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自動化與機器人熱潮不息 工廠該如何利用它們?

點擊次數:更新時間:2017-09-22 10:09:41【打印】

  隨著自動化、智能化與機器人應用的加快,未來工廠的雛形也逐漸形成。近日,麥肯錫谘詢公司發布題為“自動化、機器人與未來工廠”的文章,稱更便宜、功能更強大、更加靈活的技術正在加速全自動化生產設施的發展,對於企業而言,主要的挑戰將會是決定如何最好地利用它們的能力。
 
     以下是文章主要內容:
 
     在發那科(Fanuc)位於日本忍野村的一家工廠,工業機器人生產機器人,每班隻有4名員工負責監工。在飛利浦位於荷蘭的一家電動剃須刀工廠,機器人數量達到生產工人的14倍多,後者僅有9人。相機生產商佳能於2013年開始在旗下的數家工廠淘汰人類勞動力。
 
     這種“熄燈”生產概念,製造活動和物料流程完全自動化處理正成為現代製造日益普遍的一個特性。在某種程度上,新一波的自動化浪潮將會由當初將機器人和自動化技術帶到工作場所的那些因素驅動:將人類工人從肮髒、枯燥乏味或者危險的工作中解放出來;通過排除錯誤和降低變化性提升產品質量;通過用成本更低的機器替代成本越來越高的人工,來削減製造成本。然而,如今最先進的自動化係統擁有額外的功能,這促使它們能夠用於原來不適合實施自動化的環境,以及在製造中創造出全新的價值。
 
     機器人價格下降
 
     隨著機器人生產日益普及,機器人的成本呈現下降。在過去的30年裏,按實值計算,機器人平均價格下降了一半,相對於勞動力成本,它的下降幅度甚至更大。隨著來自新興經濟體的需求鼓勵機器人的生產轉移到成本較低的地區,它們的價格可能將進一步下降。
 
     人才更易獲取
 
     擁有設計、安裝、運作和維護機器人生產係統所需技能的人才,也正變得更加普遍。機器人工程師曾經相當罕見,屬於雇用成本很高的專家。如今,機器人相關的學科在全球各地的學校被教授,它們要麽是專門的課程,要麽是製造技術或者製造工程設計方麵的通識教育的一部分。軟件的可得性,比如模擬程序包和可測試機器人應用的離線編程係統,已經減少了工程時間和風險。它也讓機器人程序編製任務變得更加簡單,成本也變得了。
 
     易於整合
 
     計算性能、軟件開發技術和網絡化技術的進步,提升了裝配、安裝和維護機器人的速度,同時降低了相關的成本。例如,傳感器和製動器以往必須要通過終端機框、連接器和接線盒,利用專門的接線單獨連接至機器人控製器,而現在,它們則可以利用即插即用的技術,因此零部件利用相對簡單的網絡接線連接起來。這些零部件將會自動鑒定控製係統,因此能夠大大減少設置時間。這些傳感器和製動器還能夠進行自我監控,將其狀態報告給控製係統,進而輔助過程控製,收集數據進行維護,實現持續不斷的改進和故障排除目的。其它的標準和網絡技術同樣讓連接機器人至更加廣泛的生產係統變得簡單明了。
 
     新能力
 
     機器人也在變得更加智能。早期的機器人隻會一味地遵循同一路徑,後來的迭代版本利用激光或者視覺係統來檢測零部件和材料的方向,而最新一代的機器人則能夠整合來自不同傳感器的信息,實時調整它們的移動。例如,這可讓它們利用力反饋來在研磨、修邊或者拋光的應用中模擬技工操作。它們還能夠利用更加強大的計算機技術和大數據式分析。舉例來說,它們可以借助光譜分析來一邊焊接一邊檢查焊接的質量,進而大大減少製造後所需的檢查工作。
 
     機器人承擔新的角色
 
     如今,這些因素正在機器人現已擅長的那些應用範疇幫助提升它們的普及度,即重複性的大量生產活動。隨著用機器人自動化任務的成本和複雜度的降低,那些已經在使用機器人的公司很可能將會更多地使用它們。然而,未來5年到10年,預計機器人在技術和經濟層麵均可行的任務種類將會出現根本性的變化。以下是部分案例。
 
     1、低量生產
 
     編程快速輕鬆的設備的內在彈性,將會大大減少機器人為符合成本效益所需重複的特定任務的次數。這將會降低產量門檻,讓機器人成為年產量以數十或數百而非數千或者數十萬來計的細分任務經濟可行的選擇。它也將讓機器人成為小批量生產和產品組合差異性很大的公司的可行選擇。例如,現在用於航空航天的柔性履帶產品能夠利用指引其運作的視覺係統在機身上“爬行”。這種低量生產自動化帶來的成本節約將會讓各種不同類型的企業組織受益:小企業將能夠首次用上機器人技術,大企業可提升其產品組合的多樣性。
 
     新興技術可能也將進一步簡化機器人編程過程。例如,通過一係列的移動來指引教導機器人的做法已經頗為常見,但快速發展的語音識別技術意味著,不久以後給它們發出語音指導也將成為可能。
 
     2、高度可變的任務
 
     人工智能和傳感器技術的進展,將會讓機器人能夠應對任務間更大的多變性。這種因應所在環境的變化來調整行動的能力,將會給一些領域帶來自動化的機會,比如高可變性的農產品的處理。在日本,實驗已經證明,借助立體影像係統來識別水果的位置和評估它的成熟度,機器人能夠將采集草莓所需的時間最多削減40%。
 
     這些能力也將會驅動各個行業領域的質量提升。機器人將能夠在生產期間彌補潛在的質量問題。相關案例包括:根據兩個部件之間的尺寸差異調整用於裝配它們的力度,或者選擇和結合尺寸不同的部件來實現合適的成品尺寸。
 
     機器人生成的數據和更好地利用它們的先進分析技術,也將會有助於理解決定產品質量的根本因素。例如,如果裝配期間高於正常水平的扭矩要求,被發現與未成熟產品故障有關,那在生產期間就能夠調整製造程序來檢測和修複這類問題。
 
     3、複雜的任務
 
     如今的通用機器人在控製它們的移動上能夠精確到0.1毫米,機器人當前配置的重複精準度則達到0.02毫米。未來的機器人可能將會提供更高的精準度。這種能力讓它們能夠參與日益精細的任務,比如穿針或者裝配高度複雜的電子設備。機器人也在變得更有協同性,現有的控製器能夠同時驅動數十個軸線,讓多台機器人共同進行同一項任務。
 
     最後,先進的傳感器技術和分析來自那些傳感器的數據所需的計算能力,將會讓機器人能夠承擔之前需要高技能技工來完成的任務,比如切割寶石。這些技術甚至可能允許展開目前完全無法展開的活動:例如,在它們被用於彌補底層材料的偏差,或者在結構表麵“繪製”電子電路的時候,實時調整塗料的厚度或者成分。
 
     4、與人類共事
 
     企業還將擁有多得多的自由餘地去決定用機器人自動化哪些任務,決定哪些任務人工手動進行。

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