协作机器人：制造业劳动力短缺的真实解决方案

协作机器人是制造业合格工人短缺的答案吗？

问任何机床车间或钣金加工厂的老板，阻碍公司增长的最大障碍是什么，你很可能得到同一个答案——不是缺乏流动资金拖慢了他们的脚步，也不是先进技术短缺，而是更基本的东西：需要有人按下绿色启动按钮或打包箱子。你会听到：“我们找不到足够的人。”

雪上加霜的是，那些通过与当地职业学校合作或内部工人培养计划解决了劳动力问题的企业，仍面临同样棘手的挑战：来自低劳动力成本国家制造商的激烈竞争。当竞争对手的工资单只是你的一小部分时，怎么指望能维持生存？

劳动力增强器

解决方案显而易见：自动化。逛逛任何汽车工厂的过道，你肯定会看到成群的黄色、橙色或白色机器人照料漫长的装配线。大型制造企业也是如此，工业机器人从加工单元装卸工件、给经过的工件喷漆，或在自动化焊接单元连接组件。劳动力问题解决了。

但对于产量较低、自动化似乎并不划算的其他制造领域呢？大家都知道工业机器人很贵。它们需要熟练技术人员编程，还需要精密的防护栏或光幕来防止伤害人类同事。从一项作业切换到下一项作业需要宝贵的时间，更别提特殊的末端工具、将材料移入移出机器人作业范围的输送带，以及车间里又一台设备的日常维护了。

通用解决方案

虽然“协作”和“协作机器人”术语的来源众说纷纭，但有一点很清楚：大约10-15年前，几家机器人供应商试图用一种新的自动化思路来解决麻烦因素。例如，Universal Robots（丹麦奥登塞）的UR5“协作”机器人承诺消除安全防护。据称安装不到一小时。触屏界面简单到任何人都能用，机器人重量轻，可移至任何需要的地方。而且价格远低于同尺寸工业机器人，公司预测协作机器人很快会出现在大大小小的车间里。

他们是对的。其他机器人公司很快跟进，如今几乎每家工业机器人供应商要么生产，要么正在积极开发自己的UR5对标产品。协作机器人如此受欢迎，以至于机器人工业协会（RIA；密歇根州安娜堡）网站上的一篇近期博客指出，协作机器人目前3%的市场份额将在2025年增长十倍。

这是一个令人印象深刻的数字，但这对传统的、不那么人性化的机器人意味着什么——它们会很快像皮带驱动机械和碳钢刀具一样成为历史？撇开巨大的增长潜力不谈，协作机器人真的是名副其实，还是又一个营销炒作超越现实的例子？

少即是多

Universal Robots美洲区（密歇根州安娜堡）区域销售总监Stuart Shepherd不这么认为。炒作有其充分理由，包括更少的防护、更少的占地面积、更少的操作员培训需求。

“协作机器人代表了自动化可被更多公司、用于以前未涉足的应用的机会，”Shepherd说。“它们可能是自PLC（可编程逻辑控制器）和机器人本身发明以来，自动化行业最重大的变革。”

Shepherd指出，各种规模的制造商都享受协作机器人带来的生产车间效益，易用性加上低总拥有成本，使它们对小公司特别有吸引力。这在一定程度上解释了它们高于市场平均水平的增长速度，Shepherd说，但他很快补充道，因为协作机器人实施比工业机器人更容易，其应用正从制造业扩展到食品加工、仓储活动、实验室和科学应用。

重新思考自动化

尽管应用广泛，但协作机器人最常在传统制造领域解决上述严重普遍的问题：工厂车间缺乏合格、可用的人才。这是协作机器人制造商Rethink Robotics Inc.（波士顿）首席运营官Jim Lawton的观点。

“凭借完成过去只能由人类完成的任务的能力，协作机器人在缓解这一痛点方面发挥关键作用，”他说。“此外，它们能填补人类工人不愿承担的工作，包括枯燥、繁重或彻底危险的工作，让员工有机会转向更理想的角色。”

工业机器人几十年来一直欣然接受脏活累活。是什么让协作机器人如此特别？Lawton给出了几个论据：

• 凭借内置力传感，协作机器人完美适配电子组装等精细工作。
• 因为通常不需要防护，它们也非常适合包装、产品测试和检测，以及任何有人在场的环境。
• 快速简便部署的能力使它们成为短批次生产和频繁换型的理想选择，这是制造业的一个巨大趋势。
• 协作机器人还能与大型工业机器人协作，互补其工作。
• 大多数协作机器人只需演示移动机械臂即可训练完成所需任务，不需要大型软件套件。
• 对于季节性制造商或客户需求变化大的企业，协作机器人为高峰期提供可靠、适应性强的资源。

“协作机器人让制造商能比往年自动化更多事务，使他们无论身处何种行业都能保持竞争力和创新性，”Lawton说。“简单说，它们可靠、有效、适应性强，帮助公司更成功。”

避免踩到脚趾

如果你想知道你的车间如何获得这种成功，在登上“协作机器人快车”前有几点要记住。首先，没有生产经理或车间老板想看到员工因感知到的机器人革命而哗变。在工厂车间引入这项新技术时，重要的是让血肉之躯的工人知道协作机器人是来帮他们干活的，不是来取代他们。

成功集成协作机器人的关键也始于选择正确的任务。正如Lawton指出的，当协作机器人未被使用或不被欣赏时，几乎总是因为部署在了错误的任务上。“协作机器人不是为了满足所有自动化需求，有些任务比其他任务更适合这项技术，”他说。“这变得非常重要：制造商从第一天起就要直接与协作机器人供应商或分销商合作，确定合适的应用，确保协作机器人以最佳方式使用。从那里开始，与现有流程的实施和集成就顺畅无缝了。”

绿色前行

FANUC America Corp.（密歇根州罗切斯特山）通用行业和汽车部门工程总监Rick Maxwell表示赞同，并补充说评估应用需求以提供正确的机器人解决方案很重要。“它真的是协作性质的，还是更适合传统工业机器人？”他说。“判断哪种更适合客户需求，主要取决于操作的吞吐量要求，以及需要处理的物体或零件的重量和复杂性。”

这里有个陷阱，传统自动化拥护者很快就会指出：大多数协作机器人并不闪电快。正如Maxwell指出的，协作机器人最适合简单、直接的拾取放置应用，并以缓慢稳定的速度进行。随着协作机器人技术改进，这肯定会改变，但目前至少，别指望它们的速度能接近工业机器人的闪电般动作。

但这没关系。制造工位中人员需要安全地与机械互动的需求非常真实，协作机器人感知工作区内意外接触物体的能力使这成为可能，从而消除了它们与人共享工作站的限制。Maxwell说：“这是主要的安全和成本效益，因为它允许机器人在不需要昂贵工业安全屏障的情况下执行繁重任务和重复操作。”

谁在买单？

像其他制造商一样，FANUC收到越来越多寻求协作机器人解决方案的公司询问。略带讽刺的是，相当一部分请求来自一个意想不到的来源：拥有丰富工业机器人经验的大型制造商。“协作机器人应用机会存在于所有公司，无论大小，”Maxwell说。

ABB Robotics（密歇根州奥本山）装配和测试业务线经理Nicolas De Keijser看到类似趋势。“因为协作机器人通常更易用、集成成本更低，它们对中小企业非常有吸引力，让自动化更容易实现，”他说。“所以与传统机器人相比，协作机器人在各种规模的公司中可能使用更均衡。”

除了拾取放置，协作机器人还用于什么？De Keijser和Maxwell同意，未来增长的大头预计来自物料搬运领域，协作机器人用于包装零件、码垛箱子、上料输送带等，虽然De Keijser补充说一些协作机器人特别适合复杂装配任务，包括小型或精密组件。它们也是机床看护的宠儿，例如上下料CNC车床和加工中心，或从塑料注塑模具中取出成品零件。

别太快

无论应用或公司规模，习惯了工业机器人性能的人需要注意几点，Denso Robotics（俄亥俄州韦斯特切斯特）美洲机器人销售经理David M. Robers指出。“协作机器人经常被卖给它们不该去的应用，”他说。“是的，它们适合基本拾取放置任务，以及循环时间相对较长的应用，但大多数无法与传统工业机器人的速度和精度竞争。”

它们的协作性质也可能被夸大。Robers说：“如果你在协作机器人末端装把刀，它就不再协作了。如果你用的夹具能夹住人的手指，那就不算协作。无论是我们的还是别人的产品，你都必须评估解决方案是否真正安全，必要时加装适当防护。”

还有“万一”的情况要考虑。熟悉工业机器人在掉落零件时恢复能力、或在电源故障时从工件深处退让的人，可能会失望地发现他们崭新的协作机器人需要人工帮助来解决尴尬局面。

“如果你有充足的循环时间，不需要极高重复精度，且人员需要在工作区进出，那些是协作机器人的不错应用，”Robers说。“否则，我可能会争辩说工业机器人是更好的解决方案，根据任何机器人客户购买前都应进行的安全评估结果，实施成本可能更低，同时提供更高性能。围绕协作机器人有很多炒作——人们对它们很兴奋，背后的理论是合理的，但这绝对是买家应该做足功课的一个例子。”