ACOPOS 6D-裝配生產(chǎn)新模式

ACOPOS 6D是貝加萊ACOPOS運(yùn)動(dòng)控制家族的全新成員，它是面向全新的自適應(yīng)制造場景而設(shè)計(jì)，為什么會(huì)推出ACOPOS 6D這樣的產(chǎn)品？它的技術(shù)基礎(chǔ)是什么？它如何工作？本文將予以解析其全景。

圖1-ACOPOS 6D平面磁浮電機(jī)系統(tǒng)

ACOPOS 6D是什么？

對于常見的電機(jī)包括永磁同步馬達(dá)、直線電機(jī)，他們的運(yùn)動(dòng)主要為旋轉(zhuǎn)或1個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，因此，可以理解為1維運(yùn)動(dòng)控制，而像貝加萊的ACOPOStrak，其動(dòng)子可以在2維空間（X,Y）運(yùn)動(dòng)。而ACOPOS 6D則是提供了6個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)控制。

圖2-滑塊的動(dòng)子運(yùn)動(dòng)6個(gè)自由度

如圖2所示，即，鋪設(shè)于機(jī)械平面上的線圈（相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子）通過ACOPOS電源單元提供磁場控制，驅(qū)動(dòng)永磁體動(dòng)子滑塊（相當(dāng)于同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)維度運(yùn)動(dòng)。即，在X,Y,Z三個(gè)軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以及沿著X,Y,Z三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成六個(gè)自由度的空間運(yùn)動(dòng)。與其內(nèi)部的控制器、軟件、通信系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)平面磁懸浮運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

為什么設(shè)計(jì)ACOPOS 6D這樣的產(chǎn)品？

顯然，個(gè)性化生產(chǎn)是在每個(gè)領(lǐng)域都普遍存在的，隨著競爭的加劇，每個(gè)制造商不僅需要依靠不同的規(guī)格產(chǎn)品適應(yīng)不同的消費(fèi)群、場景來設(shè)計(jì)，還得用個(gè)性化的標(biāo)簽彰顯消費(fèi)者的價(jià)值主張。而傳統(tǒng)的機(jī)器、輸送系統(tǒng)、工裝夾具等構(gòu)成的制造系統(tǒng)，往往適應(yīng)于大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其已經(jīng)達(dá)到質(zhì)量成本的巔峰，但是，由于個(gè)性化需要頻繁進(jìn)行換裝、制程變化，使得交付能力（單位時(shí)間產(chǎn)出）下降，并且開機(jī)浪費(fèi)等造成的浪費(fèi)相對于批量變小，瞬時(shí)就將不良品率提高，造成成本上升。

圖3-大規(guī)模定制生產(chǎn)成為了普遍的需求

制造業(yè)不斷設(shè)計(jì)的數(shù)字印刷技術(shù)、柔性電驅(qū)技術(shù)、通信技術(shù)，其實(shí)都是為了解決在整個(gè)生產(chǎn)中如何實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的生產(chǎn)重組問題。貝加萊之前已經(jīng)推出ACOPOStrak柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)，而2021年推出的ACOPOS 6D則是進(jìn)一步擴(kuò)展其運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的維度，另外擴(kuò)展4個(gè)維度達(dá)到新的自由度。

圖4-柔性產(chǎn)線要實(shí)現(xiàn)的能力

讓我們來看柔性制造的一個(gè)場景，傳統(tǒng)的灌裝系統(tǒng)通常針對單一品種，但是，其生產(chǎn)能力超強(qiáng)，可以達(dá)到10.8萬瓶/小時(shí)的生產(chǎn)速度，但是，卻是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但是，如果對于10個(gè)不同的飲料要成為一個(gè)盒子進(jìn)行包裝，難道我們需要10條產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)嗎？但是，這種批量又往往很小，這導(dǎo)致了傳統(tǒng)產(chǎn)線對于這種訂單就很難，但是，在貝加萊與KRONES的ACOPOStrak產(chǎn)線上，就可以實(shí)現(xiàn)小批量多品種的生產(chǎn)，10個(gè)白瓶（未貼標(biāo)）流向10個(gè)不同的灌裝頭，然后排隊(duì)進(jìn)入2個(gè)不同瓶口旋蓋，再流向各自所需的標(biāo)站貼10種不同的標(biāo)簽。這個(gè)生產(chǎn)過程中，可以看到它可以零停機(jī)工藝切換，并且能夠讓生產(chǎn)產(chǎn)品快速面市，這是今天電商消費(fèi)時(shí)代的特點(diǎn)，為了降低庫存，商家要求快速交付，而眾多商家的產(chǎn)品需求會(huì)發(fā)生變化，在一些節(jié)假日會(huì)造成峰值生產(chǎn)需求，這一切都使得傳統(tǒng)制造的能力必須被新的生產(chǎn)組織模式所替代，而ACOPOS 6D通過改變生產(chǎn)組織形式，使得產(chǎn)品擺脫傳統(tǒng)產(chǎn)線機(jī)械束縛，達(dá)到較高的自由度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)。

ACOPOS 6D它如何構(gòu)成產(chǎn)線？

ACOPOS 6D工作時(shí)，其運(yùn)動(dòng)所需的平面可以由240*240mm的平面定子模塊按需拼接，如圖5所示，每個(gè)定子模塊之間通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)POWERLINK連接，并連接到控制器上。ACOPOS 6D可以根據(jù)生產(chǎn)線的布局（Layout）進(jìn)行排布，然后配合機(jī)器人、工裝夾具、工作站進(jìn)行生產(chǎn)工序設(shè)計(jì)。

而動(dòng)子模塊也可以有不同尺寸，根據(jù)所需進(jìn)行組合，其具體機(jī)械參數(shù)如表1所示。

圖5-ACOPOS 6D的布局示意圖

通過圖5可以看到，ACOPOS 6D可以依據(jù)生產(chǎn)需要，由一塊塊的定子模組構(gòu)成鋪設(shè)布局，動(dòng)子則可以根據(jù)需要選擇經(jīng)過每個(gè)工站，并以任意形式運(yùn)動(dòng)，例如輸送到工站1加工，也可以形成曲線加工、也可以以X,Y做傾斜提供加工斜面，它包含了輸送、配合與協(xié)同、定位與同步、曲線等多種加工關(guān)系，進(jìn)而形成所需的產(chǎn)品制造流程。

表1-定子模塊相關(guān)機(jī)械參數(shù)

圖6-ACOPOS 6D與機(jī)器人的集成場景

滑塊虛擬與機(jī)械連接方式

對于平面定子模塊可以像拼接地板磚一樣拼接成不同布局，進(jìn)而在其旁邊、上方設(shè)置加工位，被加工對象則由滑塊加載運(yùn)行期間，而滑塊可以成組運(yùn)動(dòng)，包括了虛擬的連接（由軟件配置）可以實(shí)現(xiàn)同步控制，或成組加載同步運(yùn)行，也可以通過機(jī)械的連接來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

ACOPOS 6D如何組成生產(chǎn)系統(tǒng)？

貝加萊的X20、APC均可通過POWERLINK連接6D控制盒，它主要解決運(yùn)動(dòng)的磁場方向與反饋定位等控制，而ACOPOSmulti電源為其提供供電，定子模塊可以通過電源和通信連接形成一個(gè)生產(chǎn)布局。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，既包括ACOPOS 6D的平面磁浮電機(jī)控制，也包括ACOPOS的其它電機(jī)控制、機(jī)器人控制，構(gòu)成整個(gè)生產(chǎn)單元的邏輯、運(yùn)行過程。如圖7所示，為一個(gè)ACOPOS 6D的生產(chǎn)控制系統(tǒng)架構(gòu)。

圖7-ACOPOS 6D構(gòu)成的控制系統(tǒng)

ACOPOS 6D能達(dá)到什么樣的性能？

每個(gè)動(dòng)子模塊可以達(dá)到2m/S的運(yùn)行速度、加速度為2g，而重復(fù)定位精度為1μm，其中在Z軸方向的運(yùn)動(dòng)為0.5-4mm，X,Y軸旋轉(zhuǎn)<20mrad，Z軸旋轉(zhuǎn)<20°。

數(shù)字孿生系統(tǒng)

ACOPOS 6D的生產(chǎn)應(yīng)用開發(fā)可以像SuperTrak、ACOPOStrak一樣，都可以通過IndustrialPhysics等數(shù)字化軟件進(jìn)行早期驗(yàn)證，由于Automation Studio可以與這些軟件建立連接，通過其規(guī)劃的產(chǎn)線可以與ABB機(jī)器人集成，并對其生產(chǎn)的節(jié)拍、空間碰撞進(jìn)行早期驗(yàn)證，確保其滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行能力以及可行性，如圖8所示。

圖8-ACOPOS 6D的數(shù)字孿生設(shè)計(jì)

它的優(yōu)勢與應(yīng)用場景主要體現(xiàn)在哪里？

圖9-ACOPOS 6D的優(yōu)勢聚焦

1.六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)控制，除了通常的X,Y軸運(yùn)動(dòng)，還增加了Z軸及X,Y,Z的旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，ACOPOS 6D將運(yùn)動(dòng)控制由平面的約束轉(zhuǎn)向了更為廣泛的空間，這使得生產(chǎn)的自由突破了傳統(tǒng)機(jī)械的束縛，達(dá)到了新的高度。

2.無摩擦與磨損運(yùn)動(dòng)控制，由于采用純的磁懸浮技術(shù)，定子和動(dòng)子并沒有接觸，機(jī)械磨損，這使得傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)磨損帶來的維護(hù)、精度下降被消除，確保其質(zhì)量的高一致性。

3.勝任潔凈環(huán)境，由于采用全新的材料設(shè)計(jì)定子平面和動(dòng)子，使得ACOPOS 6D可以為衛(wèi)生等級(jí)提供產(chǎn)品輸送與加工配合。

圖10-醫(yī)療器械生產(chǎn)與裝備系統(tǒng)場景

4.高精度加工：由于其重復(fù)定位精度可以達(dá)到+/-1μm,使得它能夠勝任高精度的定位場景，高品質(zhì)的加工、裝配環(huán)節(jié)，如電子半導(dǎo)體、鋰電池電芯生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。電子半導(dǎo)體類產(chǎn)品的裝配過程都是需要較高的定位精度，以及角度靈活性，包括響應(yīng)的敏捷性，這些都是ACOPOS 6D可以發(fā)揮空間的場所。

5.可擴(kuò)展的輸送系統(tǒng)：對于ACOPOS 6D，它可以任意擴(kuò)展，一個(gè)控制單元可以管轄多達(dá)80塊平面定子和數(shù)百個(gè)動(dòng)子，這使得其可以構(gòu)成一個(gè)可重復(fù)利用并可擴(kuò)展的輸送系統(tǒng)。

6.免維護(hù)，對于生產(chǎn)制造企業(yè)而言，非常具有誘惑力的特征，因?yàn)椋€(wěn)定而可靠的生產(chǎn)，就是利潤的來源，高良品率、高OEE，確保企業(yè)良高效提供高品質(zhì)產(chǎn)品，并且低成本。