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。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”。
圖1-非標自動化所遇到的難題
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。
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的估值。
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。
圖2-ACOPOS 6D平面磁浮技術
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它并不被允許披露(因為它往往被用戶當做殺手锏的應用),因此,我們僅以幾個常用的場景進行簡述。
<舉例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。
圖3-復雜機械到簡化的設計
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如:
電路板涂膠/點膠;
激光焊接/波峰焊.
<舉例2>
一個灌注的場景
對于傳統的灌注而言,送瓶通常會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。
圖4-灌注的應用場景舉例
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,且高的精度。
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;
……
<舉例3>
需要應用到伺服變位機構的場景
上述兩個舉例僅僅是ACOPOS 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。
圖5-ACOPOS 6D沿著X,Y軸的旋轉
ACOPOS 6D動子托盤僅需進行一定的角度自行旋轉,就可以實現這個功能,而無需其它復雜的機械機構來完成。
圖6-簡化伺服變位機構的場景
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;
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。
表1-ACOPOS 6D項目實施流程及工程工具
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6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;
圖7-完整的工程開發與運營平臺
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。
圖8-提升非標自動化項目的運營水平
回到圖1的問題,我們在圖8中進行了了改善,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,以及企業的發展速度、避免盈利與生存風險。