柔性輸送線： 開啟工業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力創(chuàng)新

　　從市場情況來看，目前大多數(shù)廠商主推的柔性輸送線 產(chǎn)品形態(tài)大致上可分為磁驅(qū)柔性輸送線和平面磁懸浮輸送 系統(tǒng)兩大類。磁驅(qū)柔性輸送線基本上可以歸為多動子直線 電機(jī)的應(yīng)用范疇，最初多以環(huán)形線體為主，發(fā)展至各種形 狀的閉環(huán)線體以及接駁線，開發(fā)廠商以倍福、羅克韋爾、 貝加萊、LS電氣、雅科貝思等國際品牌為代表;在本土企 業(yè)部分則有果栗智造、縱葦科技、凌翔磁浮、云馳時代、 中有精密、敏行智控、博眾精工等。而在平面磁懸浮輸送 系統(tǒng)中，平板電機(jī)模塊是系統(tǒng)中的電動部件，可根據(jù)現(xiàn)場 需要拼接成任意布局;動子是無源的、內(nèi)含強(qiáng)力永磁體， 系統(tǒng)通過對線圈通電產(chǎn)生磁場，并借助板載控制器使動子 能真正以6個自由度“懸浮”在傳輸平面上，這類開發(fā)廠商 主要有PMI 、倍福、貝加萊等。

　　實際應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

　　鋰電池制造，是目前眾多磁驅(qū)柔性輸送線廠商比較 集中的目標(biāo)開發(fā)市場， 盡管近期國內(nèi)該市場的增速開始放 慢，但從市場反饋來看，現(xiàn)階段高端、優(yōu)質(zhì)鋰電池的供應(yīng) 仍顯不足，加上未來半固態(tài)電池、固態(tài)電池等新技術(shù)路線 的引入，使得動力電池市場還有巨大的進(jìn)步空間，代表新 質(zhì)生產(chǎn)力的磁驅(qū)柔性傳輸系統(tǒng)，將繼續(xù)在動力電池新生產(chǎn) 工藝的迭代中發(fā)揮重要的作用。

　　除此之外，隨著近年來越來越多實際項目在3C電子制 造、制藥、液晶面板、物流分揀等領(lǐng)域取得了明顯的建設(shè) 效果，并得到了不同行業(yè)標(biāo)桿型企業(yè)的高度認(rèn)可，這些也 成為了磁驅(qū)柔性傳輸線在市場推廣上的最佳手段。更快的 加工節(jié)拍、更高的生產(chǎn)效率、更靈活高效的產(chǎn)線建設(shè)、更節(jié)約的生產(chǎn)場地……成為了磁驅(qū)柔性輸送線的“標(biāo)簽”，大 大刺激了這個定制化程度非常高的工業(yè)自動化細(xì)分市場的 活躍度，各個“玩家”大展其才，系統(tǒng)綜合應(yīng)用成本漸趨平 民化，市場競爭自然也更為白熱化。

圖 1 2020-2028 年全球磁懸浮柔性輸送市場規(guī)模統(tǒng)計及預(yù)測 （單位 : 億元）

　　在鋰電生產(chǎn)中，Le-AutomatiX樂達(dá)博華FTS磁懸浮 柔性輸送系統(tǒng)為鋰電行業(yè)的智能制造提供極具競爭力的解 決方案，可應(yīng)用于疊片、堆疊、極耳焊、測試等諸多工藝 段。例如，在他們與華工科技集團(tuán)旗下蘇州華工自動化技 術(shù)有限公司合作的高精度、高效率的外殼頂蓋密封焊接解 決方案中，F(xiàn)TS磁懸浮柔性輸送系統(tǒng)以其高重復(fù)定位精度、 高速高動態(tài)響應(yīng)、高效率、滿足“潔凈生產(chǎn)”需求等特點贏 得了客戶的好評。另外，據(jù)介紹，F(xiàn)TS磁懸浮柔性輸送系統(tǒng) 在OLED顯示器、大尺寸鈣鈦礦電池鍍膜、汽車電子ABS裝 配產(chǎn)線等制造領(lǐng)域也早有成功應(yīng)用案例，可滿足高真空度 環(huán)境、大體積、重負(fù)載輸送等特殊要求。

圖 2 貝加萊 ACOPOS 6D 平面磁浮技術(shù)（資料來源：貝加萊官網(wǎng)）

　　在粉針劑藥品分裝領(lǐng)域，倍福深刻洞察行業(yè)應(yīng)用“痛 點”，他們在國內(nèi)領(lǐng)先的專業(yè)粉針劑制藥設(shè)備廠商——上海 英華實業(yè)有限公司的粉針劑分裝設(shè)備上，創(chuàng)新地導(dǎo)入了倍 福XTS磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，以替代傳統(tǒng)的皮帶輸送系統(tǒng)，從 而從根本上解決了粉針劑分裝過程中倒瓶、定位不準(zhǔn)、效 率不高等難題，成功打造了具有國際領(lǐng)先水平的粉針劑分 裝標(biāo)桿產(chǎn)線。

　　在本土企業(yè)方面，果栗智造目前已積累了包括3C、汽 車電子、面板以及動力電池等在內(nèi)多個行業(yè)的頭部客戶資 源。例如針對鋰電動力電池行業(yè)大圓柱卷繞、電池疊片、 刀片電池焊接等關(guān)鍵工序環(huán)節(jié)，果栗智造形成了一套覆蓋 不同工藝路線的iTS磁懸浮智能柔性傳輸系統(tǒng)全棧解決方 案。其針對食品、藥品、物流分揀等大規(guī)模及長距離物流 傳輸領(lǐng)域的超高速多通道分叉合流磁懸浮物流線iXS系列 自2022年10月立項以來，已于2023年6月完成了技術(shù)研 發(fā)定型，據(jù)了解，至2024年4月份為止，該產(chǎn)品量產(chǎn)型號 Golytec iXS500已經(jīng)完成了多個項目的交付。

圖 3 果栗智造開發(fā)的 iTS-L 智能柔性磁驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形傳輸線 （資料來源：果栗智造官網(wǎng)）

　　分流、匯(合)流多路徑規(guī)劃

　　磁驅(qū)柔性輸送線在設(shè)計、布置上的靈活性，是這類技 術(shù)的一大特色。進(jìn)入工業(yè)4.0時代，制造業(yè)客戶小批量、多 品種的加工需求上升，是否能夠在一條產(chǎn)線同時生產(chǎn)多種 規(guī)格的產(chǎn)品，或是在一條產(chǎn)線上就可以實現(xiàn)多個加工工序的自由配置，以盡可能地減少對設(shè)備的投資，成為了客戶 較為關(guān)注的一個話題。為此， 一些磁驅(qū)柔性輸送線開發(fā)廠商采用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)模組、專用動子、特定導(dǎo)軌和“變軌控制” 技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品在多軌道上的自由運動，并通過預(yù)先設(shè) 定好的程序編排，實現(xiàn)產(chǎn)線輸送路徑的變化，提高加工效 率以及產(chǎn)品的良品率。

圖 4 凌翔磁浮針對磁驅(qū)輸送線 而開發(fā)的動圈式、動磁式高精密直驅(qū)模組

　　自2018年SuperTrak和2019年ACOPOStrak發(fā)布之 后，貝加萊的柔性輸送系統(tǒng)已在鋰電池、電子連接器、包 裝后道、醫(yī)療器械、食品飲料等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。ACOPOStrak的“分流和匯流”技術(shù)非常有特色，分流 技術(shù)是將產(chǎn)品分配至不同的生產(chǎn)線進(jìn)行后續(xù)加工，而匯流 技術(shù)是將不同的產(chǎn)品匯合至同一線體進(jìn)行加工、裝配及檢 測?！胺至骱蛥R流”即通過軌道的開環(huán)，例如45度、90度、 120度、180度等多種軌道形式組合出一個具有環(huán)形閉環(huán)或 開環(huán)的軌道，以形成物料的多種流向——這樣帶來的好處在 于相對普通輸送線，它能夠更為靈活地實現(xiàn)大規(guī)模、多個 裝配線間的連續(xù)流動，并且采用合適的工位匹配以及合適 的緩沖區(qū)設(shè)置，使得整個生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到均衡化、柔性化， 就是說，它可以跨越不同產(chǎn)線實現(xiàn)集成效率的“倍增”。

　　縱葦科技新近開發(fā)的新一代智能磁驅(qū)岔道輸送系統(tǒng) 通過對運動控制算法的優(yōu)化，以及模塊化智能磁驅(qū)輸送設(shè) 計，滿足多種產(chǎn)品在同一工序中，可同時在多分道器上工 作，大幅提高了分選和輸送效率;動子能夠?qū)崿F(xiàn)在不同軌 道間的快速切換，進(jìn)入岔道無需減速;在節(jié)拍要求極高的 工藝段，則采用多岔道并行輸送，提高輸送吞吐量;模塊 化的岔道+直線，輕松實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)狀輸送系統(tǒng)的構(gòu)建，升級和改造只需重新組合，無需更換硬件。創(chuàng)新的分道、合 道、轉(zhuǎn)運變道模式，可廣泛適用于柔性智能自動化制造產(chǎn) 線，提供覆蓋物料搬運、產(chǎn)品制造到成品輸出的全鏈路柔 性輸送解決方案，實現(xiàn)物料精準(zhǔn)配送、工藝工序靈活組織 和生產(chǎn)流程的無縫對接。

　　值得一提的是，AI人工智能技術(shù)正在被引入這一領(lǐng) 域，通過應(yīng)用智能算法和學(xué)習(xí)能力，倍福無控制柜自動化 解決方案 MX-System已幫助其XTS系統(tǒng)實現(xiàn)了最優(yōu)的路徑 規(guī)劃，以及在XPlanar平面磁懸浮輸送系統(tǒng)中實現(xiàn)了動子的 精確定位，同時為XTS和XPlanar 系統(tǒng)提供了性能優(yōu)化和智 能化控制的能力，助力企業(yè)降低成本、提升核心競爭力， 并在高節(jié)拍應(yīng)用場景中發(fā)揮重要作用。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提升易用性

　　作為機(jī)電一體化的一類典型應(yīng)用模式，磁驅(qū)柔性輸 送線的底層部件是線圈、磁鐵、傳感器，上層則是整個通 訊、控制算法、調(diào)度算法和驅(qū)動技術(shù)。與傳統(tǒng)輸送線相 比，這仍然是一套相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，磁驅(qū)柔性輸送線對于 環(huán)境的要求較高， 一般需要在無磁干擾的環(huán)境中使用，而 且也要求精確安裝，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行精密的調(diào)試。為了 進(jìn)一步提高系統(tǒng)的易用性，降低安裝難度，目前一些廠商 從機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)構(gòu)造、驅(qū)控算法、網(wǎng)絡(luò)通訊等多個層面 對系統(tǒng)作改進(jìn)、優(yōu)化，如：基于無鐵芯直線電機(jī)，提升重 復(fù)定位精度，令運動過程中傳輸線的動態(tài)平滑度、跟隨性 等指標(biāo)大幅提高;或是在動子部分采用便捷式設(shè)計，以實 現(xiàn)快速的安裝與拆卸工作;或是運用先進(jìn)的控制算法和優(yōu) 良的調(diào)度策略，以及高速實時工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實現(xiàn)系 統(tǒng)對整體循環(huán)線內(nèi)部的高速通訊控制和對循環(huán)線圓弧的精 密定位等。

　　以凌翔磁浮的凌動MTS磁浮環(huán)形線為例，其功能組件 ——三合一環(huán)形線電機(jī)模塊分為直線段電機(jī)模塊(有電纜、 無電纜)和圓弧段電機(jī)模塊(45°、180°弧線)兩種，它將 電機(jī)線圈、驅(qū)動器和編碼器集成為一體，結(jié)構(gòu)緊湊、靈活 性高，通過組合這些直線段和圓弧段電機(jī)模塊，就可以設(shè) 計適應(yīng)不同場地條件的環(huán)形線路，系統(tǒng)集成了電機(jī)、多位 置檢測、驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)通信等功能，減少了所需組件數(shù) 量、布線、裝配工作量和調(diào)試時間。

　　此外，凌翔磁浮開發(fā)的凌動MTS磁浮接駁線通過三合一環(huán)形線電機(jī)模塊，結(jié)合高精密直驅(qū)模組/絲桿模組/同步 帶混合使用，可實現(xiàn)水平/垂直方向接駁，在接駁回轉(zhuǎn)部 分實現(xiàn)更小的占地面積，靈活組建軌道布局和運動曲線： 工位部分采用三合一環(huán)形線電機(jī)模塊滿足高性能柔性傳輸 需求，非工位部分采用直線電機(jī)/絲桿/同步帶組件混合使 用，有效地降低了建設(shè)成本。

　　其中，凌翔磁浮采用電機(jī)、驅(qū)動與位置檢測的一體化 設(shè)計，通過將三合一電機(jī)模塊結(jié)合直線導(dǎo)軌集成為一體， 研發(fā)推出了凌動三合一直驅(qū)模組(動圈式或動磁式，圖 4)。這款凌動三合一直驅(qū)模組專為自動化生產(chǎn)線而設(shè)計， 無外置驅(qū)動器，可實現(xiàn)高效的運動控制和更小的占用空 間，同時依托一體化設(shè)計可省去額外的連接線與中間件， 簡化步驟，便于安裝和使用，為用戶提供了一種更靈活、 多樣化的傳動方案。

　　不僅僅只是“輸送”這么簡單

　　另一種柔性輸送方案——平面磁懸浮輸送系統(tǒng)，相較而 言，其最突出的一個特點就是將系統(tǒng)的運動控制維度從傳統(tǒng)的1D空間(旋轉(zhuǎn)電機(jī))、2D空間(平面輸送線)，拓展 至6D空間， 即X軸、Y軸、Z軸、X軸旋轉(zhuǎn)、Y軸旋轉(zhuǎn)、Z軸 旋轉(zhuǎn)，令整個運動控制更為靈活，也更加充滿自由設(shè)計的 可能性。這是因為每個動子可以完全相互獨立地移動，上 面的每個產(chǎn)品都可以按照各自定義的路線經(jīng)過設(shè)備，除了 二維平面運動之外，還可疊加傾斜和提升運動，實現(xiàn)6D定 位，因而為實現(xiàn)精簡的加工工位帶來了創(chuàng)新的可能，即將 輸送功能和加工工藝整合在同一套系統(tǒng)之中。

圖 5 采用倍福 NCT 無電纜技術(shù)的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)動子 上的末端執(zhí)行器對齊產(chǎn)品，以進(jìn)行條形碼掃描或質(zhì)量檢驗

 （資料來源：倍福官方微信公眾號）

　　例如，在液體灌注等典型場景中，采用貝加萊 ACOPOS 6D平面磁浮技術(shù)，每個動子攜帶瓶子(夾具固 定)，間距可任意調(diào)整，可實現(xiàn)自動稱重(+/-0.5mg稱重 精度)、不同容積或液體的灌注、按照不同規(guī)格排列進(jìn)行 逐行灌注，整個灌注過程變得非常靈活，高度功能集成， 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡化且高精度。

　　此外，在食品和制藥加工包裝機(jī)械行業(yè)中，在同一系統(tǒng) 中，倍福XPlanar平面磁懸浮產(chǎn)品輸送平臺與Vision機(jī)器視 覺硬件利用光學(xué)成像，可實現(xiàn)對后道包裝產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

　　另據(jù)悉，去年底，倍福XPlanar平面磁懸浮輸送系統(tǒng)推 出了兩款高緊湊度的驅(qū)動模塊，它們的尺寸更大，可以在 最小的占地面積上讓155 mm寬的XPlanar動子單軌或雙軌 運行，新的定子模塊組合能夠有效減少所需空間，節(jié)約高 達(dá)50%的空間，同時還能節(jié)約50%的成本，尤其是在輸送重 量在800g到3000g中間時，效果更佳，并且由于新型平面 模塊的精度、動態(tài)性能和可排布動子密度更高，因此開辟 了更多的應(yīng)用場景。

　　同樣地，磁驅(qū)柔性輸送線的發(fā)展也存在著這一趨勢。 例如，倍福利用其無電纜技術(shù)(NCT)直接實現(xiàn)了XTS磁驅(qū) 柔性輸送系統(tǒng)動子的非接觸式供電和同步實時數(shù)據(jù)通信， 使得動子能夠通過末端執(zhí)行器實現(xiàn)各種不同的機(jī)器人功 能，也就是說，每個XTS動子用作一個機(jī)器人，輸送系統(tǒng)的 功能已不僅僅只是傳輸，而是構(gòu)成了一套高度靈活的多機(jī) 器人系統(tǒng)。如：在包裝領(lǐng)域，幾乎所有用于進(jìn)料或加工過 程的輸送帶、分揀、機(jī)器人技術(shù)或物料搬運等都可以借助 這種高度集成的自動化系統(tǒng)，來完成復(fù)雜的產(chǎn)品和物料搬 運工作;或是在動子上配備帶電機(jī)驅(qū)動的抓手、電磁鐵或 真空吸盤實時拾取、輸送和存放物品，使得動子成為移動 的物料流系統(tǒng)，再通過旋轉(zhuǎn)和對齊產(chǎn)品以進(jìn)行條形碼掃描 或質(zhì)量檢驗。