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        2021 IAS展
        控制系統

        讓產線擺脫機械束縛-貝加萊ACOPOS 6D詳解

          2021年06月24日  

        圖1-ACOPOS 6D平面磁浮系統

          ACOPOS 6D是貝加萊ACOPOS運動控制家族的全新成員,它是面向柔性制造場景而設計,那么為什么設計ACOPOS 6D?它是什么?它如何工作?本文將予以解析其全景,并有多個視頻用于直觀了解起運動過程。

        什么是6D?

          對于常見的運動控制包括永磁同步馬達、直線電機,他們的運動主要為旋轉或1個直線運動,因此,可以理解為1維運動控制,而像貝加萊的ACOPOStrak,其動子可以在2維空間(X,Y)方向運動。而ACOPOS 6D則是提供了6個維度的運動控制。

        圖2-滑塊的動子運動6個自由度

          即,鋪設于機械平面上的線圈(定子)通過電源單元提供磁場控制,驅動永磁體滑塊(轉子)運動,可以實現多個維度,如圖2所示的6個維度的運動,整個構成了平面磁懸浮系統。

          通過幾個小視頻,我們可以直觀的理解ACOPOS 6D的運動:

        X,Y軸運動

        視頻1-ACOPOS 6D的X,Y軸運動

        Z軸運動

        視頻2-ACOPOS 6D的Z軸運動

        R(X,),R(Y)運動

        視頻3-ACOPOS 6D的X,Y軸旋轉運動

        R(Y)運動

        視頻4-ACOPOS 6D的Z軸旋轉運動

          先介紹了它是什么(What),我們再回頭來看為什么(Why)設計它?這樣理解起來更便利一些:

          顯然,個性化生產是在每個領域都普遍存在的,隨著競爭的加劇,每個制造商不僅需要依靠不同的規格產品適應不同的消費群、場景來設計,還得用個性化的標簽彰顯消費者的價值主張。而傳統的機器、輸送系統、工裝夾具等構成的制造系統,往往適應于大規模標準化生產,其已經達到質量成本的巔峰,但是,由于個性化需要頻繁進行換裝、制程變化,使得交付能力(單位時間產出)下降,并且開機浪費等造成的浪費相對于批量變小,瞬時就將不良品率提高,造成成本上升。

        圖3-大規模定制生產成為了普遍的需求

          制造業不斷設計的數字印刷技術、柔性電驅技術、通信技術,其實都是為了解決在整個生產中如何實現個性化的生產重組問題。貝加萊之前已經推出ACOPOStrak柔性電驅輸送系統,而2021年推出的ACOPOS 6D則是進一步擴展其運動控制產品的維度,另外擴展4個維度達到新的自由度。

        圖4-柔性產線要實現的能力

          讓我們來看柔性制造的一個場景,傳統的灌裝系統通常針對單一品種,但是,其生產能力超強,可以達到10.8萬瓶/小時的生產速度,但是,卻是標準產品,但是,如果對于10個不同的飲料要成為一個盒子進行包裝,難道我們需要10條產線進行生產嗎?但是,這種批量又往往很小,這導致了傳統產線對于這種訂單就很難,但是,在貝加萊與KRONES的ACOPOStrak產線上,就可以實現小批量多品種的生產,10個白瓶(未貼標)流向10個不同的灌裝頭,然后排隊進入2個不同瓶口旋蓋,再流向各自所需的標站貼10種不同的標簽。這個生產過程中,可以看到它可以零停機工藝切換,并且能夠讓生產產品快速面市,這是今天電商消費時代的特點,為了降低庫存,商家要求快速交付,而眾多商家的產品需求會發生變化,在一些節假日會造成峰值生產需求,這一切都使得傳統制造的能力必須被新的生產組織模式所替代,而ACOPOS 6D通過改變生產組織形式,使得產品擺脫傳統產線機械束縛,達到較高的自由度,進而實現大規模定制化生產。

        它如何成組?

          ACOPOS 6D工作時,其運動所需的平面可以由240*240mm的平面定子模塊按需拼接,如圖所示,可以根據生產線的布局(Layout)進行排布,然后配合機器人、工裝夾具、工作站進行生產工序設計。

          而動子模塊也可以有不同尺寸,根據所需進行組合,其具體機械參數如表1所示。

        圖5-ACOPOS 6D的布局示意圖

          通過圖可以看到,ACOPOS 6D可以依據生產需要,由一塊塊的定子模組構成鋪設布局,動子則可以根據需要選擇經過每個工站,并以任意形式運動,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、配合與協同、定位與同步、曲線等多種加工關系,進而形成所需的產品制造流程。

        表1-定子模塊相關機械參數

        圖6-ACOPOS 6D與機器人的集成場景

        滑塊虛擬與機械連接方式

          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,進而在其旁邊、上方設置加工位,被加工對象則由滑塊加載運行期間,而滑塊可以成組運動,包括了虛擬的連接(由軟件配置)可以實現同步控制,或成組加載同步運行,也可以通過機械的連接來實現關聯關系。

          視頻5/視頻6分別展示其兩種連接方式

        視頻5-虛擬連接的ACOPOS 6D滑塊

        視頻6-機械連接的ACOPOS 6D滑塊

        它如何組成生產系統?

          貝加萊的X20、APC控制器均可通過POWERLINK連接6D控制盒,它主要解決運動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生產布局。整個生產系統,既包括ACOPOS 6D的平面磁浮電機控制,也包括ACOPOS的其它電機控制、機器人控制,構成整個生產單元的邏輯、運行過程。

        它性能如何?

          每個動子模塊可以達到2m/S的運行速度、加速度為2g,而重復定位精度為1μm,其中在Z軸方向的運動為0.5-4mm,X,Y軸旋轉<20mrad,Z軸旋轉<20°。

        數字孿生系統

          ACOPOS 6D的生產應用開發可以像SuperTrak、ACOPOStrak一樣,都可以通過IndustrialPhysics等數字化軟件構建數字孿生系統進行早期驗證,由于Automation Studio可以與這些軟件建立連接,通過其規劃的產線可以與ABB機器人集成,并對其生產的節拍、空間碰撞進行早期驗證,確保其滿足設計運行能力以及可行性,如視頻7所示。

        視頻7-ACOPOS 6D的數字孿生設計

        它的優勢與應用場景主要體現在哪里?

        圖8-ACOPOS 6D的優勢聚焦

          1.六個自由度運動控制,除了通常的X,Y軸運動,還增加了Z軸及X,Y,Z的旋轉軸運動,ACOPOS 6D將運動控制由平面的約束轉向了更為廣泛的空間,這使得生產的自由突破了傳統機械的束縛,達到了新的高度。

          2.無摩擦與磨損運動控制,由于采用純的磁懸浮技術,定子和動子并沒有接觸,機械磨損,這使得傳統機械傳動磨損帶來的維護、精度下降被消除,確保其質量的高一致性。

          3.勝任潔凈環境,由于采用全新的材料設計定子平面和動子,使得ACOPOS 6D可以為衛生等級提供產品輸送與加工配合。

        圖9-醫療器械生產與裝備系統場景

          4.高精度加工:由于其重復定位精度可以達到+/-1μm,使得它能夠勝任高精度的定位場景,高品質的加工、裝配環節,如電子半導體、鋰電池電芯生產等環節。電子半導體類產品的裝配過程都是需要較高的定位精度,以及角度靈活性,包括響應的敏捷性,這些都是ACOPOS 6D可以發揮空間的場所。

          5.可擴展的輸送系統:對于ACOPOS 6D,它可以任意擴展,一個控制單元可以管轄多達80塊平面定子和數百個動子,這使得其可以構成一個可重復利用并可擴展的輸送系統。

          6.免維護,對于生產制造企業而言,非常具有誘惑力的特征,因為,穩定而可靠的生產,就是利潤的來源,高良品率、高OEE,確保企業良高效提供高品質產品,并且低成本。

        標簽:貝加萊我要反饋
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