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柔性输送如何提升产线效率?

作者:作者:www.cechina.cn 发布时间:2024-07-25

摘要: 自推出首款柔性输送 SuperTrak 后,贝加莱又相继推出ACOPOStrak和 ACOPOS 6D 多代产品。

  制造业正在面临着数字化转型的变革大潮中,但是,在很多时候,人们把聚焦点放在了“AI”和“数字化”的话题上。而实际上,在离散制造的产线上,也面临着巨大的变革,智能的分析与决策,同样需要“智能”的执行机构才能构成完整的“数字化制造”系统。
  离散制造业包含了各个领域的产品前道的成型,以及后道的组装过程—它的挑战在于产品复杂性在规格、工艺、流程维度形成的复杂组合空间,这对生产的组织效率提出了难题。因此,变化的制造需要对这一问题的解决方案,这也正是柔性输送要去解决的。

图 1—ACOPOStrak 构建的制造平台
  自推出首款柔性输送 SuperTrak 后,贝加莱又相继推出ACOPOStrak(如图 1)和 ACOPOS 6D 多代产品。已被广泛应用在各领域如食品饮料、制药、医疗器械组装、日用化工、消费电子、汽车电子等。在此过程中,贝加莱积累了非常丰富的应用场景经验:针对哪些场景,以及解决哪些效率问题,并如何高效的工程集成,使得项目能够成功达产。

浪费究竟在哪里?
  对于组装生产企业而言,精益生产(Lean Production)思想及方法被普遍采用。而对于精益生产而言,其核心思想在于“消除一切浪费”。从这个视角来看,传统产线中的零配件输送、等待、堆积、中断、换装、设置等都被认为是生产中的浪费,成为了 OEE 不高的主要因素。
  图 2 是最为常见的机械环形输送线,各个工站围绕在其周边形成一个工序流,而这个普遍被采用的输送线中,其实,由于其机械的“固定”带来非常多的问题:

图 2—传统的机械输送链道的环形工站过程
  1  负载均衡问题:
  由于各个工站的节拍不同,那么,就会产生快速工站产生的产品堆积到低速工站前,这使得要么为其提供较大的缓冲区,或者通过预先的工站数配置,使得能够形成连续负载在各个工序间的均衡—可以称为“配平”。
  但是,如果产品规格发生变化,导致节拍也发生变化,原有的均衡将被打乱,即,因为节拍的变化,而无法达到系统最大的产出能力—而如果产品经常性的变化,那么,系统就无法按照最高性能来运转,这会降低 OEE 中的性能(Performance)部分。
  2  定位问题:
  产品规格变化后,会产生加工中心点位置的变化,由于是连续的链块输送。导致每个工序工站对齐中心加工,其它工站—或者移动工站位置,又是复杂的调整。同时,如何让加工对象能够“等间距队列”排队加工,并能够提前在上一批加工完离开工站时,后序刚好启动加速并精确的进入下一工站,在时间上保持严丝合缝—进而,让效率进一步发挥?
  3  中断:
  由于产品需要跨线,因此,需要由人工进行搬运到其他产线的过程,这个会产生加工过程的“中断”,无论是采用机器人、AGV 还是人工的搬运,都会让生产产生一个时间上的断点。
  4  换型时的机械更换:
  个性化时代的产线经常会面临这个问题,例如在液体类的化妆品、饮料、制药等输送中,需要根据瓶子规格更换螺杆—这种就会消耗较多的时间,包括需要清洗等,使得产线的 OEE 下降。
  5  剔废:
  在出现废品、卡料等情况时,需要将减速、停机来进行料的剔除。而且,还有一个问题是,如果这些产品需要“成组”,如 6/12 个一起进入包装容器,那这个组里缺少了一个产品,也会给生产带来不必要的麻烦,例如人工或机器人等的干预。
  以上“传输”、“等待”、“中断”、“换型”、“剔废”等动作,都会造成整个产线的工艺设备无法被有效的使用,因此,整个产线的 OEE 就会下降。
  因此,必须有一种变革,来改变产线,让它能够适应这种变化。
  柔性输送技术,就是为了解决这些问题—不仅包括上述问题,包括数字连接、机械磨损带来的维护,都是在磁悬浮输送技术实践过程中,给我们带来的惊喜—它的确改变了原来的生产线组织,使得生产能够变得更为高效,以应对复杂的生产变化。我们以贝加莱的 ACOPOStrak 和 ACOPOS 6D 为例,来阐述它如何改变着制造过程。

节拍均衡效率高
  对于精益而言,大规模生产形成“连续流”(Continuous Flow),而对于个性化较强的如混线生产则需要形成“单件流”(One Piece Flow),这样才能使得产线达到最高的效率水平。
  01  动子间距的灵活调整实现负载均衡:
  在 ACOPOStrak/SuperTrak 上,各个工站时间发生变化,由于每个动子的速度、加速度、间距都可以被调整。它可以使得产线能够根据节拍变化形成新的均衡状态,而这些均衡是由系统自动生成,无需复杂编程。
  这使得即使在产品更换后,节拍、位置发生变化时,生产仍然可以形成新的“连续流”状态。

图 3—由动子灵活位置调整带来负载均衡
  02  产品队列的间距重新调整
  比如,排队进入,需要进行等间距队列进入不同工站,这个时候,动子滑块可以根据这个间距可调,让他们自动形成一个队列。而这个队列的间距也是可以任意调整的—这个是机械的输送难以实现的。
  例如:当一个需要经过检测的视觉中心,而随着产品规格变化,放大或缩小—机械节距无法进行精确定位,而此时,ACOPOStrak 的动子则根据这个位置需求重新自由调整。

容错:配置服务区-剔废与零扰动换型
  对于产线而言,可以配置出服务区,由于 ACOPOStrak 的轨道并不限于闭环,而是可以由 90°、135°--这样开环轨道,可以在产线侧形成一个类似于 F1 的赛车服务区,如图 4 所示,它包括几个作用:
   针对不良品,离开生产到服务区,而避免将不良品纳入到下一工序;
   零扰动换型:对于下一个批次的生产,其动子夹具在服务区可以设置等待。传统机械输送需要在前一批次里完成,再进行机械的工装夹具与调校。而对于 ACOPOStrak 而言,下一批次的动子在服务区等待,等前道完成,即可快速切换到下一个批次的生产。

图 4—ACOPOStrak 配置服务区
用于不良品或预装下一批次夹装
  通常,通过早期虚拟验证,可以预先对整个生产的节拍、工艺参数进行预先的配置,及程序的预先编写。即可快速上线。

跨线流动与混线生产
  当出现跨线流动需求时,在 ACOPOStrak 则由贝加莱独特的“变轨技术”,使得动子可以在各个轨道间流动。它降低了对辅助机械的需求,无论是皮带、机械手抓取换道、还是人工、AGV 等。
  跨线流动的应用场景包括:
  首先,负载分配,例如 A 工站 0.5S,而 B 工站 1.5S,那么,就可以在 A 工站后分三个产品流到 3 个 B 工站,以形成两个工序间的负载 1:1,当然反之,则可以汇流。

图 5—变轨形成负载不同
  图5即是一种轨道布局,它可以用于负载的均衡,同时它的灵活性还在于—如果同样一个饮料,我们希望它贴不同的标签,其实,也可以用这个布局。
  其次,变轨技术是让混线生产成为可能,即,产品根据需要流向自己所需的工站,而无需逐一加工,可以避开不需要的工站,并跨越“挡路者”。在 ACOPOS 6D 中,这个可以通过“超车道”来实现产品的“自主流动”—无需按步就班的走在一个固定的路线上。

图 6—混线生产的布局
  如图 6,在很多生产中,有些工序是相同的动作,但不同的参数,但后道会出现不同的动作,如吹瓶进来是相同的,却需要灌不同的饮料,或灌装相同却贴不同的标签…这就会需要将相同及不同的工站解耦,形成一个混线生产。

机械简化好处多
  除了对负载均衡,容错、跨线流动,整个柔性输送对于机械简化带来的好处也是非常显著的。举个最简单的例子:如 ACOPOS 6D 用于加工,当我们对一个产品进行例如焊接动作要焊接一个圆的时候,它需要 X,Y,Z 三个轴都动作,这个机械机构会需要安装三个电机驱动的机械机构。而如果改为 ACOPOS 6D,则像图7右侧一样。因为,这个动子,它自己可以带着被加工对象—轻松的走这样一个圆来加工。

图 7—ACOPOS 6D简化机械系统
  不仅如此,在遇到需要变位的时候,ACOPOS 6D 还可以沿着 X,Y,Z 轴做旋转,这样机械变位机构也会被省略。
  它带来的好处就太多了:
  ■ 机械简化:
  快速就构成一个产线,当需要调整的时候,软件来定义这个曲线。
  ■ 维护工作少:
  少了这么多机械,维护也变得简单;
  ■ 精度有保障:
  这些非接触的磁悬浮输送技术,它们没有机械磨损造成的误差累积,精度一致性高。
  ■ 产线更易复用:
  想复用,就是编程去重新规划路径、加工工艺参数即可。
  ACOPOStrak/ACOPOS 6D 这样的柔性输送与平面磁浮输送技术,它非常大的改变了传统机械产线所带来的调整、维护等复杂性。并且,为产线设计提供了更多的可能性—不仅是输送,在配合加工、产线可视化、仿真等方面提供了非常大的灵活性。在目前数十个应用项目中,包括了医疗器械、日化、包装、制药、电子、电池等各个领域。
  回到本文最前面,它实现了精益中的“消除一切浪费”,它在各个环节带来的好处,使得它具有“效率倍增器”的能力。

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贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业,2017年7月,贝加莱成为ABB集团的一个业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者,贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力,为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。贝加莱保持持续的创新精神,为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。

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  • 王民 在2024/11/4 10:48:00留言
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