刘晓晖
东莞中睿智能设备有限公司
摘要：现如今，我国是工业发展的新时期，工业生产经历了机械的传动，到电气传动，从单机到产线的不断发展过程，这其中，不仅包含了机械设计的变化、电气从总线逻辑到复杂运动与机器人的集成，并且也包含着运营管理如精益方面的提升，当然，更为关键的在于每个垂直的行业，都有其自身的行业工艺的集成。今天，一个手机的生产已经涵盖了注塑、钣金、电子、包装、机器人、物流、仿真、软件、信息管理、人工智能的所有复杂工程的集成，产线不断的变得复杂。
关键词：制造产线；设计；变革
引言
无论我们讨论何种的生产，精益思想对于工厂而言是基线，精益就关乎"质量"、"成本"、"交付"三个核心话题，一切都围绕这三个生产的核心话题而展开，经过数十年的发展，精益制造已经成为全球优秀的制造商所共同执行的运行管理体系，因为必须确保稳定可靠的生产，然后才能谈到数字化转型、智能化升级，因此，我们必须让技术回归制造的本质，在这个基础上探讨产线设计。
1什么是制造创新的关键？
正是用于制造的产线变得更为复杂，而且客户的需求也变得更为个性化，才需要借助技术的不断创新来解决这些复杂的问题。（1）制造的本质问题对于制造业而言，质量、成本、交付这三个问题从来都没有改变，因此，无论我们多么复杂的生产与制造，都必须围绕这几个问题来解决，当然，对于智能时代，产品的变化使得"灵活性"或生产的柔性有着极为迫切的需求。（2）约束条件下的复杂过程制造创新的难点在哪里？让我们进入生产的场景，每个手机的生产需要数百个工序，每个工序里被加工产品的物理对象进行各种加工时所需的定位、电机的扭矩输出、速度、加速度、机械的弹性变形，每个工序中细分的流程，这些每个因素都会影响整个生产的过程，而如何能够在这个约束条件下寻找最优的参数、流程、材料是制造过程创新持续发展的关键。每个细微的进步都会让生产更具性价比，也让企业更具竞争力。
2传统的产线设计存在哪些问题？
在柔性制造的产线设计中，输送系统是其中非常关键的一环，因为"协同"必须通过物理的产线连接来实现，不仅是物理的机械连接，也包括数据的通信连接，而传统的生产输送则存在以下一些问题：（1）机械磨损:采用机械链条、磨损会造成需要经常性的维护，并且会影响传动精度；而且，这也会带来较大额度噪音，由于机械的复杂，会让维修也变得复杂，耗费较多的维修等待时间，产线OEE下降。（2）工作站间位置不能灵活变动：重新的机械调整需要花费较多的时间调校；（3）缺乏数据沟通&设备协调难度高：无法与控制系统、生产系统进行数据交互；（4）产品换型周期长：每次调整产线需要进行拆装，重组，花费较多的时间；（5）生产流程复杂：输送、上料、加工、下料过程复杂，尤其对于加工工序较多的生产而言，非有效加工时间占比较大。这会造成生产节拍较长。
3柔性电驱技术的应运而生
为了应对更为个性化的生产需求，新一代的产线设计技术，柔性电驱输送系统应运而生，如图1是ACOPOStrak的产线规划图，ACOPOStrak采用了长定子直线电机技术，滑块装载被加工对象运行于轨道之上，这些与轨道采用"非接触"的，可以理解为"磁悬浮"列车，其上的滑块采用电磁方式，这使得动子的间距、运行速度、加速度可以根据软件定义而调整，解决了柔性制造中传统机械的"刚性"，使得整个产线变得柔性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，在ACOPOStrak中的轨道设计形式多样，可以是多种角度的，如图4，它可以构成非常灵活的产线，基于高精度的轨道机械耦合设计，可以实现"汇流"和"分流"，这往往对于下面一些场景特别合适：（1）多个产线的产品混合到一个主线来组合装配，如电子制造业，或者混合包装如食品饮料工业；（2）一个高速产线分给多个后道单元进行分流加工，或者分道到不同的区域进行不同的产品组装或包装。（3）专用的维修站/更换夹具站：通过视觉或其它检测方式的不良品可以被送到一个专用的通道进行处理，或者，这个通道也可以作为工装夹具更换时的工作站。
图1ACOPOStrak柔性电驱输送系统
4柔性电驱技术对于OEE的提升
柔性电驱输送系统如贝加莱的SuperTrak/ACOPOStrak，带来了一些颠覆式的产线设计，包括几个方面对产线能力的提升：热插拔，快速地更换工装夹具，并且这个更换可以在当前产线进行时在固定区域进行。数字孪生（DigitalTwin），这项技术可以让运行中的新的生产组合可以在虚拟的环境中进行测试验证，即可以在软件中对目前的滑块数量、速度、间距、位置、加速度/加加速度特性进行模拟仿真，以确保快速的换装后进入稳态生产过程。数字孪生会让产线的设计更为快速，降低投资风险，尤其是对新产线进行验证，这在过去是一个非常耗时的过程，而由于电-磁-软一体化，这项工作现在也变得更为容易。变轨技术，使得生产更为灵活的调整，这些调整仅需参数设置即可，而无需对产线进行复杂的调整，与传统的分度盘、皮带链条传输而言，这项技术专为"柔性"的制造而设计。协同工作，采用电-磁-软一体化的设计，可以使得轨道与机器人、其它工艺设备如包装机、注塑机、贴片机等进行协同工作，通过总线可以实现极高的同步。灵活调整，这些快速的滑块调整不仅可以在虚拟环境中模拟，在现实中也可以随意调整，这使得换型变得更为灵活。
5为什么说柔性电驱是革命性的设计？
柔性电驱输送系统SuperTrak和ACOPOStrak是为了解决生产制程中传统产线的问题而设计，兼具非常多的特性，使得它具有真正"革命性"的产线设计能力。（1）数字孪生ACOPOStrak是典型机电一体化设计，可以实现"DigitalTwin"，即在数字化设计与物理对象之间的交互，通过建模仿真实现对产线的验证，并可直接下载到物理对象的控制器中运行，而物理对象的运行过程可以实时在虚拟环境中数字化呈现，并可以被调整，实现数字与物理对象间的实时交互。数字孪生带来的好处在于：①可以预先做产线规划与验证：在项目未进入安装之前即可验证其可行性；②虚拟调试：在虚拟环境中对控制逻辑、同步关系进行调试；③变更工艺中的验证：当发生产线调整时，可以在线验证工艺。（2）人-机协同中的安全由于人具有柔性，但在很多时候机器未必具有，但机器更擅长精准、高频率高速响应的任务，人-机协作本身就是制造产线创新的一个趋势，但这里安全技术扮演非常重要的角色。在机器人系统中，协同机器人安全规范IEC1566和ISO-10218都是针对机器人与人机协作的安全标准，而贝加莱的ACOPOStrak驱动系统、X20控制器、ABB的机器人均具有满足功能安全的能力。（3）自由的产线组合SuperTrak和ACOPOStrak可以实现产线的任意组合，达到最大的产线灵活性，一方面是产线本身规划的灵活性，当然，最重要的是第二个灵活性：产品个性化定制方面的灵活性。
结语
在生产线的开端,Kanban限制原材料的进入,使在制品数量得到较好的控制,而在生产线末端,采用CONWIP的推式策略,使机器产能得到较大的利用,进而提高顾客满意率.因此,结合Kanban的分散控制策略和CONWIP的集中控制策略,可在相同顾客满意率的水平下达到最少在制品的效果,因此混合策略是实施精益制造的最优的控制策略.
参考文献
[1]田贞.浅谈机械制造业的综合运用发展趋势[J].时代教育,2015(8):216-217.
[2]王晓东,苏本有.浅淡施工企业成本控制[J].华章2014(19):206-207.
论文作者:刘晓晖
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：柔性论文; 机械论文; 技术论文; 组合论文; 物理论文; 灵活性论文; 过程论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;