法;硬件層面則需要實現高穩定性控制主板開發，以及定制化實時總線協調的接口等。

　　例如，有的廠商開發的磁懸浮輸送系統控制軟件可提供 手動、自動等多種操作模式，滿足不同場景下的使用需求， 通過模擬仿真功能，客戶可以在虛擬環境中進行生產節拍的 測試與優化。軟件支持標準的PLCOPEN協議接口，使得每個 動子都能實現單獨控制，為用戶提供廣闊的二次開發空間。 此外，工站調度功能可根據用戶需求自由配置組合，輕松實 現定制化生產需求。

　　在功能方面，一些廠商開發的控制系統可支持在線動態 增刪動子;軟件通過自研算法自動適配夾具或產品尺寸，實 現碰撞距離的精確控制、多種尺寸動子的獨立碰撞控制以及 前瞻規劃算法;可支持推力控制模式，能夠靈活適配不同尺 寸的產品，滿足多樣化生產需求;基于PLCopen協議開發的 規劃模塊，能協助客戶快速完成二次開發。與外部工站(如 X、Y軸)的同步隨動功能，也是目前眾多廠商關注的一個熱 點，它可為客戶大大節省外部工站機械的投入成本，整個生 產流程也更加穩定、可靠。

　　盡管在目前實際項目落地的過程中，磁懸浮輸送系統仍 存在著與產線外部機構適配度、惡劣環境適應性、成本控制 與性能提升兼顧等應用難點，但毋庸置疑的是，這項技術在 工業4.0時代柔性智造的發展趨勢下，已成為一股不可阻擋 的新興力量，其靈活部署、快速調整等應用優勢在多樣化、 小批量生產中正發揮著重要的作用。