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　　摘要：“中國制造2025”及“十四五”規劃中提出以5G通訊為新基建項目，在此背景下衍生出十大應用場景，智能制造作為十大應用場景中制造業轉型升級的重要一環，是企業長遠發展的目標之一。制造柔性化是指企業設備、工藝、產品、作息、產能、擴展、生產均實現“柔性化”，柔性環形線作為企業自動化改造的一項新技術，正好契合制造柔性化所指的特點，目前已逐漸得以推廣及應用，本文就智能柔性環形線的組成、配套設備、環形線的發展與功能特點進行了詳細的說明，并且介紹了智能柔性環形線最新的開發情況以及在動力電池制造及整車制造、半導體制造領域的實際應用狀況。

　　1 智能柔性環形線的組成

　　環形線由三個模塊組成，即：定子、動子、控制器。

　　2 智能柔性環形線的配套設備

　　(1)機械手——環形線的執行機構

　　在操控器發出操作指令后，需要機械手去自動執行工作的過程，它一般由行機構、傳動裝置、檢測裝置、控制系統和復雜機械等組成，它既可以運行預先編制的程序，也可以按照人工智能技術的原理方案進行操作。替代手工進行各種復雜的高精密操作!

　　(2)隨動馬達——無線纜拖拽

　　伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，它是間接調速的助力器，它可以使控制速度，位置精度非常精確.在自動控制系統中，作為執行元件使用，并且具有機電時間常數小，線性度高，啟動電壓低等特點，可以將接收到的電子信號轉換為角位移或角速度輸出。

　　(3)感應器——環形線的“觸覺”

　　在現代工業生產，特別是自動化生產過程中，需要利用傳感器對生產過程中的各個參數進行監控，使設備處于正常工作狀態，使產品達到所要求的質量要求。傳感器是實現自動檢測和自動控制的第一步。

　　(4)工業照相機——環形線視野

　　工業攝像機是機器視覺系統中的關鍵部件，它安裝在環形線上，代替人眼進行測量和判斷，通過將攝取的圖像信號轉換為圖像信號，并傳輸到專門的圖像處理系統。圖像系統通過對這些信號進行各種操作來提取目標的特征，然后根據識別的結果來控制現場的設備動作。

　　3 智能柔性環形線的發展與特點

　　果栗科技第三代智能柔性環形線

　　自動化環形線是現代工業制造產線發展演變過程中重要的基礎設施。初代產品多為鏈式/摩擦傳輸(絲杠、凸輪)，對應工業制造1.0時代的人工作業生產線;二代產品則以旋轉伺服系統為主，適配工業制造2.0/3.0時代的半自動/自動化產線。

　　隨著產業縱深和工業智能化進度的加快，傳統設備自動化程度不高、設備能耗大、速度低、精度低、設計制造周期長等問題愈加凸顯，難以滿足工業4.0時代柔性制造以及高精密應用場景的制造需求，市場急需更加智能的第三代環形線產品。

　　在此背景下，果栗科技于2015年10月成立，專注于打造第三代磁懸浮智能柔性環形線產品，并推出iTS 智能柔性線解決方案。公司全系列產品具有重復定位精度更高，運動過程中傳輸線的動態平滑度、跟隨性等指標能夠實現數倍提升，還支持與軟件對接，通過讀取動子上測量設備數據，用來適應不同工藝、非固定節拍下的生產應用，從而配合柔性制造、小批量、多品種生產，支持工業大數據傳輸且降低升級成本，同時產品相比國外競品在價格上具有較大優勢，且交付速度基于本土優勢較海外企業更快，服務更加及時。

　　目前，經過多年的產品研發積累，果栗科技的第三代柔性環形傳輸線已從小批量量產走向成熟化商用階段，并進一步拓展生產規模及銷售渠道，預計未來3年將實現年均2倍的增長。

　　(1)技術差異

　　① 常見直線電機

　　市場上一般采用常見的直線電機，主要特點是：同一線圈內，只能控制一個動子，且兩個直線段或圓弧縫隙之間無法實現精確定位，動子在運行時，需要刻意避開接縫處，同時在圓弧從無法實現添加工藝工位，極大浪費了生產空間和生產效率(如圖1所示)。

　　② 果栗科技——iTS 磁懸浮控制技術

　　果栗科技采用磁懸浮動力，其特點與常見直線電機之間存在質與量的區別，首先，動子屬于磁鐵動子，直線段一個線圈內可以同時控制6個動子，每個動子之間間隙僅為10毫米，運行過程中，具有線圈不動磁鐵動主要特點，其次在直線段和圓弧處可增設工位進行生產，且無需刻意避開接縫處，以最短的距離內通過最多的動子，實現高效高產量高品質的生產(如圖1所示)。

　　(2)傳統生產線設備的“痛點”

　　① 設計制作周期長，且投資大，專用性強;

　　② 自動化程度不高，產效率不高，設備笨重，且能耗高;

　　③ 速度低、噪聲大、精度低、難以適應于高精密應用;

　　④ 同步系統難以適應不同工藝和非固定節拍生產用;

　　⑤ 非柔性，產線升級成本高，占生產面積廣。

　　(3)智能柔性環形線設備優勢

　　① 模塊化產品、設計制造周期短，投資少，通用性強，便于后期維護;

　　② 產線運行高速且高加速度，生產效率高、設備輕便易安裝，具有能耗低特征;

　　③ 高精密控制及低噪音，極易適用中高端應用;

　　④ 異步控制、無線纜拖動;

　　⑤ 柔性制造、適應小批量對品種生產，升級成本低;

　　⑥ 信息化、工業大數據生產，智能化程度高，以致實現智慧生產。

　　(4)智能柔性環形線設備技術特點

　　① 環形運動無限循環;

　　② 無線纜拖拽;

　　③ 磁懸浮技術;

　　④ 采用直驅技術;

　　⑤ 高速精確控制;

　　⑥ 同步或異步運動;

　　⑦ 圓弧可擺放生產工位，無拼接區限制。

　　(5)智能柔性環形線設備技術優勢

　　① 無線控制系統;

　　② 二級控制功能，同時控制氣缸，真空吸附，伺服動作，并配合視覺檢測系統進行精確定位;

　　③ 弧形和直線模塊間隙重復定位精度達到一致;

　　④ 無磁跳動，適用于視覺掃描應用;

　　⑤ 單個模塊可控動子6個，間隙為10毫米;

　　⑥ PLC調度軟件成熟，控制無需二次規劃;

　　⑦ 自主研發、模塊化產品，便于維護保養，節約能耗，降低運營成本。

　　目前智能柔性環形線主要的應用領域包括：食品加工、包裝印刷、智能物流倉庫、醫療品生產、電池制造、液晶面板制造、光伏板制造、3C消費電子加工組裝、半導體制造、汽車零部件制造裝配等行業。

　　目前，果栗科技開發的iTS 智能柔性線可分為：環形線、接駁線、重載線。

　　在圖2中，果栗科技第三代智能柔性環形線分為：標準環形線、方形環形線、變軌環形線。運行方式：環形運動和平移變軌移動，適用于高精密全自動焊接、高速高產量手機組裝、手機電池制造、化妝品生產、醫療品制造等領域。

　　在圖3中，果栗科技第三代智能柔性接駁線分為：水平接駁線、上下接駁線、上下接駁混合同步帶。運動方式：上下垂直環形運動和水平環形運動，適用于新能源汽車整車制造、手機組裝、手機電池制造、包裝印刷等領域。

　　在圖4中，果栗科技第三代智能柔性重載線分為：單導軌水平接駁重載線、單重載線、雙導軌水平接駁重載線。運動方式包括水平接駁運動和直線運動，適用于動力電池制造、整車零部件組裝，負載50公斤-5噸應用場景。

　　4 實際應用案例

　　(1) 動力電池制造及整車制造智能柔性環形線的應用

　　近些年新能源汽車生產制造產業鏈呈現井噴式發展，得益于政府政策支持和民眾對低碳生活的向往與追求，在新能源汽車生產制造這條高速賽道上，如何能快速獲取用戶芳心，搶占市場份額是整個產業鏈上下游都需要進行加快步伐，優化產線，縮短交貨期，以致趕上這條高速公路，使企業短時間內獲取超高業績和豐厚利潤，以便進行再投資，通過不斷持續的增產，以此為企業帶來源源不斷的生命力。

　　談及新能源汽車動力電池級整車制造環節，優化產線或在投資項目的提出或建立，企業必須面臨的抉擇的是，前者“傷筋動骨的不舍”，后者“時間與成本的難以抉擇”，解決量產這塊心病，還需大刀闊斧的改革創新，知己知彼 方可百戰百勝，動力電池制造過程中十大生產工藝流程：正負極勻漿車間、涂布車間、碾壓車間、正負極分切、正極片烘烤、卷繞機車間、裝配線、注液、正極帽蓋焊接封口、噴碼裝盤。

　　運用到智能柔性環形線的生產工藝環節：裝配線、注液、正極帽蓋焊接封口、噴碼裝盤，(其中還包括檢測等)，以裝配線為例，市場上第一、第二、第三代產線，每分鐘生產電池分別是60、130、220顆，產線基本難以適應企業多種類、高產量的需求。生產過程中注液、正極帽蓋焊接口、噴碼裝盤及檢測環節，均需要高精度的定位控制來實現準確無誤的生產，又因生產各個型號電池注液量，焊接口、噴碼裝盤均有差異，生產節拍如何整合控制，將是巨大挑戰。后期的動力電池模組和Pack封裝環節，線體負載的增加，運載的動能降低，也會影響到生產效率，因此線體高負載高速度高加速度是動力電池制造和整車組裝必須要解決的問題，同時還要保證高精準度和滿足多種類生產，iTS 智能柔性環形線、單導軌水平接駁重載線、雙導軌水平接駁重載線的運用，將滿足新能源汽車動力電池制造到整車制造各個環節所需。

　　在圖5中， 環形線和變軌環形線應用于動力電池裝配線、注液、正極帽蓋焊接封口、噴碼裝盤(其中還包括檢測等)等場景，滿足高速多品種生產需求。

　　在圖6中，單導軌水平接駁重載線和雙導軌水平接駁重載線可應用于動力電池模組和Pack封裝環節及整車組裝環節，滿足高負載、高速移動多工藝生產組裝需求。

　　(2) 智能柔性環形線應用于芯片制造行業

　　半導體制造行業包括了眾多領域，在這些領域當中有著很多復雜的工序，將柔性環形線應用于半導體行業制造領域中期的封裝集成、后期的組裝、包裝、運輸等工藝實現高速高產量的生產，以滿足市場需求，果栗科技根據現階段半導體制造行業市場芯片出現的短缺現象所帶來的窘境，提出科學的解決方案——iTS智能柔性線解決方案，該方案環形線整體采用模塊化制造，極易便于后期拓展，并在此基礎上推出iTS 智能柔性變軌環形線，考慮到芯片制造工藝的復雜性及對智能化生產線的依賴性，科學得進行特殊工藝處理拓展。例如：為實現加快芯片制造過程中中期、后期的生產節拍，通過整合環形線的生產節拍，可在環形線上、變軌處、變線后處增加工藝進行處理，且依據最快生產節拍進行生產，使整條生產線形成一個高速閉環運動，從而實現多規格超高產量生產，如圖7所示。

　　5 結語

　　生產制造的變革帶來的是整個時代的進步，智能柔性線的應用，改變的不只是企業產量，更多的是體現技術創新所帶來的“質”的飛躍。