先进机器人技术在工业制造中的兴起

Rahav Madvil 和 Noam Ribon，西门子探讨了先进机器人技术的兴起在工业制造...

定制和灵活性是目前工业制造中最热门的两个词。客户想要为他们量身定做的东西，无论是瓶上印有他们名字的个性化须后水，还是一辆具备他们需要但没有的所有功能的汽车，或者是一款配备最新无线电天线以实现 5G 连接的新手机。所有这些定制化导致了一个结论——制造业正朝着高度混合生产的方向发展，并以非常小的批量生产数百万种不同的产品。

同时，今天制造的许多产品对于仅靠已建立的自动化技术而言过于复杂，迫使制造商通过人工组装来增强传统机器人技术。人们之所以受到重视，是因为他们能够非常迅速地理解和解释流程中的变化。但是，如果这种灵活性包含在自动化流程中呢？

对于许多希望克服产品复杂性不断增长的挑战并同时满足更大定制需求的制造商来说，灵活和自动化（甚至是自主）的生产系统是圣杯。将生产从一种产品快速切换到另一种产品的能力将是企业走向批量生产和未来高度可定制产品的决定性特征。

小批量本质上不是问题，但如果不对日益复杂的基础设施进行大量投资，当前的生产流程就无法轻松适应这一问题。为了避免这种指数型投资的问题，这可能会也可能不会解决问题，许多企业正在寻找一种更灵活的生产方法。制造商如何在产品之间的生产车间变化最小的情况下高效地生产多种产品？

先进的机器人技术就是答案，许多公司已经走上了采用的道路。

高级机器人之旅

许多工厂车间依靠传送带网络来运输从原材料到最终产品的所有东西。但是，这些网络的设计目的并不是为了处理成千上万种不同的产品，这些产品将运往多产品制造过程中所需的不断变化的地点。如果输送系统可以改变怎么办？也许改变路径以避免工厂中的拥挤区域？或者更改目的地以将工件交付到最佳加工站？

这些是先进机器人技术通过使用自动导引车 (AGV) 和自主移动机器人 (AMR) 以及先进的软件、解决方案和应用程序开发平台来解决的问题。

通常，使用机器人的目标是相对轻松地将材料从 A 点运送到 B 点。但这并不像将 AGV 或 AMR 引入设施那么简单。大部分投资价值来自先进机器人技术的优化和协调。根据我们的经验，帮助公司将先进的机器人技术应用到他们的制造过程中是一个四个阶段的过程。

第一阶段，或参赛者 阶段，是通过使用固定自动化机器人或类似技术来定义的，其中大多数操作都是手动编程的。所有流程规划都由人工完成，可能借助软件，然后将任务分配给特定的机器人，以在特定的位置和时间发挥作用。这种方法在大批量生产时效果很好，同时对生产线的更改或修改保持在最低限度。由于在此阶段明确指定了机器人的每个动作，因此在需要更改时必须使机器人脱机并手动重新编程。这会对生产时间产生负面影响。

第二阶段适用于退伍军人 并且是当今工业制造商最常见的阶段。它的特点是使用数字双胞胎进行完整的系统验证和为整个生产线构建控制算法。利用制造的数字双胞胎可以通过启用整个设施的模拟来深入了解如何在旅程的后期进行。在此阶段，可以通过同时更新运行相同可编程逻辑控制器的多个机器人来显着提高生产力，从而减少生产车间的停机时间。

进入第三或先锋 阶段，制造商可以开始自动化更多的生产过程。基于从数字双胞胎中学到的洞察力，并通过物联网传感器的反馈得到增强，可以为整个设施的机器人实施基于任务的编程。这大大减少了对机器人进行编程以适应设计或工艺变化所需的时间。基于物理环境和数字孪生之间的闭环校准，可以使用简单的命令自动调整机器人。

最后阶段，称为Visionary 阶段，是先进的机器人计划变得高度自主的阶段，提供机器人几乎完全的自主权。这也是 AGV 和 AMR 变得非常有效的地方，它们用先进的移动机器人技术取代了静态传送带和线性工艺路径。现在，生产变更几乎可以像输入所需产品数量和需要多少变化一样简单。根据该信息，系统将确定如何生产所需批次的最佳路径。

例如，软件现在可以确定 B 储藏室需要多少零件，或者哪个加工站能够以最快的速度生产该批次。而且，如果主要选择是停机进行维护，那么下一个最佳选择是什么。这种限制并不仅限于工厂墙。好处不仅包括供应商和分销商，还有助于为工厂生产最高效的工作量。

由于完整的工厂模拟，Visionary 阶段是实施 AGV 和 AMR 的最佳点。但是可以在早期阶段引入先进的机器人技术来执行比生产调度更简单的任务。一些公司已采用 AGV 和 AMRS 作为仓库的半自动拣货车，机器人在仓库中跟随并协助工人。

根据工厂的运行方式，优化设施的方法几乎是无限的。这就是为什么对综合数字孪生的投资对于这一旅程如此重要的原因。它可以更深入地了解工厂的运作方式，有助于自信地投资于企业的未来。先进的机器人技术是西门子 Xcelerator 软件、解决方案和应用程序开发平台组合的一部分，今天与明天的工业制造相遇。

作者：Siemens Digital Industries Software 的仿真产品经理 Rahav Madvil 和 Siemens Digital Industries Software 的高级业务顾问 Noam Ribon。