COVID-19 时代的自动化

更安全、更快、更智能的解决方案帮助行业应对大流行

可以理解的是，COVID-19 大流行加速了制造自动化的长期趋势。危机发生大约一年后，现在是询问长期影响的好时机。大流行是否将自动化推向了新领域？供应商是否使自动化更加灵活？更容易实现吗？

就其本质而言，协作机器人（cobots）比它们的传统表亲更容易实施。由于协作机器人被设计为与人类同行共享工作空间，因此作为例行程序，它们通常不需要防护，并且可以适应相对较小的占用空间（当通过安全风险评估确认时）。位于密歇根州罗切斯特山的 FANUC America Corp. 授权系统集成商小组的主管 Dick Motley 说，它们也更容易设置。他解释说，用户可以部分地通过抓握来训练 FANUC 的 CRX 系列协作机器人。手臂并引导它。这使得“简单应用程序的设置变得非常简单直观。您拥有可以快速部署的机器人自动化。”他补充说：“有一个不断增长的外围供应商生态系统，为机器人提供抓手和基座，并提供不同的规定来轻松解决机器人臂端工具的实用程序。”

坏消息是协作机器人很慢。尽管它们内置的传感器会限制它们在接触到某物时所施加的力，但“高速时很难达到安全标准，”Motley 解释说。 “因为不管你的接触传感系统有多敏感，如果你有什么东西移动得非常快，然后需要立即让它停下来，你就是在试图挑战物理学。”因此，尽管您可能认为协作机器人将接管自动化世界（并且 COVID-19 时代的销售量呈爆炸性增长），但它们的适用性是有限的。

Motley 提到客户生产线末端的“相对低速的码垛操作”非常适合协作机器人。 “他们每分钟生产 2 到 4 箱产品，输送线的密度令人难以置信，将这些产品输送到最后进行码垛。他们没有物理空间来执行传统的机器人实施，包括停止距离计算以及进入传统机器人单元的所有事情。他们唯一的自动化选择是安装协作机器人。 ......如果你走得足够慢，纸板箱可能不会伤害你。”

对人类安全且简单

这并不是说传统机器人不能靠近人操作，或者它们很难设置。或者，如果移动缓慢的协作机器人正在处理尖锐或其他危险的东西，它们可以在没有防护的情况下运行。 Motley 解释说，为了解决这些问题，FANUC 和其他 OEM 拥有“限制机器人的运动范围或速度”的系统，以允许与人类进行间歇性交互。 FANUC 将其安全架构称为“双重检查安全”或 DCS。 “也许你想在机器人的一侧建立一个‘禁止进入’区域，同时操作员装载零件或机器人将要取回的东西。您启用软件约束来阻止机器人去那里，通常由光幕或安全垫或扫描仪加强。但是，一旦人离开那个装载区，机器人就可以立即恢复到全速。”

Motley 还指出，“对 DCS 的调整可以在 FANUC 的 Roboguide 离线编程环境仿真包中进行。它们可以通过连接到机器人的笔记本电脑或我们的一个用户界面设备来完成，无论是我们的 iPendant 还是我们新的 Teach Pendant 平板电脑。” Motley 说，新的基于平板电脑的界面特别易于使用。 “这是一种全新的编程风格，甚至不接近计算机语言。这是一个拖放图标时间线。”

在密歇根州布莱顿的 Promess Inc.，应用总监 John Lytle 报告说，这种流行病加速了他的公司努力使其电动印刷机工作站执行附加功能。 Promess 已经将其单元添加到生产线变得很容易，因为它们紧凑且独立，并带有集成的光幕以防止对操作员造成伤害。 “他们通过感应自动组装，以确定它是否是一个好的零件，你可以把它们放在你想要的任何地方，并适应工厂中的变化。” Promess 增加了辅助功能并增强了单元能够与工厂其他部分进行通信的信息。例如，除了将两个零件压在一起并确认测得的力和行程符合预期并且组装良好之外，工作站还可以进行尺寸测量并将该信息传递出去。这消除了对单独测量站的需要。

执行此类测量需要相机和/或激光，Promess 集成了该技术，因此最终用户仍然可以获得独立的“即插即用”单元。正如 Lytle 解释的那样，“我们专注于让最终用户变得简单，所以它不像一个需要摄像技术人员、PLC 专家、高级集成商等的大型科学项目。我们这里有一个 20 人的软件团队，每天都在工作以简化工作。因此，当客户获得工作站时，它已经设置好了。他们只是在输入参数。”他补充说，相机可以做的不仅仅是测量零件。它们也可用于零件定位。这可以实现更复杂的布置，例如能够从托盘上的多个零件中自动拾取。 Plus Promess 集成了协作机器人，用于自动装载/卸载零件。在 Lytle 看来，最终结果是一个多功能工作站，它简化了传输线并有助于保持社交距离，同时还“通过 Internet 或 Intranet 将数据发送到工厂中的其他设备，以决定什么去做。”

更智能、更灵活

密歇根州奥本山的 ABB 机器人美国公司总经理 Joe Chudy 表示，“所有行业，无论是大型还是小型设施，都在寻找将人员从流程中移除的方法。”医疗制造、包装/物流和食品加工领域的需求增长最大（可直接与大流行病相关）。后两者尤其具有挑战性，因为它们在面对不一致的输入时需要极快的速度。正如 Chudy 所说，“亚马逊不能雇佣足够多的人，也不能足够快地实现自动化，这已经不是什么秘密了。沃尔玛和该领域的其他所有人也是如此。但是你必须快速拿起和分类的物品的数量和多样性迫使你实施某种形式的 AI（人工智能）。”

Chudy 表示，食品加工业也面临着巨大的压力并推动着自动化创新。他将肉类切割和包装描述为人类工作固有的悲惨环境，而大流行只会加剧困境。并且“蛋白质”（业界对其产品的称呼）因片而异。 “我们问自己是否可以去骨鸡。我们可以用翅膀做什么？诸如此类的事情，”Chudy 回忆道。

鉴于蛋白质形式的不一致，应对这一挑战需要智能相机系统和人工智能来定位机器人抓手。 “在限制切割过程中损失的蛋白质方面也有快速的回报，”Chudy 补充道。 “因此，您使用的视觉技术，使用水刀或其他技术将这种材料尽可能地切割，这很重要。了解蛋白质是如何呈现给机器人的，视觉系统应该去哪里，以及你应该如何定位它，所有这些因素都会影响应用程序。”

Chudy 认为，从长远来看，这些挑战推动的人工智能进步也将应用于金属切削领域。例如，由于人工智能的改进，随机箱拣选能力正在提高，他观察到，“以及卸垛和一些物流[任务]。采集时间在随机分箱拣选中确实很重要。我能多快找到那部分？我能多快得到它？物流市场也是如此。” Chudy 认为速度很重要，并且处理挑选零件所需的图像数据量迄今为止限制了这些应用程序。 “[现在] 随着技术的发展、变得更强大、维护强度降低，我们看到这些应用在这个市场上蓬勃发展，”Chudy 说。

他说，无夹具焊接和智能焊接也在研究中，“你将工件和零件展示给相机，它决定如何焊接它，以及公差，测量间隙，以及做所有传统的事情。程序员会做的。它在实验室中运行良好，但我们还没有在生产中实施。”

视觉技术是这些系统的核心。正如 Chudy 所说，这曾经“让金属行业的很多人感到紧张”，因为视觉系统以前需要专业的技术人员来安装和维护。 “现在这些较新的应用程序能够自我监控。”

Motley 还谈到视觉技术是一种更容易实施的巨大推动力。 “当你让机器人的眼睛能够适应环境时，就可以降低设置应用程序的成本、缩短转换时间、减少更换的部件、更好的灵活性、更高的可靠性和...过程检查。”他说 FANUC 的新 3D 视觉技术，称为 3DV，提供了“一种多功能、紧凑的传感器，可以很容易地内置到机器人的臂端工具中。机器人实际上是带着它的眼睛四处走动，而不仅仅是一个固定的传感器，尽管固定的传感器仍然占有一席之地。”他补充说，3D 点云为机器人提供了比平面 2D 图像更多的信息。有了更多关于它前面的信息，“机器人的控制能够更好地决定下一步该做什么。”

金属制造

处理包装和蛋白质与典型的金属加工应用有很大不同。因此，正如俄亥俄州西切斯特 Fastems LLC 总裁 Dave Suica 所解释的那样，夹持器技术正在发生变化。 “我们已经开始使用伺服控制的夹持器。很多零件都是可变形的。常规动力夹具可能会施加太大的力，超过克服摩擦系数以提升零件所​​需的力。使用伺服控制，你可以到达一个位置，然后它会覆盖它所施加的压力。”更一般地说，Suica 表示，人们倾向于“高端”自动化，不需要手动更换夹具即可换工作。 “通过智能自动化和自动夹具更换，以及计算机控制与 PLC 的对比，您可以使其动态化。您可以在没有任何人的情况下从 A 部分切换到 B 部分再到 C 部分。我们的系统可以自主运行 72 小时。”

虽然 Fastems 以大型柔性制造系统 (FMS) 而闻名，但它处理整个范围的机器人和托盘搬运配置。 Suica 表示，大流行已导致一些公司购买单台机器并实现自动化，只是为了快速重新支持某种产品。但无论 Fastems 是为单台机器提供大型 FMS 还是机器人，“它仍然拥有全系列的制造管理软件，”Suica 说。 “它仍然有调度。它仍然有能力在不同的时间运行不同的部分。” Fastems 以能够与公司的 ERP 系统集成以实现预测性和动态调度而自豪。 “所以，随着 ERP 系统改变需求，我们会自动改变零件的生产顺序，这样您就可以在不建立库存的情况下维持流程。”

回到包装和组装挑战，Motley 说 FANUC 的汽车根源很好地服务了它。 “我们能够在喷漆前分配密封胶珠来密封车身，并与机器人动作紧密协调，这样当你快速行驶时，密封胶珠上不会出现薄点……当你在拐角处放慢速度，您不会得到大而厚的堆积……”直接促成了能够在装配操作中分配粘合剂。

远程控制移至 HTML5

由大流行驱动的自动化和社会距离的增加反过来又突出了对远程监控能力的需求。远程监控并不新鲜，几乎所有控制、自动化和机器制造商都提供此类解决方案。但是，位于伊利诺伊州 Elk Grove 村的 Fagor Automation-USA 最近更进一步，加快了基于 HTML5 的控制架构的发布。正如北美 Harsh Bibra 总经理所解释的那样，HTML5 不仅基于浏览器，而且“在多个浏览器中保持一致。一个人可能正在使用 iPhone。另一个可能有 Google 设备。第三人可能正在笔记本电脑上使用 Windows 10。在机器上使用基于 HTML5 的界面时，他们都会以相似的方式看到相同的东西。 HTML5 让你的机器平台独立。”

比布拉说，HTML5 还提供了对商业智能的更好的移动访问，以及地理定位。他指出，通过地理定位，您可以限制与特定位置设备的远程连接，从而提高安全性。例如，您可以限制与员工家的远程连接，而不是其他地方，以防止员工丢失手机时访问。此外，Bibra 补充道，“HTML5 没有限制。取决于你编写的逻辑的力量，或者你创建的人机界面的力量，它可以提供第 N 个自由度，即另一端的人可以访问任何东西。”这意味着您可以授权远程连接，不仅可以监控活动，还可以输入机器命令，例如循环启动或循环停止。换句话说，远程控制是社交距离的终极目标。