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　　一、回到離散制造的本源

　　智能制造是一個熱點，在實現時，需要有新的規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。產品之前已經多次介紹過，此次從產業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揮技術的價值，因為，它并非是一個炫酷的產品或技術，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分鐘的專業話題演講，你會發現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。

　　對于離散制造的產線而言，同樣道理，一個產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計，可以看到對于一個產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，這也是輸送系統對效率影響的原因。而柔性電驅輸送系統如ACOPOStrak、ACOPOS 6D這樣的系統被推出的原因。

圖1 有效加工時間占比

圖2 傳統環形線生產組織形式

　　2.被約束的產品加工

　　在傳統的機器與產線設計中，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，被加工產品與機械輸送之間的強耦合關系。被加工的產品需要經過多個工站，但是，它們被綁定在了一起進行輸送的。

圖3 分度盤生產組織形式

圖4 柔性制造中的成組技術

圖 5 ACOPOStrak布局的生產舉例

　　在圖2這個機械輸送線中，每個產品都需要上下料過程，以及在不同工位之間進行循環，這些頻繁上下料以及產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，傳統產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品，這實際上是被約束的“柔性”。大規模生產可以定制一條產線，但是，柔性制造最大的挑戰就是，你無法確定產品會是什么樣的?你的機械設置往往是比較復雜。即使在傳統的FMS/CIMS實踐中，也不得不承認，這種“未知”產品的不確定性，也難以應對。況且，高的開機成本也是其必須具有較大規模生產才能有經濟性。

　　3.調度問題

　　柔性制造系統還有一個“調度”問題。在需求和能力之間尋找最優的組合，這其實也一直是管理科學與工程領域研究的方向。而個性化生產使得這個組合的所需考慮的維度變得更大(尺寸規格、所需工藝參數匹配、工序流程等等)，產生出的潛在組合成倍乃至數十、百倍的增長。如何在這個組合中尋找最高效的生產，也催生了各種動態規劃、最優化等問題的研究與實踐。

　　圖4體現了成組技術在FMS/CIMS不同的生產單元間流動的問題，對于大規模定制問題，都是需要對其布局、輸送進行預先規劃，才能發揮生產系統的最大效率。制造分為信息流、物料流、能源流的優化問題，信息流讓生產在軟件層面實現調度，提升效率，而生產物流主要解決生產宏觀組織問題，是數字化車間范疇。而在機器-機器之間、機器內部的在制品物流則是由柔性輸送系統來解決的。

　　總結以上，即，在生產中需要考慮：

　　? 如何削減生產組裝中輸送、等待方面的時間?

　　? 能否解除機械輸送帶來的綁定關系?

　　? 如何在物流調度中實現最大效率?

　　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。傳統的火車是由機車車頭統一牽引，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。技術發展具有共性，生產組織也同樣需要化繁為簡。

　　在貝加萊的ACOPOStrak和ACOPOS 6D應用，就是實現生產組織的“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能夠在機器內在制品(In-Machine)的物流與工藝單元協同，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，包括生產同一產品經由不同速度工位時，工位的組合可以讓整個生產負載達到均衡的1:1:1的均衡狀態，而不需要等待。也可以是不同物料經由不同工位進入不同不同工站加工的不同產品數量組合形式。

　　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，大規模生產的一個批次的產品被群體加工，而在個性化的時代，產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

　　在產線規劃和實施中，傳統的機械輸送必須配合各種非標的機械機構來實現各種加工的動作，對于ACOPOS 6D，我們會發現它使得機械系統簡化，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的實現中各種靈活情況，例如：

　　① 在特定區域,ACOPOS 6D的動子滑塊可以實現熱插拔，系統會自動重新規劃路徑;

　　② 不同規格的動子滑塊可以進行不同尺寸規格產品加工，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;

　　④ 排隊同步運動，可以讓整體占地面積小;

　　⑤ 不同動子滑塊也讓不同重心可以被納入生產中;

　　⑥ 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;

　　⑦ 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。

　　由于取消了產品與對應輸送機構間的特定綁定關系，機械系統被簡化，而產品沒有這些束縛，而是按照所需快速實現加工動作，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.智能調度簡化實現

　　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，而現在，對于未知產品來說，它也是無需特定的機械系統來進行加工，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甚至創建了無需軌道的調度問題，可以成組、同步協同。

　　ACOPOStrak和ACOPOS 6D其本質是通過自主調度實現最優的效率，當然，這個調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任務編排，而系統會自動為其實現最優的路徑與調度過程。這個時候，未知的產品，也可以被快速定義，而不受制于機械系統的關系。

圖8 柔性輸送技術應用場景

　　三、挖掘潛能-提升效率

　　通過解耦后的生產組織，將變為降低了非加工所需的輸送和等待時間，提升了加工效率;簡化了機械的設計復雜度，使得機械系統與產品之間的強綁定關系被柔性的關系所取代，產品能夠實現多種混線生產，而無需投資更多的產線來適應變化。這正是精益生產(Lean Production)的精神-不斷挖掘生產潛能，改善生產過程，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現柔性輸送技術的“驚人之舉”，它帶來全新的生產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、生產運營的工程師構成，快速理解需求，并制定有效的規劃、快速測試驗證，獲得眾多成功，圖8顯示了眾多的已經被驗證的場景—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，或者僅僅一個產品，技術。回到離散制造的本源，我們會發現ACOPOStrak/6D將產品解放到多維空間，讓加工與組裝過程變得自由、靈活、高效。