這就是智能柔性輸送系統(tǒng)的一個典型應(yīng)用案例，這類磁懸浮輸送系統(tǒng)是一種運用直線電機(jī)的新方法，是使用磁體以無摩擦推進(jìn)的方式精確控制運動，由磁驅(qū)電機(jī)模塊、控制系統(tǒng)與環(huán)形導(dǎo)軌組合而成的一種新型智能輸送線，它設(shè)計靈活、更換快速、直線段和弧形段可以無限組合，以滿足設(shè)計、生產(chǎn)和空間的要求，也是先進(jìn)制造的一項細(xì)分技術(shù)發(fā)展趨勢。

       自動化運輸系統(tǒng)是大型機(jī)組設(shè)計的關(guān)鍵組成部分，它連接著各個生產(chǎn)單元，并確保始終保持高效、無縫的生產(chǎn)過程。自動化運輸系統(tǒng)的技術(shù)布局質(zhì)量及其運行效率直接影響到制造企業(yè)的運營效益。在傳統(tǒng)的皮帶式、鏈條式、齒輪和步進(jìn)梁結(jié)構(gòu)的線體之外，目前，一種以直線電機(jī)驅(qū)動的智能輸送系統(tǒng)開始步入人們的視線之中，被越來越多地運用在自動化生產(chǎn)線傳輸和裝配環(huán)節(jié)之中，例如新能源電池/電芯自動化組裝生產(chǎn)線、無菌自動化灌裝產(chǎn)線、3C/ 半導(dǎo)體自動化產(chǎn)線、汽車組裝重負(fù)載輸送線等等。根據(jù)專業(yè)市調(diào)機(jī)構(gòu)MIR睿工業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年中國磁懸浮輸送線的市場規(guī)模約為3.5億元，同比增長30%-40%， 預(yù)計到2025年，該市場有望達(dá)到10億元的規(guī)模(如圖1 所示)。

圖 1 2019-2025 年中國磁懸浮輸送線市場規(guī)模趨勢

　　(資料來源：MIR 睿工業(yè))

　　這種以直線電機(jī)驅(qū)動的智能輸送系統(tǒng)是一種智能柔性線體(Flexible Manufacturing System)，又被稱為磁懸浮輸送線、磁驅(qū)環(huán)形線、動磁式輸送線、環(huán)形直線電機(jī)輸送線等。實際上，這種磁懸浮輸送線系統(tǒng)在國外已經(jīng)是非常成熟的輸送技術(shù)，磁懸浮輸送線不受機(jī)械限制的設(shè)計， 產(chǎn)品一鍵更換，簡化了機(jī)械設(shè)計，通過減少復(fù)雜的工具加工，實現(xiàn)輕松升級，停機(jī)時間更少，操作更快速，通過直接驅(qū)動技術(shù)來降低能耗。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，磁懸浮輸送線以輕松集成、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通信協(xié)議和軟件配置的移動配置文件，實現(xiàn)快速、簡單地切換，移動部件更少，所需維護(hù)更少、停機(jī)時間更短，速度則可提高約10倍?！?/p>

        從結(jié)構(gòu)來看，磁懸浮輸送線系統(tǒng)大致上包括磁驅(qū)電機(jī)模塊、控制系統(tǒng)與環(huán)形導(dǎo)軌等組成部分。其中，磁懸浮輸送線的環(huán)形線控制方式與普通的直線電機(jī)模組不太一樣， 針對磁懸浮輸送線的特殊的工作方式，需要將驅(qū)動器、控制器和編碼器整合到一起，實時監(jiān)控上面運動部分的位置來達(dá)到很好的控制效果，上面定子在走的時候，下面要分別控制它不同線圈的顯示模式，因此，更強大的驅(qū)動器和控制器將會越來越融合，同時還要求系統(tǒng)應(yīng)具備內(nèi)置自我診斷和故障排除功能，可快速識別故障源，方便用戶的使用和操作。

　　突破傳統(tǒng)輸送線的“瓶頸”

　　一直以來，輸送設(shè)備一般包含了鏈條、傳送帶、傳動裝置和其他機(jī)械裝置，這些解決方案靈活性有限，且浪費能源，導(dǎo)致維護(hù)成本過高。羅克韋爾開發(fā)的獨立推車技術(shù)將機(jī)械組件替換為獨立磁懸浮技術(shù)，是一種運用線性電機(jī)的新方法，它使用磁體以無摩擦推進(jìn)的方式精確控制運動，減少了需要維護(hù)的零件，降低了能源消耗，并且能夠快速啟動和停止負(fù)載而不會失去控制或造成零件磨損，因而重新定義了自動化裝置的速度和靈活性。

　　面對當(dāng)前越來越多小批量、多品種的生產(chǎn)模式，制造業(yè)企業(yè)需要更多的選擇和定制化產(chǎn)線，為了適應(yīng)這一需求，機(jī)器需要更加靈活和易于轉(zhuǎn)換，例如軌道的彎曲或筆直部分可以無限組合，以適應(yīng)工廠設(shè)計和廠房空間的要求。為此，羅克韋爾系統(tǒng)中的每個推車都是自主智能控制的運動軸，這意味著推車可以根據(jù)系統(tǒng)中其他推車的位置來加速或減速。此外，該系統(tǒng)還會跟蹤每個推車傳送的貨物，因此無需減速進(jìn)行分揀，瓶頸減少，提高產(chǎn)量。

　　特別是針對電動汽車電池制造，羅克韋爾自動化協(xié)助解決EV 電池制造難題，簡化生產(chǎn)線，實現(xiàn) ICT 和自動化投資價值的最大化，并推出了一系列集成化、差異化的獨立推車技術(shù)和產(chǎn)品組合。MagneMover LITE 是一種智能、價格合理的智能輸送系統(tǒng)，專門設(shè)計用于快速、高效地移動輕型負(fù)載，在機(jī)器內(nèi)應(yīng)用和對運動要求苛刻的應(yīng)用中，它的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的帶式傳送機(jī)和鏈條傳送機(jī)，可將過程優(yōu)化和生產(chǎn)量提高到一個新的水平。

　　羅克韋爾QuickStick智能傳送系統(tǒng)為裝配和過程自動化市場提供了一個更快速、更清潔、更高效的貨盤傳送系統(tǒng)替代解決方案。QuickStick 模塊采用了MagneMotion?線性同步電機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了端到端配置，通過產(chǎn)生電磁力，以10倍于傳統(tǒng)系統(tǒng)的速度推進(jìn)承載器。借助具有機(jī)器制造商庫的 Studio 5000? 應(yīng)用項目代碼管理器，可將 QuickStick 快速、輕松地集成到 Logix 控制環(huán)境中;使用帶有 Allen-Bradly PLC 的 SYNC IT 控制器和高速車輛定位反饋，可以實現(xiàn)更復(fù)雜的移動曲線。

　　從一維、二維到六維

　　貝加萊的運動控制技術(shù)一直致力于制造的柔性，從機(jī)器內(nèi)部的加工，到機(jī)器之間，以及零配件在不同機(jī)器之間，在原材料變化、工序、工藝、路徑各種變化的挑戰(zhàn)下，實現(xiàn)個性化、柔性化。

　　在離散制造領(lǐng)域的機(jī)器與裝備，旋轉(zhuǎn)電機(jī)或直線電機(jī)都是1個維度的運動，即旋轉(zhuǎn)或直線運動，這種一維運動主要發(fā)生在一個機(jī)器內(nèi)部，它們帶來的是機(jī)器本身工藝的柔性，讓機(jī)器可以通過參數(shù)設(shè)置來適應(yīng)不同的加工規(guī)格及成型工藝。貝加萊ACOPOS家族里的伺服驅(qū)動器ACOPOSmotor、ACOPOSmulti共直流母線驅(qū)動、ACOPOSmicro等都可以支持各種柔性化生產(chǎn)需求。

　　圖 2 貝加萊六維運動控制技術(shù)的演變

　　而當(dāng)一個或多個產(chǎn)品從不同的設(shè)備進(jìn)入組裝階段，就離開了機(jī)器到了一個更大的空間，產(chǎn)品的尺寸規(guī)格、組合方式、工序順序都在發(fā)生變化，也為柔性生產(chǎn)提出了巨大的挑戰(zhàn)，如何提供物料輸送和通信連接成為了新的問題。貝加萊ACOPOStrak系統(tǒng)能提供X、Y兩個維度的運動，而不像傳統(tǒng)輸送帶只能按照固定速度運行，ACOPOStrak不僅提供定位精度，還可為生產(chǎn)路徑提供智能算法，使得物料輸送形成非常多的路徑，可以分道進(jìn)入組裝，也可以讓不良品沿著專用路徑離開，它的物料放在動子托盤上，可以按照設(shè)定去相關(guān)的工位加工，拼裝為一條柔性軌道輸送物料，以達(dá)到最大的效率。

　　當(dāng)產(chǎn)線進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品的流程變得更為復(fù)雜的時候，就需要較為復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來配合。貝加萊ACOPOS 6D在平面定子上的動子運動可以形成各種組合，這是一種純磁懸浮技術(shù)，無機(jī)械接觸，不產(chǎn)生摩擦。并且每個動子托盤可以形成六種運動：X軸、Y軸、Z軸、R(X)-沿X軸的旋轉(zhuǎn)、R(Y)-沿Y軸的旋轉(zhuǎn)、R(Z)-沿Z軸的旋轉(zhuǎn)，即X、Y、Z軸運動加上這三個維度的旋轉(zhuǎn)疊加運動，它使得運動可以在空間內(nèi)形成自由，這種輸送方式進(jìn)一步將二維運動擴(kuò)展到六維。

　　其實，不管是ACOPOStrak，還是ACOPOS 6D，其核心都在于“調(diào)度”的智能化。因為對于多個工序的個性化加工來說，智能“排產(chǎn)”需要一定的策略和方法。但對于ACOPOStrak和ACOPOS 6D來說，調(diào)度本身已被封裝好了，用戶僅需通過軟件來“編排”任務(wù)即可，系統(tǒng)會進(jìn)行調(diào)度計算，并通過POWERLINK網(wǎng)絡(luò)來感知各自的位置、間距，并傳遞各自的當(dāng)前位置與速度，讓產(chǎn)品以更靈活的方式被輸送給機(jī)器加工，而不是被約束在一個群體中只能做集體行動(大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)模式)，從而實現(xiàn)個性化、柔性化生產(chǎn)。

　　化繁為簡，優(yōu)化整體制造過程

　　倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)是一款應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟的高性能驅(qū)動解決方案，系統(tǒng)中的磁力驅(qū)動動子沿著全集成式電機(jī)模塊構(gòu)成的路徑移動。一臺安裝有 TwinCAT 自動化軟件的工業(yè) PC 可以獨立控制運動特性各不相同的動子。由于 XTS 電機(jī)模塊中包含了功率電子元器件和位移測量元件，而且動子完全無源，因此輸送系統(tǒng)在組裝完成后即可立即投入使用;同時電機(jī)模塊的幾何形狀不同，可以根據(jù)應(yīng)用需要創(chuàng)建一個開放或者封閉的移動路徑，并且可以通過各自的軌道布局減少設(shè)備的占地面積。XTS不僅取代了傳統(tǒng)的機(jī)械輸送帶，而且實現(xiàn)了創(chuàng)新的機(jī)械設(shè)計，通過靈活的運動曲線，可以實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的過程，從而優(yōu)化整體制造過程。

　　安裝 TwinCAT 3 自動化軟件的倍福工業(yè) PC 是XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)控制的核心組件，數(shù)據(jù)通過基于 PC 技術(shù)的控制器進(jìn)行集中處理， 一方面可以使用各種功能塊非常簡單地執(zhí)行診斷、操作或者實時處理生產(chǎn)過程中耦合硬件的功能;另一方面，這些數(shù)據(jù)也為預(yù)測性維護(hù)提供了良好的基礎(chǔ)。

　　圖 3 倍福模塊化的 XTS 磁懸浮輸送

　　例如，在食品和醫(yī)藥包裝機(jī)械行業(yè)，食品和醫(yī)藥行業(yè)全球領(lǐng)先的工藝和包裝技術(shù)提供商瑞士星德科(Syntegon)是倍福XTS 系統(tǒng)的首批客戶之一，目前已有60 款包裝機(jī)械都采用了倍福XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，應(yīng)用于初級和次級包裝場景中。與傳統(tǒng)的輸送鏈不同，智能輸送系統(tǒng)將每個 XTS 動子作為單獨的伺服軸靈活進(jìn)行控制， 進(jìn)而獨立控制每個產(chǎn)品此外，它還可以非常靈活地調(diào)整產(chǎn)品間距。系統(tǒng)可以分別加速產(chǎn)品的運動，優(yōu)化整個產(chǎn)品流程，在高性能應(yīng)用中可以達(dá)到每分鐘輸送 1500個產(chǎn)品的穩(wěn)定速度，特別適合用于初級和次級包裝機(jī)的進(jìn)料系統(tǒng)。在傳統(tǒng)供應(yīng)鏈中，每次規(guī)格的切換都必須單獨地手動更改移動裝置，而 XTS 系統(tǒng)只需通過相應(yīng)的軟件功能輕按一下按鈕即可解決這一問題，可以節(jié)省大量時間，大大提升整體設(shè)備運行效率。

　　除了靈活性和速度之外，X TS 系統(tǒng)還可以柔和地完成每一次產(chǎn)品搬運動作也是許多糖果制造商選擇它的一個主要因素，并且XTS設(shè)計非常緊湊(曲線半徑僅為250mm)，顯著減少了設(shè)備的占地面積。

　　另外，倍福新推出的采用無電纜技術(shù)(NCT)的XTS系統(tǒng)可以實現(xiàn)動子非接觸式連續(xù)供電和同步實時數(shù)據(jù)傳輸，可以直接在動子上實現(xiàn)額外的加工過程，無論是在運動期間，還是在靜止?fàn)顟B(tài)下，尤其是在產(chǎn)品搬運、加工和輸送的同時進(jìn)行的測量以及快速變化的生產(chǎn)批量的設(shè)備改造方面，無電纜技術(shù)為用戶提供了實現(xiàn)全新解決方案的可能。

　　國產(chǎn)柔性環(huán)形產(chǎn)線開發(fā)動向

　　去年10月，上海果栗自動化科技有限公司完成了7000 萬元A輪融資，此次融資由基石資本領(lǐng)投，老股東中科創(chuàng)星、敏一基金、盛宇投資跟投。果栗科技創(chuàng)始人、CEO池峰表示，本輪融資將主要用于公司標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)充、售后服務(wù)團(tuán)隊搭建以及新產(chǎn)品研發(fā)。

　　目前，這家國內(nèi)智能柔性環(huán)形線開發(fā)領(lǐng)域的代表廠商已完成iTS全磁驅(qū)環(huán)形線型、iTS-接駁型、iTS-混合型(直驅(qū)+同步帶)等智能柔性環(huán)形線產(chǎn)品的量產(chǎn)，可根據(jù)不同客戶、不同應(yīng)用場景需求進(jìn)行適配化定制，滿足行業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)需求。另據(jù)介紹，公司在3C電子行業(yè)、面板行業(yè)、能源行業(yè)、汽車等行業(yè)，已和富士康、Apple(蘋果手表灌膠線體產(chǎn)線)、LG、京東方、Molex、微創(chuàng)醫(yī)療等頭部企業(yè)展開了合作，供應(yīng)量產(chǎn)設(shè)備。

　　圖 4 果栗科技開發(fā)的 iTS 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形線

　　果栗科技CEO池峰表示，果栗致力于做中國智能柔性環(huán)形線領(lǐng)域的革新者，未來將重點聚焦于技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，包括：高精度，定位精度最高可達(dá)10微米級別;高速度，可實現(xiàn)4米每秒的傳輸;柔性化，生產(chǎn)配置靈活，動子間速率可差異化運作;高效率，通過動子間的節(jié)拍整合， 實現(xiàn)最快的生產(chǎn)效率;更節(jié)能，較傳統(tǒng)產(chǎn)線能耗可節(jié)省80%;無粉塵，不采用線纜及滑動摩擦方式，可極大提升產(chǎn)品品質(zhì)和良率;實現(xiàn)大數(shù)據(jù)生產(chǎn)，對每一個獨立產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)生成、上傳、識別、管理，提高企業(yè)的智能化管理水平。

　　結(jié)語

　　綜上所述，可以看出，智能柔性輸送系統(tǒng)屬于一個小眾市場，應(yīng)用規(guī)模并算不太大，客戶群體主要集中在一些高端制造領(lǐng)域，目前的主流供應(yīng)廠商仍以國際進(jìn)口品牌為主，其整體系統(tǒng)的價格普遍超過國產(chǎn)品的一倍以上。而另一方面，雖然本土廠商的技術(shù)研發(fā)起步稍晚，但伴隨著當(dāng)前中國工業(yè)自動化市場的迅猛成長，在終端制造業(yè)用戶對多批次生產(chǎn)、低成本、穩(wěn)交期的迫切需求下，資本市場被引入，這些有利條件促進(jìn)了國內(nèi)智能柔性輸送系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)和普及推廣的加速，而要想在這一特定的應(yīng)用市場上能夠有更大的作為，則還需要本土廠商能夠在循環(huán)線高速通訊控制、循環(huán)線圓弧精密定位/識別跟蹤、環(huán)形導(dǎo)軌制造工藝等技術(shù)層面做進(jìn)一步的提升，再通過規(guī)?；?yīng)，來降低系統(tǒng)造價，為市場帶來性價比俱佳的智能輸送系統(tǒng)方案，力爭在中國先進(jìn)制造發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。