柔性制造如何“柔”？

 

柔性制造遇到的問題
 

即使我們觀察一個產(chǎn)品生產(chǎn)線，我們會發(fā)現(xiàn)，即使先進(jìn)的集成產(chǎn)線，它也無法滿足個性化的生產(chǎn)需求，傳統(tǒng)的機(jī)械制造就是一個單元接著一個單元，輸送系統(tǒng)將被加工的對象送到加工單元進(jìn)行加工，例如：沖壓、裁切、組裝、折疊、粘合、焊接等，在整個過程中輸送系統(tǒng)會將被加工產(chǎn)品由一個單元到另一個單元，那么這樣就會形成很多制約：
 

對于工廠而言，技術(shù)與概念并非他們關(guān)注的要點，End User通常只關(guān)心：

--如何讓產(chǎn)線獲得高的OEE

--少故障，穩(wěn)定運行，即使故障，易于維護(hù);
 

但是，對于柔性制造而言，產(chǎn)品的個性化會帶來品質(zhì)迭代的困難、換裝帶來交付能力的下降，過于頻繁的更換會在啟動/停機(jī)造成不良品，而對小批量生產(chǎn)會造成不良品率的上升。
 

SuperTrak如何解決柔性問題?
 

其實，解決這個問題的辦法在于換個思路：傳統(tǒng)上加工工位是不變的，產(chǎn)品順著輸送系統(tǒng)傳送，這對于產(chǎn)品批量大、生產(chǎn)固定的生產(chǎn)來說，無疑是正確的，但對于產(chǎn)品規(guī)格變化、生產(chǎn)工藝變化的個性化產(chǎn)品生產(chǎn)而言，則會遇到柔性問題—即，機(jī)械如何不變來適應(yīng)變化?
 

是的—讓被加工產(chǎn)品和工位都動起來，適應(yīng)這種變化，SuperTrak即按照此思路來設(shè)計。
 

SuperTrak是基于長定子直線電機(jī)技術(shù)(LLM)所開發(fā)的柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)，它通過在定子上運行的變化的動子來改變被加工對象之間的尺寸，并與加工單元的設(shè)備如機(jī)器人激光切割頭、沖壓站進(jìn)行同步，使得產(chǎn)品的尺寸規(guī)格、加工工藝變化時可以有更大的柔性來與加工設(shè)備進(jìn)行配合，無需進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)械調(diào)校即可完成。
 

 

長定子直線電機(jī) (LLM)
 

其目的在于：

(1).產(chǎn)品規(guī)格變化時，機(jī)械加工位置、間距的調(diào)校無需進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整，僅通過電氣參數(shù)的改變即可實現(xiàn)，尤其對于批量小而尺寸規(guī)格變化比較大的生產(chǎn)。

(2).整線速度可以具有較高的柔性，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的變化而變化。

(3).更高的集成度：產(chǎn)線的占地空間會變小，由于極高的電磁響應(yīng)速度，使得無需為產(chǎn)品考慮堆積空間，而且加減速時間跟通過傳統(tǒng)變頻電機(jī)的方式而言響應(yīng)高非常多，因此，無需像傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)那樣必須設(shè)置較大的加減速空間。

(4).提升產(chǎn)線OEE

對于生產(chǎn)系統(tǒng)而言，OEE的下降包括了維護(hù)、訂單更換時的參數(shù)調(diào)校，傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)，尤其是電子半導(dǎo)體等領(lǐng)域的高精度產(chǎn)品制造，其工裝夾具精度較高，因此，調(diào)校會耗費時間、在調(diào)校過程中的產(chǎn)成品也會損失質(zhì)量、機(jī)器的維護(hù)等都會影響整線OEE。
 

圖1-SuperTrak線性傳輸系統(tǒng)—如同F(xiàn)1的高速過彎
 

SuperTank可以實現(xiàn)達(dá)到10μm級的定位精度，并提供4m/S的生產(chǎn)線速度，而通過POWERlink實時網(wǎng)絡(luò)可以提供高精度同步與定位控制。

顯著的優(yōu)勢
 

由于采用的非接觸的方式，這給SuperTrak帶來非常大的優(yōu)勢：

(1).高速響應(yīng)：慣量極小的動子，實現(xiàn)快速的響應(yīng);

(2).無需減速機(jī)構(gòu)：不存在傳統(tǒng)機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的背隙帶來的傳動精度問題;

(3).無需電纜拖鏈這些現(xiàn)場的部件;

(3).低磨損，易于維護(hù)—對于像食品制藥應(yīng)用場景而言，這至關(guān)重要，因為每次進(jìn)入潔凈區(qū)的維護(hù)作業(yè)都會讓恢復(fù)潔凈環(huán)境帶來新的成本。
 

仿真建模

數(shù)字化制造的核心是CPS-通過仿真對生產(chǎn)進(jìn)行虛擬，包括控制工藝的參數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)響應(yīng)等，由于個性化生產(chǎn)必然沒有足夠的質(zhì)量迭代時間和數(shù)量，因此，必須預(yù)先能夠?qū)ιa(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，SuperTrak可以通過貝加萊的Automation Studio與MATLAB/Simulink、MapleSIM等軟件進(jìn)行集成，仿真的結(jié)果可以直接運營于貝加萊的控制器。
 

SuperTrak的仿真建?？梢詫⑤斔拖到y(tǒng)、機(jī)器人、動子進(jìn)行集成，對其生產(chǎn)過程的響應(yīng)參數(shù)、調(diào)整、安全等進(jìn)行完整的集成，包括抑制液體在運動中的波動。
 

應(yīng)用場景
 

SuperTrak適應(yīng)于的應(yīng)用場景包括：

(1).生產(chǎn)批量較小的產(chǎn)品，尺寸規(guī)模變化較大如疫苗生產(chǎn)、制藥與食品;

(2).需要潔凈環(huán)境，滿足制藥級潔凈要求的(采用不銹鋼制造);

(3).產(chǎn)線布局要求尺寸緊湊型的生產(chǎn)如電子、半導(dǎo)體生產(chǎn)。