柔性输送技术为何潜能巨大？

柔性输送技术让整个生产处于灵活的可观测、可控制状态，实现精益所需的消除浪费、达到效率倍增，它是制造数字化最后一个堡垒。

市场研究机构睿工业（MIR）在2022年底发布的自动化行业报告显示，柔性输送作为一个自动化领域新兴的细分市场，在过去的5年里一直保持着超过30%的增速。并预计未来5年该市场仍将有30%以上的复合增长速度。

它为何如此快速的发展，究竟如何为制造业带来效率提升，以及它究竟适合什么样的场景？凡此种种，都需要我们回到制造的现场，从精益生产的视角来分析——这是一种用户视角，而非技术本身的视角，可能我们会更易于理解它的魅力究竟在哪里？

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站在精益视角来理解

精益生产是被广泛应用于制造业的一种管理体系，包括理念、原则、方法与工具的运营系统。精益的核心理念在于“消除生产过程中的一切浪费”。为实现消除生产中的浪费，即需要通过实现JIT生产，它包括生产线上的连续流、单件流、拉动式、均衡化、柔性、标准化等多个维度。最终要消除浪费，并形成连续流动的生产过程，以及均衡的负载-节拍一致，这就像要让生产线保持一种优美的韵律-流动的盈利。

那么如果我们围绕“消除一切浪费”这一核心理念去分析，结合要实现连续流、均衡生产这一JIT模式来看，就本质而言，如果达不到连续、均衡、标准、柔性，就会产生大量的浪费。借此，我们就能看到柔性输送技术，它究竟如何在消除浪费并让生产实现JIT有哪些精彩表现。

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传统输送带来的生产中的浪费分析

首先，我们需要了解采用机械属性系统的浪费，即，消除一切浪费，这一核心理念中的浪费在哪里？而与生产输送系统相关的浪费又在哪里？

• 等待浪费：由于传统的机械输送系统（机械链道、皮带、滚轮、分度台等），将被加工对象绑定在一起，而生产工位必然的节拍差异，使得快速工位形成加工不足，而低速工位前面形成堆积、等待，生产也就无法形成连续性。

•加工浪费：主要指那些多余的“不增值”的过程，如缓冲区过大带来的不必要的输送时间、排队等待、输送系统的维护、参数的调校、工装夹具切换等。

•不良品浪费：除了生产造成的不良品，这种众所周知的考虑。另一个容易被忽视的是，如何剔除不良品，在传统的输送线上经常需要人工来完成剔除，并需要重新人工补料，以及需要减速或局部停机，而这些都是会造成时间的浪费，破坏生产的连续性。

•搬运浪费：如果产品的组装需要经由不同的通道，而这些通道无法实现连续流动，需要人工予以搬运。即便使用机器人也会需要根据需要进行夹具或参数的调校动作，造成生产的迟滞。

这些浪费可能会带来的问题在于，理想的连续流、单件流（One Piece Flow）状态下的生产才能达到效率最高，而这些都会导致生产缺乏连续性、中断，这些都会浪费时间、人工、机器的有效产能等，都会使得效率受到制约。

接着，我们来看看像贝加莱的ACOPOStrak，它如何来改善乃至消除这些浪费，以及形成连续流、均衡化的生产过程。

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传统输送连续流的难点？

即便对于所谓的流水线，其实，传统的生产仍然在输送环节存在一些难题，使得产线无法达到连续流/单件流生产状态：

■通常输送需要形成闭环，这与传输的牵引机构有关，利用皮带、转盘的方式必然得是闭环。这使得需要在不同的输送通道间切换，带来了不必要的时间和加工浪费。

■需要根据生产配置机械的变位机构，以及上下料机械手、龙门机构，以及线体间的AGV及匹配的机器人。

■需要频繁的上下料动作，浪费较多的时间。

对于复杂的流水线组织，需要在不同的工位间进行灵活切换，传统机械输送需要人工、机器人或其它机构的配合，而ACOPOStrak则给出了非常简单的动作—变轨，在需要变化的时候，只需要从A轨道，切换到B轨道，而且实现极低扰动-作为输送的环节，并不影响加工本身的精度。

ACOPOStrak的轨道并非一定是闭环，它可以开环，加载被加工对象的动子，可以从一个轨道经过电磁场的吸放变化到另一个轨道，这无需额外的人工、机器人搬运即可实现。这看似简单的“变轨”两个字，却实际上解决了生产里输送的大量麻烦，时间和精力的消耗。

其实对于前面说到的“频繁上下料”，除了变轨可以让在不同通道间来切换，对于原来需要上下料的，也可以设计为“边走边加工”。被加工的产品是加载在这个动子上，而不是在轨道上—这很关键，过去的机械输送，产品是嵌在轨道上了才变得不那么自由。而改为加载在可运动的动子上，就可以实现“边走边加工”—无需上下料，加工完沿着轨道自动向前即可。

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负载均衡问题

除了连续流/单件流，为了提高效率，各个工位间还要达到均衡化生产。但是，在传统的输送技术中，会由于以下的原因带来无法实现均衡化生产，使得设备资源、人工等浪费。

■前道快，后道慢，零配件排队等待，低效率；

■前道慢，后道快，机器等被加工产品来，低可用性。

■为了工序间所设置的大量缓冲区。

假设我们有1/2/3总计三个工位进行3个不同的加工，其时间节拍分别为31.那么，这里我们可以用合适的工位匹配，以及合适的缓冲区设置，来使得整个生产达到均衡化，即，11的生产整体节拍。

▲图2：ACOPOStrak的负载均衡。

图2就是以工位的均衡来匹配，因为是边走边加工，因此，可以不需要上下料到工作台上，然后配置出最小公倍数下的工作台，这比较适合大规模的加工—特别需要提示，很多人认为柔性输送是为了个性化生产而设计，这也不完全正确，它其实是可以挖掘任何生产中的浪费、中断来解决问题，通过问题的解决来提升效率，对大规模生产如此，对个性化也是如此。

当然，对于大规模生产就可以根据生产来配置工位的匹配达到生产的均衡化，而对于柔性生产，那么这个工位就需要具有灵活性，而不一定是固定的个数，这个时候，ACOPOStrak它的动子速度、加速度、间距就可以通过改善“缓冲”-工位间距，以及运输速度来弥补这些不必要的输送和缓冲浪费。同样可以达到均衡的生产。

缓冲区是工厂经常占地面积较大的部分，为了安全裕量，传统的产线必然在工位间配置较大的缓冲区，而这使得输送路径较长，且占地面积大，造成输送的时间浪费和物料的堆积。

对于ACOPOStrak和SuperTrak这样的输送系统而言，中间这个缓冲区可以被有效的消除，通过ACOPOStrak的动子速度调节，这个缓冲区间的动作可以被有效的降低，进而提升整个生产的效率。当然，这个缓冲区的设置降低乃至消除也是为了降低轨道本身的成本。

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工程流-易于变更的产线

加工中必然所需要的变更、切换，也是非有效加工-不增值。但是，由于ACOPOStrak采用了电-磁切换，这使得系统可以被数字化描述，通过对轨道物理参数（动子间距、速度、加速度、位置）、机器人、被加工对象（尺寸、重量）、传感器（视觉、光电开关）均可建模，并在虚拟环境中测试验证。

通过像IndustrialPhysics等软件的数字孪生设计，可以为系统进行早期验证，以及贝加莱的为用户提供的CTO（节拍优化器）也可以对产线进行优化。

这与传统机械输送的差异就很明显，因为，它的动子和被加载的对象都是可以被纳入到仿真中的。而且，在重新任务编排时，贝加莱Automation Studio中也为ACOPOStrak提供了mappTrak的编排模块，它可以快速对新的生产任务进行编排。

这些都可以在早期的设计规划阶段，运营中的切换阶段，可以在系统里以数字的方式预先进行分析、优化。在早期可以论证产线的效率/成本，在运营中，可以对下一个订单的生产任务进行预先的编排和优化，并下载，降低所需的时间消耗-而工装夹具也可以有储存区，通过机器人在线更换。大幅降低切换时间，消除不增值的时间浪费。

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柔性输送技术-制造数字化最后一个堡垒

像ACOPOStak这样的输送技术，它最大的特点就是“数字化”，通过电-磁转换，使得原来机械的输送，变成可被软件操控的对象—这是真正意义的数字化。

回顾早在30年前产业想推动的柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。我们会发现，FMS定义了四个组成，计算机管控平台、数控（CNC）、工业通信、输送系统，如图3所示。前面三个其实已经实现了数字化，包括CIMS架构里的CAD/CAE/CAM/CAPP等、ERP/MES等都已经成熟，而数控加工，以及各种数字化设备也已经成熟，而实时以太网及OPC UA也构建了IT和OT的连接。

▲图3：传统的FMS定义中的系统组成。

数字化使得我们可以观测生产过程，发现其存在的浪费、以及优化的方向和空间，并予以有效的控制、管理过程，实现精益所要达到的不断持续改善，以及效率的不断提升。

但是，这四个组成中，输送系统却一直没有被数字化，在很长的时间里，前道的工艺成型设备已经很好的数字化控制、连接到生产系统。但是，现场还有人工的搬运，好一点到机械的皮带输送，或者再高级一点到分度盘、机械链道，但是，他们一直没有能够将这个输送系统给数字化，因为只有实现了数字化，才能让大脑的指令被高效执行。而柔性输送技术就相当于攻克了制造数字化的最后一个堡垒。

这也是为什么像ACOPOStrak/ACOPOS 6D这样的输送技术拥有巨大潜能的原因，它是制造数字化最后一个堡垒。因为，它让整个生产处于灵活的可观测、可控制状态，实现精益所需的消除浪费、达到效率倍增。

审核编辑：刘清