柔性生产助推先进输送方式

　　根据Interact Analysis 2024版磁悬浮柔性输送系统全球 市场调研报告，磁悬浮柔性输送是工业自动化领域正蓬勃增 长的细分市场，过去几年间市场规模迅速扩张，尤其是已经 规模化应用的线性磁悬浮输送系统，全球销售额从2020年 的2.37亿美元迅速增长到2023年的4.88亿美元;平面磁悬 浮柔性输送系统仍在起步阶段，但2023年也已经产生了接 近2000万美元的销售额。未来五年，预计来自电池制造、 半导体与电子、医药、食品饮料等行业的需求将持续推动全球市场增长，2024-2029年预测整体市场规模年均增速 (CAGR)为19.7%(见图1)。

　　而在运动控制/直驱产业联盟、深圳市工业运动控制产 业协会、MBL制造业品牌库共同研究撰写的《2024年中国磁 悬浮柔性输送系统产业发展白皮书》中指出，2023年中国磁 悬浮柔性输送系统市场规模达到7.08亿元人民币，在全球市 场规模中占比超过20%;2024年中国磁悬浮输送市场销售额 预计超过7.5亿元人民币。2024-2029年，中国磁悬浮柔性输 送系统市场预计年均复合增长率(CAGR)将达到20.9%，到2029年，市场规模将达到 19.5亿元人民币。在乐观预测情景 中，市场未来五年CAGR将达到29.6%，到2029年，中国磁悬 浮柔性输送系统市场规模将突破27.4亿元人民币(见图2)。

　　从目前应用情况来看，线性磁悬浮柔性输送系统占据 市场的主流，平面磁悬浮柔性输送系统仍有待挖掘更多的市 场机会。从2021年起，来自锂电行业的需求激增，到2023 年，锂电池制造已经成为线性磁悬浮柔性输送系统最大的应 用市场，其中绝大部分项目在亚洲。此外，医疗器械与制药 行业(含包装)、食品与饮料行业(含包装)、半导体与电 子行业也是磁悬浮柔性输送线的重点应用领域(见图3)。

　　磁悬浮柔性输送市场之所以能够在未来几年内保持如 此高速的增长(下文主要探讨的是线性磁悬浮柔性输送系 统) ，得益于当前生产方式的巨大变革。随着精益生产和消 费产品市场迭代周期越来越短的现实压力，制造企业迫切需 要引入一种既能提高生产节拍满足快速捕捉市场“窗口”， 又能快速调整产品类型和生产节拍的柔性生产方式。在这一 产业趋势下，各级政府纷纷通过出台相关政策，鼓励企业采 用先进的输送系统，通过优化结构设计、采用节能电机、实 施智能节能控制等措施，推动制造业的智能化和绿色化转 型。而在行业内部，最近几年，部分厂商在磁悬浮柔性输送 系统的各个关键技术环节上取得了重大突破，技术储备和产 业认知不断提升，一些新的“玩家”陆续进入市场，越来越 多差异化的产品方案面市，3C电子、汽车、锂电、食品饮 料、医药、物流等行业的快速发展带动了需求量的迅速增 长，使得磁悬浮柔性输送系统市场在未来一段时期内有望处 于高速成长的状态(见图4)。

　　产线智能化、柔性化“基石”

　　驱控、电机、位置检测是磁悬浮柔性输送系统的三大组 成部分，其中，驱控系统的成本在整套磁悬浮输送线中的占 比较高，因此，驱动控制拓扑的高性价比和容错特性对系统 应用规模的扩大具有重要意义。目前来看，磁悬浮柔性输送 系统的驱动控制拓扑包括多路复用驱动控制、集中式驱动控 制、分布式驱动控制三种，相较而言，分布式驱动控制方案 更适合未来需要柔性调整动子数量、提升自动化及智能化程 度的应用趋势。另一方面，部分厂商运用电流分段切换供电 技术，实现了动子数量的大容量，且通过对初级模块上的单 元电机或单元线圈分段驱动供电的模式，达到了对任意动子独立控制和分组同异步控制的功能，降低了驱动器的整体成 本。此外，智能化控制策略也被引入这一领域，例如：采用 高精度电流和速度控制技术，能满足更大容量的动子数量， 以及高动态、高精度控制的需要，同时在需要多个动子运行 时，运用切换控制及电流分配控制策略，实现高可靠性及效 率的最优化;采用多动子同/异步运动控制技术，实现动子 工况与生产工序调整的快速适应和优化，可满足多规格产品 工序的快速调整，这些都是目前用户端对磁悬浮输送系统提 出的运动控制要求。

　　在电机部分，磁悬浮输送系统普遍采用的是永磁同步电 机，结构简单，驱动控制方法较成熟，并具有较高的推力密 度、功率因数和功率，另外，更多自由度的磁悬浮输送技术 近几年来也开始备受关注，如平板电机在平面磁悬浮输送系

　　统中的应用等。至于位置检测技术，主 要用到的是光栅尺、磁栅尺、霍尔传感 器、电感式传感器等，在一些不需要精 密绝对位置控制的应用中，也采用到无 位置传感器技术，用以节省传感器的成 本。

　　在技术演进方向上，总体而言，随 着不同行业需求和应用方式更加丰富， 磁悬浮输送技术将朝着更高精度、更大 推力、动子更密集、更高防护等级等方 向发展，并成为工业自动化产线朝着智 能化、柔性化转变的“基石”。

　　有厂商表示，磁悬浮输送系统大致上将在性能、智能化、形态上呈现三大发展趋势：

　　· 性能提升，复合励磁技术推动单模组推力进一步提 升，最高速度达10m/s，精度进化达到纳米级定位控制 (±10nm)满足量子器件制造需求，推力密度提高2-4倍， 单位面积运载能力提升5倍;

　　· 智能化升级，自感知系统嵌入振动、温升等各类传感 器，实现设备健康自诊断，群控算法基于联邦学习的多机协 同控制，动态调度效率提升60%，能源自治，动子集成无线 供电与能量回收，达成零外接能源运行;

　　· 形态创新，空间多维化，开发多维磁悬浮输送矩阵， 重构立体生产空间;柔性变形体，可编程磁阵列实现输送轨 道动态重构;生物融合，仿生设计满足细胞培养、器官芯片 等生命科学场景。

　　产业协同拓展行业示范项目

　　不得不承认的是，现阶段，磁悬浮输送技术仍处于发 展的初期阶段。通过前期一批磁悬浮输送系统开发厂商的努 力，成功示范项目不断增多，国内部分大型知名制造型企业 对磁悬浮输送技术的认知逐步加深，对磁悬浮输送产品的认 可度也日益提高，行业渗透加速。首先是高端制造业先行， 3C电子、半导体封装、精密医疗设备等领域率先规模化应 用，生产效率提升50%以上;其次是新能源产业爆发，动力 电池、光伏组件、氢能装备等生产线渗透率有望成为柔性智 造标配;此外是助力传统产业升级，食品包装、汽车制造等 场景开始出现“磁悬浮+”改造浪潮，旧线改造成本较新建下降60%。可以预见的是，磁悬浮输送技术将重构工业自动化 生产生态体系，与数字孪生、AIoT(人工智能物联网)深度 融合，成为智能工厂数据入口，推动“单件流”制造模式普 及，实现大规模个性化定制，形成新型生产范式。

　　但与此同时，相对于传统的输送方式，磁悬浮输送作 为一项创新型产品和技术，一些中小企业客户对其技术成熟 度、成本、可靠性等方面还存有顾虑，这也是当前市场尚未 大规模引入磁悬浮输送技术的主要原因。

　　针对这些情况，有厂商建议可从以下几个方面开展工 作：一方面，持续推进技术创新，不断优化产品的性价比， 让磁悬浮输送技术在成本效益上更具竞争力;另一方面， 在重点行业和领域与头部企业深度合作，认真做好每一个订 单，服务好每一个客户，凭借出色的项目交付成果，为客户 切实带来更好的效益，逐步积累良好的口碑;同时，厂商还 应以开放、合作的心态，与更多集成商、合作伙伴积极探索 并解锁更多的应用场景，丰富产品的实际应用案例，以此消 除客户顾虑，借此推动磁悬浮输送技术的市场推广进程。

　　另一个业内热议的话题就是磁悬浮输送系统的标准化 建设。目前磁悬浮输送技术相关的行业标准和规范还处于空 白状态，各家生产的控制器、驱动器、电机、动定子、导轨 等产品会存在尺寸不一、接口标准不同的情况，用户端难 以进行各厂商产品的集成和使用，也制约着产业化大规模生 产;各家技术路线、技术语言的差异化较大，难以形成行业 通用的技术语言和规范体系，难以在技术研发上分工合作， 技术迭代速度慢，同时影响了用户对于磁悬浮输送系统的

　　接受速度;尤其是在产品安全、产品防护 等方面，各企业技术方案差异化比较大， 用户现场环境复杂，产品稳定性、安全性 得不到保障，也为低价、低质恶性竞争留 下空间。磁悬浮输送系统行业标准的制定 工作迫在眉睫，其中包括如何明确设计、 安装、运维全流程规范以及覆盖电磁兼容 性、安全防护等多项核心技术指标。

　　控制为王，服务柔性产线

　　从最近一年的市场发展来看，磁悬浮输 送系统可以说是工控自动化行业中为数不多 的亮点细分市场之一，参与厂商较为活跃， 厂商类型大致上可分为：专注磁悬浮输送系 统的厂商，如ATS、PMI、果栗智造、纵苇科技、敏行智控等;全球工业自动化企业，如博世力士乐、倍 福、贝加莱、罗克韦尔、施耐德、LS电气等;机器人及配套执 行器厂商，如增广智能、大寰机器人、捷勃特机器人等;直驱 产品厂商，如雅科贝思、纳博旺、泰科贝尔、玖均传动、横川 机器人等;设备类厂商，如烽禾升FHS等。

　　在磁悬浮输送系统的市场推广过程中，越来越多的厂 商把焦点放在了对控制器、驱动器的研发上，且多以自研为 主。在整体系统中，控制器负责根据工艺设计以及主控控制 器下达的指令和传感器实时传回的数据给输送线上的各个 驱动器发送指令，以驱动动子按照运行算法和工艺参数来 精确、稳定的运行，因此是整个输送系统的“大脑”。而其 中， 内置的控制调度算法是整个系统的核心，承担了所有动 子的实时调度、路径规划和精确定位的职责，它不仅要实现 多动子(小车)间的协调控制，避免动态作业时的碰撞，还 需通过对动子位置和速度的精确预测，实现高效、稳定的运 动控制。

　　定位于服务柔性化产线的特点，也为磁悬浮输送系统控 制部分的开发带来了较大的挑战。例如，操作系统层面对实 时系统的算力要求高，需要支持复杂的进程间时钟同步重入 管理机制;算法层面需要支持多动子调度、岔道调度、多路 段调度等复杂逻辑，避免动子之间发生碰撞，并精准预测控 制与前后动子之间的距离，同时，要根据实际应用过程中产 生的微小变化，提供补偿算法;硬件层面则需要实现高稳定性控制主板开发，以及定制化实时总线协调的接口等。

　　例如，有的厂商开发的磁悬浮输送系统控制软件可提供 手动、自动等多种操作模式，满足不同场景下的使用需求， 通过模拟仿真功能，客户可以在虚拟环境中进行生产节拍的 测试与优化。软件支持标准的PLCOPEN协议接口，使得每个 动子都能实现单独控制，为用户提供广阔的二次开发空间。 此外，工站调度功能可根据用户需求自由配置组合，轻松实 现定制化生产需求。

　　在功能方面，一些厂商开发的控制系统可支持在线动态 增删动子;软件通过自研算法自动适配夹具或产品尺寸，实 现碰撞距离的精确控制、多种尺寸动子的独立碰撞控制以及 前瞻规划算法;可支持推力控制模式，能够灵活适配不同尺 寸的产品，满足多样化生产需求;基于PLCopen协议开发的 规划模块，能协助客户快速完成二次开发。与外部工站(如 X、Y轴)的同步随动功能，也是目前众多厂商关注的一个热 点，它可为客户大大节省外部工站机械的投入成本，整个生 产流程也更加稳定、可靠。

　　尽管在目前实际项目落地的过程中，磁悬浮输送系统仍 存在着与产线外部机构适配度、恶劣环境适应性、成本控制 与性能提升兼顾等应用难点，但毋庸置疑的是，这项技术在 工业4.0时代柔性智造的发展趋势下，已成为一股不可阻挡 的新兴力量，其灵活部署、快速调整等应用优势在多样化、 小批量生产中正发挥着重要的作用。