《工业机器人将怎样改变我们的生产》

  • 来源专题:数控机床——前沿技术
  • 编译者: 杨芳
  • 发布时间:2018-09-20
  • 随着机器人技术的不断发展成熟,制造业发生了巨大的变革,工业机器人逐步代替人力劳动,其应用从汽车工业扩展到电子、食品等其它领域,并彻底改变了传统工业的生产模式。去年,中国工业机器人的安装数量接近50万台,机器换人已经成为当今时代最大的趋势。

    汽车工业是目前自动化程度最高的行业,工业机器人在汽车制造业中大量使用,进行冲压、激光焊接、铝点焊、热熔接、涂装等整个生产过程。由于汽车工业的快速发展,给工业机器人带来了巨大的市场空间。此外,电子工业也得到了迅猛的发展,工业机器人开始应用到物流和电子消费领域,并引发了这些行业的巨大变革。

    工业机器人的发展趋势表现为从汽车工业延伸到电子工业、金属、化工、塑胶和食品等,逐步向消费领域渗透。上海发那科机器人有限公司总经理钱晖在2018年世界机器人大会上表示,机器人正在变得越来越智能,从最初的视觉机器人,到力觉传感器的引入,目前新一代机器人已经在认知和决策上面取得了极大的进步。

    机器人感知能力不断提升

    机器视觉在工业机器人的应用已经十分普遍,在钱晖看来,工业机器人视觉有三类:二维视觉、立体3D视觉,以及利用广域传感器技术的3D视觉,这些技术使得工业机器人识别出物体的位置、大小、颜色,包括在空间存放的位置,机器人获得了对周转的环境的感知能力。

    有3D视觉,机器人功能得到进一步延伸,可以拾取杂乱堆放的工件,不再需要工人在流水线上整理工件,带有视觉的机器人能够快速地检测到现有的工件,然后识别出它的位置。除了视觉之外,机器人还需要感知周围的力,特别是装配和接触的过程中,要判断对物体施加多少力,这样的传感器是智能机器人的必要条件。

    在机器人手腕上装六维力觉传感器,可以感知机器人运动过程的相关力度,机器人可以完成一些更高难度的工作。3D力觉传感器和六维力觉传感器对于机器人来说,是非常重要的传感元器件,目前发那科已经开发了大量不同系列的传感器,可以配置于不同场景的应用。

    协作机器人大量走进生产线

    协作机器人已经成为工业机器人的一个重要方向,在未来的制造业中,机器人将需要和人一起工作,从而更好的完成一些复杂的工作任务。不过,对协作机器人的要求比传统机器人要高。钱晖介绍,发那科的协作机器人具有三大安全功能:第一是触碰停止功能,机器人接触到人或者其它外界物体的时候感受到触碰力,机器人可以自动停止。第二是退让避让功能,就是把作业空间腾出来给人和其它设备来用。第三是触碰回退功能,机器下压的时候如果触碰到人手可以自动回退,保证手不会被挤伤,或者不会受到伤害。

    如今,协作机器人正在大量走进生产线,和工人一起作战,为制造业提供更高的效率。相对于过去需要三个人,或者两个人加一台机器人的工作,现在只需要一个人加一台协作机器人就可以满足需求。协作机器人负责取放较重的工件,而人负责处理复杂或者精密的装配工作,完成工件装配后,协作机器人帮助将工件放回货架上,使得人可以腾出更多时间来做其它工作。

    协作机器人弥补了传统工业机器人的不足,并逐步被导入到工厂制造环境中,其更多的应用场景正在探索当中,目前,发那科已经推出了多款协作机器人,和其它协作机器人不同,发那科协作机器人的负载最大可以达到35KG,可以进行较重的零件搬运、零件装配等工作,加上发那科为机器人配置了视觉和力觉传感器,使得机器人与人协作时更加安全。

    大型工业机器人与未来的探索

    在世界机器人大会上,发那科展示了一台巨型机器人,这台机器人可以举起一台完整装配的汽车,未来可以用于整车装配之后的运输。过去,汽车的搬运可能需要借助其它传动设备或者人为驾驶到展厅,以后机器人可以直接抓起汽车放到销售店的展厅上。

    工业机器人将怎样改变我们的生产

    发那科已经将超大型机器人纳入到发展计划当中,此次推出世界上最大的超载机器人负载可达2.3吨,可以在大型空间中搬运大型物体,如整台汽车。这是人力或者是过去其它机器人无法做到的。随着这种大型机器人的出现,其它应用场景也将进一步被探索出来,从而解决当前低负载工业机器人的不足问题。

    作为全球工业机器人的领导者,发那科在自己的工厂当中大量使用机器人,进行二十四小时的无人化作业,发那科工厂的绝大部分工作都是由机器来完成,而工人更多是从事调整、维修、维护、保养,包括计划方面的工作。针对最新的工业物联网趋势,发那科提出了零停机时间(ZDT)的概念,即是通过机器和云端的连接,对于分散的机器人设备提供远程服务,包括故障预警、预防维护和远程优化等。同时,发那科正在利用工业互联网为全球用户提供远程智能化服务。

    对于未来的机器人发展,发那科也做了大量的探索,例如利用人工智能的深度学习技术,结合3D视觉对工件进行准确的识别,以提高拾取的成功效率。人工智能技术或者机器学习技术赋予机器人全新的能力,随着越来越多先进技术的导入,机器人的能力会大幅提升,并将进一步改变我们的世界、改变我们的制造业。

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    • 编译者:杨芳
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    • 机器人产业正迎来黄金发展机遇期,如何推动工业机器人产业和机床工具产业的融合发展,如何做到工业机器人与数控机床的互为集成应用,已成为当前现代装备制造业产业升级的重要话题。   随着我国装备制造业转型升级,在市场需求和技术进步双重作用下,近几年来工业机器人与数控机床集成应用发展很快,应用的形式不断扩展,对当前机床智能化潮流带来新的促动,对我国机床工具行业的转型升级也必将起到有益的推动作用。   鉴于机器人研制以及与机床集成应用的发展现状,相关企业应如何建立有效的组织联络机制,以加强沟通与合作,两个行业融合发展该建立怎样的技术规范与标准,以充分做到资源共享与优势互补,并形成产业发展的合力!   机器人产业正迎来黄金发展机遇期,如何推动工业机器人产业和机床工具产业的融合发展,如何做到工业机器人与数控机床的互为集成应用,已成为当前现代装备制造业产业升级的重要话题。      机床制造过程中许多岗位主要依赖工人的体力和技能,生产效率低、劳动强度大、缺少熟练技工人才,难以保障产品稳定性和一致性,促使机床行业越来越多地采用工业机器人及智能制造技术来改造传统工艺流程。以往,昂贵的进口机器人和生产线主要在汽车等少数行业使用,在机床行业等装备制造业领域应用比例偏低,很大程度上制约着国内机床行业自动化程度的提高。   1 两大产业现状   经过“十一五”、“十二五”两个五年计划,十年磨一剑,中国数控机床产业发展已进入中档规模产业化、高档小批量生产的阶段,产业整体水平基本具备国际竞争力。数控系统作为数控机床的控制大脑,国产数控系统厂家已经掌握了五轴联动、小线段插补、动态误差补偿等控制技术,也研制出高性能、大功率伺服驱动装置,自主研发促进技术创新与进步,也萌生了工业机器人产业的雏形,催长产业发展。   当前,数控系统研制企业、机床整机企业、自动化应用集成商,甚至房地产资本大鳄们,都在尝试进入机器人领域,掀起了一股机器人产业投资热。让人担虑的是,政策过度引导带来的“圈地套惠”、产业过度投资带来的产能过剩、缺乏创新驱动带来的低端同质化竞争等,都将把机器人产业带入无序发展。值得思考的是,什么样的企业最适合研制工业机器人?      如何提升机器人产业的整体质量?总的来说,具有数控系统的基础,控制系统、伺服电机、伺服控制系统都能够批量生产的企业具有一定优势。日本FUNAC公司的产业推进路线,就是一个成功的典型案例,值得借鉴与参考。   国内已有几家数控系统企业纷纷进入工业机器人产业,走在最先的广州数控,自2006年起规划研制工业机器人产业,已走过8个年头。借助自身控制器、伺服驱动、伺服电机产品生产积累的经验,已完成工业机器人系列化的全自主开发,产品覆盖了3~200kg,功能包括搬运、机床上下料、焊接、码垛、涂胶、打磨抛光、切割、喷涂、分拣、装配等。   随着用工成本上涨、技能人才缺少、高危环保、高强度作业等问题的凸显,工业机器人参与生产制造已被广泛认知和不断使用,成为社会关注的焦点。政府更是借此促进产业转型升级,企业用其开展技术改造,转变生产方式,提高作业效能。然而,中国的机器人保有量不大,民族品牌尚在培育中,综合竞争力有待提升。那么,机器人行业将以什么样的模式向前发展?笔者认为,现阶段更需要机器人整机企业、机器人关键部件供应商、机器人集成商产业链的协同发展。      2 机器人与数控机床融合的集成方式   在数控机床加工应用领域,本土机床上下料机器人与数控机床的融合应用已在先端发展之列。从行业应用层次来看,也发生较大改变:   (1)工作岛:单对单联动机加、单对多联机加工。   (2)柔性制造系统(FMS):基于网络控制的柔性机加线,应用PLC控制平台,通过工业以太网总线方式,将多台机器人、多台数控机床及其辅助设备进行联网组线,按节拍进行有序自动生产。   (3)数字化车间:借助CADCAMCAPPSMES辅助生产工具、物流技术及传感技术,具备生产过程监控、在线故障实时反馈、加工工艺数据管理、刀具信息管理、设备维护数据管理、产品信息记录等功能,满足无人化加工需求,实现加工系统的生产计划、作业协调集成与优化运行。   (4)智慧工厂:借助智能化车间布局和ERP信息化管理系统,将最大限度地给传统生产方式带来革新。信息管理系统的数据库可以通过网关与各种外部的信息系统进行接口,将车间接入ERP系统,查询车间生产状态,实现企业资源的高效配置;借助其短信平台、邮件平台,可以向管理员进行设备故障、生产进度等信息的实时汇报。      3 工业机器人与数控机床融合发展的途径   1.加工制造方面   机器人参与机床结构件加工制造以实现自动化,专用机床服务于机器人专用减速机的精密加工,提升加工工艺质量及批量生产效率等等,具有很大的融合发展空间。借助双方企业的战略合作,机器人企业可借助机床厂家的制造与工艺技术能力实现以下目标:   (1)面向机器人的本体铸件、减速机结构件,共同研究形成批量精密制造技术,提高机器人批量化生产能力和工艺水平,攻克可靠性、一致性技术,实现高效、稳定、精密的节拍生产。   (2)面向机器人工装、夹具,机加生产线的集成能力,借助各大机床厂的广大终端客户渠道资源,委托推广应用机器人。   (3)研发面向机床单机及生产线上下料和零部件搬运、铲刮、倒角、抛磨、焊接、喷涂(粉)等自动化、柔性化生产急需的工业机器人,机床企业与工业机器人企业共同研制,实现整机零部件的自动加工,推动机床生产制造技术水平提升。   (4)工业机器人机械本体的关键零部件,如转盘、大臂、箱体、支撑套、小臂、腕体等,尺寸精度和形位公差均要求较高,对机械加工设备、工装夹具、量检具等都有很高的要求;机器人减速器的摆线齿壳、行星针轮、偏心轴及行星架等关键零件的结构优化和加工,目前国内的加工设备、装配工艺、精度检测等还难以达到。但立足使用国产数控机床及工具设备完成相关加工,则有助于提高我国高端精密机械零部件设计及加工水平,促进国产数控装置与国产数控机床的应用和发展。      2.在集成应用方面   机床上下料机器人实现机加柔性生产线将是便捷有效的推广方式。国内数控机床保有量约200万台,机器人企业首推应用机床上下料柔性机加生产线,将会有很大的市场需求,并且也有利于助推机床制造、机器人等机械零部件走向自动化、数字化、网络化的生产方式,可实现过程智能控制、信息化管理,能提高生产效率与产品质量,提高工艺管理水平,直至推动装备制造业的整体水平提升。例如,广州数控与大连机床、宝鸡机床等机床厂家形成战略合作关系,共同研发机器人专用加工机床、加工工艺技术应用、机器人机加自动柔性生产应用等项目,促进了双方互相融入各自产业应用。   国产机器人和机床工具行业与国际先进水平存在差距,尤其作为新兴产业的工业机器人,起步晚于国内机床产业,无论制造工艺水平、控制系统,还是集成应用经验;无论技术标准成熟度,还是专业人才拥有程度,都制约当前的发展速度,尚需在摸索中寻求进步。但我们相信,两者的深度融合,对于提高中国装备制造业的综合竞争力具有重大意义。
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    • 虽然我们埃夫特如今在国内走得靠前了些,但我清醒地看到,与国际四大家族相比仍然有一定差距。这个差距就在那里,不能无视它的存在,而是要直面并想办法化解。   9年前,我们仅是奇瑞汽车设备部下面不到10人的装备制造科,漫长的9年在机器人产业发展历程中犹如白驹过隙,不能否定的是,如今中国机器人产业已经有了长足发展,我无法忘记的是,9年前我作为奇瑞汽车设备部部长经常因机器人故障突然罢工而“吃瓜捞”,当时国内企业应用的机器人几乎全部依赖进口,技术受制于人导致生产线为应付机器人罢工而疲于奔命。这也倒逼着我们萌生了研发自己的机器人的想法。   相对于四大家族,如今中国机器人整机厂家也诞生了圈里所谓的“四小家族”的几个企业,而作为其中之一,埃夫特起家于应用端的奇瑞汽车企业,一直以来,通过企业改制、产学研用等模式自主培育技术、并购合资引入海外技术等战略手段,如今更是对自身有清醒认识,要想成为国际一流的机器人整机企业,必须先打通机器人上中下游产业链,围绕埃夫特建一个体系和生态圈,实现“厂厂有机器人,家家有机器人”的“中国机器人梦”。   买买买的初衷   从零起家的我们,如今拥有了多个技术研究院、年产数千台的生产线、下游客户遍及海内外各个领域,外人看来似乎一切都风光无限好,但我的神经从未放松过,起初我们仅为了“争口气”而走上机器人本体研发生产这条路,如今我们同样没有忘记这个初衷。因为要在机器人行业有所成就,必须打通产业价值链。而产业价值链由关键零部件、本体、集成应用和终端用户组成。   关键零部件的成本占整个机器人生命周期成本的一半左右,而中国在关键零部件技术上是缺失的窘境,刚成立几年十几年的国内企业要追赶国外有上百年技术积淀的企业,也并非一蹴而就。   我们选择两条路并行的方式,一种是自主培育,另一种则是资本运作。   自主培育方面,早期借助与外资品牌合作以及与高校深入合作方式,购买知识产权,扎实转化机器人技术。站在产业发展高度,始终不断引进海内外机器人专业领军人才,技术驱动公司发展。目前我们的企业员工450余人,而其中研发和技术人员就150余人,外籍人员100余人。我们每年研发投入均超过二千万元,先后组建了蔡鹤皋院士工作站、省工程技术研究中心、省级企业技术中心,与哈尔滨工业大学、安徽工程大学合作,分别组建独立法人的哈特、安普机器人产业技术研究院。近两年,企业申请专利80余项,获得国家科技进步奖二等奖,承担工信部国家科技重大专项2项、科技部“863”计划项目4项,参与制定机器人行业国家标准3项。公司目前还是中国机器人产业创新联盟和产业联盟发起人和副主席单位。   另一条路是通过收购、资本合作或者战略结盟育成一批核心零部件,提升国产机器人整体性能并有效降低使用成本。   海外收购我们近来也颇有斩获。继2014年11月收购意大利CMA公司后,今年3月8日,我们正式收购意大利EVOLUT公司,并且拟成立欧洲智能喷涂与智能工业应用研发中心。两次收购都是以技术为导向,这背后有清晰的战略支撑。总体而言,在发展快速尤其是呈现跨界融合的机器人产业,国产机器人必须通过跨越式发展满足中国产业升级背后强大的机器人需求。这让埃夫特覆盖了喷涂和高端金属加工等应用领域。   我们的考量是,EVOLUT的技术特色主要是在通用工业领域的高柔性的机器人智能应用,特别在金属加工领域积累了大量的工艺经验和解决方案,技术基础非常符合工业4.0的发展方面。   因此EVOLUT未来的技术发展方向主要是两个方面:一是基于工业4.0思想往面向特定行业,整合机器人智能作业技术,加强IOT的智能传感和数据采集技术,为客户提供智慧车间成套解决方案。第二个方面,主要是基于已有的若干行业大量机器人应用工艺经验,按特定的规则进行代码化形成工艺专家系统,为埃夫特即将启动的下一代智能作业机器人平台的开发提供原始的工艺数据积累。   鉴于ABB机器人很多功能都是由EVOLUT最早提出,并由EVO-LUT进行测试和完善的。EVOLUT也可对埃夫特机器人功能和研发方向进行指导,以EVOLUT现有的技术能力,在中国如果进行有效业务拓展。   生态圈逻辑   除了海外并购,我们还注重国内上游零部件、中游本体和集成、下游终端客户等体系的生态圈搭建,我们的目标是成长为智能制造整体解决方案提供商。曾经的终端用户美的集团近日被埃夫特引入成为第三大股东,也是处于此种考量。   我们看到,过去公司更多应用在汽车行业或者自动化水平很高、工艺相对成熟稳定的行业,而现在,随着人力成本提升、人口结构变化、制造业升级等诸多因素,机器人快速向通用工业领域渗透。   据相关机构预测,我国白色家电制造行业对于机器人和自动化装备的需求量在3万~5万台,主要作业工位为搬运、取件、装箱、码垛、焊接等。机器人及成套系统市场规模在500到800亿元。格力电器近日宣布准备投入50亿元用于格力工厂机器人应用和自动化改造,并在适当时机进入机器人行业。   千亿级家电企业美的集团入股可以给我们提供广阔的应用市场,并为我们积累工业制造的信息化数据,为将来埃夫特成长为智能制造整体解决方案创造条件。   早在2013年注资8000万元成立的芜湖滨江智能装备产业发展有限公司,承担着产业谋划、投融资平台等多重功能,为我们的机器人“生态圈”提供资本支撑。几年来,在安徽芜湖聚集了,和埃夫特一样在工业机器人领域创新的,还有固高科技、翡叶动力、清能德创等一批整机和关键零部件企业。这有赖于国家和地方政府对产业集聚扶持政策。   一个企业的发展战略与其诞生基因密切相关,我们能够更加开放地采取各种方式来构建机器人生态圈,也是由我们的诞生基因早就注定的。   回顾埃夫特的快速成长轨迹,离不开期间的制度创新和通过母体市场不断应用试错。   通过混合所有制,让核心骨干入股分享公司发展成果承担经营风险,充分调动核心员工积极性,在快速变革的行业发展中,埃夫特人始终保持对市场高度敏锐,抓住机遇发展壮大。   埃夫特是目前规模化生产的国产机器人中唯一一家通过在母体市场大规模产业化应用成长起来的机器人公司,母体市场在埃夫特早期应用试错与产品迭代中发挥重要作用。公司的名称埃夫特取自于英文“ef-fort”的“努力”之意,不同的是,公司英文名却又少一个“f”为“EFORT”,寓意永不满足,进无止境。   2007年8月,埃夫特公司正式成立,同年底,哈尔滨工业大学与埃夫特公司正式签订了战略合作协议。转折发生在2009年,经过反复调试改进,埃夫特公司制造的第一台机器人在奇瑞公司试用,其精准度和稳定性与进口机器人不相上下。早在2011年埃夫特就首次实现国产工业机器人在汽车生产线成线应用,这是其他国产机器人在发展早期不具备的有利条件。   2012年埃夫特走向外部市场,向通用工业快速渗透过程中,准确分析并抓住卫陶、喷涂、酿酒、金属加工等细分领域的需求,与合作伙伴开发出非常适合行业应用的解决方案。所研制的国内首台重载165公斤机器人载入中国企业创新纪录,获2012年中国国际工业博览会银奖。   过去的2014年、2015年我们位居自主品牌工业机器人销量第一,而2016财年集团营收预计5.6亿元。力争到2020年,实现年产工业机器人1万台、销售收入达50亿元,努力建成“国际领先、国内一流”的机器人研发生产基地。   奇瑞汽车大规模产业应用中,埃夫特对机器人的理解和应用积累起到非常关键的支撑作用,后续针对细分市场的准确开拓加上中国制造业升级的历史机遇,将埃夫特推上国内机器人领导厂商之一的位置,但从整个产业趋势看,埃夫特的发展刚刚开始。   我认为,人机协作与智能化是机器人未来发展的两个重要方向。   从目前产业需求看,由于视觉、传感器等技术成熟与应用,更加智能化的设备将在工业领域发挥越来越大的作用,埃夫特未来在深耕行业应用的基础上,将在工业云智能化机器人方面做突破的尝试,成立欧洲智能喷涂与智能工业应用研发中心,还将在美国成立人工智能研发团队,这些布局和机器人行业的发展趋势高度契合。从未来中国产业升级角度看,需要有一批像埃夫特这样的智能装备以及和智能制造相关的软硬件厂商一起推动制造业升级。