一、回到離散制造的本源

　　智能制造是一個(gè)熱點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要有新的規(guī)劃與設(shè)計(jì)及技術(shù)支撐。智能制造并非僅僅是技術(shù)問題，而是精益思想與前沿技術(shù)如柔性輸送、通信與數(shù)字孿生技術(shù)的融合。貝加萊的ACOPOStrak和ACOPOS 6D正是這樣的柔性輸送技術(shù)先鋒。產(chǎn)品之前已經(jīng)多次介紹過，此次從產(chǎn)業(yè)實(shí)踐來分析它們的應(yīng)用。有時(shí)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(shù)的價(jià)值，因?yàn)?，它并非是一個(gè)炫酷的產(chǎn)品或技術(shù)，而是一種全新的設(shè)計(jì)思想變革。

　　1.有效工作時(shí)間是關(guān)鍵

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

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

　　圖1是CIMS研究者過去時(shí)代做的一個(gè)統(tǒng)計(jì)，可以看到對于一個(gè)產(chǎn)品的加工與組裝過程，有效的工作時(shí)間占比往往不大。輸送、等待、上下料定位等時(shí)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(qū)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(shí)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(jī)器與產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，無論采用機(jī)械鏈條、皮帶輸送，還是采用分度盤等方式，其中有一個(gè)很大的制約柔性因素，即，被加工產(chǎn)品與機(jī)械輸送之間的強(qiáng)耦合關(guān)系。被加工的產(chǎn)品需要經(jīng)過多個(gè)工站，但是，它們被綁定在了一起進(jìn)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(shù)

圖 5 ACOPOStrak布局的生產(chǎn)舉例

　　在圖2這個(gè)機(jī)械輸送線中，每個(gè)產(chǎn)品都需要上下料過程，以及在不同工位之間進(jìn)行循環(huán)，這些頻繁上下料以及產(chǎn)品按照隊(duì)列進(jìn)行順序加工的過程，占用了較多的時(shí)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(gè)也一樣固定的隊(duì)列次序，由于每個(gè)工位的速度是不盡相同的，這導(dǎo)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(gè)速度來進(jìn)行加工。

　　有人會(huì)問，那么，傳統(tǒng)產(chǎn)線也可以設(shè)計(jì)分流的輸送通道呀?但是，面對未知和不確定的產(chǎn)品，這實(shí)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(huì)是什么樣的?你的機(jī)械設(shè)置往往是比較復(fù)雜。即使在傳統(tǒng)的FMS/CIMS實(shí)踐中，也不得不承認(rèn)，這種“未知”產(chǎn)品的不確定性，也難以應(yīng)對。況且，高的開機(jī)成本也是其必須具有較大規(guī)模生產(chǎn)才能有經(jīng)濟(jì)性。

　　3.調(diào)度問題

　　柔性制造系統(tǒng)還有一個(gè)“調(diào)度”問題。在需求和能力之間尋找最優(yōu)的組合，這其實(shí)也一直是管理科學(xué)與工程領(lǐng)域研究的方向。而個(gè)性化生產(chǎn)使得這個(gè)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(gè)組合中尋找最高效的生產(chǎn)，也催生了各種動(dòng)態(tài)規(guī)劃、最優(yōu)化等問題的研究與實(shí)踐。

　　圖4體現(xiàn)了成組技術(shù)在FMS/CIMS不同的生產(chǎn)單元間流動(dòng)的問題，對于大規(guī)模定制問題，都是需要對其布局、輸送進(jìn)行預(yù)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(shí)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(jī)器-機(jī)器之間、機(jī)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(jié)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(shí)間?

　　? 能否解除機(jī)械輸送帶來的綁定關(guān)系?

　　? 如何在物流調(diào)度中實(shí)現(xiàn)最大效率?

　　二、復(fù)雜問題簡單化

　　復(fù)雜問題簡單化，是工程思維來解決復(fù)雜問題的基本思路。傳統(tǒng)的火車是由機(jī)車車頭統(tǒng)一牽引，而新的動(dòng)車組/高鐵則采用了獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，可以自由編組，干線多編組增強(qiáng)負(fù)載，支線則采用低編組，避免浪費(fèi)。技術(shù)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(yīng)用，就是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織的“化繁為簡”。

圖6 ACOPOS 6D的六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)

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(guān)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(gè)綁定機(jī)械輸送體系里，而成為一個(gè)個(gè)體按需經(jīng)由不同工位來加工，ACOPOStrak特別適應(yīng)于機(jī)器與機(jī)器之間(Between Machine)的這種物料流動(dòng)，因?yàn)樗凶冘壖夹g(shù)。而ACOPOS 6D能夠在機(jī)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(jī)械摩擦，使得機(jī)械綁定被完全分離，流動(dòng)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(shí)，工位的組合可以讓整個(gè)生產(chǎn)負(fù)載達(dá)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(jìn)入不同不同工站加工的不同產(chǎn)品數(shù)量組合形式。

　　當(dāng)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(jī)器人、工藝裝備之間的實(shí)時(shí)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(gè)批次的產(chǎn)品被群體加工，而在個(gè)性化的時(shí)代，產(chǎn)品可以按照自己的所需去找到相應(yīng)的工位加工自己。

　　2.定制的機(jī)械耦合機(jī)構(gòu)被簡化

　　在產(chǎn)線規(guī)劃和實(shí)施中，傳統(tǒng)的機(jī)械輸送必須配合各種非標(biāo)的機(jī)械機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)各種加工的動(dòng)作，對于ACOPOS 6D，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它使得機(jī)械系統(tǒng)簡化，例如：

　　? 需要上下動(dòng)作的配合，取消了特定的機(jī)械上下定位機(jī)構(gòu);

　　? 換向，動(dòng)子可以轉(zhuǎn)向，無需額外的機(jī)械換向機(jī)構(gòu);

　　? 傾斜，由于動(dòng)子可以沿著X,Y方向做夾角動(dòng)作，因此，這個(gè)方向原本所需的機(jī)械機(jī)構(gòu)也可以被簡化。

　　圖6顯示了ACOPOS 6D的動(dòng)子滑塊可以在6個(gè)自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)中各種靈活情況，例如：

　?、?在特定區(qū)域,ACOPOS 6D的動(dòng)子滑塊可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重新規(guī)劃路徑;

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

　?、?避免碰撞，動(dòng)子滑塊可以在平面上自由選擇路徑，避免碰撞;

　?、?排隊(duì)同步運(yùn)動(dòng)，可以讓整體占地面積小;

　?、?不同動(dòng)子滑塊也讓不同重心可以被納入生產(chǎn)中;

　　⑥ 沿著Z軸旋轉(zhuǎn)，選擇合適角度加工，當(dāng)然在X,Y軸也可以旋轉(zhuǎn);

　　⑦ 動(dòng)子滑塊可以在一個(gè)方向同步，另一個(gè)方向獨(dú)立運(yùn)行;

　?、?兩個(gè)動(dòng)子滑塊拼裝并加大其負(fù)載能力。

　　當(dāng)然，它不止于此的靈活，因?yàn)?，這里并未表現(xiàn)其在Z軸上下動(dòng)作，以及X,Y軸旋轉(zhuǎn)的立體空間的柔性。

　　由于取消了產(chǎn)品與對應(yīng)輸送機(jī)構(gòu)間的特定綁定關(guān)系，機(jī)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(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作，這就降低了機(jī)械輸送、等待、上下料過程所需的時(shí)間，縮短了加工周期。

　　3.智能調(diào)度簡化實(shí)現(xiàn)

　　原本在機(jī)械耦合關(guān)系下的工藝流程，只能在定型的流程上實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)在，對于未知產(chǎn)品來說，它也是無需特定的機(jī)械系統(tǒng)來進(jìn)行加工，而是由動(dòng)子滑塊賦予它被“塑形”的可能，而動(dòng)子滑塊的另一個(gè)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(zhì)是通過自主調(diào)度實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的效率，當(dāng)然，這個(gè)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(wù)編排，而系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的路徑與調(diào)度過程。這個(gè)時(shí)候，未知的產(chǎn)品，也可以被快速定義，而不受制于機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)系。

圖8 柔性輸送技術(shù)應(yīng)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(shí)間，提升了加工效率;簡化了機(jī)械的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，使得機(jī)械系統(tǒng)與產(chǎn)品之間的強(qiáng)綁定關(guān)系被柔性的關(guān)系所取代，產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)多種混線生產(chǎn)，而無需投資更多的產(chǎn)線來適應(yīng)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(dòng)過程中，貝加萊的客戶不斷發(fā)現(xiàn)柔性輸送技術(shù)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(zhì)。而貝加萊的工程團(tuán)隊(duì)也由掌握機(jī)械、工藝、生產(chǎn)運(yùn)營的工程師構(gòu)成，快速理解需求，并制定有效的規(guī)劃、快速測試驗(yàn)證，獲得眾多成功，圖8顯示了眾多的已經(jīng)被驗(yàn)證的場景—由于它帶來的令人欣喜的結(jié)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(shí)證明，只有運(yùn)營管理(Operation Management)和技術(shù)融合，才能發(fā)揮最大的效能， 而不是視為一個(gè)輸送機(jī)構(gòu)的問題，或者僅僅一個(gè)產(chǎn)品，技術(shù)?；氐诫x散制造的本源，我們會(huì)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。