灵活应对变化-柔性输送技术的数字化潜能
发布时间：2024-07-26 www.cechina.cn
理解数字化转型
数字化，它对于离散制造企业的意义在于“用软件的灵活性来适应环境的复杂变化”，数字化转型，就是以数字化的技术、服务来响应“用户中心”的需求变化。数字化转型，它应该包括了三个层级的需求。
1 数字化意味着现场的过程数字化，即，可被数字化采样传输的数据，设备的信号、运行状态等信息。
2 对这些信息的数字化应用—即，用于生产调度、品质分析、参数优化、路径规划等。
3 通过数字化来响应快速的市场变化，实现自适应制造能力，以应对快速变化的市场需求。这意味着数字化转型，是基于数字系统来应对变化，企业具有了“数字化”的能力，进而实现依靠“数字化”的业务、方法来服务于用户的千变万化的需求。
图 1—整个自适应制造平台
如图 1 所示，贝加莱的 ACOPOStrak 柔性输送轨道技术、ACOPOS 6D 平面输送系统，以及视觉、机器人、控制器、通信系统所构筑的整个生产系统，能够为离散制造企业的数字化转型提供基础实现。本文用于解析其实现思想与过程。
数字化设计
在这个系统里，数字化的对象就更容易被“集成仿真”，仿真的意义：在于配合整个系统，它可以将机器人、轨道、加工工站、产品、数据进行全集成的仿真，包括生产的逻辑顺序、空间干扰、时间匹配、运动性能（加减速性能）等，全部进行分析，它可以为系统寻找基于时间、占地面积、产能输出需求下的系统布局优化。以及在多种产品组合下的各个生产最佳状态的评估—它带来的好处在于：
图 2—数字系统的建模仿真
1 以所见即所得方式来评估产线：这对于采购产线的用户来说，非常具有吸引力-它降低了产线投资风险；
2 产品换型前的生产模拟：在虚拟环境中对逻辑、参数进行测试后，即可在现场快速预备，等前面生产完，快速上线测试生产，快速投产。
复杂任务，简单编排
尽管 ACOPOStrak/ACOPOS 6D 这样的技术带来最大的好处在于：它如此灵活，集成反倒更简单。因为，在传统上，我们理解一个机器的复杂性，需要为其设计复杂的程序以应对变化，或者建立比较庞大的模型—但又会让系统灵活性会受损。
如图3所示，对于 ACOPOStrak，在 Automation Studio 中的任务编排软件功能 mappTrak，它主要是一个配置过程，比如配置出被加工对象经过的节点等行程整个产线的布局，并通过可视化的软件来呈现动子运动过程。然后对动子上的被加工参数（用户参数）进行配置，设置系统的碰撞监测、死锁、排他性、电子栅栏，然后这些就可以形成整个生产任务。
图 3—mappTrak 的任务规划
碰撞检测会由系统来自动完成，避免动子间产生物理性碰撞。而排他性就相当于为动子提供了“闭塞区间”，这有点类似于高铁动车的“闭塞区间”，意味着该动子获得了这个路径的“路权”，在其工作期间，其它动子不会进入这个区间。而电子栅栏则是考虑到工站的工作区覆盖，为每个进入工作区间的动子提供一个“栅栏”，通常负载均衡是连续的，但出于安全考虑，这个电子栅栏在某些场景还是需要配置的。
这个系统考虑了各种在生产中所面临的场景，通过编排来实现他们的灵活、安全、高效的运行。
而图 4 所示为 ACOPOS 6D 的任务编排，它可以快速的构建出应用任务。
图 4—ACOPOS 6D 通过拖拽布局方式来实现应用的构建
在图 4 的 ACOPOS 6D 任务编排中，其实可以由可视化的界面对这些动子进行排布，以及他们的路径进行拖拽连接，并由系统对这个布局进行优化，包括节拍、路径等。它整个运行过程中的能源消耗、维护等也可以被记录，采集，用于生产系统自身持续的优化。
所有的复杂工程问题，其解决的核心思路都在于“化繁为简”，复杂的路径任务要通过智能调度算法来实现—否则就得 “If…then…else” 的方式来编程，这带来的问题是工作量大，更换了生产又需要再编程。
整个数字化系统，提供了数据的实时连接能力，它与电子仪表盘结合、数据报表（CSV,PDF）的生成，形成数字化制造的可视化系统。并可通过 OPC UA 的交互，为 MES/ERP 提供数据的上下行连接，构建完整的制造、运营全数字实现架构。
生产过程数字化
另外，我们在看一下精益中的数字化呈现，看板能力如何被数字化的发挥，柔性输送技术如何在基础设施层面实现“数字化”的改变：
01 机械->电磁的转换：
这个转换就使得原有的机械输送（如皮带、链块、分度盘等）的和被加工对象（产品/配件）可以被数字化。因为，轨道上的动子的位置、速度、加速度，经过的工站，都可以通过网络传输给控制器。而被加工对象又和这个动子结合在一起，动子本身是可以携带参数的。
第一步，它让整个对象数字化了，包括通过可携带的参数来让被加工对象也数字化了。
02 信息标签与数字制造
由于每个动子有一个 ID，并且，这个数字化的对象上可以加载其他信息标签，可以将如下信息加载到这个动子上：
● 加工序号；
● 被加工产品的规格及工艺参数（如压力,温度,时间等信息）；
● 加工顺序（如途径的各个节点编号）；
● 运动信息：例如期间需要和机器人的 TCP、机器的工具中心的配合；
● 精度信息，例如：视觉检测的精度、中心点信息用于判断；
这与传统机械输送相比，则是非常不同，可以让生产处于透明状态，以及中间生成品质信息、与品质相关信息的加载，构成一个“透明”、“可追溯”的生产系统。
它带来的好处在于：
1 它提供了生产的计算，例如数量统计、不良品统计。
2 用于节拍优化的参数。
3 效率分析：由于提供了时间粒度更小的状态数据，它可以让生产用更小的时间粒度来排产，进而提升整体的生产排程的响应速度。
贝加莱柔性输送技术构建的“自适应制造”系统，就是通过工程上的复杂问题解析，实现灵活的应对变化的能力，进而为企业整体的业务数字化转型带来支撑。