ACOPOS 6D-裝配生產新模式

ACOPOS 6D是貝加萊ACOPOS運動控制家族的全新成員，它是面向全新的自適應制造場景而設計，為什么會推出ACOPOS 6D這樣的產品？它的技術基礎是什么？它如何工作？本文將予以解析其全景。

圖1-ACOPOS 6D平面磁浮電機系統

ACOPOS 6D是什么？

對于常見的電機包括永磁同步馬達、直線電機，他們的運動主要為旋轉或1個直線運動，因此，可以理解為1維運動控制，而像貝加萊的ACOPOStrak，其動子可以在2維空間（X,Y）運動。而ACOPOS 6D則是提供了6個維度的運動控制。

圖2-滑塊的動子運動6個自由度

如圖2所示，即，鋪設于機械平面上的線圈（相當于旋轉電機的定子）通過ACOPOS電源單元提供磁場控制，驅動永磁體動子滑塊（相當于同步旋轉電機的轉子）運動，可以實現多個維度運動。即，在X,Y,Z三個軸的往復運動，以及沿著X,Y,Z三個軸的旋轉運動，構成六個自由度的空間運動。與其內部的控制器、軟件、通信系統構成整個平面磁懸浮運動控制系統。

為什么設計ACOPOS 6D這樣的產品？

顯然，個性化生產是在每個領域都普遍存在的，隨著競爭的加劇，每個制造商不僅需要依靠不同的規格產品適應不同的消費群、場景來設計，還得用個性化的標簽彰顯消費者的價值主張。而傳統的機器、輸送系統、工裝夾具等構成的制造系統，往往適應于大規模標準化生產，其已經達到質量成本的巔峰，但是，由于個性化需要頻繁進行換裝、制程變化，使得交付能力（單位時間產出）下降，并且開機浪費等造成的浪費相對于批量變小，瞬時就將不良品率提高，造成成本上升。

圖3-大規模定制生產成為了普遍的需求

制造業不斷設計的數字印刷技術、柔性電驅技術、通信技術，其實都是為了解決在整個生產中如何實現個性化的生產重組問題。貝加萊之前已經推出ACOPOStrak柔性電驅輸送系統，而2021年推出的ACOPOS 6D則是進一步擴展其運動控制產品的維度，另外擴展4個維度達到新的自由度。

圖4-柔性產線要實現的能力

讓我們來看柔性制造的一個場景，傳統的灌裝系統通常針對單一品種，但是，其生產能力超強，可以達到10.8萬瓶/小時的生產速度，但是，卻是標準產品，但是，如果對于10個不同的飲料要成為一個盒子進行包裝，難道我們需要10條產線進行生產嗎？但是，這種批量又往往很小，這導致了傳統產線對于這種訂單就很難，但是，在貝加萊與KRONES的ACOPOStrak產線上，就可以實現小批量多品種的生產，10個白瓶（未貼標）流向10個不同的灌裝頭，然后排隊進入2個不同瓶口旋蓋，再流向各自所需的標站貼10種不同的標簽。這個生產過程中，可以看到它可以零停機工藝切換，并且能夠讓生產產品快速面市，這是今天電商消費時代的特點，為了降低庫存，商家要求快速交付，而眾多商家的產品需求會發生變化，在一些節假日會造成峰值生產需求，這一切都使得傳統制造的能力必須被新的生產組織模式所替代，而ACOPOS 6D通過改變生產組織形式，使得產品擺脫傳統產線機械束縛，達到較高的自由度，進而實現大規模定制化生產。

ACOPOS 6D它如何構成產線？

ACOPOS 6D工作時，其運動所需的平面可以由240*240mm的平面定子模塊按需拼接，如圖5所示，每個定子模塊之間通過實時以太網POWERLINK連接，并連接到控制器上。ACOPOS 6D可以根據生產線的布局（Layout）進行排布，然后配合機器人、工裝夾具、工作站進行生產工序設計。

而動子模塊也可以有不同尺寸，根據所需進行組合，其具體機械參數如表1所示。

圖5-ACOPOS 6D的布局示意圖

通過圖5可以看到，ACOPOS 6D可以依據生產需要，由一塊塊的定子模組構成鋪設布局，動子則可以根據需要選擇經過每個工站，并以任意形式運動，例如輸送到工站1加工，也可以形成曲線加工、也可以以X,Y做傾斜提供加工斜面，它包含了輸送、配合與協同、定位與同步、曲線等多種加工關系，進而形成所需的產品制造流程。

表1-定子模塊相關機械參數

圖6-ACOPOS 6D與機器人的集成場景

滑塊虛擬與機械連接方式

對于平面定子模塊可以像拼接地板磚一樣拼接成不同布局，進而在其旁邊、上方設置加工位，被加工對象則由滑塊加載運行期間，而滑塊可以成組運動，包括了虛擬的連接（由軟件配置）可以實現同步控制，或成組加載同步運行，也可以通過機械的連接來實現關聯關系。

ACOPOS 6D如何組成生產系統？

貝加萊的X20、APC均可通過POWERLINK連接6D控制盒，它主要解決運動的磁場方向與反饋定位等控制，而ACOPOSmulti電源為其提供供電，定子模塊可以通過電源和通信連接形成一個生產布局。整個生產系統，既包括ACOPOS 6D的平面磁浮電機控制，也包括ACOPOS的其它電機控制、機器人控制，構成整個生產單元的邏輯、運行過程。如圖7所示，為一個ACOPOS 6D的生產控制系統架構。

圖7-ACOPOS 6D構成的控制系統

ACOPOS 6D能達到什么樣的性能？

每個動子模塊可以達到2m/S的運行速度、加速度為2g，而重復定位精度為1μm，其中在Z軸方向的運動為0.5-4mm，X,Y軸旋轉<20mrad，Z軸旋轉<20°。

數字孿生系統

ACOPOS 6D的生產應用開發可以像SuperTrak、ACOPOStrak一樣，都可以通過IndustrialPhysics等數字化軟件進行早期驗證，由于Automation Studio可以與這些軟件建立連接，通過其規劃的產線可以與ABB機器人集成，并對其生產的節拍、空間碰撞進行早期驗證，確保其滿足設計運行能力以及可行性，如圖8所示。

圖8-ACOPOS 6D的數字孿生設計

它的優勢與應用場景主要體現在哪里？

圖9-ACOPOS 6D的優勢聚焦

1.六個自由度運動控制，除了通常的X,Y軸運動，還增加了Z軸及X,Y,Z的旋轉軸運動，ACOPOS 6D將運動控制由平面的約束轉向了更為廣泛的空間，這使得生產的自由突破了傳統機械的束縛，達到了新的高度。

2.無摩擦與磨損運動控制，由于采用純的磁懸浮技術，定子和動子并沒有接觸，機械磨損，這使得傳統機械傳動磨損帶來的維護、精度下降被消除，確保其質量的高一致性。

3.勝任潔凈環境，由于采用全新的材料設計定子平面和動子，使得ACOPOS 6D可以為衛生等級提供產品輸送與加工配合。

圖10-醫療器械生產與裝備系統場景

4.高精度加工：由于其重復定位精度可以達到+/-1μm,使得它能夠勝任高精度的定位場景，高品質的加工、裝配環節，如電子半導體、鋰電池電芯生產等環節。電子半導體類產品的裝配過程都是需要較高的定位精度，以及角度靈活性，包括響應的敏捷性，這些都是ACOPOS 6D可以發揮空間的場所。

5.可擴展的輸送系統：對于ACOPOS 6D，它可以任意擴展，一個控制單元可以管轄多達80塊平面定子和數百個動子，這使得其可以構成一個可重復利用并可擴展的輸送系統。

6.免維護，對于生產制造企業而言，非常具有誘惑力的特征，因為，穩定而可靠的生產，就是利潤的來源，高良品率、高OEE，確保企業良高效提供高品質產品，并且低成本。