ACOPOS 6D-装配生产新模式

ACOPOS 6D是贝加莱ACOPOS运动控制家族的全新成员，它是面向全新的自适应制造场景而设计，为什么会推出ACOPOS 6D这样的产品？它的技术基础是什么？它如何工作？本文将予以解析其全景。

图1-ACOPOS 6D平面磁浮电机系统

ACOPOS 6D是什么？

对于常见的电机包括永磁同步马达、直线电机，他们的运动主要为旋转或1个直线运动，因此，可以理解为1维运动控制，而像贝加莱的ACOPOStrak，其动子可以在2维空间（X,Y）运动。而ACOPOS 6D则是提供了6个维度的运动控制。

图2-滑块的动子运动6个自由度

如图2所示，即，铺设于机械平面上的线圈（相当于旋转电机的定子）通过ACOPOS电源单元提供磁场控制，驱动永磁体动子滑块（相当于同步旋转电机的转子）运动，可以实现多个维度运动。即，在X,Y,Z三个轴的往复运动，以及沿着X,Y,Z三个轴的旋转运动，构成六个自由度的空间运动。与其内部的控制器、软件、通信系统构成整个平面磁悬浮运动控制系统。

为什么设计ACOPOS 6D这样的产品？

显然，个性化生产是在每个领域都普遍存在的，随着竞争的加剧，每个制造商不仅需要依靠不同的规格产品适应不同的消费群、场景来设计，还得用个性化的标签彰显消费者的价值主张。而传统的机器、输送系统、工装夹具等构成的制造系统，往往适应于大规模标准化生产，其已经达到质量成本的巅峰，但是，由于个性化需要频繁进行换装、制程变化，使得交付能力（单位时间产出）下降，并且开机浪费等造成的浪费相对于批量变小，瞬时就将不良品率提高，造成成本上升。

图3-大规模定制生产成为了普遍的需求

制造业不断设计的数字印刷技术、柔性电驱技术、通信技术，其实都是为了解决在整个生产中如何实现个性化的生产重组问题。贝加莱之前已经推出ACOPOStrak柔性电驱输送系统，而2021年推出的ACOPOS 6D则是进一步扩展其运动控制产品的维度，另外扩展4个维度达到新的自由度。

图4-柔性产线要实现的能力

让我们来看柔性制造的一个场景，传统的灌装系统通常针对单一品种，但是，其生产能力超强，可以达到10.8万瓶/小时的生产速度，但是，却是标准产品，但是，如果对于10个不同的饮料要成为一个盒子进行包装，难道我们需要10条产线进行生产吗？但是，这种批量又往往很小，这导致了传统产线对于这种订单就很难，但是，在贝加莱与KRONES的ACOPOStrak产线上，就可以实现小批量多品种的生产，10个白瓶（未贴标）流向10个不同的灌装头，然后排队进入2个不同瓶口旋盖，再流向各自所需的标站贴10种不同的标签。这个生产过程中，可以看到它可以零停机工艺切换，并且能够让生产产品快速面市，这是今天电商消费时代的特点，为了降低库存，商家要求快速交付，而众多商家的产品需求会发生变化，在一些节假日会造成峰值生产需求，这一切都使得传统制造的能力必须被新的生产组织模式所替代，而ACOPOS 6D通过改变生产组织形式，使得产品摆脱传统产线机械束缚，达到较高的自由度，进而实现大规模定制化生产。

ACOPOS 6D它如何构成产线？

ACOPOS 6D工作时，其运动所需的平面可以由240*240mm的平面定子模块按需拼接，如图5所示，每个定子模块之间通过实时以太网POWERLINK连接，并连接到控制器上。ACOPOS 6D可以根据生产线的布局（Layout）进行排布，然后配合机器人、工装夹具、工作站进行生产工序设计。

而动子模块也可以有不同尺寸，根据所需进行组合，其具体机械参数如表1所示。

图5-ACOPOS 6D的布局示意图

通过图5可以看到，ACOPOS 6D可以依据生产需要，由一块块的定子模组构成铺设布局，动子则可以根据需要选择经过每个工站，并以任意形式运动，例如输送到工站1加工，也可以形成曲线加工、也可以以X,Y做倾斜提供加工斜面，它包含了输送、配合与协同、定位与同步、曲线等多种加工关系，进而形成所需的产品制造流程。

表1-定子模块相关机械参数

图6-ACOPOS 6D与机器人的集成场景

滑块虚拟与机械连接方式

对于平面定子模块可以像拼接地板砖一样拼接成不同布局，进而在其旁边、上方设置加工位，被加工对象则由滑块加载运行期间，而滑块可以成组运动，包括了虚拟的连接（由软件配置）可以实现同步控制，或成组加载同步运行，也可以通过机械的连接来实现关联关系。

ACOPOS 6D如何组成生产系统？

贝加莱的X20、APC均可通过POWERLINK连接6D控制盒，它主要解决运动的磁场方向与反馈定位等控制，而ACOPOSmulti电源为其提供供电，定子模块可以通过电源和通信连接形成一个生产布局。整个生产系统，既包括ACOPOS 6D的平面磁浮电机控制，也包括ACOPOS的其它电机控制、机器人控制，构成整个生产单元的逻辑、运行过程。如图7所示，为一个ACOPOS 6D的生产控制系统架构。

图7-ACOPOS 6D构成的控制系统

ACOPOS 6D能达到什么样的性能？

每个动子模块可以达到2m/S的运行速度、加速度为2g，而重复定位精度为1μm，其中在Z轴方向的运动为0.5-4mm，X,Y轴旋转<20mrad，Z轴旋转<20°。

数字孪生系统

ACOPOS 6D的生产应用开发可以像SuperTrak、ACOPOStrak一样，都可以通过IndustrialPhysics等数字化软件进行早期验证，由于Automation Studio可以与这些软件建立连接，通过其规划的产线可以与ABB机器人集成，并对其生产的节拍、空间碰撞进行早期验证，确保其满足设计运行能力以及可行性，如图8所示。

图8-ACOPOS 6D的数字孪生设计

它的优势与应用场景主要体现在哪里？

图9-ACOPOS 6D的优势聚焦

1.六个自由度运动控制，除了通常的X,Y轴运动，还增加了Z轴及X,Y,Z的旋转轴运动，ACOPOS 6D将运动控制由平面的约束转向了更为广泛的空间，这使得生产的自由突破了传统机械的束缚，达到了新的高度。

2.无摩擦与磨损运动控制，由于采用纯的磁悬浮技术，定子和动子并没有接触，机械磨损，这使得传统机械传动磨损带来的维护、精度下降被消除，确保其质量的高一致性。

3.胜任洁净环境，由于采用全新的材料设计定子平面和动子，使得ACOPOS 6D可以为卫生等级提供产品输送与加工配合。

图10-医疗器械生产与装备系统场景

4.高精度加工：由于其重复定位精度可以达到+/-1μm,使得它能够胜任高精度的定位场景，高品质的加工、装配环节，如电子半导体、锂电池电芯生产等环节。电子半导体类产品的装配过程都是需要较高的定位精度，以及角度灵活性，包括响应的敏捷性，这些都是ACOPOS 6D可以发挥空间的场所。

5.可扩展的输送系统：对于ACOPOS 6D，它可以任意扩展，一个控制单元可以管辖多达80块平面定子和数百个动子，这使得其可以构成一个可重复利用并可扩展的输送系统。

6.免维护，对于生产制造企业而言，非常具有诱惑力的特征，因为，稳定而可靠的生产，就是利润的来源，高良品率、高OEE，确保企业良高效提供高品质产品，并且低成本。