非標自動化的“痛”——ACOPOS 6D 的產線創新與工程效率提升
文:文 / 貝加萊工業自動化(中國)有限公司2023年第四期
導語:對于產線集成商,他們需要為不同的行業提供非標的產線集成,對于機器制造商不僅要提供成型裝備,也需 要將后道連接起來,以構成交鑰匙工程——尤其是在飲料灌裝、鋰電、光伏、電子半導體等長流程的制造 業中。用戶關心的是生產的品質效率,但完成這個產線設計實施的企業,則更關注于工程本身的效率。
產品組裝中的難題——非標自動化
隨著人工的成本不斷上升,在原來的每個垂直的制造 業里,都興起了上線自動化產線的巨大需求。在每個制造 業的垂直行業里,都會存在著這樣一些公司,要么承接一 個新的產線的設計制造,或者對一個舊的產線進行改造, 這個自動化市場被稱為“非標自動化”,它的顯著特征 是:“項目”導向型的市場,不同于OEM配套,項目市 場會非常“卷”。
? 時間嚴苛: 終端生產企業往往要快速的上市產品, 這導致了產線必須在極短時間投產,這個時間往往以天計 算。對于已上線產線,還要面臨“即時”調整的需要,而 這需要高密度的現場工程師(FAE)的投入;
? 工程人員消耗大: 非標自動化項目通常需要機械、 電氣、工藝與軟件人員的協同,集成不同的工藝設備。而 且,需要經驗豐富的多技能工程師,以及高水平項目經理 持續在現場;
? 業務承接能力與拓展難, 在資本市場, 非標自動化 并非好標的,因為,它往往屬于“成長性”較低的行業, 即使是遇到了行業“風口”,由于大量的工程師資源并非 很快就能組建投入項目,這使得項目很難具有可復制性, 從而讓公司承接能力快速提升,贏得高速成長;
圖 1 非標自動化所遇到的難題
圖 2 ACOPOS 6D 平面磁浮技術
? 風險高:在非標領域,隨著技術的變革,產線的設 計可能會有較大的變革,原有積累的知識可能會被推翻, 進而又被拉回同一起跑線。其次,就是項目盈利會隨著項 目的進度、返工等造成盈利能力較差。這導致即使在金融 市場,非標自動化也難以被高估值。
解決問題的邏輯——化繁為簡
對于非標自動化這種“復雜”、“變化”、“不確 定”的市場,屬于典型的復雜問題。對于復雜問題,它的 解決思路就在于“化繁為簡”。這個化繁為簡包括如何把 機械系統變得簡單,在項目的開發、測試、運營各個階段 如何效率更高,更為簡單的工作。
貝加萊的ACOPOStrak、ACOPOS 6D往往被理解為 一個產品或技術。但是,事實上,它對于制造產線有著非 常顯著的改變:
(1)簡化了機械系統,以及通過數字化的連接和智
能調度來簡化了工程實施。
(2)帶來了創新設計——ACOPOS 6D的自由度賦予 了工程師更多的可能性,而這個可能性并未提高復雜性。
工程(Engineering)的核心在于“化繁為簡”,將復 雜問題拆解為逐個簡單問題來處理。而ACOPOS 6D則直接 在物理意義上就對生產組織進行了簡化。它有很多可能的場景,可以看到它大幅簡化了系統。考慮到大部分用戶的實例 并不被允許披露(因為它往往被用戶當做“殺手锏”來應 用),因此,我們僅以幾個常用的場景進行簡述。
圖 3 復雜機械到簡化的設計
例1:簡化機械結構的設計
對于需要走CNC的機械結構,通常需要多個伺服機構 來進行CNC插補的計算。并且,在機械上,如圖3所示, 往往需要復雜的機構來保障。
在圖3中,我們需要對 一 個工件外圍進行加工,那 么,這個機械空間里,它將由多個電機進行復雜的機構設 計,采用滾珠絲杠、隨行電纜等復雜的機械結構設計,以 實現這個工件外輪廓的加工,如涂膠/點膠、焊接、切割 等CNC動作。但是,如果它采用ACOPOS 6D,這個時 候,事情將變得簡單,因為,這個復雜的機構沒有了,只 需一個焊接頭/涂裝頭,這個被加工的產品自行配合機構 動作,實現它自己的這個CNC曲線。
事實上,ACOPOS 6D動作中的CNC功能,可以在很 多需要復雜機械來實現的場景被運用,如:
? 電路板涂膠/點膠;
? 激光焊接/波峰焊。
例2: 一個灌注的場景
對于傳統的灌注而言,送瓶通常因為瓶子的尺寸會發 生變化,那么,就需要根據灌注規格來更換螺桿以實現瓶 子的夾裝。如圖4左側所示,其中,這里也需要復雜的機 械傳動機構設計來進行保障。
而對于圖4右側采用ACOPOS 6D而言, 這件事情將變 得簡單,首先,每個動子可以攜帶瓶子(夾具固定),然后 進行間距的任意調整。同時,ACOPOS 6D還可以實現:
① 自動稱重:ACOPOS 6D可以達到+/-0.5mg的稱 重精度保障;重要的是,它可以實現100%的全檢,對于 制藥領域,而且,對于空瓶和灌注完成的瓶子均可實現稱重,避免僅以均值進行的皮重去除。
② 不同的灌注:在灌注的排列上,每個動子帶著的瓶 子還可以到不同的灌注單元,實現不同容積或液體的灌注。
③隊列灌注:可以不受機械約束,例如在藥劑的灌注 中,將瓶子進行不同規格的排列通過多個灌注頭,而動子 本身可以根據行間距水平運動,以實現逐行灌注。
從圖4的應用場景,我們可以看到ACOPOS 6D使得 整個灌注過程變得非常靈活,高度功能集成,機械機構簡 化,且具有高精度。
這種情況普遍存在于以下場景中:
? 液體灌裝;
? 制藥微給藥;
? 鋰電注液過程;
? 日化產品的灌注;
? 顆粒/粉體填充類 … …
需要應用到伺服變位機構的場景
上述兩個舉例僅僅是ACO POS 6D最基本的平面型 運動中的機械簡化, 而另外, 有許多場景里, 還會用到 ACOPOS 6D的旋轉功能。如圖5,在一個系統里,如果 需要對產品表面進行一定的傾斜角度,也同樣需要獨立的 伺服機構來實現,但ACOPOS 6D的X,Y軸旋轉功能就可 以發揮作用。
ACOPOS 6D動子托盤僅需進行一定的角度自行旋轉 (圖6),就可以實現這個功能,而無需其它復雜的機械 機構來完成。
當然,ACOPOS 6D還有一個沿著Z軸(垂直于定子 平面)360°旋轉,這個功能可以被用于以下場景:
? 液體灌裝生產旋蓋;
? 注射筆的筆與筆帽之間的旋蓋;
圖 4 灌注的應用場景舉例
? 口紅的筆管與蓋子之間的旋轉;
? 多個面的貼標/打碼。
采用ACOPOS 6D解決問題的步驟
對于非標自動化而言,其實,ACOPOS 6D使得機電 模塊化成為可能,因為簡化了機械部分,以及在機械之間 的調度和輸送,會使得整個產線設計,變得更為簡單。
對于非標自動化的集成商、企業的工程部門,他們肩 負著非常多的產線升級、更新的項目任務。那么,可能很 難找到一個像貝加萊這樣能夠提供完整平臺的自動化系統 能力。
如圖7所示,它包括了為項目開發所需的所有對象和 任務的組合與集成;
(1)開放的軟件集成:通過支持開放的接口,將機 械導入到Scence Viewer軟件,進行三維的呈現。
(2)mapp 6D編排:針對ACOPOS 6D的任務編排 而言,就是實現其工位順序、加工參數攜帶、停留時間等 簡單配置,系統會自動為不同的動子托盤計算路徑。
(3)mapp 6D與其他任務的協作,包括視覺任務、機器人任務的同步配合。
(4)工廠運營作業下發與信息上傳:通過OPC UA
可以實現與MES/ERP之間的雙向數據交互。
因此,貝加萊為非標自動化的開發者提供了 一 個完整的開發平臺,將機電一體化對象如ACOPOS 6D/機器 人、I/O邏輯、機器視覺、安全、3D 圖形顯示等完全結 合,如圖7所示。回到圖1的問題,我們在圖8中進行了改 善, 對 于 非 標 自 動 化 項 目 為 主 營 業 務 的 企 業, 以 及 提 供 垂直交鑰匙工程的設備制造商、用戶而言,采用貝加萊的 ACOPOStrak/ACOPOS 6D這樣的產線設計方案,將會 大幅提高工程實施效率,以及企業的發展速度,避免盈利 與生存風險。
圖 5 ACOPOS 6D 沿著 X,Y 軸的旋轉
圖 6 簡化伺服變位機構的場景
表 1 ACOPOS 6D 項目實施流程及工程工具
圖 7 完整的工程開發與運營平臺
圖 8 提升非標自動化項目的運營水平
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