提升制造业机器人智能与安全：疫情下的自动化新常态

疫情揭示制造业残酷真相：人会生病

COVID-19给制造商上了宝贵一课：员工生病导致机床设备闲置。这本是常识，正如员工午休、度假、因车故障迟到、为涨薪跳槽等。多年来，车间主管面临自动化压力；疫情下，他们迫切推进自动化。

“美国多年面临熟练劳动力短缺，但近期对人工操作的依赖愈发棘手，”工业自动化供应商Acieta LLC销售营销副总裁Mark Sumner表示，“多年来厂商咨询‘自动化如何改善利润’，疫情后变成‘我们需要机器人，如何起步？’”

原因多样。在担心病毒传播的机械加工厂，机床间距虽满足社交距离，但午餐时员工聚集交谈如何应对？强制口罩、有机玻璃隔板、测温、保持距离标识对士气有何影响？同事确诊导致的停工又如何？疫苗若不出现，下一次大流行怎么办？这些疑问让制造商下定决心：“够了，凡能自动化处全自动化。”

好消息是，自动化部署从未如此容易。Sumner指出社交距离为机器人布局腾出空间；Acieta运营副总裁Steve Alexander补充说，视觉系统等先进功能正降低机器人成本、提升灵活性。

“越来越多客户用相机定位随机摆放的工件——托盘、货架或传送带上，”他说，“机器人能识别朝向抓取工件，并判断特征是否存在——如钻孔、条形码——据此决策。这减少了夹具需求及成本，也让机器人部署更简易。”

Acieta最热门视觉系统是FANUC iRVision，Alexander解释这是FANUC机器人可选项。他强调第三方及OEM摄像头适用于几乎所有品牌机器人，无论新旧。难点在于如何使用摄像头。

“涉及不少工程，”他说，“需确定物理布局、视野、照明等；软件端需教导机器人，关联摄像头图像与任务。并非简单加装摄像头。”

FANUC America工程经理兼机器人视觉专家Dave Bruce，与协作机器人专家、物料搬运高级工程师Greg Buell均认为视觉系统日益普及强大，但使用需额外功课。

“视觉技术近年长足进步，”Bruce说，“过去三代控制器均支持，最近两代大力推进3D视觉（3DV），采用高速点云相机绘制机器人周边地图。预计未来几年工业与协作机器人用量将大增。”

力觉传感让机器人更安全、更强。FANUC Force Control常与视觉产品配合执行去毛刺、装配；智能软件让这些任务更简易。“我们有Intelligent Deburr产品，”Buell说，“上传零件CAD图，软件生成最优去毛刺路径。这种AI助制造商实现自动化投资最快ROI。”

除非担心机器人统治人类，确定性AI或许是自动化最激动人心领域。搭载AI的机器人不仅更强，运营成本更低。

“机器人持续成本40%在于编程，”Realtime Robotics首席商务官Jason Barton说，“AI可降70%编程成本。我们自动化编程流程，确定从A到B最优路径并生成程序，还能随条件动态修改，堪比自动驾驶导航。”

“GPS普及前，司机打印详细路线，”Barton说，“遇封路或拥堵便束手无策。传统机器人编程亦然：需为每个动逐点编程，多机协作更繁琐。我们消除了这痛苦过程。”

感知环境的自编程机器人将改变游戏规则，Realtime Robotics因此与多家机器人厂商合作，包括三菱电机自动化。其机器人产品经理Adam Welch指出，复杂3D视觉系统确保工作区内所有机器人高效运行，具备空间感知，知晓当前与未来位置。

“我们将此技术用于汽车、食品饮料等高密度机器人应用，”Welch说，“系统直观理解各机器人角色职责，建立优先级层级，无需高阶编程即能高效管理严苛工艺。”

传统编程与安全设备不会消失。三菱电机业务开发经理Ben Sagan表示，MELFA SafePlus方案配合区域扫描仪、光幕、安全垫等安全设备，根据反馈限制机器人速度或运动范围。

想拆除笨重防护栅栏？慢着。专家强调：部署任何机器人前必须风险评估，协作机器人也不例外。三菱电机将于今秋发布首款协作机器人MELFA ASSISTA。“制造商必须分析机器人应用涉及单元布局、机床、输送机、物料搬运设备及人机交互程度，”Sagan说。

Universal Robots战略营销高级经理Joe Campbell坚定支持更多协作机器人。“疫情前形势已明朗，”他说，“至少50万制造岗位空缺，每天超1万婴儿潮一代退休，27%制造从业者超55岁，千禧一代等年轻人入行意愿创新低。”

这已持续推动自动化。疫情叠加下，各规模车间购买协作/工业机器人，穿插在保持社交距离的人工产线中，冲刺疫情前产能。这也催生回岸制造需求，用更智能机器人抵消低劳动力成本优势。

Universal Robots去年4月推出ActiNav自主料箱拾取系统。不同于电商仓库“拾取-放置”方案，ActiNav号称“拾取-定位”，精度足胜任CNC机床上下料，能从极深料箱中拾取随机摆放物体。核心优势源于Photoneo高分辨率视觉系统与自研软件。

“这才是ActiNav的魔力，”Campbell说，“传统料箱拾取需编程所有场景，小金属件料箱几乎不可能。ActiNav只需展示工件、料箱、目标位置，软件搞定其余。全新零件从零搭建仅需2-4小时，传统方式或需数月。”

Campbell认为，COVID-19让所有人见识制造外迁后果。“一次疫情或类似冲击即导致停摆，”他说，“企业纷纷欲回岸制造，且想立即做对。鉴于劳动力短缺，唯有灵活、易部署、易编程操作、经安全规范可人机协作的自动化方案。协作机器人完美契合。”

ABB Robotics美国副总裁兼总经理Joe Chudy也听到自动化呼声，方案略异。“客户称加速采用机器人自动化至关重要，既保员工健康又增业务连续性，”他说，“多数欲调整全球化与本地化平衡，实现近岸外包，提升生产灵活性与供应链韧性。”

需直观工具辅助决策。ABB SafeMove软件套件允许操作员在有限空间与机器人协作，几乎无需防护栏（前提是配备安全传感器、激光扫描仪、光栅）。适用全系列ABB工业机器人，“让每台机器人成为协作机器人”，通过可配置电子运动检测防护，人员靠近时限制速度、运动、位置。

Chudy还提到仿真与离线编程软件需求，如RobotStudio。前者支持在虚拟3D环境创建、仿真、测试完整机器人安装，不干扰实际产线。“新产线安装更快，调试无惊喜，这对大规模定制与缩短产品生命周期的今天至关重要，”他说，“如CAM软件与CNC机床，离线编程消除手动编程导致的停机与干扰。”

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